《Foods》：Dietary Plant-Derived Phenolic Acids and Phenolamides as Natural Preservatives: Antibacterial, Antioxidant and Food Preservation Applications
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由微生物污染和氧化引起的食品腐败推动了对天然防腐剂的探索。酚酸（PAs）和酚酰胺是植物来源的代谢物，具有广谱抗菌和抗氧化活性。本综述全面审视了它们的来源、分类、结构-活性关系和多靶点机制。PAs的抗菌作用涉及膜破坏、细胞内酸化和活性氧（ROS）生成，而抗氧化效
由微生物污染和氧化引起的食品腐败推动了对天然防腐剂的探索。酚酸（PAs）和酚酰胺是植物来源的代谢物，具有广谱抗菌和抗氧化活性。本综述全面审视了它们的来源、分类、结构-活性关系和多靶点机制。PAs的抗菌作用涉及膜破坏、细胞内酸化和活性氧（ROS）生成，而抗氧化效应依赖于氢供体和金属螯合。对于酚酰胺，抗菌证据主要是间接的，基于计算对接和一项非食品核苷酸生物合成研究，并且缺乏在食品基质中针对常见食源性病原体的这些机制的直接验证。研究人员批判性地评估了递送策略（直接添加、包封、可食用涂层、活性包装），并特别关注了PA接枝壳聚糖系统。总结了PAs在水果、蔬菜、肉、水产品和富含脂质的乳液中的应用。酚酰胺的应用受到天然丰度低、纯化成本高、水溶性差以及历史上偏向药理学的限制。安全性评估证实了许多PAs和选定的酚酰胺具有有利的安全性特征，尽管酚酰胺的慢性毒性数据仍然有限。本综述为利用PAs和新兴的酚酰胺作为天然防腐剂提供了理论框架，并指出了需要未来研究的关键知识空白。
**2. 酚酸（PAs）和酚酰胺的类型、来源及代表性化合物**
酚酸（PAs）和酚酰胺（尤其是羟基肉桂酸酰胺（HCAAs））是广泛分布于植物界的两种重要生物活性代谢物。系统理解其分类、化学结构和来源是优化其在食品体系中应用的前提。
**2.1. 酚酸的分类、来源和生物合成途径**
酚酸（PAs）是植物来源的次生代谢产物，其特征是芳香环上至少带有一个羟基和一个羧基。根据碳骨架，它们分为羟基苯甲酸（HBAs，C6–C1骨架）和羟基肉桂酸（HCAs，C6–C3骨架）。常见的HBAs包括没食子酸（GA）、对羟基苯甲酸（PHBA）、水杨酸、鞣花酸（EA）、龙胆酸、原儿茶酸（PCA）、丁香酸和香草酸。HCAs主要包括对香豆酸、咖啡酸（CA）、阿魏酸（FA）、芥子酸、异阿魏酸和对羟基肉桂酸。生物合成上，两类均主要源于莽草酸途径。HBAs在分支酸处汇聚，而HCAs通过苯丙烷途径合成，由苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化。
**2.2. 代表性膳食酚酸及其抗菌抗氧化活性**
苯甲酸衍生物：GA水溶性高，抗氧化能力强；其代谢物鞣花酸（EA）具有紫外线（UV）屏蔽作用。PCA可抑制单核细胞增生李斯特菌和大肠杆菌。羟基肉桂酸衍生物：由于具有共轭双键和儿茶酚或愈创木基结构，通常表现出优于苯甲酸的抗氧化活性。CA比GA的体外自由基清除效力更高。FA通过抑制促氧化酶和增强抗氧化酶发挥双重作用，但在加工过程中易氧化。芥子酸具有抗炎作用。绿原酸（CGA）是有效的氢供体。迷迭香酸（RA）自由基清除能力最强，在特定测试中是丁基羟基甲苯和α-生育酚的三倍以上。
**2.3. 酚酰胺的类型、来源和生物合成途径**
酚酰胺特别是HCAAs，通过酰胺键将HCAs与各种胺结合而成。根据胺部分的化学性质，HCAAs分为碱性基团（亲水、可电离）和中性基团（疏水）。进一步可分为芳香族单胺共轭酚酰胺（如与酪胺、章鱼胺、多巴胺共轭）、脂肪族二胺/多胺共轭酚酰胺（如与腐胺、亚精胺共轭）以及燕麦生物碱（与邻氨基苯甲酸衍生物形成）。几乎所有构成酚酰胺的PA部分都源自HCAs，而源自HBAs的天然酚酰胺很少报道，这是由于关键生物合成酶N-羟基肉桂酰转移酶的底物特异性。酪胺衍生的羟基肉桂酸酪胺酰胺（HCAATs）是研究最深入的子类之一，如N-反式-阿魏酰酪胺、N-反式-香豆酰酪胺等。
**2.4. 代表性膳食酚酰胺及其抗菌抗氧化活性**
燕麦生物碱是燕麦属的特征酚酰胺，通过逐级质子损失电子转移（SPLET）途径清除过氧自由基，速率常数显著优于丁基羟基甲苯和Trolox。N-反式-咖啡酰酪胺具有优异的2,2-二苯基-1-苦肼基（DPPH）自由基清除活性，其抗氧化机制依赖介质，在气相中采用氢原子转移（HAT），在极性介质中转为SPLET途径。抗菌方面，N-反式-阿魏酰酪胺和N-反式-咖啡酰酪胺对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC）为7.8 μg/mL，远低于四环素。二氢-N-咖啡酰酪胺对耐甲氧西林和万古霉素的金黄色葡萄球菌有效（MIC低于50 μg/mL）。N-反式-对香豆酰酪胺表现出广谱抗菌活性。此外，酚酰胺二聚体如从大麦根中提取的p-香豆酰胍丁胺二聚体，能有效抑制啤酒腐败酵母。值得注意的是，上述抗菌数据主要来自标准化体外药敏试验，在真实食品基质中的直接验证仍有待建立。
**3. 酚酸和酚酰胺的抗菌和抗氧化机制**
**3.1. 酚酸的抗菌机制**
主要涉及破坏细菌细胞结构，通过改变表面电荷和细胞疏水性，导致膜不稳定、穿孔及胞内成分外排。在革兰氏阳性菌中，PAs直接作用于细胞质膜；在革兰氏阴性菌中，它们通过被动扩散或孔蛋白通道穿过外膜，进入胞质后解离，降低胞内pH、使功能蛋白变性并诱导K
+外排。此外，某些PAs如阿魏酸（FA）可插入磷脂双分子层，阻碍跨膜底物运输。PAs的多靶点级联作用包括活性氧（ROS）生成（72%被测酚类）、膜破坏（58%）和DNA相互作用（41%），这有助于其广谱效力并降低耐药性发展风险。
**3.2. 酚酸的抗氧化机制**
主要通过酚羟基作为氢原子供体，截断或终止氧化自由基链。还包括螯合促氧化过渡金属离子和吸收紫外线（UV）。酚羟基通过供氢将自由基中和为共振稳定的苯氧基自由基，从而抑制氧化循环。例如，咖啡酸（CA）和绿原酸（CGA）凭借儿茶酚结构，通过协调电子转移和质子贡献有效淬灭超氧自由基。
**3.3. 酚酸的结构-活性关系**
羟基和甲氧基取代基的密度和位置、酸性官能团（如羧基）的电子特性及侧链饱和度共同调节生物活性。在HBAs中，抗菌效力通常与羟基数量呈负相关。羟基肉桂酸（HCAs）由于具有共轭双键和侧链，往往比等羟基数的HBAs表现出更优的抗菌性能。对于抗氧化，苯甲酸衍生物中羧基的吸电子性会降低相邻羟基的供氢能力，而HCAs中的乙烯基或亚甲基桥可减轻这种效应，从而增强自由基清除能力。对微生物效力而言，亲脂性通常是主导决定因素。
**3.4. 酚酰胺的抗氧化机制**
酚酰胺，特别是HCAATs，在化学测定中表现出强大的自由基和ROS淬灭能力。源自咖啡酸（CA）的酚酰胺抑制脂质氧化效果显著。二聚体酚酰胺具有增强的自由基清除和铁螯合双重功能。咖啡酰基团是主要的抗氧化驱动因素，多巴胺是最佳胺共轭物。机制上，基于与酚酸（PAs）的结构类比，酚酰胺可能通过富电子官能团螯合金属离子。密度泛函理论（DFT）分析表明，溶剂极性是抗氧化机制的关键调节因子：在非极性环境中通过HAT，在极性介质中转为pH依赖的SPLET混合途径。
**3.5. 酚酰胺的抗菌机制**
与PAs形成鲜明对比，酚酰胺在食品保鲜条件下的抗菌机制存在重大知识空白。当前证据几乎全部来自食品科学以外的领域。分子对接模拟提示潜在胞内靶点，如N-咖啡酰酪胺可能抑制幽门螺杆菌异亮氨酰-tRNA合成酶（IleRS）。目前仅有一项研究实验性地阐明了酚酰胺的特定分子靶点和完整作用机制：Pisithkul等人证明阿魏酰胺和香豆酰胺作为大肠杆菌谷氨酰胺PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）氨基转移酶的竞争性抑制剂，从而阻断嘌呤和嘧啶从头合成。然而，该研究的转化相关性有限，因为它是在生物燃料发酵中木质纤维素水解物毒性的背景下进行的，与大多数易腐食品的富营养、近中性pH条件不符。因此，尽管核苷酸生物合成抑制是值得进一步研究的有趣假设，但在食品相关条件下，它尚不能被视为酚酰胺已确立的抗菌机制。
**4. 酚酸和酚酰胺在食品保鲜中的应用策略**
**4.1. 直接添加**
将PAs直接掺入食品配方，通过机械搅拌、浸渍或喷洒实现。操作简便，但在异质基质中均匀分布困难，且在易污染位点维持抗菌浓度往往不可行。
**4.2. 包封策略**
将活性化合物包裹在载体材料中形成微米或纳米屏障，优化空间分布、屏蔽氧化应激、实现受控释放。常用技术包括喷雾干燥、静电纺丝、脂质体制备和溶剂沉淀。壁材选择对性能至关重要，亲水性PAs优选天然多糖和蛋白质。
**4.3. 可食用薄膜和涂层**
将PAs掺入生物聚合物基质中，直接应用于食品表面。壳聚糖（CS）因固有抗菌性和成膜性而备受关注。酚酸接枝壳聚糖（PA-g-CS）通过共价锚定增强稳定性和长期生物活性。接枝技术包括碳二亚胺介导偶联、自由基介导接枝、酶催化和离子交换。PA-g-CS的生物活性主要由接枝PA的固有结构驱动。关于PA-g-CS材料摄入后的命运（如胃肠道消化、生物累积、肠道微生物相互作用）存在关键安全空白，需通过模拟消化模型和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行追踪。
**4.4. 活性包装**
通过活性成分的受控释放或有害物质吸收动态维持食品质量。PAs可通过直接嵌入聚合物基质、放入小袋或化学固定于内表面三种模式使用。先进材料科学如聚合物纳米复合材料实现了受控甚至刺激响应释放。
**5. 酚酸在不同食品体系中的应用**
**5.1. 水果和蔬菜的保鲜**
PA-g-CS系统通过双重作用抑制真菌感染和缓解代谢失衡。例如，10 mg/mL水杨酸-g-CS处理葡萄柚有效抑制绿霉并保持质地。CGA-g-CS涂层降低了杏和桃的重量损失和呼吸速率。GA-g-CS浸泡樱桃番茄抑制酶促褐变。CA-g-CS涂层保护浆果中的花青素和抗坏血酸。GA/甲壳素纳米纤维复合薄膜对草莓灰霉病抑制率>95%。
**5.2. 肉制品的保鲜**
PAs通过终止自由基链反应发挥作用。CA-g-CS或对香豆酸-g-CS处理鲜猪肉延迟微生物增殖和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）形成。GA-g-CS涂层将猪肉冷藏货架期从6天延长至18天。FA-g-CS涂层降低总挥发性盐基氮（TVB-N）和汁液流失，延长货架期约7天。FA负载纳米乳液增强CS薄膜抑制蛋白质降解和脂质氧化，延长猪肉货架期6天。
**5.3. 水产品的保鲜**
PAs在调节蛋白质氧化方面的作用更为显著。1% GA-g-CS结合真空包装维持海鲈鱼片中微生物群落平衡。CGA-g-CS涂层显著减弱凡纳滨对虾的重量损失和TVB-N积累。PA-g-CS涂层将日本鲈鱼货架期延长超过6天，金鲳鱼鱼片至少9天，虾约8天。CS-没食子酸（GA）/聚乙烯醇（PVA）水凝胶保鲜垫减轻鱼片肌原纤维蛋白氧化。
**5.4. 富含脂质和乳化食品体系的保鲜**
在低水分脂质体系中，PAs主要通过直接捕获脂相过氧自由基发挥作用。绿咖啡提取物（含CGA）将榛子酱在22°C的预测货架期从28天延长至60-90天。GA-g-CS涂层有效抑制花生粉和玉米油的过氧化值和TBARS形成，DPPH清除率达89.5%。在乳液中，界面活性至关重要。用阿魏酸（FA）、咖啡酸（CA）和对香豆酸共价修饰蛋黄磷脂，所得衍生物兼具乳化剂和抗氧化剂功能。CA修饰磷脂（CA-PL）在28天后使丙二醛生成减少62.3%，归因于CA的儿茶酚基团。FA-PL在碱性条件下更稳定，对香豆酸-PL合成效率更高。
**5.5. 包装系统作为综合应用平台**
对不同食品类别包装系统的比较揭示了设计-功能关系：在农产品中，重点是改性气氛下的持续抗真菌活性；在肌肉食品中，低氧渗透性和亲脂性抗氧化剂递送至关重要；在水产品中，需同时吸收多余液体和保护肌原纤维蛋白。
**6. 酚酰胺在食品保鲜中的应用障碍**
天然丰度低导致高纯度单体获取成本高昂，常用粗提物造成生物活性归属不明。直接应用受限于水溶性差和热稳定性不足，游离的燕麦生物碱C在模拟消化中生物可及性低于10%。此外，研究历史偏向药理学和植物病理学，食品科学领域缺乏相应的分析方法和商业基础设施。
**7. 酚酸和酚酰胺的安全性评价**
酚酸（PAs）：迷迭香酸（RA）对人工淋巴细胞无毒性，咖啡酸（CA）在高达100 μg/mL时对巨噬细胞系无细胞毒性。许多PAs在食品应用浓度下对正常哺乳动物细胞毒性低。酚酰胺：N-反式-咖啡酰酪胺在90天啮齿动物研究中无不良反应水平为1427-1983 mg/kg/天。主要番茄叶酚酰胺对THP-1衍生巨噬细胞无显著细胞毒性。但关键空白包括：缺乏系统性膳食摄入评估、热加工稳定性数据不足、酚酰胺的监管路径尚未明确。
**8. 结论与展望**
植物源PAs作为有效且安全的天然防腐剂已取得显著进展。未来需优先研究酚酰胺的机制（利用DFT、分子对接、分子动力学模拟）、规模化生产（工程微生物细胞工厂）、原位验证（真实食品基质条件下的货架期测定）以及法规遵从（从体外到慢性的毒理学评估）。探索PAs与酚酰胺的协同体系或结合冷等离子体、紫外线等新兴物理技术是有前景的方向。
