植物来源酚类化合物的研究进展

路雪纯，辛嘉英, ，夏春谷，张凯

1.哈尔滨商业大学食品科学与工程重点实验室（哈尔滨 150076）；2.中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室（兰州 730000）

酚类化合物在植物界中无处不在，并作为次生代谢物在生物和非生物胁迫下产生，分布在植物的根、茎、叶、花、果肉和种子的组织中[1-3]。在植物性食品6种重要的生物活性物质中，酚类化合物是种类最多、研究最广泛的一类化学物质[4]。在结构上，所有酚类化合物都含有至少一个苯环和至少一个羟基[5]。植物来源的酚类化合物因其生物学特性在食品行业中得到广泛应用[6-9]。但在被食用前，我们必须使用高效且安全的方法将其从植物中提取出来。

1 酚类化合物的提取和制备

酚类化合物在植物不同组织及部位的含量不同，在合适的提取方法下才能不影响酚类的提取率和生物活性。

1.1 溶剂萃取

溶剂萃取是从植物生物质中分离酚类物质最广泛的方法。考虑到植物性食品复杂的酚类成分，通常单溶剂无法提取所有的酚类化合物，可根据植物材料中存在的酚类物质以及目标酚类物质的理化性质选择最合适的溶剂体系[10]。此外，为了提高溶剂萃取的提取率，可通过选择合适的萃取试剂，并对提取温度、提取时间、料液比等条件进行优化。常用于提取植物来源中酚类化合物的溶剂及其溶解度、极性等特性如表1所示[11-15]。

表1 常用萃取溶剂的特性

1.2 微波或超声波辅助提取

通过微波及超声波辅助溶剂萃取工艺可进一步增加提取效率和产率。研究发现在微波或超声波辅助下进行萃取可以减少提取时间，还可以满足某些热敏性酚类化合物的提取温度，但此技术不适用于一些敏感的可降解酚类化合物。Zhao等[16]在研究黑加仑中酚类物质的提取时发现，与溶剂萃取的26.32 mg/g相比，超声波辅助及微波辅助条件下将酚类化合物的得率分别提高至34.98和40.19 mg/g，且微波辅助的提取时间更短，得率更高。马娜等[17]在研究微波辅助下萃取万寿菊中酚类化合物时发现，当微波功率为500 W，时间95 s，料液比为1∶45 g/mL时，酚类物质的提取率最高，为86.47 mg/g。汪丹丹[18]建立了一种超声辅助提取芝麻中酚类物质的方法，并对提取工艺进行了优化，结果发现在功率410 W、75%甲醇、固液比1∶20 g/mL、萃取时间65 min的条件下提取效果最佳。在微波和超声辅助下配合溶剂萃取可有效地提高酚类化合物的提取率，缩短提取时间，减少溶剂用量。

1.3 酶辅助提取

大多数植物来源的酚类化合物以苷元、糖苷、甲基化残留物或者其他大分子的形式存在于细胞壁和细胞液泡等组织中[19]。可通过选择合适的酶以及合适的水解条件来提高提取效率，一般常用的酶类有碳水化合物酶（淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、果胶酶）、蛋白酶（木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、枯草蛋白酶）以及脂肪酶等[20-22]。Tanya等[23]在提取尼泊尔毛竹中酚类化合物时发现，在纤维素酶辅助下花青素的产量得到显著增加。普通的溶剂萃取法在干枯葡萄皮中酚类化合物的提取率较低，但研究发现在半乳糖醛酸酶的辅助下，葡萄皮的细胞壁被降解，从而提高了花青素及其他酚类物质的得率[24]。Zhou等[25]在研究多酶（包括纤维素酶、果胶酶和葡萄糖苷酶）辅助作用下对榆树中多酚物质的提取工艺时发现，在多酶联合作用下榆树的细胞壁被降解，在pH 4.63、温度52.6 ℃、时间62 min的条件下酚类化合物的得率最大。

1.4 固相萃取

固相萃取酚类化合物是指从植物样品中分离或纯化酚类混合物的一种方法。该方法因成本低、易于操作且能去除其他杂质等优点而得到广泛应用。目前在这一领域的研究主要集中在开发具有各种特性的树脂，如具有较大的比表面积、优良的孔隙率以及良好的化学性能等。根据吸附剂与酚类化合物的作用机理分为中性树脂吸附法、离子交换树脂吸附法等。

1.4.1 中性树脂吸附法

中性树脂主要包括甲基丙烯酸树脂、丙烯酸树脂及苯乙酸-二乙烯基苯聚合物等。中性树脂的吸附强度受酚类化合物中官能团的种类、苯环的数量以及pH的影响。Dario等[26]对比4种中性树脂和1种离子交换树脂对橄榄油厂污水中酚类物质的提取效果，结果发现其中一种中性树脂（XAD16N）对酚类物质具有更好的吸附能力，可以有效地将酚类物质和橄榄油废水进行分离，且能在获得较高酚类物质得率的情况下不会造成填料柱堵塞。

1.4.2 离子交换树脂

离子交换树脂分为带正电荷的阴离子交换树脂以及带负电荷的阳离子交换树脂。阴离子交换树脂通常有二乙基氨基乙酯、季胺乙酯和季胺等，阳离子交换树脂多具有羧基、磺丙基、甲基磺酸等官能团。离子交换树脂具有成本低、吸附能力强、吸附物回收容易等优点[27]。Haslaniza等[28]为了减少诺丽青果中产生难闻气味的有机酸并保留其中具有抗氧化活性的天然物质，应用弱碱阴离子交换树脂（IRA 67）处理诺丽果汁，结果发现在辛酸和己酸去除方面表现出了良好的潜力，并能最大限度地减少酚类化合物的损失。

1.5 超临界流体萃取

超临界流体萃取是一种绿色、环保的萃取方法，因为它使用的溶剂，通常是水或二氧化碳，也可以在较低的温度下进行，有效地避免了热不稳定酚类物质的降解。与传统提取相比，在选择性、化合物稳定性、时间和能耗方面具有显著优势，此外超临界流体萃取可在较短的提取时间内获得较高的提取率[29]。Hsieh等[30]采用超临界流体萃取法对黑豆中酚类化合物的提取物进行优化，结果发现当压力300 bar、温度60 ℃、乙醇与水的体积比1∶1时，总酚类化合物的得率最高，并认为超临界流体萃取是一种获得酚类化合物及其他具有特殊生物活性物质的有效方法。Carlos等[31]运用CO2超临界萃取法对番石榴籽中酚类进行提取和分析，结果发现石榴籽中酚类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为丰富。

1.6 生物合成法

“组学”技术以及质谱等其他方法学的发展，可帮助在植物生长和生理的各个阶段分析植物衍生的次生代谢物（如酚类物质），为酚类化合物的生物合成提供了一种新的途径。如图1所示，酚类物质的合成通常经乙酰辅酶A/丙二酰辅酶A和莽草酸两种途径[32]。

图1 酚类化合物的合成途径

植物中酚类化合物的含量也受到基因的调控，其中MYB、bHLH、MADS、WRKY及WD40等基因在合成中发挥着至关重要的作用，可通过对不同的基因进行调控来产生特定的酚类化合物及其含量[33]。Marwa等[34]合成了新系列的酚类偶氮甲基化合物和5-芳烷噻唑烷酮类化合物，并研究了其对脑癌细胞系SNB-75和非小肺癌细胞HOP-92的抗癌活性。江晶洁[35]在TYR优化的大肠杆菌中过表达植物乳酸杆菌来源的乳酸脱氢酶，E.coli来源的4-羟基苯基乳酸-3-羟化酶，A.thaliana来源的4-香豆酞CoA连接酶，植物彩叶草来源的迷迭香酸合成酶，结果发现在添加2 mmol/L咖啡酸的条件下，生物合成的迷迭香酸、咖啡-4-羟基苯基乳酸酯的产量分别达到127和252 mg/L。

2 酚类化合物的检测

酚类化合物的特征是具有一个或多个羟基取代基的芳香环结构。酚类化合物具有高能电子和荧光团，因此可用紫外吸收法和荧光法进行检测；另外，因其可参加氧化还原反应，故可用化学发光和电化学法进行检测；此外，质谱和波谱对于酚类化合物的表征具有较高的选择性和灵敏性；最后比色法也可对酚类化合物进行定量，但此方法特异性较差。

2.1 紫外吸收

紫外吸光法因其通用性和低成本的优点使其成为常用的技术用于检测酚类化合物。紫外作为单独的检测器已经被广泛应用于茶、石榴、丹参、鼠尾草和杉木等植物中[36-39]。此外Chris等[40]通过建立葡萄酒中酚类化合物的紫外可见吸收光谱，对红酒中酚类化合物的预测模型进行了优化。

2.2 荧光

酚类中含有多重共轭键以及其他有利于荧光分析的结构，因此可用荧光法对酚类进行检测。与紫外吸收相比该方法的最低检出限可降低10～1000倍。Hina等[41]利用同步荧光光谱分析了17种初榨橄榄油在115，150和170 ℃时酚类化合物的热稳定性。Carvalho等[42]通过与红外光谱对比发现荧光光谱在总酚类化合物的定量上更准确，且检测时不需要进行样品的前处理，展示出良好的应用潜力。

2.3 化学发光法

强氧化剂氧化酚类化合物会产生光子跃迁，据此运用化学发光法可对酚类化合物进行定量和结构分析，该方法具有成本低、灵敏度高等优点。Buthaina等[43]评价了3种基于化学发光法对果汁中总酚测定的选择性，结果发现3种方法均对酚酸的检测具有较高的灵敏度，而对非酚类抗氧化剂和其他化合物均无反应。周艳华等[44]根据酚类对H2O2的清除作用，采用H2O2-Luminol体系测定了荞麦中的酚类物质。

2.4 电化学法

电化学法也是基于酚类化合物的氧化还原特性进行检测，一般分为库仑法和安培法两种。电化学法检测具有较高的灵敏度和选择性。Pan等[45]制备了金纳米粒子-玻碳电极的电化学免疫传感器，并同时检测4种酚类化合物，结果发现在实际样品中检测二烯雌醇的准确性最高，并认为该方法在食品酚类雌性激素检测中具有潜在的应用前景。此外，Isaíde等[46]采用电化学方法和反相高效液相色谱电化学对葡萄牙红葡萄酒和白葡萄酒中酚类成分进行了鉴定。Ana等[47]制备了一种用多糖羧甲基葡萄孢烷和纳米炭黑修饰的玻碳电极，该传感器具有简单、快速、灵敏的特点，已成功地应用于不同样品中多巴胺和乙酰氨基酚的单独和同时测定。

2.5 质谱法

质谱作为一种分析技术，可实现对复杂样品的表征，具有较高的灵敏度和选择性，可用于对不同酚类物质的表征和分析。Nalewajko等[48]先运用分散液-液微萃取对牛乳中11种酚类化合物进行了提取，然后采用质谱法对酚类化合物进行测定，结果发现该方法的检测线为0.18～74 ng/mL，且均具有良好的重复性和精密度。袁晓倩等[49]建立了超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）测定8种双酚类及烷基酚类化合物的方法，结果发现该方法灵敏度高、通用性强、重复性好，且可以有效地对同分异构体进行分离。

2.6 比色法

比色法可对总酚类或某一种酚类进行估算。虽然是一种快速筛选的经济手段，但其缺乏特异性且检出限较高。Folin-ciocalteau法是用于估算植物样品中总酚的首选方法，利用磺胺酸、磺胺或苯胺与萃取液中的酚类化合物反应形成偶氮染料从而进行比色，该方法成功地应用于茶叶和水果的分析[50]。此外Folin-ciocalteau法还被广泛用于测定圆头竹、橄榄、砂花莲等植物中酚类物质的含量。Folin-Denis与Folin-ciocalteau法相似，但近年来应用较少。

3 酚类化合物在食品中的应用

食品质量不仅取决于其营养价值，还取决于对人类健康产生积极影响的生物活性化合物的存在。随着人们生活水平的提高，消费者对食品配方中添加剂的使用逐渐从化学合成物向天然来源的化合物转变。酚类化合物在食品中主要作为膳食补充剂、抗氧化剂以及防腐剂等被广泛使用。

3.1 膳食补充剂

植物来源的酚类化合物含有促进人类健康的成分，可以作为一些维生素（生育酚，维生素C酯，维生素E）的替代品及功能性食品的膳食补充剂。巴西莓作为一种膳食补充剂很受欢迎，Earling等[51]对巴西莓酚类化合物在胶囊、粉末、冻浆和液体状态时的浓度及抗氧化能力进行了探讨，为巴西莓作为膳食补充剂提供了理论基础。此外，葡萄、石榴等植物中富含丰富的酚类化合物，均可作为开发功能性食品和膳食补充剂的原料[52-53]。

3.2 食品抗氧化剂

一些植物酚类化合物是食用油中有效的抗氧化剂，在肉类来源的食物中也具有一定的抗氧化活性，可以减少脂质氧化物的产生，延长货架期[54]。Silva等[55]发现两种石榴均具有良好的抗氧化性能，选择了一种作为巴西糕点的天然色素和功能性成分，不仅保持了酚类物质的营养成分，还为糕点提供了更高的抗氧化活性。茶多酚作为一种天然的抗氧化剂，被广泛应用于食品行业。钱峰等[56]发现在鸭肉香肠中加入铁观音茶多酚可以在储藏期间降低过氧化值、TBA值和酸价，延长货架期。

3.3 抗菌剂

植物酚类化合物是潜在的抗菌剂的食品、药物和化妆品的来源，其可以对抗一些耐抗生素细菌。由于植物酚类化合物具有抗菌特性使其常被作为防腐剂在食品中使用。Zhao等[57]发现从黑加仑中提取的酚类物质对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌均有抑制效果，且对金黄色葡萄球菌的抑制效果最佳，主要是因为其抑制金黄色葡萄球菌生物膜形成、破坏生物膜结构及抑制DNA拓扑异构酶IV活性。此外研究还发现柿子、石榴、荔枝等植物果实中也含有丰富的酚类物质，并成功将其开发成天然的功能性食品以及新型天然抗菌剂和防腐剂[58]。

4 结语与展望

未来酚类化合物作为天然功能性成分必将成为研究热点，在提取方面应在保证天然、绿色、安全等需求的前提下提高提取率减少提取时间和成本。“组学”技术的快速发展对酚类物质的生物合成途径提供理论基础，未来生物合成法会成为酚类化合物提取的主要研究方向。在检测方面，随着液相、质谱等检测技术的发展，配合合适的检测方法不仅仅只是对酚类化合物定性及定量，还应降低检出限并对其结构进行分析，做到对酚类化合物的全面了解。目前，对于一些酚类化合物的生物活性还没有全面的认识，因此探讨酚类化合物与人类健康的关系可以解析其作用机理，并为其作为保健食品、药品等提供理论基础。