合成多酚抗氧化剂对食用油中活性羰基化合物形成的抑制作用_杏鑫怎么做代理

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责任编辑:食品科学

南京师范大学食品与制药工程学院卢永翎、吕丽爽与中国热带农业科学院香料饮料研究所董文江等人在Journal of Agricultural and Food Chemistry上在线发表了文章《Inhibitory Activity on the Formation of Reactive Carbonyl Species in Edible Oil by Synthetic Polyphenol Antioxidants》,该研究系统阐述了不同植物油(玉米油、大豆油、棕榈油)中过氧化值(POV)、Rancimat诱导时间(RIT)以及ACR/GO/MGO形成过程随加热时间和温度的变化。该文于Journal of Agricultural and Food Chemistry 2021年1月17日在线发表。吕丽爽教授与董文江副研究员为本文共同通信作者。

亮点:

  • 研究了油脂加热体系中活性羰基化合物(reactive carbonyl species , RCS)如丙烯醛(Acrolein, ACR)、乙二醛(glyoxal , GO)和甲基乙二醛(methylglyoxal, MGO)与过氧化值(peroxidation value, POV)和诱导时间(Rancimat induction time, RIT)之间的关系;
  • 研究了合成多酚抗氧化剂,没食子酸丙酯(Propyl gallate, PG)、特丁基对苯二酚(butylated hydroxytoluene,TBHQ)、对玉米油烤牛肉汉堡RCS的抑制作用及其机理;而二丁基羟基甲苯(butylated hydroxytoluene, BHT)和丁基羟基茴香醚(butyl hydroxyanisole, BHA)对RCS没有捕获效果。
  • 首次制备并鉴定PG-ACR-MGO;
  • PG具有同时捕获ACR/GO/MGO的能力,80 °C仅1 min 形成PG-ACR产物。

Introduction

油脂在食品质量中起着重要的作用,决定了食品的质地、风味和营养。然而高温处理会导致脂质过氧化、降解,并形成活性羰基化合物(RCS),如丙烯醛(ACR)、乙二醛(GO)和甲基乙二醛(MGO),值得注意的是,脂质过氧化的毒性主要归因于MGO、GO和ACR等次级产物的寿命,RCS能诱导细胞损伤和蛋白质糖基化,导致产生晚期糖基化终产物(advanced glycation end-products, AGEs)从而诱发多种疾病。国内外研究表明多种天然或合成的多酚抗氧化剂有助于延缓油脂的氧化,然而它们是否能有效抑制食用油脂加热过程中RCS的形成,却很少被关注。

吕丽爽教授与董文江副研究员于2021年1月17日在食品领域国际Top1区期刊 Journal of Agricultural and Food Chemistry在线共同发表了题为:“Inhibitory Activity on the Formation of Reactive Carbonyl Species in Edible Oil by Synthetic Polyphenol Antioxidants”的研究论文。该文系统阐述了不同植物油(玉米油、大豆油、棕榈油)中过氧化值(POV)、Rancimat诱导时间(RIT)以及ACR/GO/MGO形成过程随加热时间和温度的变化。研究了合成抗氧化剂(PG、TBHQ、BHT和BHA)在油脂加热过程中和烤牛肉汉堡中对ACR/GO/ MGO的捕获能力,并利用LC-MS/MS分析PG和TBHQ对ACR/GO/MGO形成的抑制机制。首次纯化获得PG-ACR-MGO加合物,并研究了PG与多种RCS同时反应的抑制机制。为进一步认识合成的多酚抗氧化剂同时清除RCS的能力提供了新知识。

Results and Discussion

1. 油脂加热过程中POV、RIT及ACR/GO/MGO水平的动力学研究及加热温度对其的影响

利用Rancimat进行了加速氧化测试,如图1-A~C所示,玉米油、大豆油、棕榈油的ACR/GO/MGO含量随时间的增加而增加,然后达到平衡;它们的生长曲线相似。POV随着加热时间的延长先达到峰值,然后逐渐下降。POV达到峰值后,ACR/GO/MGO水平急剧上升。值得注意的是在POV达到峰值之前,甚至在油脂氧化酸败之前,在初始阶段就产生了一定量的ACR、GO和MGO。玉米油、大豆油和棕榈油中ACR的含量分别是GO的30倍、60倍和140倍,GO的含量是MGO的10倍。虽然玉米油的氧化稳定性优于大豆油,但其在加热过程中产生的GO含量仍然较高,这可能与玉米和大豆油中含有的不饱和脂肪酸有关。随着加热时间延长和温度的升高,玉米油中ACR/GO/MGO的含量急剧增加,如图1-D~H。大量的氢过氧化物(主要初始产物)在高温下容易分解,导致ACR/GO急剧增加。

图1 食用油170 ℃加热过程中POV、RIT及ACR/GO/MGO水平的动力学研究(A. 大豆油;B. 玉米油;C. 棕榈油 );温度对玉米油加热过程中POV、RIT和ACR/GO/MGO形成的影响(D. 130 °C;E. 150 °C;F. 170 °C;G.190 °C;H. 210 °C)

2. PG、TBHQ、BHA和BHT对玉米油中ACR/GO/MGO形成的影响

以儿茶素为阳性对照,评价几种合成抗氧化剂对玉米油加热过程中RCS的清除能力。PG和TBHQ在170℃条件下以剂量(图2- A和-C)和时间(图2- D和- F)依赖的方式降低了玉米油中ACR/GO/MGO的形成,而常见的抗氧化剂丁基羟基茴香醚(butyl hydroxyanisole, BHA)和丁基羟基甲苯(butylated hydroxytoluene, BHT)则表现出较低的抑制活性,表明在加热过程中一旦产生了RCS,BHA和BHT就很难去除它们。在加热30 min后,PG清除ACR的能力显著优于TBHQ,仅比儿茶素低约10%,考虑到儿茶素的捕获ACR能力可维持较长时间,建议在油脂加工过程中,儿茶素与PG联合使用。

图2 合成抗氧化剂对玉米油中ACR/GO/MGO形成的影响。

注:不同大写字母表示不同抗氧化剂间差异显著(P<0.05),不同小写字母表示不同浓度(A-C)/时间(D-F)条件下差异性显著(P<0.05)

3. PG和TBHQ对玉米油烘烤牛肉汉堡中ACR/GO/MGO形成的影响LC-MS/MS分析

PG能以剂量依赖的方式消除ACR、MGO和GO;0.2 g/kg PG对玉米油烘烤牛肉饼中58.0%的ACR、46.9%的GO和58.9%的MGO进行了清除,PG的捕获效率是TBHQ的2倍(图3-A和-C)。采用LC-MS/MS对牛肉汉堡进行分析,发现了PG-GO、PG-MGO、PG-ACR的产物,以及与PG-ACR-MGO、TBHQ-MGO、 TBHQ-ACR分子离子峰相同质荷比的物质。

图3 PG (A)和TBHQ (C)对添加玉米油的牛肉汉堡中ACR/GO/MGO形成的影响。将PG (B)和TBHQ (D)加入牛肉饼中,在烤箱中170℃玉米油烘烤后的总离子色谱图。

注:不同大写字母表示不同浓度样品间差异显著(P<0.05),不同小写字母表示不同RCS间差异性显著(P<0.05)

4. PG-ACR-MGO的纯化及结构鉴定

基于LC-MS/MS在烤牛肉汉堡中收集的信息,我们假设PG可以捕获一个ACR分子和一个MGO分子,形成PG-ACR-MGO。为了进一步验证其结构,我们对反应混合物进行了纯化,并对其进行了HRMS、MS/MS、NMR (1H、13C、DEPT、HSQC、HMBC)数据的分析(表1),PG-ACR-MGO结构式见图4。

表1 PG和PG-ACR-MGO 的1H (400 MHz) and 13C (150 MHz)

PG

PG-MGO-ACR

δH

δC

δH

δC

1

120.46

123.56/123.88

2

7.08 (s)

108.90

116.23/116.33/116.40/116.54

3

144.98

141.00/141.15/142.13/142.57

4

138.29

138.37/138.45/138.65/138.81

5

144.98

143.42/143.44/145.39/145.42

6

7.08 (s)

108.90

118.25/118.33/118.35/118.49

7

167.48

166.72/166.75/166.77/166.82

8

4.19 (t)

66.18

4.11(m)

65.82/65.87/66.15/66.20

9

1.76 (m)

21.76

1.69(m)

22.02/22.09/22.12/22.16

10

1.03 (t)

9.52

0.96(td)

11.00/11.03/11.06/11.08

11

2.67(m)

19.25/20.13/21.27/21.36

12

1.80(m)

26.78/26.86/27.63/28.28

13

5.52(m)

89.80/91.09/92.35/92.58

14

4.84(d),3.72(m)

78.20/78.26/77.04/77.16

15

211.47/211.61/210.75/210.96

16

2.16(m),1.47(m)

25.63/26.15/22.21/22.26

图4 PG-ACR-MGO的结构和关键HMBC相关性。

5. PG同时捕获ACRGOMGO机制

团队前期研究表明当PG分别与ACR、GO、MGO反应时会形成PG-MGO、PG-GO、PG-ACR、PG- 2ACR,并且我们在重油蛋糕和烤牛肉汉堡中也发现了这些加合物,然而哪一种RCS更敏感,更可能与PG发生反应目前还不清楚;PG在与ACR、GO和MGO同时反应时是如何清除它们的,是否存在优先顺序,或者它是随机发生的。因此,我们研究了PG与ACR、GO和MGO在不同温度和时间下的产物。结果表明80℃、浓度比1:1:1:1条件下PG的捕获顺序依次为:ACR、MGO、GO;1 min内形成PG-ACR加合物,10min后生成PG-MGO,15min形成3个加合物(图5-A)。反应4 h后可观察到PG-ACR-MGO、PG- MGO -GO和PG-2ACR的加合物(图5-B)。PG与ACR、GO、MGO(1:1:1:1)在室温下反应,即使时间延长至4 h,也未形成产物。PG作为RCS的抑制剂适用于中高温食品加工,而不适用于常温贮藏。

图5 PG与ACR/GO/MGO同时反应HPLC-DAD(A)和总离子色谱图(B)

通讯作者


吕丽爽,女,1969年2月出生,博士,美国NCA&T博士后,教授,研究生导师。南京师范大学食品与制药工程学院食品工程专业学科带头人。以第一作者或通讯作者发表核心期刊论文80多篇,SCI收录30篇(Q1区 20篇)。授权国家发明专利3项。主持国家自然科学基金,江苏省自然科学基金,江苏省教育厅基金,国家科技部863项目子课题,浙江省自然科学基金,海南省创新团队,宿迁市现代农业重点研发等多项课题。2008年校“青蓝工程”优秀青年骨干教师。2016年获校优秀研究生导师称号。2016年入选第十三批江苏省“六大人才高峰”。食品领域TOP期刊杂志审稿人Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Journal of Agricultural and Food Chemistry(2018年获得优秀审稿人奖), Food chemistry,Food & Function, Food and Chemical Toxicology, Food Research International。

董文江,男,1985年11月生,宁夏石嘴山人,工学博士,副研究员,华中农业大学、宁夏大学等高校硕士生导师。主要研究方向为食品风味化学、食品资源高值化开发利用、食品真实性溯源鉴别等。入选海南省“515人才工程”第三次层次人选、第一批海南省南海名家青年人选、海南省高层次拔尖人才、中国热带农业“十百千人才工程”-“千人计划”、海南省自然科学基金创新研究团队负责人、国家自然科学基金通讯评审专家、海南省科技厅项目库专家、中国热科院咖啡产业创新团队骨干专家、国际咖啡质量品鉴师、金杯萃取中级咖啡师、中国热带作物学会咖啡专业委员会委员、云南精品咖啡协会常务理事。以第一完成人获海南省科技进步奖二等奖1项(2019年度),主持国家自然科学基金3项(面上、青年、应急管理项目)、海南省自然科学基金创新研究团队、海南省自然科学基金、中央级公益性科研院所基本科研业务费等项目6项;参与国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、青年科学基金、海南省自然科学基金等项目10余项,在Food Chemistry, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Industrial Crops & Products等杂志发表论文40余篇,其中SCI论文20余篇,第一或通讯作者SCI论文收录15篇(总影响因子55.339),ESI高被引论文1篇;Trends in Analytical Chemistry, Food Chemistry, Food Research International, LWT-Food Science & Technology等食品领域Top杂志审稿人;出版专著1部(第一副主编),申请国家发明专利6项,授权1项。

第一作者简介

卢永翎,女,1987年8月生,2005-2009年就读于中国药科大学药学专业,2012.6硕士毕业于中国药科大学药物分析专业。2012年至今在南京师范大学工作,实验师,研究方向主要为食品化学及功能性食品、分析检测方法建立。相关文章发表于Food ChemistryJournal of Agricultural and Food ChemistryFood and functionJournal of Food Science and Technology,食品科学等。

(该文章《Inhibitory Activity on the Formation of Reactive Carbonyl Species in Edible Oil by Synthetic Polyphenol Antioxidants》在线发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry。)

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