综述：天然螯合剂在食品稳定性中的作用、机制与评价综述

本综述系统探讨了天然螯合剂在食品氧化稳定性中的关键作用，重点解析其抑制过渡金属（如Fe2?、Cu?）催化脂质氧化的机制，涵盖酚类化合物（polyphenols）、植物多肽（bioactive peptides）及多糖（polysaccharides）等天然替代方案。文章强调现代技术（如代谢组学metabolomics和分子对接molecular docking）在发现新型螯合剂和揭示作用机制中的突破性应用，为清洁标签（clean-label）食品开发提供理论支撑。

　　

引言：过渡金属的双刃剑作用

过渡金属如铁（Fe）、铜（Cu）和锌（Zn）在食品体系中扮演着双重角色：既是必需营养素，又是脂质氧化的强力催化剂。它们通过芬顿反应（Fenton reaction）催化过氧化氢（H₂O₂）分解产生活性氧物种（ROS），如羟基自由基（·OH），引发脂质、蛋白质和营养素的降解。尤其在油水乳液（O/W emulsions）中，界面特性（如液滴大小、pH值和乳化剂电荷）显著影响金属离子的催化活性，进而决定食品的货架期和感官品质。

螯合剂：从合成到天然的范式转移

螯合剂通过多齿配位键与金属离子形成稳定复合物，有效抑制其氧化催化活性。乙二胺四乙酸（EDTA）作为最常用的合成螯合剂，虽高效但面临安全性质疑和清洁标签趋势的挑战。天然替代品如酚类化合物（polyphenols）、类胡萝卜素（carotenoids）、植物提取物（如迷迭香、百里香）以及食品源多肽（food-derived peptides）因其金属螯合和自由基清除能力受到广泛关注。这些天然成分通过羧基、酚羟基和氨基等官能团与金属离子配位，形成空间稳定的螯合结构。

作用机制：配位化学与协同效应

天然螯合剂的作用机制依赖于其分子结构与金属离子的特异性配位。例如：

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  多酚类（如槲皮素、绿原酸）通过邻苯二酚或没食子酰基与Fe3?形成稳定络合物；
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  植酸（phytic acid）利用六个磷酸基团完全占据Fe3?的配位位点；
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  多糖（如藻酸盐、果胶）通过“蛋盒结构”（egg-box structure）与金属离子交联。
  值得注意的是，螯合剂与抗氧化剂（如维生素E、多酚）之间存在协同或拮抗效应。协同作用常源于不同氧化还原电位的成分间的氢原子传递，而拮抗作用可能由某些酚类在酸性pH或金属存在下表现促氧化行为导致。

天然螯合剂的食品应用与感官挑战

多种植物提取物已成功应用于食品体系，如：

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  葡萄籽提取物（富含原花青素）用于蛋黄酱抗氧化；
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  姜黄素（curcumin）在乳制品和肉制品中兼具着色和螯合功能；
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  海藻提取物（如岩藻黄质）通过褐藻多糖酸（alginic acid）螯合铁离子。
  然而，天然提取物常携带强烈风味（如迷迭香的草本味、姜的辛辣味），可能影响食品感官品质。策略包括使用环糊精包埋、蛋白质掩味技术或精制提取物（如脱味迷迭香提取物）以平衡功能性与接受度。

评价技术：从传统光谱到计算模拟

体外分光光度法（如ABTS、DPPH、FRAP）仍是评估螯合活性的主流方法，但其难以揭示分子机制。分子对接（molecular docking）技术通过模拟配体-金属相互作用，预测结合能、配位几何和稳定性，已成为筛选高效螯合剂的有力工具。例如，类黄酮与Cu2?的对接模拟显示其通过羟基和羰基形成稳定五元环络合物。

代谢组学：新一代发现工具

代谢组学（metabolomics）通过非靶向分析全面解析食品基质中的代谢物谱，已成功用于：

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  发现新型螯合剂（如卢平种子中的生物碱、桑叶中的黄酮苷）；
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  评估加工影响（如冷泡茶保留儿茶素螯合活性）；
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  揭示机制（如鞣花单宁直接参与铁离子螯合）。
  液相色谱-质谱联用（LC-MS）是该领域主导技术，约83%的研究依赖其高灵敏度和覆盖度。铁离子（Fe）是最常研究的金属（占比90%），因其在食品氧化中的核心作用。

结论与展望

天然螯合剂在推动食品工业向清洁标签转型中具有巨大潜力，但其应用仍面临稳定性、生物利用度和感官兼容性等挑战。未来研究需整合多组学技术、计算模拟和感官科学，以优化螯合剂设计并确保其安全性与效能。跨学科合作将加速天然螯合剂在功能食品、农业和医药领域的更广泛应用。