油脂中抗氧化劑BHT、TBHQ及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的研究

陳華鳳

（四川省資陽市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心，四川 資陽 641300）

1 引言

食品在加工、運輸和儲存過程中發(fā)生變質(zhì)的主要原因是脂質(zhì)氧化，添加抗氧化劑是延緩油脂制品氧化的主要手段[1]。抗氧化劑是自由基捕獲劑，當(dāng)其發(fā)揮抗氧化作用時可以提供活性氫與油脂氧化時產(chǎn)生的自由基結(jié)合，使自由基轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化合物，阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，減緩油脂的氧化和變質(zhì)[2]。

GB 2760-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定我國允許使用的合成酚類抗氧化劑主要有叔丁基對甲苯酚（BHT）、叔丁基對甲氧基酚（BHA）、叔丁基對苯二酚（TBHQ）和沒食子酸丙酯（PG）等，并規(guī)定BHA、BHT和TBHQ的最大使用限量為0.2g/kg，PG的最大使用限量為0.1g/kg。在眾多抗氧化劑中，TBHQ對動物、植物性油脂的抗氧化保護作用優(yōu)于其他抗氧化劑。與BHA和PG相比，BHT的價格較低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、且遇堿不變色，可以與TBHQ互補使用。鑒于TBHQ和BHT的優(yōu)點，近年來，BHT和TBHQ成為了油脂和富油食品中廣泛使用的抗氧化劑[3]。需要指出的是，TBHQ和BHT的分子量較小、易揮發(fā)、易升華，在加熱條件下，揮發(fā)損耗均較快，且在發(fā)揮抗氧化性能時會通過一系列復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)生成相應(yīng)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。雖然TBHQ和BHT使用安全，毒性較低，但是其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒理作用仍不明確。

2 油脂的氧化及抗氧化劑的抗氧化作用機理

油脂是人們每日膳食中的必需品，當(dāng)油脂受到氧氣、水、光、熱、微生物、酶、金屬離子等的影響時，會逐漸水解、氧化、酸敗，生成醛、酮、醇和酸等有異臭異味的物質(zhì)，氧化變質(zhì)后的食品不僅風(fēng)味變差，而且還會產(chǎn)生對人體健康有害的物質(zhì)[4-5]。一般來說，油脂氧化變質(zhì)主要涉及自由基氧化、酶氧化和非自由基非酶促氧化等反應(yīng)[6]。其中，自由基氧化反應(yīng)（包括鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個階段）是油脂氧化過程中最主要的歷程，研究證實，油脂的自由基氧化反應(yīng)即使在黑暗和低溫時，不需要任何外加條件也能進行[7]。

油脂發(fā)生自由基鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)與油脂中含有的不飽和脂肪酸有密切關(guān)系，不飽和脂肪酸具有多重雙鍵結(jié)構(gòu)，位于雙鍵之間的亞甲基非常活潑，當(dāng)遇到氧化條件時，亞甲基上的氫原子會被奪走形成亞甲基自由基，進一步氧化成過氧自由基。過氧自由基易與脂類形成氫過氧化物和脂類自由基，由此引發(fā)油脂氧化的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[8]，加速油脂的氧化變質(zhì)。此外，油脂中的金屬絡(luò)合物和金屬蛋白也可以促進油脂的氧化變質(zhì)。

3 食品中抗氧化劑轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的研究

目前BHT抗氧化活性研究是行業(yè)熱點，但其在光、熱、化學(xué)氧化劑作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化的研究較少，相應(yīng)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒理學(xué)研究更是鮮有報道。BHT的毒性主要來源于兩個方面：（1）生物代謝過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物；（2）加工過程中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物[9]。現(xiàn)已有文獻報道了BHT的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物BHT-醌甲基化產(chǎn)物是BHT引起組織毒性的主要物質(zhì)，但其他轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒理學(xué)性質(zhì)知之甚少。近年來國內(nèi)外學(xué)者針對BHT在不同條件下的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物開展了較多的研究。

翁新楚[10]等研究發(fā)現(xiàn)，無論是空氣氧化，還是化學(xué)試劑氧化，BHT都具有相似的抗氧化反應(yīng)機理。在氧化條件下，BHT首先會生成2,6-二叔丁基4-亞甲基苯酚自由基，該自由基極不穩(wěn)定，會進一步轉(zhuǎn)化成3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲醛（BHT-CHO），3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲醇（BHT-OH）和2,6-二叔丁基-2-5-環(huán)己烯-1,4-二酮（BHT-Q）等化合物[11]。另一方面，兩分子2,6-二叔丁基4-亞甲基苯酚自由基結(jié)合可以生成BHT的二聚體1,2-二-(3,5-二叔丁基-4-羥基)-乙烷（2-BHT）。Majcherczyk等[12]研究了BHT在β-射線照射下的氧化產(chǎn)物，通過HPLC分離，質(zhì)譜測定，確定了BHT在光照下的主要氧化產(chǎn)物2-BHT和1,2.3-三-(3,5-二叔丁基-4-羥基)-丙烷（3-BHT）。畢艷蘭等[13]將BHT加入油脂中，180℃烘箱加熱，借助高效液相色譜（HPLC）和高液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）分析，證實BHT在高溫下的消耗以揮發(fā)損耗為主，主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為2-BHT。2-BHT為叔丁基酚類化合物，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，繼續(xù)氧化可以生成3,3’,5,5’-四叔丁基芪-4,4’-醌（2-BHT-QM）。Henryk Daun等[14]將含有BHT的植物油在190℃加熱，通過乙腈提取，薄層色譜分離得到了一個黃色的產(chǎn)物，經(jīng)確認該物質(zhì)為2-BHT-QM。翁新楚等[15]研究證實BHT在三氯化鐵溶液中的氧化產(chǎn)物也為2-BHT-QM（Fe3+是典型的自由基反應(yīng)誘導(dǎo)劑，其3d軌道上有5個未配對的電子）。

醌類化合物可以通過羰基上的氧與活潑自由基結(jié)合，生成一個新的相對穩(wěn)定的自由基而中斷鏈反應(yīng)。TBHQ的氧化產(chǎn)物2-叔丁基對苯二醌（TQ）具有一定的抗氧化性能，但Gordon等[16]對BHT的氧化產(chǎn)物2-BHT-QM的研究結(jié)果表明2-BHT-QM幾乎沒有抗氧化性，這可能是因為2-BHT-QM的羰基鄰位上有空間位阻較大的叔丁基，羰基不易與活潑自由基結(jié)合的緣故。

相比之下，TBHQ轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的研究較少。TQ是目前已知的TBHQ加熱條件下的主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，該化合物在油脂儲存過程中會伴隨著TBHQ的損耗不斷產(chǎn)生。毒理學(xué)研究表明，TQ的毒性遠大于TBHQ。Braeuning等[17]對用TBHQ和TQ處理過的老鼠3T3細胞對相鄰未經(jīng)處理細胞的誘導(dǎo)死亡進行了比較，實驗證實，TQ的用量僅需TBHQ用量的百分之一即可使處理過的老鼠3T3細胞誘導(dǎo)相鄰未經(jīng)處理過的細胞死亡。鑒于TQ的毒性，建立食用油脂制品中TQ的分析檢測方法至關(guān)重要。2017年蔡峰等[18]建立了高效液相色譜（配DAD檢測器）和紫外分光光度法（UV）同時測定食用油中TBHQ及其氧化產(chǎn)物TQ的檢測方法，測試結(jié)果表明HPLC法測定TBHQ和TQ時能夠達到基線分離，二者的線性范圍分別為(1.0～100.0)mg/kg、(0.2～35.0)mg/kg，UV法測定TBHQ和TQ線性范圍分別為(1.0～100.0)mg/kg、(0.5～40.0)mg/kg，兩種方法的加標(biāo)回收率為89.5%～105.8%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于8.1%。Kurechi等人[19-20]研究了經(jīng)紫外光照射的TBHQ（TBHQ溶解于苯中）轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，筆者通過柱層析柱分離得到了TBHQ的主要光氧化產(chǎn)物2,2-二甲基-2,3-二氫苯(b)并呋喃（ARE）和2-叔丁基-4-乙氧基苯甲醇（TBHQ-EtO），遺憾的是未開展ARE和TBHQ-EtO毒理作用的相關(guān)研究。

圖1 BHT、TBHQ及其主要的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物

4 結(jié)語

抗氧化劑BHT、TBHQ在加熱、光照條件下會發(fā)生轉(zhuǎn)化，反應(yīng)條件不同，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物不同。國內(nèi)外學(xué)者的研究已經(jīng)證實了部分抗氧化劑的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物存在毒性，但毒理學(xué)數(shù)據(jù)不夠充分。加強對不同食品基質(zhì)、不同加工工藝時抗氧化劑轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的研究（抗氧化劑機理研究、毒理學(xué)評價），對搞清楚抗氧化劑在特定條件下的轉(zhuǎn)化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)可能存在的有潛在毒理學(xué)危害的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物具有及其重要的意義。隨著檢驗檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，暴露評估方法的不斷完善，抗氧化劑在食品中的應(yīng)用將更加科學(xué)、合理、安全。