加工技术对食品中酚酸含量及抗氧化活性影响研究进展

陈林林，杨茜瑶，王玲，宋佳琪，李伟

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150028)

酚酸是食品中最主要的抗氧化活性物质来源，其组成及含量对抗氧化活性起决定性作用。酚酸类化合物广泛存在于谷物、水果、蔬菜、咖啡的根茎等部位[1]，通常以结合形式存在，如酰胺、酯或糖苷，很少以游离形式存在[2]。酚酸是非黄酮类酚类化合物，按其化学结构可分为两类(结构式见图1)：苯甲酸衍生物类，如没食子酸、香草酸、丁香酸、水杨酸；肉桂酸衍生物类，如阿魏酸、咖啡酸、肉桂酸、对香豆酸[3]。酚酸在食品加工过程中会受到不同条件的影响发生含量及抗氧化活性的变化。

图1 酚酸结构图Fig.1 Structure diagram of phenolic acids

食品加工技术主要有发酵及酶处理、热加工、高压、超声、微波、辐射、蒸汽爆破等，可以引发酚酸发生复杂的物理和化学反应，包括水溶性酚酸的浸出[4]、键合形式的分离[5]、酚酸的分离和转化[6]、与食品组分的相互作用产生新的化合物等[7]。这些反应都会导致食品基质成分细胞的分解并释放结合的或游离的酚酸类物质，发生酚酸的降解或由此引起食品中营养物质的微观结构等发生变化。如用α-淀粉酶蒸煮、乳酸菌发酵、复合酶水解3种加工技术[8]，可显著提高酚酸、总FRAP和ORAC值，这可能是由于发酵能使一些糖化酚类物质脱糖，从而可使植物细胞壁中的结合态酚酸释放，提高总体酚酸含量进而增强其抗氧化活性。

本文梳理了近年来国内外不同的加工技术对食品中酚酸含量(酚酸的解离、转化、释放)的影响以及对体外抗氧化活性(自由基的清除、脂质抗氧化模型等)影响的研究，探讨了加工技术对食品中酚酸反应机理的影响，进一步改变其抗氧化活性机制，为食品原料中酚酸类物质的利用和加工食品品质的改善提供了参考。

1 发酵及酶处理

1.1 发酵及酶处理对酚酸含量的影响

发酵是一种用于改善食品的感官和营养品质的生物技术。发酵过程中能产生水解酶或脱羧酶，使复杂的植物次生代谢物水解成更简单的形式或转化为其他物质，Makila等[9]用酶压榨黑加仑残渣，并将结果与传统的浆果压榨进行比较，酶压榨残渣果汁的酚类化合物含量是非酶浆果果汁的9倍。这可能是由于酶处理能使一些糖化酚类物质脱糖，从而释放了植物细胞壁中的结合态酚酸如羟基肉桂酸类酚酸，使整体酚酸含量增加，羟基肉桂酸类酚酸通过醚键、木质素、酯键与细胞壁中结构性碳水化合物和蛋白质等组分结合，具体释放情况见图2。Cho等[10]研究发现经过酶处理的玉米粉中阿魏酸含量是未经处理的玉米粉的20.0倍(1.7～33.9 mg/100 g)，也证实了酶处理可以增加酚酸的含量，表明酶的作用会促进酚类物质的转化。发酵及酶处理也会作用在食品中，以酚酸为底物进行代谢，导致整体酚酸含量降低。Wattananapakasem等[11]通过湿热处理改善黑米米糠层的酚酸含量及抗氧化活性，加入乳酸菌进行发酵处理，酚酸含量和抗氧化性能均有所提高，一方面是由于细胞壁中释放结合化合物，结合的酚类化合物在发酵过程中被酸分解；另一方面是因为乳酸菌发酵过程中会产生过氧化酶，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶，益生菌发酵[12]火龙果果肉，导致其酚酸含量降低，主要是由于在发酵过程中将酚酸作为其代谢底物消耗。也有研究表明发酵处理后食品中酚酸含量虽呈现降低趋势，但对抗氧化活性的影响有积极作用。

图2 酚酸在植物细胞壁中的释放过程Fig.2 The release process of phenolic acids in plant cell walls

1.2 发酵及酶处理对酚酸抗氧化活性的影响及与含量的关系

食品中的酚酸受酶的作用使酚酸含量增加是导致抗氧化活性增强的主要原因。Cho等[13]使用商业细胞壁降解酶对糙米粉进行酶处理以提高酚酸含量，处理后使游离酚酸的总量增加了8.4～11.2倍，尤其是阿魏酸和对香豆酸的含量，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]在研究中发现纤维素酶在糖化过程中使酚酸含量增加，但由于在糖化后酚酸以共轭形式存在，所以很少检测到游离酚酸，其抗氧化活性未受到影响；另一方面，纤维素酶导致酚酸主要以游离形式存在，结果表明阿魏酰酯酶和纤维素酶之间的协同作用导致游离酚酸的增加，从而增强其抗氧化活性。Ngqumba等[15]也发现酶的协同作用会促进白葡萄酒中结合酚酸向游离形式转化，使其抗氧化活性增强。Degrain等[16]采用乳酸菌、魏斯氏乳酸菌、假肠膜明串珠菌或植物乳杆菌对非洲茄(一种茄属植物)发酵3 d，结果显示植物乳杆菌限制了发酵茄属植物的颜色修饰，提高了酚酸含量，并提高了其抗氧化活性和生物利用度，其中香草醛酸和对香豆酸含量的增加是提高抗氧化活性的原因。Li等[17]研究了嗜酸乳杆菌、干酪乳酸菌、瑞士乳酸菌和植物乳酸菌4种商品乳酸菌对红枣汁酚类物质的影响。结果表明，发酵显著提高了枣汁中的酚酸含量，基于DPPH和FRAP方法的抗氧化能力显著提高，且与咖啡酸含量呈正相关。Sharifi等[18]在水杨酸处理的药用植物苏打中观察到酚酸含量显著增加，提高了18.33倍，对细胞悬浮培养中酚酸类化合物的含量和DPPH清除活性的提高具有积极作用。

2 热加工技术对酚酸含量及抗氧化活性的影响

热处理是最常用的一种食品加工方式。在食品加工中，热处理不仅能达到一些功能性的效果，还能起到灭菌消毒、改善感官特性、延长货架期以及保证食品安全质量的作用。对于富含酚酸的食品而言，热加工可能导致食品营养价值的改变，发生各种化学变化、褐变及美拉德反应等，使食品中的酚酸发生降解、异构化，引起酚酸含量或结构发生变化。

2.1 热加工技术对酚酸含量的影响

热加工可分为蒸煮、焙烤、干燥以及微波加热等。热加工过程会使食品体系组分发生各种结构上的物理化学变化，例如细胞壁多糖、蛋白质和酚酸发生降解或修饰。Yilmaz等[19]研究发现，微波蒸煮和热风干燥是保存生物活性物质最多的方法，其次是高压釜蒸煮和热风干燥。加热干燥过程会减缓或阻止微生物的生长，并且在此过程中尽可能地保留了天然酚酸的特性。热加工会使部分酚酸发生互作效应或者协同作用，Kambizi等[20]研究结果显示温度在24 ℃时马铃薯果皮和果肉中的绿原酸含量分别显著增加至13%和26%，而咖啡酸的含量显著降低，证明温度对绿原酸和咖啡酸含量有很强的互作效应。Khanh等[21]研究了热处理对紫肉甘薯粉生物活性物质和性能的影响，研究结果显示微波真空干燥是最有效的工艺，因为它可以保存最多的花青素和酚类化合物。加工过程中也会有如基因型、外界环境等对酚酸含量造成影响，Moraes等[22]研究发现酚酸含量受加工条件的影响，但这些变化也可能与化合物类型和高梁基因型有关。Mostapha等[23]研究自然光干燥对3种无花果品种的一些理化参数、酚类成分的影响，发现无花果中存在14种酚酸，包括8种首次检测到的化合物，经过晒干处理后除肉桂酸和没食子酸含量增加外，其他酚酸含量下降约29%。

热加工会影响食品本身结构或存在状态，进而改变酚酸的释放或保留率。Zeng等[24]研究了糊化工艺和单宁酸的加入对小麦淀粉的影响，发现单宁酸的加入对小麦淀粉的酚酸含量有积极影响；糊化处理甚至会增加酚酸含量，在糊化状态下抗氧化活性的增加可能来自从淀粉-单宁酸复合物中释放的消化提取物中的酚类物质。真空烘箱干燥[25]的样品也具有较高水平的酚酸含量。Rodríguez-Solana等[26]评估烘焙温度对角豆酒的影响，烘焙温度对酚类含量有显著影响，使酚酸含量增加了2倍多，主要原因是更多的游离没食子酸可能从高分子化合物中释放出来。Butts-Wilmsmeyer等[27]将整个玉米粒加工成烤玉米片，结果显示膨化加工的酚酸含量保留率低。Kamal等[28]采用醋酸溶液热烫对辣椒进行预处理，使辣椒中的酚酸有所损失，但回收率仍在可靠范围内。

表1 热加工对酚酸含量的影响Table 1 Effect of thermal processing on phenolic acid content

2.2 热加工技术对酚酸抗氧化活性的影响及与含量的关系

在食品中酚酸的存在状态包括可结合态和游离态；热加工会改变食品中酚酸的存在形式，进而改变其含量和抗氧化活性。Ding等[33]研究发现柠檬中的酚类物质主要以游离的形式存在，在低温干燥时柠檬中游离态和结合态酚酸含量降低，而在高温干燥时结合态酚酸含量升高。Alfeo等[34]研究不同烘焙时间和温度对新鲜小麦芽烘焙产品营养价值的影响。结果表明，热处理影响游离态和结合态酚酸。低温和长时间处理可能促进游离多酚和糖的利用，而高温、短时处理可能保存结合的多酚和淀粉。Li等[35]测定了热处理对酚类化合物和抗氧化活性的影响。在未加热的山楂中鉴定出的酚酸，26种可溶，10种不溶。热处理导致总可溶性酚酸含量显著降低，但总不溶性结合酚酸含量显著升高，在煮熟的山楂中抗氧化活性未发生显著降低；绿原酸、原花青素B2、金丝桃苷和异槲皮素含量与抗氧化活性显著相关。

热处理对酚类化合物和抗氧化活性的影响取决于酚酸的存在状态和加工条件。Silva-Ramírez等[36]研究商品绿茶提取物中的酚酸含量和抗氧化活性变化，当使用较低的干燥温度和较高的浸渍温度时，商品绿茶浸出液中酚酸的浓度较高，在30 ℃干燥43 h、浸提温度100 ℃时，酚酸含量达到最高，而浸提温度对DPPH、ABTS自由基的抑制率起决定性作用，延长干燥时间和较高的浸提温度表现出良好的抗氧化活性。Juhaimi等[37]研究显示在60 ℃时，柑橘种子和柑橘油中酚酸含量显著增加，在较温和的条件下，得到较高的铁离子还原能力，结果显示高温条件使酚酸发生降解进而不利于核桃粉中酚酸表现出抗氧化活性。Santos等[38]研究了核桃粉在不同的烘焙条件下(50，100，150 ℃和30，60，120 min)酚酸含量的变化，在较低温度条件下，核桃粉的酚类含量与对照样品相比，表现出较高的酚酸含量和较高的铁离子还原能力。Sunisa等考察了水热预处理对玉米水解液中阿魏酸含量的影响，121 ℃高压灭菌90 min后，阿魏酸含量为(277.3±3.2) μg/mL，是未加热样品的2.05倍；121 ℃下90 min的水热预处理条件使DPPH和ABTS自由基清除能力分别提高了1.3倍和1.5倍。Azad等[39]在110 ℃下通过焙烤、蒸煮、膨化和挤压小米粉，发现焙烤后的小米粉抗氧化活性显著提高。Zdemir等[40]的研究结果显示焙烤温度和时间对样品的氧化参数有显著影响。

热加工也会和其他加工技术共同影响食品中酚酸含量和抗氧化活性，比如，在热加工基础上添加其他物质。甘蓝膨化玉米食品[41]中含有15种酚酸，主要是原儿茶酸、香草酸、咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸、水杨酸、龙胆酸等。酚酸的含量在甘蓝的加入后明显提高，高温短时挤压蒸煮工艺对多酚的活性没有抑制作用。Linhares等[42]的研究得到高温短时、超高温使果汁中的酚酸含量增加。Sawicki等[43]在白甜菜根制品中发现9种酚酸，主要为阿魏酸和对香豆酸，煮沸使酚酸含量增加了3%，而烘焙和发酵使这些酸的含量分别降低了约6%和11%。Hang等[44]发现微波干燥后得到香蕉中抗氧化能力增强(DPPH自由基的清除率为37.70%，ABTS自由基的清除率为46.35%，铜离子降低抗氧化能力为64.55%)。热处理一直被作为一种重要的食品加工方式，可以通过改变食品中酚酸的存在状态、释放程度和与多糖、蛋白质等的结合程度来控制酚酸含量和抗氧化活性，但是也会对食品中的营养物质及其生理活性成分等产生不良影响。

3 非热加工技术对酚酸含量及抗氧化活性的影响

食品非热加工技术是指在食品行业中通过非传统加热的方法来进行杀菌与钝酶的技术，其包括超高压、高压脉冲电场、高压二氧化碳、超声波、电离辐射、脉冲磁场、蒸汽爆破和机械加工等技术。与传统的“热加工”技术相比，食品“非热加工”具有杀菌温度低，能更好保持食品固有营养成分、质构、色泽和新鲜度等特点。

3.1 高压技术

高压处理包括在短时间内对食物单独施加压力或与低温结合使用。水果和蔬菜产品的高压处理已被证明是控制微生物生长和质量，降解酶活性的有用工具，延长了货架期,提高了质量，并保留了它们的营养和功能特性，避免了传统热加工技术的有害影响。Irene等[45]以苹果为研究对象，研究了高压处理(400，500，600 MPa，35 ℃，5 min)对不同种类酚类化合物的影响。在西班牙产苹果中，所有高压条件均导致总羟基肉桂酸含量显著下降，其中400 MPa的降幅最大(38%)，600 MPa的降幅最小(14%)；在意大利产苹果中，400 MPa和500 MPa的高压处理降低了总羟基肉桂酸含量(13%)，600 MPa的高压处理显著增加了总羟基肉桂酸含量(29%)。Kim等研究糙米在37 ℃发芽，分别在0.1，10，30，50，100 MPa压力下放置24 h，酚酸含量从0.1 MPa时的85.37 μg/g增加到100 MPa时的183.52 μg/g。100 MPa处理的发芽后样品中，没食子酸(4.29 μg/g)、儿茶素(9.55 μg/g)、对香豆酸(8.36 μg/g)、阿魏酸(14.99 μg/g)、水杨酸(14.88 μg/g)和反式肉桂酸(45.23 μg/g)的含量最高。这些结果表明高静水压处理与发芽处理相结合是提高糙米中酚酸含量的有效方法。

高压会使细胞结构破坏，促进酚酸类物质的释放，Yu等[46]研究了不同蒸煮压力对酚类化合物的影响，高压蒸煮对游离酚类化合物(p-香豆酸和阿魏酸)的保留率高，并导致两种主要结合酚类化合物(阿魏酸和异阿魏酸)的含量显著增加；与低压蒸煮(30，40，50 kPa)相比，高压蒸煮(60，70，105 kPa)导致酚酸含量和总抗氧化活性的保留率更大。Zong等[47]研究了动态高压微流控对枣汁中酚酸含量的影响。在未处理和动态高压微流控处理的样品比较中，这两种处理的酚酸含量和维生素C含量总体上没有显著差异，但可以保持对羟基自由基的清除能力不变，在40～120 MPa时，ABTS+测定结果明显增强，而较高的压力也会导致酚酸含量降低；Zhang等[48]证明高压CO2预处理样品中酚酸类化合物、游离氨基酸和还原糖含量均高于未处理样品。Ugur等[49]研究了高压辅助萃取对油的理化性质的影响。随着温度的升高，压力可降低酚类含量。高压处理对食品中酚酸的保留率普遍较高，会促进酚酸的释放，是非热加工技术中较为成熟的加工技术，得到广泛应用。

3.2 辐射技术

辐射在一定程度上会影响酚酸的含量，该过程不同于其他加工过程，基本不会提高食品表面温度，只需消耗较少的能量便可达到加工的目的，对食物的色泽、风味影响较小。然而，在食品加工过程中，对使用的电离辐射源有一定的限定，国家标准中确立辐照的安全剂量为10 kGy以下。Benincasa等[50]发现在0.5 kGy剂量下的酚类化合物含量升高。Naresh等[51]将芒果汁以0，1.0，3.0，5.0 kGy的剂量照射，γ-辐照后，总多酚含量显著增加(P<0.05)，而抗坏血酸含量随着照射剂量的增加而降低。通过HPLC分析发现没食子酸、丁香酸和绿原酸含量显著增加而阿魏酸含量显著减少。

辐照会使食品中质子化羧基和带正电荷的氨基发生静电排斥作用，影响酚酸的分解、积累和释放，Oksana等[52]研究了室内和室外条件下紫外光(ultraviolet，UV)辐射和温度对绿叶和红叶莴苣的影响。与温室(低UV辐射、高温)条件相比，室外直射阳光(高紫外辐射、中等温度)下，酚酸(苯甲酸衍生物和肉桂酸衍生物)的积累增加。UV辐射和温度(室内外效应)的比较表明，UV辐射水平对黄酮类、花青素和甲氧基肉桂酸的积累起主导作用，而温度对酚酸(迷迭香酸、对茴香酸、香草酸)的积累起主导作用。Irakli等[53]研究红外辐射加热对米糠中酚酸含量的影响，发现米糠中结合提取物的酚类含量和抗氧化活性随着红外功率的增加而增加，而游离提取物的酚类含量和抗氧化活性没有显著增加。Villavicencio等[54]研究了发光二极管不同辐射波长对单粒小麦和二粒小麦中游离态和结合态酚类物质的影响。光对小麦芽的影响通常不显著，对小麦苗的影响更大且具有物种特异性；单粒小麦中的蓝色和二粒小麦中的红色通常会增加游离态和结合态酚酸的含量；其中蓝色光照处理增强了游离酚酸的抗氧化活性，红色则降低了其抗氧化活性。

3.3 蒸汽爆破技术

蒸汽爆破(steam explosion, SE)是一种有效的粉碎材料以提高其质量的技术，环保、经济、高效。Li等[55]研究了SE对苦荞麦麸皮中酚类物质的释放效果，发现其促进了酚类物质的溶解，尤其是结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随着汽爆停留时间(5～30 min)的延长而增加，50%乙醇汽爆(汽爆条件：压力25 kg/cm2，20 min)的橡木提取物酚酸含量提高，具有较强的抗氧化活性。Lee等[57]研究了过热蒸汽处理对紫苏籽油产量和品质的影响，蒸汽爆破处理后的紫苏籽油与未处理的相比酚类含量提高了3倍，抗氧化活性提高了5倍，蒸汽爆破处理破坏了食品组分间的相互作用，使更多的酚类物质被释放。

3.4 超声与其他加工处理技术

超声、超临界CO2、膨化、碱化、油炸等处理技术也会使食品的酚酸含量发生改变，近年来也成为比较新颖的话题。通过这些加工技术，从不同方面改变食品中酚酸的含量，使其保持更好的营养结构和利用价值。其中，超声波处理产生的高能量可使食品组分发生物理化学变化，破坏食品中一些细胞结构，使酚酸更好地释放出来。Papoutsis等[58]从橙皮中提取的酚酸含量随着超声波功率的增加(3.2～56 W)而增加(6.59～7.84 mg/g)。Oladunjoye等[59]利用热超声技术来保存果汁的品质，作为传统巴氏杀菌的替代方法，引起了人们的研究兴趣。对果汁分别进行巴氏杀菌和超声处理，热超声增加了抗坏血酸含量(11.40%～18.55%)和酚酸含量(17.98%～18.35%)。Zhou等[60]研究表明大麦品种和制粒对酚类化合物的影响明显，其中细粉碎对各种酚类化合物的影响程度最高，但影响分布并不均匀。Ruiz等[61]将土豆经过油炸制成薯片，油炸后的酚酸含量显著增加。螺旋压滤机加工[62]似乎没有引起抗坏血酸、酚类化合物和类胡萝卜素的降解，这可以归因于在低氧气氛下的快速加工，未对酚酸造成影响。热碱浸泡法[63]降低了高粱中的酚酸含量，但保留了其他酚类化合物和抗氧化能力。Takafumi等[64]实验证明超临界CO2提高了草莓提取物的酚酸含量，在压力为20 MPa时，抗氧化能力和酚酸含量达到最大值。Bagchi等[65]对大米进行加工(膨化、搅拌、烘烤和蒸煮)，形成4种不同的大米制品，其中膨化得到的膨化米平均酚酸含量最高，蒸煮得到的米饭酚酸含量最少，烘烤得到的爆米花显示出较强的抗氧化能力。

表2 影响酚酸含量及抗氧化的加工技术Table 2 Processing technologies that affect phenolic acid content and antioxidation

续 表

4 结论

酚酸作为一种生物活性物质存在于食品中，会对食品的营养结构及生理活性造成影响。不同的加工技术会影响食品中酚酸含量，进而影响其抗氧化活性。其中酶处理可以很大程度上提高酚酸的含量，不同酶的协作处理、酶处理对细胞壁的降解、酶处理后产生的糖化作用等使酚酸从结合态转变为游离态，与其他小分子物质结合以提高酚酸含量及抗氧化活性。热处理也会对酚酸产生积极影响，影响食品本身结构或存在状态，进而改变酚酸的释放或保留率，提高抗氧化活性。高压、辐照、超声等非热加工技术使食品中的酚酸降解或者浓缩，通过控制酚酸释放进而改变其抗氧化活性。酚酸化合物在复杂的食品体系中扮演着重要的角色。目前，食品加工对酚酸的影响不够稳定，研究仍较为有限，对食品中酚酸的开发和加工仍需进一步深入研究。