鄭夢(mèng)熳，李文韻，劉雨薇

（復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，上海 200032）

類(lèi)胡蘿卜素是自然界最重要的天然色素之一，普遍存在于動(dòng)物、植物、真菌和藻類(lèi)中。目前已發(fā)現(xiàn)的類(lèi)胡蘿卜素約有750種，食品中常見(jiàn)的類(lèi)胡蘿卜素有40多種[1]。在人類(lèi)血液樣本中可檢測(cè)到30余種類(lèi)胡蘿卜素，其中α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、番茄紅素、葉黃素、玉米黃質(zhì)和β-隱黃素在血漿含量最高[2]。類(lèi)胡蘿卜素是四萜類(lèi)化合物[3]，所有類(lèi)胡蘿卜素都具有聚異戊二烯基本結(jié)構(gòu)，其常見(jiàn)的化學(xué)特征有共軛雙鍵長(zhǎng)鏈和中心雙鍵的近端對(duì)稱(chēng)性[4]；通過(guò)對(duì)基本結(jié)構(gòu)的修飾，如端基環(huán)化及引入氧官能團(tuán)，可衍生出不同類(lèi)胡蘿卜素。大多數(shù)類(lèi)胡蘿卜素可以用通式C40H56On（n為0～6）來(lái)描述，六種人體內(nèi)主要類(lèi)胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 六種人體內(nèi)主要類(lèi)胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structures of the six main carotenoids in humans

類(lèi)胡蘿卜素在人類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)與健康中起著重要的作用，β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素和β-隱黃素等可以在雙加氧酶的作用下形成維生素A[5?6]，稱(chēng)為維生素A原活性物質(zhì)，其中β-胡蘿卜素具有100%的維生素A原活性，是維生素A的主要來(lái)源。作為人體必需的微量營(yíng)養(yǎng)素，類(lèi)胡蘿卜素還具有抗氧化[7]、抗癌[8]、預(yù)防眼底黃斑病變和白內(nèi)障[9]、預(yù)防心血管疾病[10]、加強(qiáng)機(jī)體免疫[11]等功能。人體自身無(wú)法合成類(lèi)胡蘿卜素，只能從食物中攝取，主要的食物來(lái)源為黃色或橘色的水果以及綠葉蔬菜。類(lèi)胡蘿卜素作為親脂性營(yíng)養(yǎng)素，需要從食物基質(zhì)中釋放出來(lái)，并在消化過(guò)程中乳化摻入膠束中，才能被腸道吸收[12]。然而由于類(lèi)胡蘿卜素溶解性差、不穩(wěn)定，從食物基質(zhì)中釋放不完全以及在消化過(guò)程中存在潛在的降解，它們的生物利用度通常很低[13?14]。如何改善類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度，充分發(fā)揮其生理功能，最大程度地提高類(lèi)胡蘿卜素的促健康效益，已逐漸成為研究的重點(diǎn)。本文以類(lèi)胡蘿卜素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白為重點(diǎn)，介紹類(lèi)胡蘿卜素在胃腸道的消化吸收過(guò)程，并對(duì)影響類(lèi)胡蘿卜素生物利用度的因素進(jìn)行綜述。

1 類(lèi)胡蘿卜素的生物利用

1.1 類(lèi)胡蘿卜素的消化過(guò)程

食物基質(zhì)中的類(lèi)胡蘿卜素在加工過(guò)程中由于受熱或機(jī)械作用等初步釋放，攝入人體后，在口腔的咀嚼作用和唾液酶的化學(xué)作用下進(jìn)一步釋放，而后在胃蠕動(dòng)和胃酶（胃蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等）的作用下，分散溶解在脂質(zhì)乳液中并轉(zhuǎn)移到小腸。在胰液和膽汁的雙重消化作用下，脂肪被水解，類(lèi)胡蘿卜素從乳液中釋放出來(lái)，與其他脂質(zhì)（膽固醇、磷脂）、脂質(zhì)消化產(chǎn)物（游離脂肪酸、單?；视汀⑷苎字┖湍扄}等摻入混合膠束中[15]。膠束是由膽鹽外殼圍繞疏水性脂質(zhì)核心組成的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，類(lèi)胡蘿卜素被容納于膠束核心中，混合膠束的直徑約為4～60 nm[16]，小于腸粘膜與管腔之間粘蛋白糖蛋白網(wǎng)絡(luò)的孔直徑（100～300 nm）[17]，膠束可通過(guò)黏蛋白層擴(kuò)散到排列于胃腸道管腔邊界的吸收性上皮細(xì)胞表面[18]。

1.2 類(lèi)胡蘿卜素在小腸上皮細(xì)胞的吸收

膠束到達(dá)上皮細(xì)胞表面后，其中的脂肪酸在酸性條件下質(zhì)子化，從膠束中脫離，膠束解離后，類(lèi)胡蘿卜素釋放[15]，并通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散或在刷狀緣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用下，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)一步發(fā)揮其生理功能。

過(guò)去一直認(rèn)為類(lèi)胡蘿卜素的腸道吸收方式僅為被動(dòng)擴(kuò)散[19]，但在人群中觀察到的個(gè)體間吸收差異，在細(xì)胞水平的異構(gòu)體選擇性[20]，以及和類(lèi)胡蘿卜素間、類(lèi)胡蘿卜素與其他脂溶性微量營(yíng)養(yǎng)素之間的吸收競(jìng)爭(zhēng)[21]都表明類(lèi)胡蘿卜素的吸收不是簡(jiǎn)單的被動(dòng)擴(kuò)散，而有腸道轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與其中，現(xiàn)有研究主要聚焦于以下三種（圖2）：

圖2 參與腸上皮細(xì)胞類(lèi)胡蘿卜素吸收的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Fig.2 Transporters involved in the absorption of carotenoids at the apical membrane of the enterocyte

第一種是B類(lèi)1型清道夫受體（Scavenger Receptor class B type 1，SR-B1）。在腸內(nèi)，SR-B1主要表達(dá)于十二指腸到直腸的腸細(xì)胞刷狀緣膜（brush border membrane，BBM）[22]，作為多配體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，除了選擇性地?cái)z取游離或酯化的膽固醇、磷脂及三酰甘油水解產(chǎn)物等進(jìn)入細(xì)胞[23]，還參與腸道類(lèi)胡蘿卜素的吸收。2005年，研究者利用Caco-2細(xì)胞（人克隆結(jié)腸腺癌細(xì)胞）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SR-B1參與腸道β-胡蘿卜素[24]、葉黃素的吸收[25]。SR-B1基因敲除小鼠與COS-7細(xì)胞（非洲綠猴經(jīng)SV40病毒基因轉(zhuǎn)化的腎成纖維細(xì)胞）實(shí)驗(yàn)也證明SR-B1對(duì)于β-胡蘿卜素的攝取至關(guān)重要[26]。隨后的研究證明，SR-B1參與玉米黃質(zhì)[27]和番茄紅素[28]的吸收。

第二種是脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)酶（Cluster Determinant 36，CD36），表達(dá)于十二指腸與空腸的腸細(xì)胞BBM。與SR-B1相似，CD36表現(xiàn)出低的配體特異性，可以與高密度脂蛋白（HDL）、低密度脂蛋白（LDL）、極低密度脂蛋白（VLDL）、陰離子磷脂、脂肪酸、游離膽固醇等結(jié)合[29]。在轉(zhuǎn)染COS-7細(xì)胞和小鼠BBM囊泡實(shí)驗(yàn)中，CD36首次被證明參與β-胡蘿卜素的攝入[26]。在3T3-L1細(xì)胞（小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（前脂肪））和脂肪組織培養(yǎng)中，CD36被證明參與番茄紅素及葉黃素的吸收[30]。此外，Caco-2細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明， CD36參與其它維生素A前體物質(zhì)α-胡蘿卜素、β-隱黃素的攝取[31]。

第三種是尼曼-匹克C1型類(lèi)似蛋白1（Niemann-Pick C1-like 1，NPC1L1），它是腸道中主要的膽固醇和植物固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。有實(shí)驗(yàn)表明，NPC1L1參與α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、β-隱黃素和葉黃素的腸道攝取[24?25]，而不參與番茄紅素的攝取[28]。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)，腸道脂肪結(jié)合蛋白（IFABP）的遺傳變異可能與人體空腹血漿中番茄紅素的濃度有關(guān)[32]，但仍需更多證據(jù)來(lái)證明IFABP是類(lèi)胡蘿卜素轉(zhuǎn)運(yùn)載體。目前，研究者尚未完全明確人類(lèi)腸道中類(lèi)胡蘿卜素載體蛋白的種類(lèi)和功能，需要更多針對(duì)類(lèi)胡蘿卜素腸道吸收載體的分子生物研究來(lái)明確其轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程及生理機(jī)制。

1.3 類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度

類(lèi)胡蘿卜素在人體的吸收利用程度常用生物可及性和生物利用度這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性（Bioaccessibility）是指類(lèi)胡蘿卜素在胃腸道消化過(guò)程中從食物基質(zhì)釋放出來(lái)，可被腸道吸收的部分。類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度（Bioavailability）是指攝入的類(lèi)胡蘿卜素參與體循環(huán)，用于正常生理功能或在人體中存儲(chǔ)的比例。生物可及性是生物利用度的前提，兩者共同反映類(lèi)胡蘿卜素的生物利用程度。

類(lèi)胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具有高度脂溶性，不溶于水，僅部分溶于植物油、動(dòng)物脂肪和生物膜[5]，且類(lèi)胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，對(duì)光、熱、金屬離子等敏感[33]，其生物利用度非常低[7]，例如β-胡蘿卜素的生物利用度為4%～14%，番茄紅素的生物利用度僅為0.1%～1.5%[34]。近年來(lái)，研究多采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、人體實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)（體外消化模型及Caco-2細(xì)胞模型）來(lái)研究類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度[35]。相較于動(dòng)物或人體實(shí)驗(yàn)，體外消化模型較少涉及倫理問(wèn)題，具有成本低、試驗(yàn)周期短、結(jié)果可重復(fù)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且通?？梢愿p松地收集、分析樣品，直觀地了解消化過(guò)程中發(fā)生的物理化學(xué)變化（例如結(jié)構(gòu)變化、成分變化和釋放機(jī)制等）[36]，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)與健康研究中。在類(lèi)胡蘿卜素體外消化研究中，多采用膠束化率作為評(píng)價(jià)其生物利用度的重要指標(biāo)，即從消化了的食物中轉(zhuǎn)移到膠束相的那部分類(lèi)胡蘿卜素的比例[37]。由于Caco-2細(xì)胞與人體小腸上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)功能類(lèi)似，研究多使用 Caco-2細(xì)胞模型來(lái)模擬膠束相類(lèi)胡蘿卜素被小腸上皮吸收的過(guò)程[38]，大多數(shù)體外研究通常將體外消化模型與Caco-2細(xì)胞模型兩者結(jié)合使用。

2 影響類(lèi)胡蘿卜素生物利用度的因素

2.1 類(lèi)胡蘿卜素的親脂性與化學(xué)存在形式

類(lèi)胡蘿卜素親脂性的強(qiáng)弱將影響其生物利用度。類(lèi)胡蘿卜素從食物基質(zhì)中釋放出來(lái)，須先在消化道中分散溶解，形成混合膠束才能被吸收。因此膠束的形成是影響類(lèi)胡蘿卜素吸收的重要因素之一，而類(lèi)胡蘿卜素分子的親脂性強(qiáng)弱是影響膠束形成和轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵。一項(xiàng)大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度（葉黃素＞β-胡蘿卜素＞番茄紅素）與其親脂性成反比[39]，推測(cè)原因是親脂性較弱的葉黃素經(jīng)消化后在大鼠腸道中更容易形成膠束。然而，Caco-2細(xì)胞體外模擬小腸吸收試驗(yàn)的結(jié)果與大鼠實(shí)驗(yàn)相反，該研究發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素的吸收率高于葉黃素。研究者認(rèn)為可能是因?yàn)橛H脂性強(qiáng)的β-胡蘿卜素形成的膠束更穩(wěn)定，較易轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中[40]。親脂性強(qiáng)弱對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度的影響及機(jī)制需要通過(guò)更多體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步確定。

類(lèi)胡蘿卜素主要有4種化學(xué)存在形式：全反式類(lèi)胡蘿卜素、全反式酯化類(lèi)胡蘿卜素、順式類(lèi)胡蘿卜素和順式酯化類(lèi)胡蘿卜素。自然界中的天然類(lèi)胡蘿卜素以全反式為主，但是在熱處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生順式異構(gòu)體[41]。與相應(yīng)全反式類(lèi)胡蘿卜素相比，順式異構(gòu)體不再是線(xiàn)性的剛性分子，結(jié)晶或聚集的趨勢(shì)減弱，它們?cè)诨旌夏z束中具有更高的溶解度，比全反式類(lèi)胡蘿卜素更容易摻入膠束，從而使生物利用度更高。例如，與全反式β-胡蘿卜素相比，順式β-胡蘿卜素異構(gòu)體在混合膠束中的溶解度更高，生物利用度也更高[42]。順式番茄紅素異構(gòu)體也呈現(xiàn)出比全反式番茄紅素更高的生物利用度[43]

過(guò)去認(rèn)為，類(lèi)胡蘿卜素僅以游離分子的形式被吸收，而被酯化類(lèi)胡蘿卜素不被吸收。但是有臨床研究顯示，葉黃素酯的生物利用度與游離葉黃素相當(dāng)[44]，玉米黃質(zhì)二棕櫚酸酯的生物利用度甚至高于游離的玉米黃質(zhì)[45]。這些結(jié)果表明被酯化的類(lèi)胡蘿卜素在腸腔中的水解是高效的，且它們同樣可以被小腸上皮細(xì)胞吸收。

2.2 食物基質(zhì)

2.2.1 類(lèi)胡蘿卜素的存在位置及存在狀態(tài) 在綠葉植物中，類(lèi)胡蘿卜素通常作為光合作用的輔助色素在葉綠體亞細(xì)胞器類(lèi)囊體膜上累積[46]，協(xié)助葉綠體吸收光，提高光合效率。在非光合作用植物中，類(lèi)胡蘿卜素通常存在于色質(zhì)體中。常見(jiàn)的色質(zhì)體結(jié)構(gòu)形態(tài)有晶體狀、球狀、纖維狀、膜狀或管束狀等[47]，最常見(jiàn)的是球狀色質(zhì)體，類(lèi)胡蘿卜素以脂質(zhì)形式溶解其中；管束狀色質(zhì)體中的類(lèi)胡蘿卜素通常以液晶體形式存在；晶狀體色質(zhì)體中類(lèi)胡蘿卜素則呈晶體形式[48]。體外消化實(shí)驗(yàn)表明，芒果和木瓜中液態(tài)和液晶球狀的β-胡蘿卜素的釋放率大于番茄和胡蘿卜中晶體β-胡蘿卜素的釋放率[49]。人群隨機(jī)交叉實(shí)驗(yàn)也證明，木瓜中β-胡蘿卜素的生物利用度約為胡蘿卜和西紅柿的3倍，胡蘿卜和番茄中β-胡蘿卜素的生物利用度差異不明顯[50]。另有研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁和色質(zhì)體是類(lèi)胡蘿卜素消化釋放過(guò)程中最重要的結(jié)構(gòu)性障礙。類(lèi)胡蘿卜素的包封水平越高，生物可及性便越低[51]。由此，非植物來(lái)源食物中類(lèi)胡蘿卜素因并未被細(xì)胞壁和膳食纖維包封，其生物可及性要高于植物來(lái)源食物中的類(lèi)胡蘿卜素。例如，雞蛋中的葉黃素比菠菜中的葉黃素具有更高的生物可及性[52]。

2.2.2 食物脂肪 類(lèi)胡蘿卜素的非極性結(jié)構(gòu)使其具有高疏水性、低生物可及性。與油脂一起食用，可以改善類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性。從食物基質(zhì)中釋放的類(lèi)胡蘿卜素溶解在脂肪中，刺激腸脂肪酶、膽鹽和磷脂的分泌，消化脂滴并形成類(lèi)胡蘿卜素混合膠束[53]。同時(shí)，脂質(zhì)會(huì)延遲胃排空和消化物通過(guò)小腸的速度，從而為膠束中脂肪酸、單?；视王ズ腿苎字尼尫藕腿芙馓峁┝烁鄷r(shí)間[54]。另外，甘油三酯通過(guò)促進(jìn)乳糜分泌，可以促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素向腸細(xì)胞外分泌，防止其在細(xì)胞內(nèi)積累，進(jìn)而促進(jìn)吸收[18]。

在消化之前（例如在加工過(guò)程中，通過(guò)高壓均質(zhì)處理）在食物基質(zhì)中摻入油相，可得到富含類(lèi)胡蘿卜素的乳化脂質(zhì)相[55]，其屬性將影響乳化脂滴在胃腸道的消化過(guò)程[56]，例如改變脂質(zhì)與腸道脂肪酶的相互作用，影響油的消化，進(jìn)而影響膠束的形成及類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性。

有研究表明，乳液脂滴的大小將直接影響脂質(zhì)的消化和類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度[57]。脂滴粒徑較小的乳液具有較高的活性表面積，有更多腸道脂肪酶吸附結(jié)合位點(diǎn)，使脂質(zhì)消化更快，消化率更高。β-胡蘿卜素體外消化模型顯示，當(dāng)乳液通過(guò)口、胃和小腸相組成的模擬胃腸道（GIT）時(shí)，由于胰脂肪酶暴露的脂質(zhì)表面積隨脂滴粒徑的減小而增加，脂質(zhì)消化的速率和程度也會(huì)因此增加，使β-胡蘿卜素的生物利用度明顯提高[57]。一項(xiàng)類(lèi)胡蘿卜素消化動(dòng)力學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)，乳液的初始脂滴大小會(huì)顯著影響脂質(zhì)的消化動(dòng)力學(xué)，隨著脂滴尺寸的減小，膠束形成、類(lèi)胡蘿卜素?fù)饺胍约跋乃俾识加兴黾?。平均粒徑小? μm的亞微米乳液在消化過(guò)程中表現(xiàn)出較高的單?；视娃D(zhuǎn)化為游離脂肪酸（FFA）的能力，使混合膠束中FFA的濃度更高，類(lèi)胡蘿卜素?fù)饺牖旌夏z束的速度更快。脂滴粒徑較大的乳液在消化結(jié)束時(shí)仍然含有未消化的油，而脂滴粒徑較小的乳液則幾乎完全水解[58]。近年來(lái)，研究者將目光逐漸轉(zhuǎn)移到了粒徑更小的納米乳液。納米乳液的平均半徑僅在10～100 nm之間，這意味著與傳統(tǒng)乳液相比，納米乳液不易聚集或因重力分離[59]。類(lèi)胡蘿卜素納米乳液不僅可以改善類(lèi)胡蘿卜素的溶解性，加強(qiáng)細(xì)胞的有效吸收，提高其生物利用度，還可以控制類(lèi)胡蘿卜素釋放的速度，將納米乳液摻入透明或微濁的產(chǎn)品中，也不會(huì)改變其外觀[60]，因此納米乳液作為靶向輸送生物活性物質(zhì)的基質(zhì)，在食品和制藥行業(yè)中表現(xiàn)出了巨大潛力。

油的類(lèi)型也會(huì)影響類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性。其中，甘油三酯的碳鏈長(zhǎng)度是一個(gè)重要的因素。分別以長(zhǎng)鏈甘油三酯（LCT）、中鏈甘油三酯（MCT）及橙油作為載體油制成的β-胡蘿卜素納米乳液體外消化實(shí)驗(yàn)顯示，腸道中游離脂肪酸產(chǎn)生速率及數(shù)量的排序?yàn)長(zhǎng)CT≈MCT＞橙油，β-胡蘿卜素在LCT納米乳液中的生物可及性遠(yuǎn)高于MCT納米乳液，這歸因于長(zhǎng)鏈FFA形成的混合膠束比中鏈FFA形成的有更大的疏水性核心，能夠容納更多β-胡蘿卜素分子[61]。此外，脂肪酸的飽和程度也會(huì)影響類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性。Caco-2細(xì)胞實(shí)驗(yàn)與體外消化模型表明，小腸上皮細(xì)胞BBM會(huì)更多地吸收不飽和脂肪酸混合膠束中的類(lèi)胡蘿卜素[62]。人群實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，菜籽油（6%飽和脂肪酸：94%不飽和脂肪酸）比黃油（70%飽和脂肪酸：30%不飽和脂肪酸）更能提高葉黃素與α-胡蘿卜素的生物可及性[63]。

2.2.3 生物大分子 膳食纖維會(huì)通過(guò)與參與膠束形成的膽鹽和脂肪酶相互作用或增加腸道內(nèi)容物粘度而阻礙類(lèi)胡蘿卜素膠束向刷狀邊緣擴(kuò)散，從而降低類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度[64]。乳液中的纖維還會(huì)影響乳液的結(jié)構(gòu)特性，例如改變脂滴的大小及其流變特性[65]。此外，特殊的膳食纖維，如果膠，可以在特定的條件下充當(dāng)乳化劑，影響乳液的消化過(guò)程，進(jìn)而影響脂肪的消化率和脂溶性物質(zhì)的吸收[66]。在一項(xiàng)膳食纖維對(duì)人類(lèi)血清胡蘿卜素含量影響的研究中，當(dāng)受試者在餐后被給予食用果膠，血漿β-胡蘿卜素的含量會(huì)降低42%[67]。雖然單獨(dú)食用果膠會(huì)損失類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度，但是由于果膠無(wú)毒且穩(wěn)定性高，因此常被作為密封劑用于生物活性物質(zhì)的封裝系統(tǒng)中，用以控制生物活性物質(zhì)的釋放[68]。例如，將甜菜果膠添加到乳清蛋白分離物乳液中，可以控制β-胡蘿卜素的釋放[69]。近年來(lái)，超分子包合物已被廣泛使用于藥物和食物輸送，它可以改善低可溶性藥物的溶解度和穩(wěn)定性，并降低其毒性和副作用[70]。最近，研究致力于類(lèi)胡蘿卜素與天然寡糖/多糖的包合物，認(rèn)為這些包合物對(duì)類(lèi)胡蘿卜素具有保護(hù)性并可以降低其疏水性[71]。例如玉米黃質(zhì)、葉黃素分別與甘草酸及其二鈉鹽、與阿拉伯半乳聚糖形成的超分子復(fù)合物可使玉米黃質(zhì)及葉黃素的溶解度、穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)[72]。天然高分子物質(zhì)海藻酸鹽具有良好的生物相容性，使用殼聚糖-海藻酸酯復(fù)合材料制備的β-胡蘿卜素雙層乳液在不利條件下（高溫、大離子強(qiáng)度、低pH）仍具有良好的穩(wěn)定性[73]。有研究通過(guò)氧化鈣凝膠法制備的用于輸送葉黃素的海藻酸鈉-葉黃素微球可以為葉黃素提供抗氧化屏障，并使葉黃素的腸溶性增加，從而獲得更高的生物利用度[74]。

2.2.4 類(lèi)胡蘿卜素之間及類(lèi)胡蘿卜素與其他營(yíng)養(yǎng)素的相互競(jìng)爭(zhēng) 當(dāng)多種類(lèi)胡蘿卜素被同時(shí)攝入時(shí)，可以觀察到它們之間的競(jìng)爭(zhēng)性吸收現(xiàn)象。雛雞飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大量攝入葉黃素、玉米黃質(zhì)或β-胡蘿卜素的任何一種時(shí)，會(huì)降低血漿和大多數(shù)組織中其他類(lèi)胡蘿卜素的濃度，例如高葉黃素補(bǔ)充劑會(huì)降低玉米黃質(zhì)水平，高玉米黃質(zhì)補(bǔ)充劑會(huì)降低葉黃素水平，高β-胡蘿卜素補(bǔ)充劑會(huì)降低葉黃素和玉米黃質(zhì)的水平[75]。

此競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象常發(fā)生于類(lèi)胡蘿卜素?fù)饺肽z束或乳糜微粒時(shí)。例如，葉黃素可顯著降低β-胡蘿卜素的膠束化[76]。這可能是由于葉黃素位于脂滴表面，而β-胡蘿卜素位于脂滴的中心，需要轉(zhuǎn)移到脂滴的表面才能形成膠束，這使β-胡蘿卜素更易受到其他類(lèi)胡蘿卜素的競(jìng)爭(zhēng)。健康人群實(shí)驗(yàn)也證明，在單種類(lèi)胡蘿卜素膳食中添加第二種類(lèi)胡蘿卜素，會(huì)減少第一種類(lèi)胡蘿卜素的乳糜微粒反應(yīng)。例如，在天然蔬菜基質(zhì)中，番茄紅素、葉黃素和β-胡蘿卜素會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)以摻入乳糜微粒[21]。

類(lèi)胡蘿卜素的吸收競(jìng)爭(zhēng)還可能發(fā)生于膠束中的類(lèi)胡蘿卜素與其他微量營(yíng)養(yǎng)素之間。例如，在體外模型中，雙氫黃酮類(lèi)化合物柚皮苷與β-胡蘿卜素競(jìng)爭(zhēng)摻入混合膠束，對(duì)β-胡蘿卜素的生物可及性產(chǎn)生明顯的抑制作用[77]。已有研究表明，二價(jià)礦物質(zhì)離子會(huì)干擾膠束的穩(wěn)定性[35]，與游離脂肪酸反應(yīng)形成不溶性皂[78]，同樣地，它們也可以與膽鹽反應(yīng)，阻礙類(lèi)胡蘿卜素的乳化作用，導(dǎo)致膠束的顯著減少[79]。一項(xiàng)研究同時(shí)使用體外消化模型與Caco-2細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)礦物質(zhì)離子（Ca2+、Fe2+、Zn2+、Mg2+）以濃度依賴(lài)性的方式顯著抑制類(lèi)胡蘿卜素的膠束化及細(xì)胞攝取，研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+與Zn2+的抑制效果大于Ca2+與Mg2+，并且當(dāng)Fe2+的濃度達(dá)到12.5 mmol/L時(shí)，可使膠束化率與細(xì)胞攝取率降至最低，分別降至對(duì)照組（未添加礦物質(zhì)）的22.5%與5.0%[79]。一項(xiàng)體外消化研究也發(fā)現(xiàn)，較大濃度的鈣離子會(huì)使乳狀液發(fā)生絮凝與聚結(jié)，抑制β-胡蘿卜素膠束化，從而減少其消化吸收率[80]。然而餐后隨機(jī)交叉雙盲試驗(yàn)的結(jié)果卻與之相反，該研究招募了25名健康非肥胖男性，經(jīng)過(guò)兩周洗脫期后，在每隔一周的情況下，分別接受270 g菠菜及0、500或1000 mg的鈣，結(jié)果顯示，補(bǔ)充高濃度但仍在生理濃度范圍內(nèi)的鈣似乎對(duì)菠菜中類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度沒(méi)有影響[81]。兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異可能來(lái)自于膳食種類(lèi)差異、膳食中主要的類(lèi)胡蘿卜素差異、用于比較的指標(biāo)差異等，也可能是體外消化模型并沒(méi)有考慮人體在酶和膽鹽分泌方面的潛在動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。

2.2.5 加工方法 蔬果中的類(lèi)胡蘿卜素由于其嵌入性的結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致生物可及性低，當(dāng)蔬果受到機(jī)械破壞（如切碎、打漿、榨汁等）時(shí)，阻礙類(lèi)胡蘿卜素釋放的物理屏障植物細(xì)胞壁和質(zhì)體膜被破壞，可促進(jìn)其生物可及性。例如，當(dāng)菠菜被切碎時(shí)，其葉黃素生物可及性增高[82]；番茄醬中的番茄紅素的生物可及性高于新鮮番茄[83]；與生菜或熟菜相比，蔬菜汁中的α-胡蘿卜素與葉黃素生物可及性更高[84]。

烹飪加熱也可能會(huì)通過(guò)破壞植物的細(xì)胞壁而提高類(lèi)胡蘿卜素的生物可及性，效果因食材和加工方式而異。例如，將胡蘿卜切成薄片煮沸10 min會(huì)破壞其細(xì)胞壁[85]，而以相同的方式處理黃椒卻不會(huì)破壞細(xì)胞[86]。與新鮮橙汁相比，巴氏殺菌橙汁中的β-隱黃素的生物可及性更高[87]。與炒相比，煮沸和煎炸后蛋黃中的玉米黃質(zhì)的生物可及性更高[88]。然而，熱處理可能會(huì)導(dǎo)致類(lèi)胡蘿卜素的損失。橙子或紅蘿卜中的β-胡蘿卜素和番茄紅素經(jīng)加熱后，其生物可及性未高于未進(jìn)行熱處理的對(duì)照組[89]。

研究表明高壓均質(zhì)（HPH）可通過(guò)破壞植物細(xì)胞壁，提高類(lèi)胡蘿卜素釋放率，然而不一定增強(qiáng)消化過(guò)程中類(lèi)胡蘿卜素向膠束的轉(zhuǎn)移[18]。體外模型測(cè)試表明，高壓均質(zhì)可破壞番茄中大多數(shù)的完整細(xì)胞及色質(zhì)體，但沒(méi)有提高番茄紅素的生物可及性，這是由于某些內(nèi)源性物質(zhì)（如果膠）會(huì)阻礙釋放出來(lái)的番茄紅素向油滴轉(zhuǎn)移[90]。果膠與膽鹽、脂肪酶、油滴表面間的相互作用也可能影響脂質(zhì)混合膠束形成的速率和程度[91]。

2.3 胃腸道消化因素

β-胡蘿卜素乳狀液體外消化模型顯示，膽鹽濃度、脂肪酶濃度以及pH會(huì)對(duì)乳狀液中β-胡蘿卜素的消化吸收率產(chǎn)生一定影響。膽鹽濃度的增加會(huì)使β-胡蘿卜素的消化吸收率顯著增加；脂肪酶濃度增加時(shí)，β-胡蘿卜素的消化吸收率也隨之增加，當(dāng)脂肪酶質(zhì)量濃度增加至 0.4 mg/mL 時(shí)，β-胡蘿卜素的消化吸收率最高，為51.2%，但當(dāng)脂肪酶質(zhì)量濃度增加至0.8 mg/mL時(shí)，β-胡蘿卜素的消化吸收率下降至40.1%，之后，隨著脂肪酶濃度的再增加，β-胡蘿卜素的消化吸收率無(wú)顯著變化[80]。pH顯著影響類(lèi)胡蘿卜素從乳液轉(zhuǎn)移到膠束這一過(guò)程，在強(qiáng)酸性乳液（pH在2～5之間）中，類(lèi)胡蘿卜素的轉(zhuǎn)移要比弱酸性乳液（pH在5～6.9之間）低得多[76]。

2.4 宿主相關(guān)因素

性別、年齡、疾病狀況、腸道菌群等宿主相關(guān)因素會(huì)對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度造成影響。例如，女性通常擁有比男性更高的血液類(lèi)胡蘿卜素濃度[92]；年齡增長(zhǎng)伴隨的胃腸道功能惡化，降低番茄紅素的生物利用度[93]；與健康受試者相比，囊性纖維化患者的血漿葉黃素和玉米黃質(zhì)濃度更低[94]。腸道寄生蟲(chóng)和胃腸道營(yíng)養(yǎng)不良也可能損害粘膜細(xì)胞并導(dǎo)致類(lèi)胡蘿卜素吸收減少[64]。

2.5 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)或活性

調(diào)節(jié)腸道轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)或活性可影響類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度，例如類(lèi)胡蘿卜素本身或其他脂溶性維生素的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，以及編碼這些蛋白質(zhì)的基因的遺傳變異等。

SR-B1對(duì)腸道脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受到視黃酸信號(hào)的調(diào)控。視黃酸通過(guò)視黃酸受體（RARs）誘導(dǎo)腸道特異性同源框ISX的表達(dá)。ISX與BCO1基因（編碼β-胡蘿卜素-15,15’-雙加氧酶BCO1，將維生素A類(lèi)胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為視黃醛）上游的保守DNA結(jié)合序列結(jié)合，抑制該基因在腸道中的表達(dá)。ISX信號(hào)同樣控制SR-B1的活性（SR-B1基因上游的ISX結(jié)合序列與BCO1基因上游的ISX結(jié)合序列具有70%的一致性）[95]，成為腸道中類(lèi)胡蘿卜素和脂溶性維生素吸收的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。當(dāng)視黃酸攝入降低時(shí)，細(xì)胞內(nèi)視黃酸濃度下降，ISX對(duì)SR-B1和BCO1的阻遏降低，β-胡蘿卜素的吸收和轉(zhuǎn)化效率增加。

也有Caco-2細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，柑橘類(lèi)黃酮可促進(jìn)SR-B1的表達(dá)，提高β-胡蘿卜素的吸收效率[96]。對(duì)于NPC1L1，已知葡萄糖可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄機(jī)制和磷酸酶依賴(lài)途徑直接調(diào)節(jié)NPC1L1的表達(dá)[97]。

另一方面，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因的遺傳變異或許可以解釋人群中血漿類(lèi)胡蘿卜素濃度的個(gè)體差異。有研究使用3個(gè)獨(dú)立人群的數(shù)據(jù)評(píng)估了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白編碼基因的遺傳變異是否與血漿類(lèi)胡蘿卜素水平相關(guān)，結(jié)果表明CD36、SR-B1、NPC1L1基因具有單核苷酸多態(tài)性，不同基因型參與者血漿類(lèi)胡蘿卜素濃度存在顯著差異[31?34]。另外對(duì)于β-胡蘿卜素，有研究者在ISX中發(fā)現(xiàn)了3個(gè)SNP，可調(diào)節(jié)BCO1介導(dǎo)的β-胡蘿卜素裂解和SR-B1介導(dǎo)的β-胡蘿卜素在腸上皮細(xì)胞的吸收。這也證實(shí)了ISX在調(diào)控β-胡蘿卜素生物利用度中的關(guān)鍵作用。目前，對(duì)于遺傳變異對(duì)類(lèi)胡蘿卜素生物利用度影響的了解有限，深層次研究正在進(jìn)行中。

3 小結(jié)

本文綜述了影響類(lèi)胡蘿卜素腸道吸收及生物利用度的因素，分析了類(lèi)胡蘿卜素的化學(xué)性質(zhì)、食物基質(zhì)、胃腸道因素及宿主遺傳對(duì)其消化過(guò)程和生物可及性的重要影響。明確脂質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SR-BI、CD36、NPC1L1）、裂解酶BCO1和轉(zhuǎn)錄因子ISX等對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的腸道吸收起關(guān)鍵作用。類(lèi)胡蘿卜素在人體的消化吸收過(guò)程較為復(fù)雜，受諸多因素影響。在消化層面，深入了解類(lèi)胡蘿卜素消化過(guò)程，通過(guò)加工針對(duì)性改變類(lèi)胡蘿卜素的消化特性，可改善其生物可及性，具有深入研究潛質(zhì)。在吸收層面，由于類(lèi)胡蘿卜素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有低配體特異性，一種受體通常會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)多種類(lèi)胡蘿卜素，各種蛋白受體對(duì)特定類(lèi)胡蘿卜素的攝取順序及比例仍有待研究，闡明類(lèi)胡蘿卜素的腸道吸收機(jī)制對(duì)提高其生物利用度有重大意義。同時(shí)，現(xiàn)有證據(jù)表明類(lèi)胡蘿卜素的生物利用度受遺傳變異的影響，將基因多態(tài)性、表觀遺傳因素與其他影響類(lèi)胡蘿卜素生物利用度的因素相結(jié)合，可針對(duì)個(gè)體的類(lèi)胡蘿卜素生物利用提出個(gè)性化建議，符合精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的研究及實(shí)踐方向。