金属卟啉纳米仿生阵列传感芯片构建及对绿茶抗氧化活性组分协同机制研究

Research on antioxidant activities of green tea is faced with some problems, such as the undefined relationships of macro-antioxidant activity with the microstructure and concentrations of antioxidant substances, and the unclear synergistic relationship of antioxidant substances in the antioxidant process. To tackle these problems, the current project focuses on color sensitivity and photosensitive sensing performance, and aims to construct a metalloporphyrins-based nano-bionic array sensor chip with both high color sensitivity and photosensitivity. The antioxidant activity changes of green tea during antioxidation can be monitored by utilizing the changes of holographic fingerprint integrating the sensing characteristics of colorimetric fingerprint and multivariate spectroscopy of the chip. With the aid of chemometrics, the kinetic characteristics of antioxidant substances in green tea in the antioxidant process can be quantified simultaneously. Especially, a high-precision regulation model quantitatively characterizing the structure-effect, dose-effect and group-effect relationships between active antioxidant components and the synergistic antioxidant capacity of green tea will be constructed. This model is used to discriminate the structure types, concentration composition and synergistic contributions of intrinsic active groups that truly affect the synergistic antioxidant capacity of green tea, and to clarify the relationship mechanism of antioxidant substances in synergistic antioxidant process. The research idea has not been reported in literatures. The findings of this project will not only reveal the regulation between antioxidant substances and antioxidant capability of green tea, but also enrich and further develop the theoretical research on antioxidant activity of green tea, and promote the development and application of a series of green tea flavored fine-chemical products with high antioxidant activity.

针对当前绿茶抗氧化活性研究中存在的抗氧化物质微观结构及含量组成与宏观抗氧化活性关系不明确、抗氧化活性成分在抗氧化过程中协同作用关系不清楚等科学问题，本项目以色敏和光敏传感性能为导向，构建一种兼具高色敏和高光敏性的金属卟啉纳米仿生阵列传感芯片，并利用其比色指纹谱、多元光谱传感综合特征全息指纹谱的特性变化监控绿茶在抗氧化过程中抗氧化活性物质的变化，再借助化学计量学方法，实现同时定量表征绿茶在抗氧化过程中各抗氧化活性物质的动力学变化特征，构建绿茶抗氧化活性组分与其协同抗氧化作用能力间构效-量效-组效关系的高精度一体化定量表征调控模型，甄别真正影响绿茶协同抗氧化作用内在活性组群的结构种类、含量组成和协同贡献权重，阐明绿茶抗氧化活性组分协同抗氧化的关系和规律。其研究思路尚未见文献报道。所研究的成果既能丰富和发展绿茶抗氧化的理论研究，也能促进具有高抗氧化活性的绿茶风味系列精细化工产品的开发与应用。

针对当前绿茶抗氧化活性研究中存在的抗氧化物质微观结构与含量组成与宏观抗氧化活性关系不明确、抗氧化活性成分在抗氧化过程中协同作用关系不清楚等科学问题，本项目在UPLC-QTOF-MS分离分析技术基础上，改进了自动数据分析策略，将其应用于绿茶中咖啡酸、黄酮、山奈酚、6,7-二羟基香豆素等成分的抗氧化活性研究。并通过量子化学计算及分子对接模型，设计制备了系列兼具高灵敏度和高特异性卟啉分子，并进一步修饰构建为纳米卟啉阵列传感芯片，使其对绿茶抗氧化活性组分群差异产生准确的响应信号，再通过化学计量学结合多元光谱数据对响应信号进行解析，同时实现了绿茶抗氧化活性成分中儿茶素类、咖啡碱、氨基酸、叶黄素、抗坏血酸等组分的高灵敏度、高特异性定量表征。研究结果表明表没食子儿茶素没食子酸酯、没食子酸、没食子儿茶素没食子酸酯和儿茶素的协同量组关系占主导作用，贡献率依次为：44.15%、18.75%、15.12%和11.45%，累计贡献率为89.5%。同时当儿茶素浓度低于表没食子儿茶素没食子酸酯时会对其抗氧化活性产生拮抗作用，且儿茶素相对浓度越低，拮抗作用越明显；当表没食子儿茶素浓度高于表没食子儿茶素没食子酸酯时会对其抗氧化活性产生拮抗作用，且表没食子儿茶素相对浓度越高拮抗作用越明显；表没食子儿茶素没食子酸酯和没食子儿茶素没食子酸酯之间同样存在拮抗作用。而非酯型的儿茶素和表没食子儿茶素之间整体抗氧化活性呈现协同作用。这可能是由于酯型儿茶素中没食子酸酯基团的存在，使其更容易与儿茶素类化合物的酚羟基形成氢键缔合从而导致抗氧化活性呈现拮抗作用。该研究丰富和发展了绿茶抗氧化的理论研究，同时也促进了具有高抗氧化活性的绿茶风味系列精细化工产品的开发与应用。本项目已完成研究计划中规定的各项任务，研究经费全部符合基金项目的财务要求。受本项目资助，已发表学术论文40篇，其中SCI收录论文38篇。申请发明专利15项，授权8项。培养硕士毕业生10名，博士毕业生1名。