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EPR应用丨抗氧化剂活性的研究

发布日期:2021/1/25 10:12:00

抗氧化剂在化工、食品以及生命科学等领域有着广泛的应用,可分为两类:天然抗氧化剂与合成抗氧化剂,近年来由于在人体健康研究领域所发挥的作用使其受关注度愈发提升。


而在抗氧化剂的作用机理研究及相关抗氧化参数的表征测量方面,EPR技术发挥着重要的作用。



早期大多数是采用类如定性法和半定量法来研究天然抗氧化剂的活性,主要是因为天然抗氧化剂成分相对来说比较固定。但随着研究深度的增加,研究者们更加在意能够表征抗氧化性的参数。目前被大多研究者承认的表征抗氧化剂活性的参数主要有:1、过氧自由基从抗氧化剂中夺氢反应的难易程度;2、夺氢反应之后抗氧化剂自由基的稳定性。这些参数可以通过EPR技术直接检测出来。


氢原子转移(HAT)是抗氧化剂的主要作用机理。HAT机理表明,抗氧化剂与氧化底物同氧化过程中产生的过氧自由基发生竞争反应,从而阻断了自氧化链反应的传递来达到抗氧化的作用。EPR技术正是能够通过检测此机理中产生的自由基来测定抗氧化剂活性。


如上图所示,生物体内脂质的自氧化反应过程中,氢过氧化物(LOOH)是脂过氧化反应的主要产物,也是热解或催化降解产生活泼自由基的主要来源。由于其化学计量因子n与抑制速率常数kinh的测定则是通过检测氧气的消耗量来求得的,所以氧气消耗量的准确测量非常重要。氧分子是顺磁性物质,在溶解状态下以三线态分子的形式存在。由于氧分子的猝灭时间极短,所以其他检测方法很难准确检测到具体含量。而EPR技术则可以很好的解决这一问题,使用EPR可以直接且准确地直接测量溶液中氧气浓度的变化来表征氧气消耗量,如下图所示。


抗氧化剂活性的相关研究通常都会采用通过EPR的定性法或半定量对照的方法,也就是利用EPR技术测量自由基信号的变化,进而可以直观看出自由基浓度,以此来判断抗氧化剂清除自由基的能力。

虽然天然抗氧化剂和合成抗氧化剂都在各自领域发挥着重要的作用,但是近些年,随着科研人员的研究,发现天然抗氧化剂的抗氧化性能一般都比不上合成抗氧化剂。考虑到天然抗氧化剂使用的局限性,长期以来,化学家一直在尝试着设计合成结构新颖而有应用前景的抗氧化剂。其中以日本东京大学的Niki领导的研究小组和以意大利Bologna大学的Pedulli、美国Vanderbilt大学的Porter和Pratt以及加拿大NRC的Ingold共同领导的国际药物化学研究小组所做的工作更为出色。EPR波谱技术则是他们在抗氧化剂活性研究中所采用的基本且重要的工具和手段之一。


EPR波谱技术的应用使人们对抗氧化剂的研究不断深入,目前已从简单定性地测定抗氧化剂清除自由基效率发展到定量测定表征抗氧化剂活性的相关物理化学参数上。研究者在此基础上系统研究了影响抗氧化活性的取代基效应、溶剂效应以及抗氧化机理,安全高效抗氧化剂的设计与合成也已初见成果。近年来,随着量子化学的快速发展及其在化学各个领域的应用,建立在EPR测量参数基础上的理论计算成为新型抗氧化剂设计合成的有力手段。



EPR是检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质的一种波谱学技术。由于这种技术可以直接检测颗粒物或液相中的未成对电子,通过对顺磁谱图的分析,以此得到物质的分子结构和状态等信息,可用于定性和定量分析。在此研究中的EPR实验结果均使用了EPR技术(德国Bruker EMXnano)去证实。该仪器有着高灵敏性、高稳定性、操作简便及检测高效的优点。





参考文献:


Antioxidant Activity Studies Using Electron Paramagnetic ResonanceMethods  Cai Yu1 Wang Yongjian2 WangJian1 Song Chan1 Yu Ao 1** ( 1. Central Laboratory,College of Chemistry,Nankai University,Tianjin 300071,China; 2. Key Laboratory ofBioactive Materials,Ministry of Education,College of Life Sciences, Nankai University,Tianjin 300071,China)





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