基于DPPH法的桉木亚硫酸盐制浆废液中鞣花酸抗氧化活性研究及其在食品领域的应用价值

本研究针对合成抗氧化剂(SPAs)的潜在健康与环境风险，探索从桉木亚硫酸盐制浆废液(SSL)中提取的天然抗氧化剂鞣花酸(EA)的应用潜力。通过多参数DPPH法系统评估EA及其不同纯度样品的抗氧化活性，发现EA的活性显著优于常见天然和合成抗氧化剂(EA > 焦棓酸 > 咖啡酸 ≈ Trolox >> BHT)，证实其作为安全有效的天然抗氧化剂在食品及包装材料中的应用价值，为可持续利用工业副产物开发高附加值产品提供了科学依据。

　　

随着消费者对食品质量和安全要求的不断提高，抗氧化剂在食品工业中扮演着越来越重要的角色。合成抗氧化剂(SPAs)如丁基羟基甲苯(BHT)虽然效果显著且成本低廉，但其潜在的健康风险和环境影响日益引起关注。与此同时，天然抗氧化剂(NPAs)往往存在来源受限、稳定性差、价格昂贵等问题，难以完全替代SPAs。这种困境促使科研人员不断寻找新型、安全、高效的天然抗氧化剂来源。

正是在这样的背景下，来自葡萄牙阿威罗大学的研究团队将目光投向了工业副产物的高值化利用。他们注意到，在桉木亚硫酸盐制浆过程中产生的大量废液(SSL)中含有丰富的鞣花酸(EA)——一种已知具有强抗氧化活性的多酚类化合物。然而，从这种复杂工业废液中提取的EA其抗氧化性能如何？与常见抗氧化剂相比处于什么水平？其中存在的杂质成分对抗氧化活性会产生什么影响？这些问题都亟待解答。

为了回答这些问题，研究人员在《Food and Bioproducts Processing》上发表了一项系统研究，他们采用多参数DPPH分析法，全面评估了从SSL中提取的不同纯度EA样品的抗氧化活性，并与几种常见的天然和合成抗氧化剂进行了详细对比。

研究采用了多项关键技术方法：通过酸结晶法从桉木亚硫酸盐制浆废液(SSL)中提取不同纯度的EA样品；利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)和固态交叉极化魔角旋转碳13核磁共振(CP-MAS ¹³C NMR)对样品成分进行定性和定量分析；采用改进的DPPH分光光度法测定抗氧化活性，同时考察动力学和 stoichiometric 参数；通过计算EC₅₀(半数有效浓度)、抗自由基能力(ARP)和二级动力学参数Z值等多参数进行综合评价。

3.1. 鞣花酸与 examined 酚类抗氧化剂的活性比较

研究人员通过多参数比较发现，EA展现出卓越的自由基清除能力，其活性显著优于其他测试的抗氧化剂，活性顺序为：EA > 焦棓酸(PG) > 咖啡酸(CA) ≈ Trolox >> BHT。EA的EC₅₀值仅为6.39±0.16μM，远低于BHT的336.55±27.0μM。同时，EA表现出极强的抗自由基能力(ARP=15.30)和快速的初始反应速率(log Z=3.702)，归类为具有瞬时反应速率的Group 1抗氧化剂。

3.2. 鞣花酸抗氧化机制

EA的抗氧化机制涉及复杂的氢原子提取过程，可能通过三种不同机制进行：氢原子转移(HAT)、单电子转移后质子转移(SET-PT)和顺序质子损失电子转移(SPLET)。在甲醇溶剂中，EA主要以质子化形式存在，因此通过质子耦合电子转移(PCET)的HAT机制可能是与DPPH反应的主要机制。EA优异的自由基清除性能与其形成的酚氧自由基的广泛共振稳定化有关，这为自由基失活提供了适当条件。

3.3. 鞣花酸样品特性

从SSL中通过结晶法提取的EA样品含有不同比例的杂质成分，主要包括木质素、寡糖(木寡糖(XOS)和葡寡糖(GOS))和亲脂性提取物。通过多次酸水洗涤，EA纯度从55%(W1)提高到74%(W10)，灰分含量从2.51%降至0.32%。CP-MAS ¹³C NMR分析显示，木质素是最难去除的污染物，在最纯的W10样品中仍占杂质的主要部分(约12%)。

3.4. 亚硫酸盐废液(SSL)来源的鞣花酸样品的抗氧化活性

对不同纯度EA样品的测试表明，EA含量与抗氧化参数之间存在明显相关性。抗自由基能力(ARP)与EA含量呈线性关系，表明共存杂质(主要是木质素)对EA制剂的抗氧化性能有贡献，但远低于EA本身。没有检测到木质素对EA抗氧化活性的显著协同或拮抗效应。值得注意的是，洗涤程度较低的W1样品由于含有其他多酚物质和金属离子，其抗氧化测量结果偏离线性关系。

研究结论表明，DPPH分析法通过综合考察 stoichiometric 和动力学参数，证实了EA作为一种突出的天然抗氧化剂，在食品应用和食品包装聚合物基质中具有替代合成抗氧化剂的潜力，为健康和环境保护提供了可能的安全解决方案。

从SSL中分离的不同纯度EA制剂的抗氧化活性与EA含量直接相关，其中木质素作为最重要的伴随物对抗氧化性能有一定贡献，但远不如EA显著。同时，研究没有发现木质素对EA抗氧化活性有明显的协同或拮抗效应。对不纯EA制剂的抗氧化性能分析可能会因存在干扰DPPH分析的物质(如非EA多酚和金属离子)而得出不准确结果，这强调了针对特定EA生产优化纯化方案的重要性。

这项研究的重要意义在于，它不仅证实了从工业副产物中提取的EA具有卓越的抗氧化性能，还为可持续利用制浆废液提供了技术路径。通过将废弃物转化为高附加值产品，不仅解决了合成抗氧化剂带来的环境和健康问题，还提高了资源利用效率，实现了经济效益和环境效益的双重提升。未来通过更先进的DPPH方法(如EPR光谱法和基于动力学的停流法)与其他抗氧化测定法(如CUPRAC)相结合，将进一步阐明基于EA的产品在食品、化妆品和各种技术应用中的抗氧化潜力。