加工技術對食品中酚酸含量及抗氧化活性影響研究進展

陳林林，楊茜瑤，王玲，宋佳琪，李偉

(哈爾濱商業大學 食品工程學院，哈爾濱 150028)

酚酸是食品中最主要的抗氧化活性物質來源，其組成及含量對抗氧化活性起決定性作用。酚酸類化合物廣泛存在于谷物、水果、蔬菜、咖啡的根莖等部位[1]，通常以結合形式存在，如酰胺、酯或糖苷，很少以游離形式存在[2]。酚酸是非黃酮類酚類化合物，按其化學結構可分為兩類(結構式見圖1)：苯甲酸衍生物類，如沒食子酸、香草酸、丁香酸、水楊酸；肉桂酸衍生物類，如阿魏酸、咖啡酸、肉桂酸、對香豆酸[3]。酚酸在食品加工過程中會受到不同條件的影響發生含量及抗氧化活性的變化。

圖1 酚酸結構圖Fig.1 Structure diagram of phenolic acids

食品加工技術主要有發酵及酶處理、熱加工、高壓、超聲、微波、輻射、蒸汽爆破等，可以引發酚酸發生復雜的物理和化學反應，包括水溶性酚酸的浸出[4]、鍵合形式的分離[5]、酚酸的分離和轉化[6]、與食品組分的相互作用產生新的化合物等[7]。這些反應都會導致食品基質成分細胞的分解并釋放結合的或游離的酚酸類物質，發生酚酸的降解或由此引起食品中營養物質的微觀結構等發生變化。如用α-淀粉酶蒸煮、乳酸菌發酵、復合酶水解3種加工技術[8]，可顯著提高酚酸、總FRAP和ORAC值，這可能是由于發酵能使一些糖化酚類物質脫糖，從而可使植物細胞壁中的結合態酚酸釋放，提高總體酚酸含量進而增強其抗氧化活性。

本文梳理了近年來國內外不同的加工技術對食品中酚酸含量(酚酸的解離、轉化、釋放)的影響以及對體外抗氧化活性(自由基的清除、脂質抗氧化模型等)影響的研究，探討了加工技術對食品中酚酸反應機理的影響，進一步改變其抗氧化活性機制，為食品原料中酚酸類物質的利用和加工食品品質的改善提供了參考。

1 發酵及酶處理

1.1 發酵及酶處理對酚酸含量的影響

發酵是一種用于改善食品的感官和營養品質的生物技術。發酵過程中能產生水解酶或脫羧酶，使復雜的植物次生代謝物水解成更簡單的形式或轉化為其他物質，Makila等[9]用酶壓榨黑加侖殘渣，并將結果與傳統的漿果壓榨進行比較，酶壓榨殘渣果汁的酚類化合物含量是非酶漿果果汁的9倍。這可能是由于酶處理能使一些糖化酚類物質脫糖，從而釋放了植物細胞壁中的結合態酚酸如羥基肉桂酸類酚酸，使整體酚酸含量增加，羥基肉桂酸類酚酸通過醚鍵、木質素、酯鍵與細胞壁中結構性碳水化合物和蛋白質等組分結合，具體釋放情況見圖2。Cho等[10]研究發現經過酶處理的玉米粉中阿魏酸含量是未經處理的玉米粉的20.0倍(1.7～33.9 mg/100 g)，也證實了酶處理可以增加酚酸的含量，表明酶的作用會促進酚類物質的轉化。發酵及酶處理也會作用在食品中，以酚酸為底物進行代謝，導致整體酚酸含量降低。Wattananapakasem等[11]通過濕熱處理改善黑米米糠層的酚酸含量及抗氧化活性，加入乳酸菌進行發酵處理，酚酸含量和抗氧化性能均有所提高，一方面是由于細胞壁中釋放結合化合物，結合的酚類化合物在發酵過程中被酸分解；另一方面是因為乳酸菌發酵過程中會產生過氧化酶，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶，益生菌發酵[12]火龍果果肉，導致其酚酸含量降低，主要是由于在發酵過程中將酚酸作為其代謝底物消耗。也有研究表明發酵處理后食品中酚酸含量雖呈現降低趨勢，但對抗氧化活性的影響有積極作用。

圖2 酚酸在植物細胞壁中的釋放過程Fig.2 The release process of phenolic acids in plant cell walls

1.2 發酵及酶處理對酚酸抗氧化活性的影響及與含量的關系

食品中的酚酸受酶的作用使酚酸含量增加是導致抗氧化活性增強的主要原因。Cho等[13]使用商業細胞壁降解酶對糙米粉進行酶處理以提高酚酸含量，處理后使游離酚酸的總量增加了8.4～11.2倍，尤其是阿魏酸和對香豆酸的含量，得出酚酸含量的增加是自由基清除率增加的主要原因。Xue等[14]在研究中發現纖維素酶在糖化過程中使酚酸含量增加，但由于在糖化后酚酸以共軛形式存在，所以很少檢測到游離酚酸，其抗氧化活性未受到影響；另一方面，纖維素酶導致酚酸主要以游離形式存在，結果表明阿魏酰酯酶和纖維素酶之間的協同作用導致游離酚酸的增加，從而增強其抗氧化活性。Ngqumba等[15]也發現酶的協同作用會促進白葡萄酒中結合酚酸向游離形式轉化，使其抗氧化活性增強。Degrain等[16]采用乳酸菌、魏斯氏乳酸菌、假腸膜明串珠菌或植物乳桿菌對非洲茄(一種茄屬植物)發酵3 d，結果顯示植物乳桿菌限制了發酵茄屬植物的顏色修飾，提高了酚酸含量，并提高了其抗氧化活性和生物利用度，其中香草醛酸和對香豆酸含量的增加是提高抗氧化活性的原因。Li等[17]研究了嗜酸乳桿菌、干酪乳酸菌、瑞士乳酸菌和植物乳酸菌4種商品乳酸菌對紅棗汁酚類物質的影響。結果表明，發酵顯著提高了棗汁中的酚酸含量，基于DPPH和FRAP方法的抗氧化能力顯著提高，且與咖啡酸含量呈正相關。Sharifi等[18]在水楊酸處理的藥用植物蘇打中觀察到酚酸含量顯著增加，提高了18.33倍，對細胞懸浮培養中酚酸類化合物的含量和DPPH清除活性的提高具有積極作用。

2 熱加工技術對酚酸含量及抗氧化活性的影響

熱處理是最常用的一種食品加工方式。在食品加工中，熱處理不僅能達到一些功能性的效果，還能起到滅菌消毒、改善感官特性、延長貨架期以及保證食品安全質量的作用。對于富含酚酸的食品而言，熱加工可能導致食品營養價值的改變，發生各種化學變化、褐變及美拉德反應等，使食品中的酚酸發生降解、異構化，引起酚酸含量或結構發生變化。

2.1 熱加工技術對酚酸含量的影響

熱加工可分為蒸煮、焙烤、干燥以及微波加熱等。熱加工過程會使食品體系組分發生各種結構上的物理化學變化，例如細胞壁多糖、蛋白質和酚酸發生降解或修飾。Yilmaz等[19]研究發現，微波蒸煮和熱風干燥是保存生物活性物質最多的方法，其次是高壓釜蒸煮和熱風干燥。加熱干燥過程會減緩或阻止微生物的生長，并且在此過程中盡可能地保留了天然酚酸的特性。熱加工會使部分酚酸發生互作效應或者協同作用，Kambizi等[20]研究結果顯示溫度在24 ℃時馬鈴薯果皮和果肉中的綠原酸含量分別顯著增加至13%和26%，而咖啡酸的含量顯著降低，證明溫度對綠原酸和咖啡酸含量有很強的互作效應。Khanh等[21]研究了熱處理對紫肉甘薯粉生物活性物質和性能的影響，研究結果顯示微波真空干燥是最有效的工藝，因為它可以保存最多的花青素和酚類化合物。加工過程中也會有如基因型、外界環境等對酚酸含量造成影響，Moraes等[22]研究發現酚酸含量受加工條件的影響，但這些變化也可能與化合物類型和高梁基因型有關。Mostapha等[23]研究自然光干燥對3種無花果品種的一些理化參數、酚類成分的影響，發現無花果中存在14種酚酸，包括8種首次檢測到的化合物，經過曬干處理后除肉桂酸和沒食子酸含量增加外，其他酚酸含量下降約29%。

熱加工會影響食品本身結構或存在狀態，進而改變酚酸的釋放或保留率。Zeng等[24]研究了糊化工藝和單寧酸的加入對小麥淀粉的影響，發現單寧酸的加入對小麥淀粉的酚酸含量有積極影響；糊化處理甚至會增加酚酸含量，在糊化狀態下抗氧化活性的增加可能來自從淀粉-單寧酸復合物中釋放的消化提取物中的酚類物質。真空烘箱干燥[25]的樣品也具有較高水平的酚酸含量。Rodríguez-Solana等[26]評估烘焙溫度對角豆酒的影響，烘焙溫度對酚類含量有顯著影響，使酚酸含量增加了2倍多，主要原因是更多的游離沒食子酸可能從高分子化合物中釋放出來。Butts-Wilmsmeyer等[27]將整個玉米粒加工成烤玉米片，結果顯示膨化加工的酚酸含量保留率低。Kamal等[28]采用醋酸溶液熱燙對辣椒進行預處理，使辣椒中的酚酸有所損失，但回收率仍在可靠范圍內。

表1 熱加工對酚酸含量的影響Table 1 Effect of thermal processing on phenolic acid content

2.2 熱加工技術對酚酸抗氧化活性的影響及與含量的關系

在食品中酚酸的存在狀態包括可結合態和游離態；熱加工會改變食品中酚酸的存在形式，進而改變其含量和抗氧化活性。Ding等[33]研究發現檸檬中的酚類物質主要以游離的形式存在，在低溫干燥時檸檬中游離態和結合態酚酸含量降低，而在高溫干燥時結合態酚酸含量升高。Alfeo等[34]研究不同烘焙時間和溫度對新鮮小麥芽烘焙產品營養價值的影響。結果表明，熱處理影響游離態和結合態酚酸。低溫和長時間處理可能促進游離多酚和糖的利用，而高溫、短時處理可能保存結合的多酚和淀粉。Li等[35]測定了熱處理對酚類化合物和抗氧化活性的影響。在未加熱的山楂中鑒定出的酚酸，26種可溶，10種不溶。熱處理導致總可溶性酚酸含量顯著降低，但總不溶性結合酚酸含量顯著升高，在煮熟的山楂中抗氧化活性未發生顯著降低；綠原酸、原花青素B2、金絲桃苷和異槲皮素含量與抗氧化活性顯著相關。

熱處理對酚類化合物和抗氧化活性的影響取決于酚酸的存在狀態和加工條件。Silva-Ramírez等[36]研究商品綠茶提取物中的酚酸含量和抗氧化活性變化，當使用較低的干燥溫度和較高的浸漬溫度時，商品綠茶浸出液中酚酸的濃度較高，在30 ℃干燥43 h、浸提溫度100 ℃時，酚酸含量達到最高，而浸提溫度對DPPH、ABTS自由基的抑制率起決定性作用，延長干燥時間和較高的浸提溫度表現出良好的抗氧化活性。Juhaimi等[37]研究顯示在60 ℃時，柑橘種子和柑橘油中酚酸含量顯著增加，在較溫和的條件下，得到較高的鐵離子還原能力，結果顯示高溫條件使酚酸發生降解進而不利于核桃粉中酚酸表現出抗氧化活性。Santos等[38]研究了核桃粉在不同的烘焙條件下(50，100，150 ℃和30，60，120 min)酚酸含量的變化，在較低溫度條件下，核桃粉的酚類含量與對照樣品相比，表現出較高的酚酸含量和較高的鐵離子還原能力。Sunisa等考察了水熱預處理對玉米水解液中阿魏酸含量的影響，121 ℃高壓滅菌90 min后，阿魏酸含量為(277.3±3.2) μg/mL，是未加熱樣品的2.05倍；121 ℃下90 min的水熱預處理條件使DPPH和ABTS自由基清除能力分別提高了1.3倍和1.5倍。Azad等[39]在110 ℃下通過焙烤、蒸煮、膨化和擠壓小米粉，發現焙烤后的小米粉抗氧化活性顯著提高。Zdemir等[40]的研究結果顯示焙烤溫度和時間對樣品的氧化參數有顯著影響。

熱加工也會和其他加工技術共同影響食品中酚酸含量和抗氧化活性，比如，在熱加工基礎上添加其他物質。甘藍膨化玉米食品[41]中含有15種酚酸，主要是原兒茶酸、香草酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸、水楊酸、龍膽酸等。酚酸的含量在甘藍的加入后明顯提高，高溫短時擠壓蒸煮工藝對多酚的活性沒有抑制作用。Linhares等[42]的研究得到高溫短時、超高溫使果汁中的酚酸含量增加。Sawicki等[43]在白甜菜根制品中發現9種酚酸，主要為阿魏酸和對香豆酸，煮沸使酚酸含量增加了3%，而烘焙和發酵使這些酸的含量分別降低了約6%和11%。Hang等[44]發現微波干燥后得到香蕉中抗氧化能力增強(DPPH自由基的清除率為37.70%，ABTS自由基的清除率為46.35%，銅離子降低抗氧化能力為64.55%)。熱處理一直被作為一種重要的食品加工方式，可以通過改變食品中酚酸的存在狀態、釋放程度和與多糖、蛋白質等的結合程度來控制酚酸含量和抗氧化活性，但是也會對食品中的營養物質及其生理活性成分等產生不良影響。

3 非熱加工技術對酚酸含量及抗氧化活性的影響

食品非熱加工技術是指在食品行業中通過非傳統加熱的方法來進行殺菌與鈍酶的技術，其包括超高壓、高壓脈沖電場、高壓二氧化碳、超聲波、電離輻射、脈沖磁場、蒸汽爆破和機械加工等技術。與傳統的“熱加工”技術相比，食品“非熱加工”具有殺菌溫度低，能更好保持食品固有營養成分、質構、色澤和新鮮度等特點。

3.1 高壓技術

高壓處理包括在短時間內對食物單獨施加壓力或與低溫結合使用。水果和蔬菜產品的高壓處理已被證明是控制微生物生長和質量，降解酶活性的有用工具，延長了貨架期,提高了質量，并保留了它們的營養和功能特性，避免了傳統熱加工技術的有害影響。Irene等[45]以蘋果為研究對象，研究了高壓處理(400，500，600 MPa，35 ℃，5 min)對不同種類酚類化合物的影響。在西班牙產蘋果中，所有高壓條件均導致總羥基肉桂酸含量顯著下降，其中400 MPa的降幅最大(38%)，600 MPa的降幅最小(14%)；在意大利產蘋果中，400 MPa和500 MPa的高壓處理降低了總羥基肉桂酸含量(13%)，600 MPa的高壓處理顯著增加了總羥基肉桂酸含量(29%)。Kim等研究糙米在37 ℃發芽，分別在0.1，10，30，50，100 MPa壓力下放置24 h，酚酸含量從0.1 MPa時的85.37 μg/g增加到100 MPa時的183.52 μg/g。100 MPa處理的發芽后樣品中，沒食子酸(4.29 μg/g)、兒茶素(9.55 μg/g)、對香豆酸(8.36 μg/g)、阿魏酸(14.99 μg/g)、水楊酸(14.88 μg/g)和反式肉桂酸(45.23 μg/g)的含量最高。這些結果表明高靜水壓處理與發芽處理相結合是提高糙米中酚酸含量的有效方法。

高壓會使細胞結構破壞，促進酚酸類物質的釋放，Yu等[46]研究了不同蒸煮壓力對酚類化合物的影響，高壓蒸煮對游離酚類化合物(p-香豆酸和阿魏酸)的保留率高，并導致兩種主要結合酚類化合物(阿魏酸和異阿魏酸)的含量顯著增加；與低壓蒸煮(30，40，50 kPa)相比，高壓蒸煮(60，70，105 kPa)導致酚酸含量和總抗氧化活性的保留率更大。Zong等[47]研究了動態高壓微流控對棗汁中酚酸含量的影響。在未處理和動態高壓微流控處理的樣品比較中，這兩種處理的酚酸含量和維生素C含量總體上沒有顯著差異，但可以保持對羥基自由基的清除能力不變，在40～120 MPa時，ABTS+測定結果明顯增強，而較高的壓力也會導致酚酸含量降低；Zhang等[48]證明高壓CO2預處理樣品中酚酸類化合物、游離氨基酸和還原糖含量均高于未處理樣品。Ugur等[49]研究了高壓輔助萃取對油的理化性質的影響。隨著溫度的升高，壓力可降低酚類含量。高壓處理對食品中酚酸的保留率普遍較高，會促進酚酸的釋放，是非熱加工技術中較為成熟的加工技術，得到廣泛應用。

3.2 輻射技術

輻射在一定程度上會影響酚酸的含量，該過程不同于其他加工過程，基本不會提高食品表面溫度，只需消耗較少的能量便可達到加工的目的，對食物的色澤、風味影響較小。然而，在食品加工過程中，對使用的電離輻射源有一定的限定，國家標準中確立輻照的安全劑量為10 kGy以下。Benincasa等[50]發現在0.5 kGy劑量下的酚類化合物含量升高。Naresh等[51]將芒果汁以0，1.0，3.0，5.0 kGy的劑量照射，γ-輻照后，總多酚含量顯著增加(P<0.05)，而抗壞血酸含量隨著照射劑量的增加而降低。通過HPLC分析發現沒食子酸、丁香酸和綠原酸含量顯著增加而阿魏酸含量顯著減少。

輻照會使食品中質子化羧基和帶正電荷的氨基發生靜電排斥作用，影響酚酸的分解、積累和釋放，Oksana等[52]研究了室內和室外條件下紫外光(ultraviolet，UV)輻射和溫度對綠葉和紅葉萵苣的影響。與溫室(低UV輻射、高溫)條件相比，室外直射陽光(高紫外輻射、中等溫度)下，酚酸(苯甲酸衍生物和肉桂酸衍生物)的積累增加。UV輻射和溫度(室內外效應)的比較表明，UV輻射水平對黃酮類、花青素和甲氧基肉桂酸的積累起主導作用，而溫度對酚酸(迷迭香酸、對茴香酸、香草酸)的積累起主導作用。Irakli等[53]研究紅外輻射加熱對米糠中酚酸含量的影響，發現米糠中結合提取物的酚類含量和抗氧化活性隨著紅外功率的增加而增加，而游離提取物的酚類含量和抗氧化活性沒有顯著增加。Villavicencio等[54]研究了發光二極管不同輻射波長對單粒小麥和二粒小麥中游離態和結合態酚類物質的影響。光對小麥芽的影響通常不顯著，對小麥苗的影響更大且具有物種特異性；單粒小麥中的藍色和二粒小麥中的紅色通常會增加游離態和結合態酚酸的含量；其中藍色光照處理增強了游離酚酸的抗氧化活性，紅色則降低了其抗氧化活性。

3.3 蒸汽爆破技術

蒸汽爆破(steam explosion, SE)是一種有效的粉碎材料以提高其質量的技術，環保、經濟、高效。Li等[55]研究了SE對苦蕎麥麩皮中酚類物質的釋放效果，發現其促進了酚類物質的溶解，尤其是結合部分的含量增加了近1倍。Jung等[56]研究的爆橡木提取物的抗氧化活性隨著汽爆停留時間(5～30 min)的延長而增加，50%乙醇汽爆(汽爆條件：壓力25 kg/cm2，20 min)的橡木提取物酚酸含量提高，具有較強的抗氧化活性。Lee等[57]研究了過熱蒸汽處理對紫蘇籽油產量和品質的影響，蒸汽爆破處理后的紫蘇籽油與未處理的相比酚類含量提高了3倍，抗氧化活性提高了5倍，蒸汽爆破處理破壞了食品組分間的相互作用，使更多的酚類物質被釋放。

3.4 超聲與其他加工處理技術

超聲、超臨界CO2、膨化、堿化、油炸等處理技術也會使食品的酚酸含量發生改變，近年來也成為比較新穎的話題。通過這些加工技術，從不同方面改變食品中酚酸的含量，使其保持更好的營養結構和利用價值。其中，超聲波處理產生的高能量可使食品組分發生物理化學變化，破壞食品中一些細胞結構，使酚酸更好地釋放出來。Papoutsis等[58]從橙皮中提取的酚酸含量隨著超聲波功率的增加(3.2～56 W)而增加(6.59～7.84 mg/g)。Oladunjoye等[59]利用熱超聲技術來保存果汁的品質，作為傳統巴氏殺菌的替代方法，引起了人們的研究興趣。對果汁分別進行巴氏殺菌和超聲處理，熱超聲增加了抗壞血酸含量(11.40%～18.55%)和酚酸含量(17.98%～18.35%)。Zhou等[60]研究表明大麥品種和制粒對酚類化合物的影響明顯，其中細粉碎對各種酚類化合物的影響程度最高，但影響分布并不均勻。Ruiz等[61]將土豆經過油炸制成薯片，油炸后的酚酸含量顯著增加。螺旋壓濾機加工[62]似乎沒有引起抗壞血酸、酚類化合物和類胡蘿卜素的降解，這可以歸因于在低氧氣氛下的快速加工，未對酚酸造成影響。熱堿浸泡法[63]降低了高粱中的酚酸含量，但保留了其他酚類化合物和抗氧化能力。Takafumi等[64]實驗證明超臨界CO2提高了草莓提取物的酚酸含量，在壓力為20 MPa時，抗氧化能力和酚酸含量達到最大值。Bagchi等[65]對大米進行加工(膨化、攪拌、烘烤和蒸煮)，形成4種不同的大米制品，其中膨化得到的膨化米平均酚酸含量最高，蒸煮得到的米飯酚酸含量最少，烘烤得到的爆米花顯示出較強的抗氧化能力。

表2 影響酚酸含量及抗氧化的加工技術Table 2 Processing technologies that affect phenolic acid content and antioxidation

續 表

4 結論

酚酸作為一種生物活性物質存在于食品中，會對食品的營養結構及生理活性造成影響。不同的加工技術會影響食品中酚酸含量，進而影響其抗氧化活性。其中酶處理可以很大程度上提高酚酸的含量，不同酶的協作處理、酶處理對細胞壁的降解、酶處理后產生的糖化作用等使酚酸從結合態轉變為游離態，與其他小分子物質結合以提高酚酸含量及抗氧化活性。熱處理也會對酚酸產生積極影響，影響食品本身結構或存在狀態，進而改變酚酸的釋放或保留率，提高抗氧化活性。高壓、輻照、超聲等非熱加工技術使食品中的酚酸降解或者濃縮，通過控制酚酸釋放進而改變其抗氧化活性。酚酸化合物在復雜的食品體系中扮演著重要的角色。目前，食品加工對酚酸的影響不夠穩定，研究仍較為有限，對食品中酚酸的開發和加工仍需進一步深入研究。