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ポリフェノール（/ ˌ p ɒ l i ˈ f iː n oʊ l , - n ɒ l / ）は、天然に存在するフェノールの大きなファミリーです。[ 1 ]これらは植物に豊富に存在し、構造的に多様です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ポリフェノールには、フェノール酸、フラボノイド、タンニン酸、エラジタンニンなどがあり、その一部は歴史的に染料や衣類のなめしに使用されてきました。
その名前は、古代ギリシャ語のπολύς（polus、「多くの、たくさん」という意味）と、芳香族ベンゼン環（フェニル）がヒドロキシル（-OH）基に結合して形成される化学構造を指す「フェノール」という言葉に由来する（そのため接尾辞-olが付いている）。「ポリフェノール」という用語は、少なくとも1894年から使用されている。[ 4 ]
ポリフェノールは、 「芳香環に複数のヒドロキシル基」を持つ天然物であり、フェノール酸、フラボノイド、スチルベン、リグナンの4つの主要なクラスが含まれます。[ 2 ] [ 5 ]フラボノイドは、フラボン、フラボノール、フラバノール、フラバノン、イソフラボン、プロアントシアニジン、アントシアニンに分類できます。[ 2 ]食品に特に多く含まれるフラボノイドは、カテキン（茶、果物）、ヘスペレチン（柑橘類）、シアニジン（赤い果物とベリー）、ダイゼイン（大豆）、プロアントシアニジン（リンゴ、ブドウ、ココア）、ケルセチン（タマネギ、茶、リンゴ）です。[ 2 ]ポリフェノールには、カフェ酸などのフェノール酸や、亜麻仁やその他の穀物に含まれるフェニルアラニンから誘導されるリグナンも含まれます。 [ 2 ]
ホワイト・ベイト・スミス・スウェイン・ハスラム（WBSSH）の定義[ 6 ]は、なめしに使用される植物フェノール類（すなわちタンニン）に共通する構造的特徴を特徴づけた。 [ 7 ]
特性に関して、WBSSHはポリフェノールを次のように説明しています。
構造に関して言えば、WBSSHは以下の特性を持つ2つの構造ファミリーを認識している。
ステファン・キドーによれば、「ポリフェノール」という用語は、シキミ酸／フェニルプロパノイド経路および／またはポリケチド経路から誘導され、複数のフェノール単位を持ち、窒素ベースの機能を持たない化合物を指す。[ 8 ]
天然に存在するさまざまなサイズのフェノール化合物の中心にある分子であるエラグ酸は、WBSSH の定義ではポリフェノールではありませんが、Quideau の定義ではポリフェノールです。一方、ラズベリーのエラジタンニン [ 9 ] は、14 個の没食子酸部分 (ほとんどがエラグ酸タイプの成分) と 40 個以上のフェノール性ヒドロキシル基を持ち、ポリフェノールの2つの定義の基準を満たしています。WBSSH と Quideau の両方の定義に該当する化合物の他の例としては、以下に示す紅茶のテアフラビン-3-ガレートや、加水分解性タンニンであるタンニン酸などがあります。
ポリフェノールは酸化に対して反応性があり、そのため試験管内では抗酸化物質として説明される。[ 10 ]
リグニンなどのポリフェノールは、より大きな分子（高分子）です。その分子量の上限は約800ダルトンで、細胞膜を速やかに拡散して細胞内の作用部位に到達したり、細胞が老化した後に色素として残ったりすることが可能です。そのため、より大きなポリフェノールの多くは、より小さなポリフェノールからその場で生合成されて非加水分解性タンニンとなり、植物マトリックス中で未発見のままになっています。ほとんどのポリフェノールは、ピロカテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノールの繰り返しフェノール部分を含み、エステル結合（加水分解性タンニン）またはより安定なCC結合（非加水分解性縮合タンニン）で連結されています。プロアントシアニジンは、主にカテキンとエピカテキンのポリマー単位です。
ポリフェノールは、水酸基以外にも官能基を持つことが多い。エーテルエステル結合やカルボン酸結合はよく見られる。
ポリフェノールは金属イオンと容易に反応して配位錯体を形成し、その一部は金属-フェノールネットワークを形成する。[ 12 ]
ポリフェノールの抽出[ 13 ]は、水、温水、メタノール、メタノール/ギ酸、メタノール/水/酢酸、またはギ酸などの溶媒を使用して行うことができます。液液抽出や向流クロマトグラフィーも行うことができます。固相抽出は、C18吸着剤カートリッジで行うこともできます。その他の技術としては、超音波抽出、加熱還流抽出、マイクロ波支援抽出[ 14 ] 、臨界二酸化炭素[ 15 ] [ 16 ]、高圧液体抽出[ 17 ]、または浸漬抽出器でのエタノールの使用[ 18 ]があります。異なる原料および抽出方法に対する抽出条件（温度、抽出時間、溶媒と原料の比率、サンプルの粒子サイズ、溶媒の種類、および溶媒濃度）を最適化する必要があります。[ 19 ] [ 20 ]
主に果皮や種子に含まれるポリフェノールの含有量が高い場合、それは抽出可能なポリフェノール（EPP）の測定結果のみを反映している可能性があり、抽出不可能なポリフェノールも含まれている可能性がある。紅茶にはポリフェノールが多く含まれており、その重量の20％を占めている。[ 21 ]
限外濾過により濃縮することができる。[ 22 ]精製は分取クロマトグラフィーにより達成できる。
リンモリブデン酸は、薄層クロマトグラフィーにおいてフェノール類を染色するための試薬として用いられる。ポリフェノールは、分光法、特に紫外領域での分析、分画法、またはペーパークロマトグラフィーによって研究することができる。また、化学的特性評価によって分析することも可能である。
機器分析による化学分析には、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による分離、特に逆相液体クロマトグラフィー（RPLC）による分離が含まれ、質量分析法と組み合わせることができる。[ 15 ]
DMACA試薬は、顕微鏡分析で使用されるポリフェノールに特異的な組織学的染色剤です。ポリフェノールの自家蛍光も、特にリグニンやスベリンの局在化に使用できます。分子自体の蛍光が光学顕微鏡による可視化に不十分な場合、少なくとも植物科学では、蛍光シグナルを増強するために、DPBA（ジフェニルホウ酸2-アミノエチルエステル、Naturstoff試薬Aとも呼ばれる）が従来から使用されています。[ 23 ]
試験管内でのポリフェノール含有量は、容量滴定によって定量できます。酸化剤である過マンガン酸塩を使用して、既知濃度の標準タンニン溶液を酸化し、標準曲線を作成します。次に、未知試料のタンニン含有量を、適切な加水分解性または縮合タンニンの当量として表します。[ 24 ]
試験管内での総ポリフェノール含有量を定量する方法の中には、比色測定に基づくものがあります。一部の試験はポリフェノールに比較的特異的です（例えば、ポーターのアッセイ）。総フェノール（または抗酸化作用）は、フォリン・チオカルト反応を使用して測定できます。[ 15 ]結果は通常、没食子酸当量として表されます。ポリフェノールは抗体技術によって評価されることはほとんどありません。[ 25 ]
他の試験では、分画の抗酸化能を測定します。一部の試験では、フェノール類、チオール類、ビタミンCなどのほとんどの抗酸化物質と反応するABTSラジカルカチオンを利用します。[ 26 ]この反応中、青色のABTSラジカルカチオンは無色の中性形態に戻ります。この反応は分光光度計でモニタリングできます。このアッセイは、トロロックス当量抗酸化能（TEAC）アッセイと呼ばれることがよくあります。試験されたさまざまな抗酸化物質の反応性は、ビタミンEアナログであるトロロックスの反応性と比較されます。
トロロックスを標準物質として用いる他の抗酸化能アッセイには、ジフェニルピクリルヒドラジル（DPPH）、酸素ラジカル吸収能（ORAC）[ 27 ] 、血漿の鉄還元能（FRAP）[ 28 ]アッセイ、または銅触媒によるヒト低密度リポタンパク質のin vitro酸化阻害[ 29 ]などがある。
バイオセンサーの使用を含む新しい方法は、食品中のポリフェノール含有量を監視するのに役立つ可能性がある。[ 30 ]
ダイオードアレイ検出器とHPLCを組み合わせた方法による定量結果は、一般的に絶対値ではなく相対値として示される。これは、すべてのポリフェノール分子について市販の標準品が入手できないためである。
ポリフェノールの中には、伝統的に皮革なめしの染料として使われているものがある。例えば、インド亜大陸では、タンニンやその他のポリフェノールを多く含むザクロの皮やその果汁が、非合成繊維の染色に用いられている。[ 31 ]
銀塩写真の時代には興味深いことに、ピロガロールとピロカテキンは最も古い写真現像剤の1つである。[ 32 ] [ 33 ]
天然ポリフェノールは、ホルムアルデヒドとの重合によりプラスチックや樹脂を製造するための再生可能な前駆体として、またパーティクルボードの接着剤として、長年提案されてきた。 [ 34 ] [ 35 ]一般的に、その目的は、加工後に残るブドウ、オリーブ（搾りかすと呼ばれる）、またはピーカンナッツの殻などの植物残渣を利用することである。[ 15 ]
最も豊富なポリフェノールは縮合タンニンであり、ほぼすべての植物科に見られます。より大きなポリフェノールは、葉組織、表皮、樹皮層、花、果実に多く含まれていますが、森林落葉の分解や森林生態系における栄養循環にも重要な役割を果たしています。植物組織中の総フェノールの絶対濃度は、文献、ポリフェノールの種類、分析法によって大きく異なります。乾燥緑葉質量を基準として計算すると、総天然フェノールおよびポリフェノールの1～25%の範囲になります。[ 36 ]
ポリフェノールは動物にも見られます。昆虫などの節足動物[ 37 ]や甲殻類[ 38 ]では、ポリフェノールは表皮の硬化（硬化）に関与しています。表皮の硬化はポリフェノールオキシダーゼの存在によるものです[ 39 ]。甲殻類では、表皮の色素沈着につながる2つ目のオキシダーゼ活性があります[ 40 ]。クモ類の表皮では、ポリフェノールによる日焼けは起こっていないようです[ 41 ] 。
ポリフェノールは植物の生態において多様な役割を果たしていると考えられている。これらの機能には以下が含まれる：[ 42 ]
アマとミリオフィラム・スピカツム（沈水植物）は、アレロパシー相互作用に関与するポリフェノールを分泌する。[ 45 ] [ 46 ]
ポリフェノールは、より単純な天然フェノールの小さな部分や構成要素を取り込んでおり、フェノール酸の場合はフェニルプロパノイド経路、ガロタンニンや類似体の場合はシキミ酸経路に由来します。フラボノイドとカフェ酸誘導体は、フェニルアラニンとマロニルCoAから生合成されます。複雑なガロタンニンは、 1,2,3,4,6-ペンタガロイルグルコースの試験管内酸化または二量化プロセスを経て生成され、加水分解可能なタンニンになります。縮合タンニン生合成の前駆体であるアントシアニジンについては、ジヒドロフラボノール還元酵素とロイコアントシアニジン還元酵素（LAR）が重要な酵素であり、その後、より大きな非加水分解性タンニンのためにカテキンとエピカテキン部分が付加されます。[ 47 ]
グリコシル化形態はグルコシルトランスフェラーゼ活性によって生成され、ポリフェノールの溶解度を高める。[ 48 ]
ポリフェノールオキシダーゼ（PPO）は、 o-ジフェノールの酸化を触媒してo-キノンを生成する酵素です。o-キノンの急速な重合によって黒、茶、または赤のポリフェノール色素が生成され、これが果実の褐変の原因となります。昆虫では、PPOはクチクラの硬化に関与しています。[ 49 ]
ポリフェノールは多くの果物の生重量の最大0.2～0.3%を占めています。一般的な量のワイン、チョコレート、豆類、またはお茶を摂取すると、1日あたり約1グラムの摂取量になることもあります。[ 2 ] [ 50 ] 2005年のポリフェノールに関するレビューによると、次のようになります。
最も重要な食品源は、果物や野菜、緑茶、紅茶、赤ワイン、コーヒー、チョコレート、オリーブ、エキストラバージンオリーブオイルなど、広く大量に消費されている商品です。ハーブやスパイス、ナッツ、藻類も、特定のポリフェノールを供給する上で重要な可能性があります。一部のポリフェノールは特定の食品に特有のものです（柑橘類のフラバノン、大豆のイソフラボン、リンゴのフロリジンなど）。一方、ケルセチンなどの他のポリフェノールは、果物、野菜、穀物、豆類、茶、ワインなど、すべての植物製品に含まれています。[ 51 ]
イソフラボン、プロアントシアニジン、エラジタンニンなどのポリフェノールの中には、特に反芻動物において、消化酵素に結合することで必須栄養素、特に鉄やその他の金属ミネラルの吸収を阻害する抗栄養素特性を持つものがある。[ 52 ]
調理方法を比較すると、野菜中のフェノール類とカロテノイドのレベルは、揚げるよりも蒸す方がよく保持される。[ 53 ]ワイン、ビール、およびさまざまなノンアルコールジュース飲料中のポリフェノールは、通常醸造工程の完了時またはその直前に添加される物質である清澄剤を使用して除去することができる。
食品や飲料に関しては、渋味の原因は完全には解明されていませんが、物質がタンパク質を沈殿させる能力として化学的に測定されます。[ 54 ]
平均重合度が上がると、渋味は増し、苦味は減る。水溶性ポリフェノールの場合、タンパク質沈殿には500～3000の分子量が必要であると報告されている。しかし、より小さな分子でも、タンパク質との未沈殿複合体の形成、または1,2-ジヒドロキシ基や1,2,3-トリヒドロキシ基を持つ単純なフェノールとタンパク質の架橋により、渋味を持つ可能性がある。[ 55 ]フラボノイドの構造も感覚特性に大きな違いをもたらす可能性があり、例えば、エピカテキンは、そのキラル異性体であるカテキンよりも苦味と渋味が強い。対照的に、ヒドロキシケイ皮酸は渋味はないが、苦味がある。[ 56 ]
ポリフェノールは多様な化合物の大きなグループであり、その生物学的効果を判断することは困難です。[ 57 ]成長、生存、生殖に寄与せず、食事エネルギーも提供しないため、栄養素とはみなされません。したがって、ビタミン、ミネラル、食物繊維などのように、推奨される1日の摂取量はありません。[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]米国では、食品医薬品局が製造業者に対し、そのような資格を検証する生理学的証拠が存在し、食事摂取基準値が確立されていない限り、ポリフェノールを抗酸化栄養素として食品ラベルに記載することはできないというガイダンスを発行しました。これらの特性はポリフェノールについては決定されていません。[ 61 ] [ 62 ]
欧州連合では、2012年から2015年の間に2つの健康強調表示が承認されました。1) 1日200mgを超える用量のココア固形 分中のフラバノールは、血管の弾力性と正常な血流の維持に貢献する可能性があります。[ 63 ] [ 64 ] 2) オリーブオイルのポリフェノール（ヒドロキシチロ ソール5mgおよびオレウロペイン複合体やチロソールなどの誘導体）は、毎日摂取すると「血中脂質の酸化損傷からの保護に貢献する」可能性があります。[ 65 ] [ 66 ]
2022年現在、ポリフェノールが健康バイオマーカーに及ぼす影響を評価した臨床試験は限られており、個々のポリフェノールと総ポリフェノールの両方の摂取量のばらつきが大きいため、結果を解釈することは困難である。[ 67 ]
ポリフェノールはかつて抗酸化物質と考えられていましたが、この概念は時代遅れです。[ 68 ]ほとんどのポリフェノールはカテコール-O-メチルトランスフェラーゼによって代謝されるため、生体内で抗酸化活性を発揮できる化学構造を持っていません。シグナル伝達分子として生物学的活性を発揮する可能性があります。[ 2 ] [ 62 ] [ 68 ]一部のポリフェノールは生物活性化合物と考えられており[ 69 ]、2017年には食事に関する推奨事項の開発が検討されていました。[ 70 ]
1930年代には、ポリフェノール（当時はビタミンPと呼ばれていた）が毛細血管透過性に関与する因子と考えられており、その後21世紀にかけて心血管疾患への影響の可能性について様々な研究が行われてきました。ほとんどのポリフェノールについては、心血管調節への影響を示す証拠はありませんが、クロロゲン酸やフラバン-3-オールなどのポリフェノールを摂取すると血圧にわずかな影響があることを示すレビューがいくつかあります。[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]
大豆イソフラボンの摂取量が多いと、閉経後の女性の乳がんや男性の前立腺がんのリスクが低下する可能性がある。[ 2 ]
2019年の系統的レビューでは、大豆および大豆イソフラボンの摂取が胃がん、大腸がん、乳がん、肺がんによる死亡リスクの低下と関連していることがわかりました。 [ 74 ]この研究では、イソフラボンの摂取量が1日あたり10mg増加すると 、すべてのがんのリスクが7%減少し、大豆タンパク質の摂取量が1日あたり5グラム増加すると、乳がんのリスクが12%減少することがわかりました。[ 74 ]
ポリフェノールは、健康な成人における認知機能への影響の可能性について予備的な研究が行われている。[ 75 ] [ 76 ]
イソフラボンは、 17β-エストラジオールと構造的に関連しており、植物エストロゲンに分類されます。[ 77 ]欧州食品安全機関によるリスク評価では、イソフラボンを通常の食事で摂取する場合、懸念すべき理由はないと結論付けられています。[ 78 ]
柑橘類の皮抽出物（ヘスペリジンなどのフラボノイド）や合成化合物などからなる組成の異なる静脈強壮剤は、慢性静脈不全や痔の治療に用いられています。[ 79 ]ジオスミンなどの市販の栄養補助食品もありますが、[ 79 ] Vasculera（Diosmiplex）は静脈疾患の治療を目的とした処方箋が必要な医療用食品です。[ 80 ]その作用機序は不明であり、[ 79 ]静脈強壮剤を静脈疾患の治療に用いることの臨床的有効性を示す証拠は限られています。[ 79 ]
ポリフェノールは腸内細菌叢によって広範囲に代謝され、腸内細菌叢の機能における潜在的な代謝因子として研究されている。[ 81 ] [ 82 ]
ポリフェノール摂取による有害作用は、軽度（例：消化管症状）[ 2 ]から重度（例：溶血性貧血または肝不全） [ 83 ]まで多岐にわたる。1988年には、ポリフェノール摂取後に溶血性貧血が報告され、カテキン含有薬が販売中止となった。[ 84 ]ポリフェノール、特に高濃度で含まれる飲料（紅茶、コーヒーなど）では、 1回の食事で一緒に摂取すると非ヘム鉄の吸収を阻害する。[ 2 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]この阻害が鉄の状態に及ぼす影響に関する研究は限られている。[ 88 ]
ポリフェノールの代謝は、グレープフルーツと薬物の相互作用のように、フラボノイドと薬物の相互作用を引き起こす可能性があります。これは、ポリフェノールの一種であるグレープフルーツのフラノクマリンによって肝臓の酵素CYP3A4が阻害されることが原因と考えられます。 [ 2 ] [ 83 ]欧州食品安全機関は、緑茶抽出物やクルクミンなどのポリフェノールを含むサプリメントや添加物の一部について上限値を設定しました。[ 89 ] [ 90 ]食事に含まれるほとんどのポリフェノールについては、栄養素と薬物の相互作用以外の有害な影響は考えにくいです。[ 2 ]
樹皮や果皮はアーユルヴェーダで一般的に用いられ、染色にも使われる。
ココアフラバノールは血管の弾力性を維持するのに役立ち、正常な血流に貢献します。
オリーブオイルのポリフェノールは、血中脂質を酸化ストレスから保護するのに寄与する。
総鉄摂取量と鉄吸収調節因子が鉄状態の生化学的マーカーに及ぼす影響を調べてきた。これらの研究にはいくつかの限界がある。総鉄摂取量、アスコルビン酸、カルシウム、ポリフェノールの影響を評価した横断研究の結果は一貫していない。