​香港大学王明福教授,上海海洋大学赵月亮副教授:鱼油中槲皮素的抗氧化作用和化学变化:槲皮素与脂肪酸反_杏鑫怎么样?

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责任编辑:食品科学

香港大学王明福教授和上海海洋大学赵月亮副教授等人在Journal of Agricultural and Food Chemistry(IF=4.192,中科院分区一区)在线发表了题为:“Antioxidative Properties and Chemical Changes of Quercetin in Fish Oil: Quercetin Reacts with Free Fatty Acids to Form Its Ester Derivatives”的研究论文。该研究探讨了槲皮素抑制鱼油氧化过程中的化学变化和抗氧化活性变化。第一作者为上海海洋大学硕士研究生刘少军,通讯作者为王明福教授和赵月亮副教授。

Introduction

鱼油富含ω-3多不饱和脂肪酸如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。流行病学研究表明,ω-3多不饱和脂肪酸具有改善视力、促进婴幼儿脑和神经发育、预防和减少心脏疾病、抗炎和抗过敏等功能活性。然而鱼油在加工和贮藏过程中,在氧气、光照、高温以及金属离子的影响下极易氧化,生成醛、酮等活性羰基化合物(RCS),影响食品品质,危害人体健康。添加抗氧化剂尤其天然酚类抗氧化剂被认为是预防和延缓油脂氧化的有效方法之一。然而多酚在抑制油脂氧化的同时自身也可能参与不同阶段的脂质氧化反应,导致多酚的损耗、化学结构的改变以及抗氧化活性的变化。本文以槲皮素这种广泛存在于食材中的多酚为研究对象,考察了其对鱼油的抗氧化作用,以及其抑制油脂氧化同时自身的化学变化和抗氧化活性变化规律。研究结果为利用膳食多酚控制油脂氧化提供理论依据,为保障油脂和含脂食品安全提供技术支持。

Results and Discussion

1. 鱼油加速氧化过程中槲皮素的抗氧化活性

首先研究了加速氧化条件下,槲皮素对鱼油中RCS形成和脂肪酸组成的影响。鱼油加速氧化体系如下:对照组为鱼油,处理组为鱼油+槲皮素(200mg/kg鱼油),加热温度为60℃,加热时间为0-5d。采用SPME-GC/MS、GC-FID分析鱼油中RCS含量变化和脂肪酸组成变化,发现槲皮素能显著抑制鱼油中RCS的形成,但随着加热时间的延长,抑制率从46.73%降低至33.29%(表1)。此外,槲皮素能显著抑制鱼油中脂肪酸的氧化降解,但抑制作用也随加热时间的延长而降低(表2)。这表明槲皮素可能转化成了抗氧化活性较弱的槲皮素衍生物。

2. 鱼油加速氧化过程中槲皮素的化学变化

其次研究了槲皮素在鱼油加速氧化过程中的化学变化。HPLC分析发现加速氧化过程中,鱼油中槲皮素含量不断减少(图1),在槲皮素减少的同时有两种主要的新物质形成(图2A)。通过半制备HPLC分离纯化了这两种新物质,ESI-MS分析表明,这两种新物质分子量分别为586和612(图2B、2C),可能为槲皮素C环的羟基与EPA和DHA反应并失去一分子水后的产物。为了进一步确认这些槲皮素衍生物的结构并阐明这些衍生物的形成机理,我们化学合成了这两种新物质,并使用MS和NMR对结构进行了表征,分别为槲皮素-3-O-二十碳五烯酸酯和槲皮素-3-O-二十二碳六烯酸酯,这些合成化合物的HPLC保留时间和MS图谱与我们从添加槲皮素的鱼油中分离得到的化合物相同。基于这两种新物质的化学结构我们推断槲皮素分别与EPA和DHA反应转化为抗氧化活性较弱的槲皮素脂肪酸酯衍生物(图3),以至于随着加热时间的延长,槲皮素抗氧化活性逐渐降低。其它新生成物质可能为槲皮素与RCS的加合物,由于含量微小,我们没有分离纯化和结构表征。

3.鱼油加速氧化过程中槲皮素衍生物的形成规律

此外,采用UPLC-MS测定了两种槲皮素衍生物在鱼油中的形成规律,发现热处理五天内槲皮素-3-O-二十碳五烯酸酯和槲皮素-3-O-二十二碳六烯酸酯含量逐渐增加(图4),表明槲皮素对鱼油中EPA和DHA的捕获能力是可持续的,进一步表明槲皮素抑制鱼油氧化的过程中自身发生化学结构的变化。这可能是其抗氧化活性逐渐变弱的原因。

4. 槲皮素衍生物的抗氧化能力

最后,测定了槲皮素及其衍生物在化学模型、油脂模型、生物模型以及细胞内的抗氧化能力。发现槲皮素衍生物由于反应掉一个羟基,与槲皮素相比DPPH和ABTS+自由基清除能力显著减弱(图5A、5B)对鱼油的抗氧化能力也显著减弱(图5C、5D),这也是槲皮素抗鱼油氧化活性逐渐降低的原因。在生物系统和细胞模型中,槲皮素衍生物的抗氧化活性均高于槲皮素,这可能是由于在槲皮素中引入了脂肪链增强了槲皮素衍生物的亲脂性,槲皮素衍生物可更好地穿过细胞膜的磷脂双分子层进入细胞内发挥其抗氧化活性。

Conclusion:

本文系统地研究了鱼油中槲皮素的抗氧化作用和化学变化。结果表明,槲皮素能显著抑制鱼油氧化,但抑制作用随加热时间的延长逐渐降低。在抑制鱼油氧化的过程中,槲皮素转化为槲皮素脂肪酸酯。与槲皮素相比,其转化产物的DPPH和ABTS+自由基清除能力以及对鱼油的抗氧化作用均显著减弱。但在生物系统和细胞模型中,槲皮素衍生物的抗氧化活性均高于槲皮素。因此,槲皮素可用于抑制油脂氧化,与槲皮素相比,新形成的槲皮素衍生物可能对人体具有更好的生物活性,这有待进一步深入研究。

本研究获得了“国家自然科学基金(31901807、31871901)”,“上海市扬帆人才计划(19YF1419600)”,“上海市青年东方学者”等项目支持。

通讯作者:

王明福,博士,香港大学食品与营养专业终身副教授。于2000年在罗格斯大学取得食品科学博士学位,2005年入职香港大学,2011年获得终身教职。现在也是上海海洋大学的兼职特聘教授、吉林大学的客座教授。研究领域集中在功能性膳食植物化合物的发现和优化,进而实现植物化合物调控食品化学反应、抑制致突变和致癌物的形成、调控糖尿病和结肠癌形成途径等,以期促进食品安全和人体健康。此外,在香港政府创新科技基金的支持下,王博士的实验室还成功地研发了一些有自主知识产权的天然护肤品,相关成果已进行技术转化,相应的初创企业已经获得天使轮投资。王博士已在国际知名刊物上发表200余篇 SCI论文(谷歌学术引用次数:10573,H-index:58),出版英文专著2本,参与编写专著10余本,并申请/授权专利10余项。目前,王博士也是多个食品科技领域国际期刊的编委/主编,包括Journal of Functional Foods等。曾获得多项科研奖励,包括香港大学杰出青年学者奖(2013年)和 美国化学学会 AGFD Fellow Award (2018年)等。王博士已培养博士生20余名,包括食品领域中多位国家级/省部级人才计划获得者。

赵月亮,男,香港大学博士(2017年),2018年入职上海海洋大学食品学院,任副教授,硕导,2019年入选上海市“青年东方学者”和“扬帆人才计划”,研究方向涉及(1)食品热加工过程中产生的危害物的防控理论技术;(2)功能食品与营养基因组学。赵博士目前主持国家自然科学基金青年项目等项目4项,以第一/通讯作者发表SCI论文18篇,参编英文著作《Hand Book of Food Chemistry》。担任SCI期刊Oxidative Medicine and Cellular Longevity (IF:5.076)和Molecules (IF:3.267)客座编辑,为Food Chemistry等10多个SCI期刊的审稿人。

作者简介

第一作者:刘少军,上海海洋大学2018级硕士研究生,研究方向为食品安全与营养健康。

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