植物來源酚類化合物的研究進展

路雪純，辛嘉英, ，夏春谷，張凱

1.哈爾濱商業(yè)大學食品科學與工程重點實驗室（哈爾濱 150076）；2.中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室（蘭州 730000）

酚類化合物在植物界中無處不在，并作為次生代謝物在生物和非生物脅迫下產(chǎn)生，分布在植物的根、莖、葉、花、果肉和種子的組織中[1-3]。在植物性食品6種重要的生物活性物質(zhì)中，酚類化合物是種類最多、研究最廣泛的一類化學物質(zhì)[4]。在結(jié)構(gòu)上，所有酚類化合物都含有至少一個苯環(huán)和至少一個羥基[5]。植物來源的酚類化合物因其生物學特性在食品行業(yè)中得到廣泛應用[6-9]。但在被食用前，我們必須使用高效且安全的方法將其從植物中提取出來。

1 酚類化合物的提取和制備

酚類化合物在植物不同組織及部位的含量不同，在合適的提取方法下才能不影響酚類的提取率和生物活性。

1.1 溶劑萃取

溶劑萃取是從植物生物質(zhì)中分離酚類物質(zhì)最廣泛的方法。考慮到植物性食品復雜的酚類成分，通常單溶劑無法提取所有的酚類化合物，可根據(jù)植物材料中存在的酚類物質(zhì)以及目標酚類物質(zhì)的理化性質(zhì)選擇最合適的溶劑體系[10]。此外，為了提高溶劑萃取的提取率，可通過選擇合適的萃取試劑，并對提取溫度、提取時間、料液比等條件進行優(yōu)化。常用于提取植物來源中酚類化合物的溶劑及其溶解度、極性等特性如表1所示[11-15]。

表1 常用萃取溶劑的特性

1.2 微波或超聲波輔助提取

通過微波及超聲波輔助溶劑萃取工藝可進一步增加提取效率和產(chǎn)率。研究發(fā)現(xiàn)在微波或超聲波輔助下進行萃取可以減少提取時間，還可以滿足某些熱敏性酚類化合物的提取溫度，但此技術(shù)不適用于一些敏感的可降解酚類化合物。Zhao等[16]在研究黑加侖中酚類物質(zhì)的提取時發(fā)現(xiàn)，與溶劑萃取的26.32 mg/g相比，超聲波輔助及微波輔助條件下將酚類化合物的得率分別提高至34.98和40.19 mg/g，且微波輔助的提取時間更短，得率更高。馬娜等[17]在研究微波輔助下萃取萬壽菊中酚類化合物時發(fā)現(xiàn)，當微波功率為500 W，時間95 s，料液比為1∶45 g/mL時，酚類物質(zhì)的提取率最高，為86.47 mg/g。汪丹丹[18]建立了一種超聲輔助提取芝麻中酚類物質(zhì)的方法，并對提取工藝進行了優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在功率410 W、75%甲醇、固液比1∶20 g/mL、萃取時間65 min的條件下提取效果最佳。在微波和超聲輔助下配合溶劑萃取可有效地提高酚類化合物的提取率，縮短提取時間，減少溶劑用量。

1.3 酶輔助提取

大多數(shù)植物來源的酚類化合物以苷元、糖苷、甲基化殘留物或者其他大分子的形式存在于細胞壁和細胞液泡等組織中[19]。可通過選擇合適的酶以及合適的水解條件來提高提取效率，一般常用的酶類有碳水化合物酶（淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶、葡聚糖酶、果膠酶）、蛋白酶（木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、枯草蛋白酶）以及脂肪酶等[20-22]。Tanya等[23]在提取尼泊爾毛竹中酚類化合物時發(fā)現(xiàn)，在纖維素酶輔助下花青素的產(chǎn)量得到顯著增加。普通的溶劑萃取法在干枯葡萄皮中酚類化合物的提取率較低，但研究發(fā)現(xiàn)在半乳糖醛酸酶的輔助下，葡萄皮的細胞壁被降解，從而提高了花青素及其他酚類物質(zhì)的得率[24]。Zhou等[25]在研究多酶（包括纖維素酶、果膠酶和葡萄糖苷酶）輔助作用下對榆樹中多酚物質(zhì)的提取工藝時發(fā)現(xiàn)，在多酶聯(lián)合作用下榆樹的細胞壁被降解，在pH 4.63、溫度52.6 ℃、時間62 min的條件下酚類化合物的得率最大。

1.4 固相萃取

固相萃取酚類化合物是指從植物樣品中分離或純化酚類混合物的一種方法。該方法因成本低、易于操作且能去除其他雜質(zhì)等優(yōu)點而得到廣泛應用。目前在這一領(lǐng)域的研究主要集中在開發(fā)具有各種特性的樹脂，如具有較大的比表面積、優(yōu)良的孔隙率以及良好的化學性能等。根據(jù)吸附劑與酚類化合物的作用機理分為中性樹脂吸附法、離子交換樹脂吸附法等。

1.4.1 中性樹脂吸附法

中性樹脂主要包括甲基丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂及苯乙酸-二乙烯基苯聚合物等。中性樹脂的吸附強度受酚類化合物中官能團的種類、苯環(huán)的數(shù)量以及pH的影響。Dario等[26]對比4種中性樹脂和1種離子交換樹脂對橄欖油廠污水中酚類物質(zhì)的提取效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中一種中性樹脂（XAD16N）對酚類物質(zhì)具有更好的吸附能力，可以有效地將酚類物質(zhì)和橄欖油廢水進行分離，且能在獲得較高酚類物質(zhì)得率的情況下不會造成填料柱堵塞。

1.4.2 離子交換樹脂

離子交換樹脂分為帶正電荷的陰離子交換樹脂以及帶負電荷的陽離子交換樹脂。陰離子交換樹脂通常有二乙基氨基乙酯、季胺乙酯和季胺等，陽離子交換樹脂多具有羧基、磺丙基、甲基磺酸等官能團。離子交換樹脂具有成本低、吸附能力強、吸附物回收容易等優(yōu)點[27]。Haslaniza等[28]為了減少諾麗青果中產(chǎn)生難聞氣味的有機酸并保留其中具有抗氧化活性的天然物質(zhì)，應用弱堿陰離子交換樹脂（IRA 67）處理諾麗果汁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在辛酸和己酸去除方面表現(xiàn)出了良好的潛力，并能最大限度地減少酚類化合物的損失。

1.5 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取是一種綠色、環(huán)保的萃取方法，因為它使用的溶劑，通常是水或二氧化碳，也可以在較低的溫度下進行，有效地避免了熱不穩(wěn)定酚類物質(zhì)的降解。與傳統(tǒng)提取相比，在選擇性、化合物穩(wěn)定性、時間和能耗方面具有顯著優(yōu)勢，此外超臨界流體萃取可在較短的提取時間內(nèi)獲得較高的提取率[29]。Hsieh等[30]采用超臨界流體萃取法對黑豆中酚類化合物的提取物進行優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當壓力300 bar、溫度60 ℃、乙醇與水的體積比1∶1時，總酚類化合物的得率最高，并認為超臨界流體萃取是一種獲得酚類化合物及其他具有特殊生物活性物質(zhì)的有效方法。Carlos等[31]運用CO2超臨界萃取法對番石榴籽中酚類進行提取和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石榴籽中酚類化合物主要是植物甾醇和生育酚，以醇谷甾醇和素生育酚最為豐富。

1.6 生物合成法

“組學”技術(shù)以及質(zhì)譜等其他方法學的發(fā)展，可幫助在植物生長和生理的各個階段分析植物衍生的次生代謝物（如酚類物質(zhì)），為酚類化合物的生物合成提供了一種新的途徑。如圖1所示，酚類物質(zhì)的合成通常經(jīng)乙酰輔酶A/丙二酰輔酶A和莽草酸兩種途徑[32]。

圖1 酚類化合物的合成途徑

植物中酚類化合物的含量也受到基因的調(diào)控，其中MYB、bHLH、MADS、WRKY及WD40等基因在合成中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可通過對不同的基因進行調(diào)控來產(chǎn)生特定的酚類化合物及其含量[33]。Marwa等[34]合成了新系列的酚類偶氮甲基化合物和5-芳烷噻唑烷酮類化合物，并研究了其對腦癌細胞系SNB-75和非小肺癌細胞HOP-92的抗癌活性。江晶潔[35]在TYR優(yōu)化的大腸桿菌中過表達植物乳酸桿菌來源的乳酸脫氫酶，E.coli來源的4-羥基苯基乳酸-3-羥化酶，A.thaliana來源的4-香豆酞CoA連接酶，植物彩葉草來源的迷迭香酸合成酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在添加2 mmol/L咖啡酸的條件下，生物合成的迷迭香酸、咖啡-4-羥基苯基乳酸酯的產(chǎn)量分別達到127和252 mg/L。

2 酚類化合物的檢測

酚類化合物的特征是具有一個或多個羥基取代基的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。酚類化合物具有高能電子和熒光團，因此可用紫外吸收法和熒光法進行檢測；另外，因其可參加氧化還原反應，故可用化學發(fā)光和電化學法進行檢測；此外，質(zhì)譜和波譜對于酚類化合物的表征具有較高的選擇性和靈敏性；最后比色法也可對酚類化合物進行定量，但此方法特異性較差。

2.1 紫外吸收

紫外吸光法因其通用性和低成本的優(yōu)點使其成為常用的技術(shù)用于檢測酚類化合物。紫外作為單獨的檢測器已經(jīng)被廣泛應用于茶、石榴、丹參、鼠尾草和杉木等植物中[36-39]。此外Chris等[40]通過建立葡萄酒中酚類化合物的紫外可見吸收光譜，對紅酒中酚類化合物的預測模型進行了優(yōu)化。

2.2 熒光

酚類中含有多重共軛鍵以及其他有利于熒光分析的結(jié)構(gòu)，因此可用熒光法對酚類進行檢測。與紫外吸收相比該方法的最低檢出限可降低10～1000倍。Hina等[41]利用同步熒光光譜分析了17種初榨橄欖油在115，150和170 ℃時酚類化合物的熱穩(wěn)定性。Carvalho等[42]通過與紅外光譜對比發(fā)現(xiàn)熒光光譜在總酚類化合物的定量上更準確，且檢測時不需要進行樣品的前處理，展示出良好的應用潛力。

2.3 化學發(fā)光法

強氧化劑氧化酚類化合物會產(chǎn)生光子躍遷，據(jù)此運用化學發(fā)光法可對酚類化合物進行定量和結(jié)構(gòu)分析，該方法具有成本低、靈敏度高等優(yōu)點。Buthaina等[43]評價了3種基于化學發(fā)光法對果汁中總酚測定的選擇性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種方法均對酚酸的檢測具有較高的靈敏度，而對非酚類抗氧化劑和其他化合物均無反應。周艷華等[44]根據(jù)酚類對H2O2的清除作用，采用H2O2-Luminol體系測定了蕎麥中的酚類物質(zhì)。

2.4 電化學法

電化學法也是基于酚類化合物的氧化還原特性進行檢測，一般分為庫侖法和安培法兩種。電化學法檢測具有較高的靈敏度和選擇性。Pan等[45]制備了金納米粒子-玻碳電極的電化學免疫傳感器，并同時檢測4種酚類化合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在實際樣品中檢測二烯雌醇的準確性最高，并認為該方法在食品酚類雌性激素檢測中具有潛在的應用前景。此外，Isaíde等[46]采用電化學方法和反相高效液相色譜電化學對葡萄牙紅葡萄酒和白葡萄酒中酚類成分進行了鑒定。Ana等[47]制備了一種用多糖羧甲基葡萄孢烷和納米炭黑修飾的玻碳電極，該傳感器具有簡單、快速、靈敏的特點，已成功地應用于不同樣品中多巴胺和乙酰氨基酚的單獨和同時測定。

2.5 質(zhì)譜法

質(zhì)譜作為一種分析技術(shù)，可實現(xiàn)對復雜樣品的表征，具有較高的靈敏度和選擇性，可用于對不同酚類物質(zhì)的表征和分析。Nalewajko等[48]先運用分散液-液微萃取對牛乳中11種酚類化合物進行了提取，然后采用質(zhì)譜法對酚類化合物進行測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法的檢測線為0.18～74 ng/mL，且均具有良好的重復性和精密度。袁曉倩等[49]建立了超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）測定8種雙酚類及烷基酚類化合物的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法靈敏度高、通用性強、重復性好，且可以有效地對同分異構(gòu)體進行分離。

2.6 比色法

比色法可對總酚類或某一種酚類進行估算。雖然是一種快速篩選的經(jīng)濟手段，但其缺乏特異性且檢出限較高。Folin-ciocalteau法是用于估算植物樣品中總酚的首選方法，利用磺胺酸、磺胺或苯胺與萃取液中的酚類化合物反應形成偶氮染料從而進行比色，該方法成功地應用于茶葉和水果的分析[50]。此外Folin-ciocalteau法還被廣泛用于測定圓頭竹、橄欖、砂花蓮等植物中酚類物質(zhì)的含量。Folin-Denis與Folin-ciocalteau法相似，但近年來應用較少。

3 酚類化合物在食品中的應用

食品質(zhì)量不僅取決于其營養(yǎng)價值，還取決于對人類健康產(chǎn)生積極影響的生物活性化合物的存在。隨著人們生活水平的提高，消費者對食品配方中添加劑的使用逐漸從化學合成物向天然來源的化合物轉(zhuǎn)變。酚類化合物在食品中主要作為膳食補充劑、抗氧化劑以及防腐劑等被廣泛使用。

3.1 膳食補充劑

植物來源的酚類化合物含有促進人類健康的成分，可以作為一些維生素（生育酚，維生素C酯，維生素E）的替代品及功能性食品的膳食補充劑。巴西莓作為一種膳食補充劑很受歡迎，Earling等[51]對巴西莓酚類化合物在膠囊、粉末、凍漿和液體狀態(tài)時的濃度及抗氧化能力進行了探討，為巴西莓作為膳食補充劑提供了理論基礎(chǔ)。此外，葡萄、石榴等植物中富含豐富的酚類化合物，均可作為開發(fā)功能性食品和膳食補充劑的原料[52-53]。

3.2 食品抗氧化劑

一些植物酚類化合物是食用油中有效的抗氧化劑，在肉類來源的食物中也具有一定的抗氧化活性，可以減少脂質(zhì)氧化物的產(chǎn)生，延長貨架期[54]。Silva等[55]發(fā)現(xiàn)兩種石榴均具有良好的抗氧化性能，選擇了一種作為巴西糕點的天然色素和功能性成分，不僅保持了酚類物質(zhì)的營養(yǎng)成分，還為糕點提供了更高的抗氧化活性。茶多酚作為一種天然的抗氧化劑，被廣泛應用于食品行業(yè)。錢峰等[56]發(fā)現(xiàn)在鴨肉香腸中加入鐵觀音茶多酚可以在儲藏期間降低過氧化值、TBA值和酸價，延長貨架期。

3.3 抗菌劑

植物酚類化合物是潛在的抗菌劑的食品、藥物和化妝品的來源，其可以對抗一些耐抗生素細菌。由于植物酚類化合物具有抗菌特性使其常被作為防腐劑在食品中使用。Zhao等[57]發(fā)現(xiàn)從黑加侖中提取的酚類物質(zhì)對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌均有抑制效果，且對金黃色葡萄球菌的抑制效果最佳，主要是因為其抑制金黃色葡萄球菌生物膜形成、破壞生物膜結(jié)構(gòu)及抑制DNA拓撲異構(gòu)酶IV活性。此外研究還發(fā)現(xiàn)柿子、石榴、荔枝等植物果實中也含有豐富的酚類物質(zhì)，并成功將其開發(fā)成天然的功能性食品以及新型天然抗菌劑和防腐劑[58]。

4 結(jié)語與展望

未來酚類化合物作為天然功能性成分必將成為研究熱點，在提取方面應在保證天然、綠色、安全等需求的前提下提高提取率減少提取時間和成本。“組學”技術(shù)的快速發(fā)展對酚類物質(zhì)的生物合成途徑提供理論基礎(chǔ)，未來生物合成法會成為酚類化合物提取的主要研究方向。在檢測方面，隨著液相、質(zhì)譜等檢測技術(shù)的發(fā)展，配合合適的檢測方法不僅僅只是對酚類化合物定性及定量，還應降低檢出限并對其結(jié)構(gòu)進行分析，做到對酚類化合物的全面了解。目前，對于一些酚類化合物的生物活性還沒有全面的認識，因此探討酚類化合物與人類健康的關(guān)系可以解析其作用機理，并為其作為保健食品、藥品等提供理論基礎(chǔ)。