酚类化合物清除自由基的动力学与热力学评估：食品中抗氧化活性的结构-功能关系研究

这篇研究通过追踪56种酚类化合物与DPPH自由基反应的动力学(n10s)和热力学(n10min)参数，揭示了酚（phenol）、甲氧基酚（methoxyphenol）、氢醌（hydroquinone）和儿茶酚（catechol）四类结构的抗氧化机制差异，提出结合TEAC（Trolox等效抗氧化能力）与时间分辨测量的综合评价体系，为食品抗氧化剂设计提供理论依据。

　　

Abstract

研究系统评估了56种食品源酚类化合物清除DPPH自由基的动力学与热力学特性。通过引入10秒(n_10s)和10分钟(n_10min)的时序测量参数，证实传统TEAC值主要反映热力学终点(n_10min)，而早期动力学数据(n_10s)能更准确表征快速反应活性。四类基础结构中，儿茶酚和氢醌因强电子给体特性及分子内氢键稳定作用，表现出最快的初始反应速率(n_10s≈2)和最高终产物得率(n_10min达4.0)。

INTRODUCTION

活性氧（ROS）导致的氧化损伤与衰老、疾病密切相关。DPPH法因其简便性成为评估抗氧化能力的金标准，但其反应涉及氢原子转移（HAT）、电子转移（ET）和顺序质子损失电子转移（SPLET）等多重机制。研究指出，传统IC₅₀和TEAC等指标仅反映热力学平衡，忽略了动力学行为对实际应用的关键影响。

MATERIALS AND METHODS

实验采用商业试剂盒测定TEAC值，同时建立原位光谱追踪系统：将94.5 μmol/L DPPH溶液与9.45 μmol/L抗氧化剂（10:1比例）在Tris-HCl缓冲液(pH 7.5)中反应，实时监测517 nm吸光度变化。通过公式计算单位抗氧化剂消耗的DPPH分子数(n)，其中n_10s表征反应初速度（RSA），n_10min反映最大还原能力（RSC）。

RESULTS AND DISCUSSION

结构分类效应：

• 儿茶酚（Group C）和氢醌（Group H）因邻/对位双羟基协同作用，10秒内即完成2个DPPH的快速清除，后续通过醌-醇可逆反应再消耗2个自由基

• 甲氧基酚（Group A）因甲氧基氢键阻碍氢解离，反应速率降低(n_10s=0.87-2.5)，但部分化合物通过苄位氢提取实现n_10min>2

• 简单酚类（Group P）活性最低(n_10min<1)，但邻位偶联二聚体可使容量提升30-40%

取代基影响：

• 丙烯酸骨架（─CH=CHCOOH）通过共轭稳定自由基，使n_10s显著增加

• 叔丁基的位阻效应会抑制儿茶酚醌的醇解再生，导致n_10min下降

• 羧基在缓冲体系中未显示促进作用，与理论预测相反

偶联效应：

邻-邻（o-o）二聚化使多数酚类n_10min提升，例如姜酮二聚体活性从3%增至40%。但P-6因邻/对位双叔丁基的立体阻碍，抵消了二聚化带来的活性增益。

CONCLUSION

该研究建立了酚类抗氧化剂的"动力学-热力学"双维度评价框架，揭示结构特征与活性的定量关系：儿茶酚/氢醌骨架、邻位二聚化、苄位氢活性及共轭延伸是提升RSA/RSC的关键因素。这些发现为功能性食品设计和抗氧化剂筛选提供了新的分子设计策略。