基于组合效应的天然多酚抗氧化互作机制

The problems of screening, design and action mechanism of antioxidant are still to be resolved in the field of processing of natural products and forestry functional foods. Natural polyphenolic antioxidant receives much concern due to its high efficiency and safety. One of best ways to improve antioxidation ability is to combine them scientifically. However, in addition to synergism and addition, the antagonism effects with intermediate hazardous substance are very likely to emerge in the process of application. At present, the action mechanism of composite antioxidant is still not clear based on these combinational effects. Thus, in this project, binary and ternary mixtures are to be constructed by ubiquitous olive polyphenols. Synergism, addition and antagonism effects of these mixtures regarding scavenging hydroxyl and superoxide anion free radicals, are to be analyzed to expound the relation between the combination effects and chemical structure by means of molecular interaction model. The intermediate products and reaction parameters in this process will be characterized by EPR and ESI-MS/MS etc., to reveal the reaction processes of molecular level are to be overall investigated by HPLC-FTIR, 2DNMR, CD and DFT computational system. Through the above-rounded annlysis, the antioxidation mechanism based on combinational effects with respect to olive polyphenols can be well clarified so as to provide theoretical guide for the design and application of natural composite antioxidant.

天然抗氧化剂的筛选设计及其作用机理研究一直是天然产物深加工利用领域的重要科学问题。天然多酚抗氧化剂因其高效的抗氧化活性、安全性而备受关注。将抗氧化剂复配使用是提高抗氧化效率的途径之一。除发生协同增效与加和作用外，复合抗氧化剂在抗氧化过程中也存在拮抗效应，甚至有害中间产物的生成。目前关于复合抗氧化剂基于组合效应的抗氧化机理尚不清楚。基于此，本项目拟以油橄榄多酚化合物为研究对象，构建其二元、三元组分复合体系，运用互作模型分析组合体系清除自由基能力的协同、拮抗及加和效应，阐明抗氧化剂结构与效应的相关性；基于电子顺磁共振检测等技术，表征中间产物、反应参数，解析多酚组合体系清除自由基的反应动力学；运用光谱、波谱学及密度泛函理论等手段系统探讨反应体系分子间作用力，综合分析并揭示油橄榄多酚抗氧化剂基于组合效应机制的抗氧化机理，项目研究结果将为高效天然复合抗氧剂的设计及应用提供理论支撑。

天然多酚抗氧化剂之间可产生抗氧化协同增效作用。本项目分析鉴定了油橄榄加工副产物中的主要多酚化合物，并与常用抗氧化剂一起组建了一个含43种天然多酚类化合物抗氧化剂库。此外，本项目以库中单一化合物的清除活性氧（ROS）自由基能力的强弱为导向，筛选并构建其高效抗氧化二元组分复合体系，并运用新型互作模型评价了其清除自由基能力的协同作用，阐明了多酚化学结构与其抗氧化作用的相关性，最终筛选出具有抗氧化协同作用的二元天然多酚组合，并揭示其产生协同作用的机理。其主要结果如下：（1）基于HPLC-DAD-MS/MS方法，从油橄榄加工副产物中鉴定出26种天然多酚化合物包括羟基酪醇、木犀草素、橄榄苦苷等；基于清除体外OH·、·O2-清除ROS自由基实验结果，筛选出可高效清除ROS自由基的多种酚类化合物如α-生育酚等。（2）基于H2O2诱导的HCT-116细胞活性氧水平实验评价结果，发现具有邻二苯酚结构的毛蕊花糖苷抑制细胞活性氧水平较高，油橄榄果渣提取物抑制细胞活性氧水平较毛蕊花糖苷的能力更强，可能因其富含羟基酪醇等多酚化合物产生了抗氧化协同效应。（3）阐明了基于热动学参数（提取速率、活性物平衡浓度、速率常数、焓变、熵变和吉布斯自由能变）传质传热原理的超声波强化提取油橄榄果渣中羟基酪醇机制并建立了多酚高效绿色提取技术。（4）基于构效分析后的结果如下：（i）多酚、黄酮类的抗氧化性主要由羟基的数目、取代位置以及取代方式决定。B环是黄酮类化合物抗氧化清除自由基的主要活性部位，当化合物存在邻二酚羟基并键合含共轭双键官能团时，可显著提高抗氧化性。（ii）多酚化合物中共轭双键链越长且其链末端的不饱和羰基和甲氧基使共轭大π键的活性增强，进而提高抗氧化性。（iii）提高分子亲水性，增加氢键供体数和氢键受体数，减少旋转键数和降低分子量大小等因素，可提高抗氧化性。（5）α-生育酚与木犀草素以及α-生育酚与羟基酪醇形成的二元抗氧化剂复合体系均具有抗氧化协同增效作用，且协同作用效果前者更好。