核桃油和乳液中烷基没食子酸酯磷脂复合物链长依赖性抗氧化性能:一种基于定位的机制

《Food Research International》:Chain length-dependent antioxidant performance of phospholipid complexes of alkyl gallates in walnut oil and emulsions: A proposed localization-based mechanism

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月18日 来源:Food Research International 8.8

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   •BG-PC和HG-PC在核桃油中表现出最强的抗氧化活性。•提出了一种基于反向胶束界面定位的机理来解释其链长依赖性的抗氧化特性。•这为脂质抗氧化剂的设计提供了一种策略。引言核桃( Juglans regia L.)因其重要的经济价值而被视为食品加工业的支柱作物(Shigaev

  
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    BG-PC和HG-PC在核桃油中表现出最强的抗氧化活性。
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    提出了一种基于反向胶束界面定位的机理来解释其链长依赖性的抗氧化特性。
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    这为脂质抗氧化剂的设计提供了一种策略。

引言

核桃( Juglans regia L.)因其重要的经济价值而被视为食品加工业的支柱作物(Shigaeva & Darr, 2020)。核桃仁富含油脂和必需脂肪酸,是商业化生产食用油的理想原料。一些商业核桃品种的含油量高达740 g kg?1(基于干重),采用正己烷索氏提取法测定(Grilo & Wang, 2021; Hakimi et al., 2024)。由于过氧化值、磷脂和游离脂肪酸含量极低,新鲜核桃油无需精炼即可直接食用(Martínez et al., 2013)。此外,核桃油因其高营养品质和优良的脂肪酸组成而广受重视,尤其是其富含亚油酸和α-亚麻酸(Gao et al., 2019)。尽管高脂肪酸含量带来的营养益处显而易见,但α-亚麻酸和亚油酸含量的增加会导致油脂氧化稳定性降低和保质期缩短(Mohanan et al., 2018)。脂质氧化不仅降低感官品质和保质期,还会产生一系列潜在有害的氧化产物,包括活性醛类和酮类(Ying et al., 2025)。因此,提高核桃油的氧化稳定性仍是食用油行业面临的关键挑战。
天然酚类抗氧化剂因其良好的安全性和强大的自由基清除活性而受到广泛关注,成为合成抗氧化剂的替代品(Ahmad et al., 2025; Masiala et al., 2024)。其中,没食子酸(GA)是一种代表性的酚类化合物,含有三个羟基,能够捐赠氢原子并稳定自由基。GA被用于加工食品、化妆品和食品包装材料中,以抑制由脂质过氧化引起的油脂酸败和腐败(Badhani et al., 2015)。GA常用于加工食品、化妆品和食品包装材料,并已被证实能在乳液或脂质体系中表现出抗氧化和抗致突变效果,有效抑制由脂质过氧化引起的油脂酸败和腐败(Batista et al., 2016; Mansouri et al., 2020; Parcheta et al., 2021)。然而,有报道指出没食子酸在非极性溶剂中的溶解度极低(Zhang et al., 2024)。这一特性严重限制了其在防止食用油脂质氧化方面的效果。为克服这一局限,广泛采用脂肪酸醇对GA进行酯化以生成烷基没食子酸酯(A-GAs)(图1)(Wang, Niu, et al., 2024)。与未酯化的GA相比,A-GAs因其能够溶于脂质,在富含脂质的食品基质中表现出更优越的抗氧化性能(Sun et al., 2018; Wang et al., 2021)。没食子酸丙酯、没食子酸辛酯和没食子酸十二酯已被欧盟批准作为抗氧化食品添加剂,依据《第(EC) No 1333/2008号法规》。
然而,仅依赖单一类型的亲水性或脂溶性抗氧化剂可能无法提供最优保护,因为体油和大乳液中的脂质氧化在多个位点进行,尤其是在油水界面和脂质主体相中。因此,结合或整合具有互补活性的抗氧化剂引起了广泛关注。许多研究表明,将磷脂和多酚的物理混合物添加到脂肪中,可以协同发挥抗氧化作用。例如,Rokosik等(2020)报道,与单独添加10 μmol kg?1菜籽醇相比,同时添加500 μmol kg?1磷脂的大豆油显示出显著改善的氧化稳定性。同样,Garcia-Mendoza等(2021)也发现,与单独添加220–2000 μg g?1槲皮素相比,添加相同量的槲皮素和20 mg g?1磷脂也能显著提高 camelina油的氧化稳定性。
为进一步增强磷脂和多酚的协同抗氧化效果,磷脂复合物近年来成为提高天然类黄酮(包括姜黄素、二氢杨梅素和没食子酸)溶解度和抗氧化特性的流行方法(Bhattacharyya et al., 2013; Khatik et al., 2016; Liu et al., 2019)。例如,Liu等(2024)发现,当柚皮素被合成为磷脂复合物时,其在豆油中的溶解度急剧提高了近2700倍。柚皮素-磷脂复合物在油中溶解度的提高使其能够在高温下有效防止豆油的热氧化。关于磷脂复合物的抗氧化机理,许多学者推测这可能与磷脂的乳化性能有关(Tang et al., 2023),即磷脂可能在体油中形成油包水反向胶束(图2)。这些反向胶束被认为可作为脂质氧化的优先位点,因为过渡金属、氢过氧化物和其他促氧化剂倾向于在油水界面处富集(Berton-Carabin et al., 2014)。因此,反向胶束与抗氧化剂之间的位置关系可能会关键性地影响氧化途径和抑制效率。
事实上,在体油和大乳液中,抗氧化剂的位置分布会影响其效力,这属于极性悖论理论范畴。该理论提出,相对极性的抗氧化剂在体油中更有效,而更亲脂的抗氧化剂在油包水(O/W)乳液中更有优势,这源于它们界面分配的差异(Shahidi & Zhong, 2011)。然而,在含磷脂的油中,反向胶束界面提供了额外的极性域,同时乳化剂-抗氧化剂相互作用可能进一步影响抗氧化剂分布。因此,烷基没食子酸酯可能表现出非线性的链长依赖性活性,而不是严格遵循极性悖论,特别是在卵磷脂稳定化的乳液中(González et al., 2015)。然而,目前仍缺乏直接的实验证据表明磷脂复合物与油或乳液中极性域之间的相关性。此外,磷脂复合物化A-GAs的烷基链长是否决定其在油水界面的空间分布和抗氧化行为,尚未得到系统研究。
因此,本研究采用乙醇蒸发法制备了不同的磷脂复合物,包括将磷脂酰胆碱与不同酰基链长度(C1–C16)的A-GAs或GA进行复配。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外(UV)全波长扫描、1核磁共振(1H NMR)光谱、溶解特性检测和分子对接技术对所得A-GAs磷脂复合物的结构特征和物理性质进行了分析。随后,将这些磷脂复合物引入核桃油中。在加速氧化过程中,评估了不同酰基链长度的A-GAs磷脂复合物对核桃油样品的过氧化值(POV)、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)、醛类和酮类水平以及脂肪酸组成的影响。此外,通过测定临界胶束浓度(CMC)、冷冻透射电子显微镜(冷冻TEM)、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和小角X射线散射(SAXS)对磷脂复合物反向胶束的形成进行了表征。同时,为进一步验证磷脂复合物在胶束界面处的抗氧化性能,将上述核桃油样品制备成O/W乳液,并进行了初步表征和储存稳定性测定。本工作为磷脂复合物结构依赖性的抗氧化功能提供了机理见解,并为脂质类食品中抗氧化系统的合理设计提供了理论基础。

章节摘要

材料和试剂

没食子酸(GA)及其酯化衍生物,包括没食子酸甲酯(MG, GA-OCH3)、没食子酸乙酯(EG, GA-OC2H5)、没食子酸丙酯(PG, GA-OC3H7)、没食子酸丁酯(BG, GA-OC4H9)、没食子酸辛酯(OG, GA-OC8H17)、没食子酸十二酯(DG, GA-OC12H25)、没食子酸十六酯(HG, GA-OC16H33),以及硫酸亚铁和硫氰酸铵均购自阿拉丁生化科技有限公司(中国上海)。磷脂酰胆碱(PC, ≧98%, 来源于大豆;sn-1和sn-2位为

磷脂复合物的结构和物理性质

不同酰基链长度烷基没食子酸酯形成的磷脂复合物表征数据展示于图3和图S1–S6中。以图3为例,相关分析揭示了复合物成功形成并阐明了其关键理化性质。
磷脂复合物的形成和结构细节通过多技术方法得到了确认。第一步是表征磷脂酰胆碱之间的相互作用

讨论

采用乙醇蒸发法成功制备了没食子酸(GA)及其烷基没食子酸酯(A-GAs)与大豆磷脂酰胆碱(PC)的磷脂复合物。综合表征(FTIR、UV–vis、1H NMR)证实复合物通过非共价相互作用形成,主要发生在PC的极性头部与GA/A-GAs的羟基之间,而PC的脂肪酸链未参与。分子对接揭示了自发结合(ΔG = ?2.31至?1.26 kcal mol?1

结论

本研究中,成功合成并应用了没食子酸及其烷基没食子酸酯衍生物(C1–C16)与磷脂酰胆碱的磷脂复合物于核桃油和乳液中。大多数复合物表现出优于其游离形式和物理混合物的抗氧化活性,且呈现明显的链长依赖性。值得注意的是,丁基没食子酸(BG-PC, C4)和十六烷基没食子酸(HG-PC, C16)复合物始终提供最强的保护效果。CMC测量和结构

CRediT作者贡献声明

王倩:撰写-初稿、数据整理、概念构思。牛伟远:数据整理、概念构思。曾祥波:正式分析、数据整理。王新苗:正式分析、数据整理。周大勇:撰写-审阅与编辑。尹发文:撰写-审阅与编辑、监督、经费获取。

未引用参考文献

European Parliament and Council, 2008
Xu et al., 2021

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知可能影响本文报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了"国家自然科学基金(32472260)"、大连市优秀青年科技人才项目(2023RY018)的经费支持。
王倩|牛伟远|曾祥波|王新苗|周大勇|尹发文
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