基于酚酸定向引入的结构脂质酶促合成与多层面抗氧化构效关系研究

Lipid oxidation not only causes a lot of food loss but also is harmful to human health. With the safety of chemical synthetic antioxidants are suspected, the development of novel antioxidants which are safe, efficient and nutrition has attracted much attention. Phenolic acid is a kind of natural antioxidant resources with many physiological activities, but the liposolubility is poor. In this project, directional combination of phenolic acids on the glycerol backbone using enzymatic transesterification is carrying out on the basis of preliminary studies. It could not improve only the liposolubility of phenolic acids, but also the oxidative stability of adjacent unsaturated fatty acids. It is quite possible to build a class of novel multifunction structure lipids which could retain the antioxidant activity of phenolic acids, and the nutrition effect of unsaturated fatty acids and as well as the safety benefit of natural products. As the structure-antioxidant activity regulations and the antioxidant mechanism of this kind of compounds are not clear, in this study, a series of representative phenolic acid-structured lipids will be prepared on the basis of molecular design, directional synthesis, purification and identification, and then the regulation rules of the reaction conditions on the products structure and conversion will be clarified; the structure-antioxidant activity relationship and mechanism will be revealed by evaluating their antioxidant activity from chemistry and cell aspects, developing molecule structure-antioxidant activity relational database and evolution the structural changes during the antioxidant reaction. In summary, the project will provide a theoretical basis for the applications of phenolic acid-structured lipids in the field of multi-functional food additives production.

油脂氧化不仅造成大量相关食品损失还极大危害人身健康。随着化学合成抗氧化剂的安全性受到质疑，开发安全、高效、营养的脂溶性抗氧化剂备受关注。酚酸是一类具有众多生理活性的天然抗氧化资源，但脂溶性差。本项目拟在前期研究基础上采用酶促酯交换法将天然酚酸定向引入甘油骨架，此举不仅能改善酚酸的脂溶性，还能提高相邻不饱和脂肪酸的氧化稳定性，有希望衍生出一类既发挥酚酸抗氧化活性，又保留不饱和脂肪酸营养功效，同时具有天然产物安全性优势的新型多功能结构脂质。针对其结构对抗氧化活性影响不明，作用机理欠缺的现状，本研究拟在分子设计、定向合成、纯化鉴定出一系列代表性酚酸结构脂质的基础上，阐明反应条件对产物结构与转化率的调控规律；并从化学、细胞两个层面评价其抗氧化活性，构建分子结构与抗氧化活性的关联数据库，结合其在抗氧化过程中的结构演变揭示其抗氧化构效关系与作用机制，为其在多功能食品添加剂领域中的应用提供理论依据。

随着化学合成抗氧化剂的安全性受到质疑，开发安全、高效、营养的脂溶性抗氧化剂备受关注。酚酸是一类天然抗氧化资源，但脂溶性差。采用酶促酯交换法将酚酸定向引入甘油骨架，此举不仅能改善酚酸的脂溶性，还能提高相邻不饱和脂肪酸的氧化稳定性，有希望衍生出一类既发挥酚酸抗氧化活性，又保留脂肪酸营养功效，同时具有天然安全优势的多功能结构脂质。针对酚酸结构酯反应效率低，耗时长等问题，制备了磁性中空介孔硅球、磁性碳纳米管等一系列高活性固定化脂肪酶催化剂。在此基础上突破了脂质定向酯化修饰技术。以7种代表性酚酸为羧基供体，分别以甘油和亚麻油、茶籽油、微生物油脂等富含不饱和脂肪酸的甘油三酯为底物，建立了超声波强化酶法制备酚酸结构酯的方法，可大幅降低反应活化能，提高亲和力常数，从而提高反应速度达3倍以上，创造了酚酸结构酯酶法制备的最快速度。分离纯化并采用HPLC-ELSD、MS和NMR鉴定出15种酚酸结构酯，其中5种酚酸结构酯系首次报道。采用DPPH、FRAP和β胡萝卜-亚油酸体系，系统评价了酚酸结构酯在清除自由基、总还原能力和抑制脂质过氧化等多方面的抗氧化活性，结果表明酯化修饰对清除自由基能力没有显著影响，会降低总还原能力，并大幅提高脂质过氧化抑制能力8-14倍，这是由于酚酸甘油酯的两亲性有利于其在亚油酸体系中更好的分散。细胞抗氧化研究表明，咖啡酸甘油酯等酚酸结构酯具有较强的细胞抗氧化能力，较母体酚酸EC50降低1.7倍，并对双氧水诱导的细胞氧化应激具有明显的保护作用。并首次开展了酚酸结构酯在抑菌和吸收紫外线方面的活性研究。抑菌评价结果表明，咖啡酸和阿魏酸甘油酯等酚酸结构酯对革兰氏阴性菌、阳性菌和真菌均具有明显的抑制作用，与母体酚酸相比提高4-16倍。酚酸甘油酯较母体酚酸在吸收紫外线强度和宽度方面均有大幅提高。本项目为酚酸结构酯在食品抗氧化等领域中的应用提供理论依据。对深化天然产物资源的利用、开发安全、高效、营养的多功能食品添加剂具有重要意义。