化機(jī)漿預(yù)浸漬溶出物的抗氧化性及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用前景

關(guān)鍵詞：化學(xué)機(jī)械漿；預(yù)浸漬溶出物；抗氧化性；細(xì)胞毒性；食品應(yīng)用；UPLC-MS

中圖分類號(hào)：TS79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2025.01.125

過度開采和使用化石資源引發(fā)的全球氣候變暖等環(huán)境問題迫使人們尋求新的資源和能源[1]，木質(zhì)纖維原料因其產(chǎn)量豐富、可再生和易生物降解等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注[2]。隨著電商、快遞和外賣等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，紙類包裝產(chǎn)品的需求增長迅速[3]。化學(xué)機(jī)械漿（簡稱化機(jī)漿）具有良好的松厚度，能夠滿足紙類包裝產(chǎn)品原料的性能要求[4]，產(chǎn)能逐年攀升。在化學(xué)機(jī)械法制漿工藝中，需要通過少量化學(xué)藥品（如NaOH）對(duì)機(jī)械磨漿前的木片進(jìn)行預(yù)浸漬處理，使木片充分軟化，以降低磨漿電耗，減少纖維的機(jī)械損傷；同時(shí)，經(jīng)過預(yù)浸漬處理獲得的化機(jī)漿性能較傳統(tǒng)機(jī)械漿有較大改善[5]

目前，我國化機(jī)漿原料主要為桉木、楊木和竹材[；在實(shí)際化機(jī)漿預(yù)浸漬處理過程中，纖維原料與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生的水溶性預(yù)浸漬溶出物通常顏色較深。預(yù)浸漬溶出物本質(zhì)上是纖維原料的稀堿抽出物，主要包含植物纖維細(xì)胞腔中的可溶性物質(zhì)，以及弱堿性條件下少量木質(zhì)素和半纖維素降解物[7-8]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)浸漬溶出物在紙漿中的保留程度越高，紙漿的可漂性越差，達(dá)到相同白度所需 用量越高[9-10]；這一特性在不同材種間均有體現(xiàn)，原因可能是保留在紙漿中的預(yù)浸漬溶出物在一定程度上阻止了 對(duì)紙漿中發(fā)色基團(tuán)的破壞，據(jù)此推測(cè)，不同材種纖維原料的預(yù)浸漬溶出物均具有一定的抗氧化性。目前，預(yù)浸漬溶出物通常作為廢棄物進(jìn)行處理[11-14]，對(duì)其含有的抗氧化性物質(zhì)的高值化應(yīng)用潛力研究較少。因此，對(duì)預(yù)浸漬溶出物的抗氧化特性展開研究，可為化機(jī)漿廢棄物的高值化利用提供新思路。

氧化會(huì)導(dǎo)致食物質(zhì)量惡化或生物體內(nèi)退行性疾病的產(chǎn)生和傳播；食品在加工貯藏時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)后，生成的小分子醛、酮、酸等不僅會(huì)影響食品的色、香、味，更會(huì)大大降低其營養(yǎng)價(jià)值，還會(huì)加速人體衰老、提高炎癥風(fēng)險(xiǎn)、增加癌癥發(fā)病率等。抗氧化劑是一種可以延遲、控制或防止氧化的物質(zhì)[15]，在食品或生物內(nèi)含量較低，其抗氧化作用機(jī)制是通過捕捉活潑自由基來中斷或阻止自由基的鏈鎖氧化反應(yīng)[16]。為了防止食品氧化變質(zhì)，通常需要在加工貯藏過程中添加抗氧化劑等食品添加劑。隨著人們生活水平和健康意識(shí)的提高，開發(fā)安全性高、毒副作用小、抗氧化能力強(qiáng)和穩(wěn)定性高的天然抗氧化劑成為目前的研究趨勢(shì)。

本研究以桉木（尾巨桉）熱磨機(jī)械漿（Thermo-mechanicalPulp，TMP）為原料，對(duì)桉木TMP進(jìn)行NaOH浸漬處理，以此代表化機(jī)漿制備過程中的預(yù)浸漬工藝，制得桉木化機(jī)漿預(yù)浸漬溶出物（以下簡稱PR）；研究PR的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其抗氧化性的構(gòu)效關(guān)系。探究NaOH用量、溫度和漿濃對(duì)制得PR抗氧化性和得率的影響，比較不同NaOH用量下制得PR在不同$＼mathrm{＼pH}$ 環(huán)境下的抗氧化性，表征不同NaOH用量下制得PR的分子質(zhì)量和化學(xué)結(jié)構(gòu)，并以熱穩(wěn)定性、高溫抗氧化性和細(xì)胞毒性為主要目標(biāo)，評(píng)價(jià)PR在食品領(lǐng)域的應(yīng)用前景。本研究旨在為PR的高值化利用提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，為企業(yè)提供新的利潤增長點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)制漿原料全質(zhì)化高值化利用，助力制漿全行業(yè)降耗減排。

1.2.1桉木熱磨機(jī)械漿的制備

械有限公司；高濃盤磨機(jī)（No.2500-ⅡI），日本KumagaiRiiKogyo有限公司；紫外可見分光光度計(jì)（T6新世紀(jì)），北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；電感耦合等離子光譜儀（ICP，Agilent 5110），美國安捷倫科技有限公司；冷凍干燥機(jī)（LGJ-12），北京松源華興科技發(fā)展有限公司；真空干燥箱（DZ-2BC），天津市泰斯特儀器有限公司；pH計(jì)（FE-28），梅特勒-托利多國際有限公司；酶標(biāo)儀（DNM9602），北京普朗新技術(shù)有限公司；凝膠滲透色譜儀（GPC，Agilent1260），美國安捷倫科技有限公司；熱重分析儀（TG，209F1），德國Netzsch公司；超高效液相色譜儀（UPLC，Ultim3000），賽默飛世爾科技（中國）有限公司；質(zhì)譜儀（MS，OrbitrapExploris480），賽默飛世爾科技（中國）有限公司；離心機(jī)（5424R），德國艾本德股份公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

商品尾巨桉木片經(jīng)洗滌脫水后，在 汽蒸倉中汽蒸 30min ，迅速送入雙螺桿擠漿機(jī)進(jìn)行擠壓揉搓，再使用高濃盤磨機(jī)在漿濃 20% 下磨漿至加拿大游離度 350mL CSF，擠壓脫水至漿濃約 35% ，制得桉木熱磨機(jī)械漿（桉木TMP），置于 下冷藏備用。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料及儀器

1.1.1實(shí)驗(yàn)原料及試劑

商品尾巨桉木片（Eucalyptusurophylla × grandis，長度 3cm 、寬度 4cm 、厚度 1cm ，產(chǎn)自廣西南部）；2，2-聯(lián)苯基-1-苦基膚基試劑（DPPH，生化試劑），購自福州飛凈生物科技有限公司；沒食子酸水合物（分析標(biāo)準(zhǔn)品），購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；福林和喬卡梯奧的酚試劑（Folin-Ciocaltean，簡稱FC試劑），購自西格瑪奧德里奇（上海）貿(mào)易有限公司；無水乙醇、無水 和 $＼mathrm{＼DeltaNaOH}$ 等均為分析純， 、乙腈、甲醇、甲酸、乙酸均為色譜純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；磷酸鹽（PhosphateBufferedSaline，PBS）緩沖液（pH值 =7.4 ，購自北京索萊寶科技有限公司；胰蛋白酶、青霉素、鏈霉素，均購自美國Hyclone公司；細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒-8（CCK-8），購自GlpBio公司；DMEM培養(yǎng)基（GIBCO）、優(yōu)質(zhì)胎牛血清和人肝癌細(xì)胞（HepG2細(xì)胞，TCHu72），均購自中國科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)細(xì)胞庫。

1. 1. 2 實(shí)驗(yàn)儀器

雙螺桿擠壓浸漬機(jī)（TSPI，TSP50），江蘇金沃機(jī)

1.2.2桉木化機(jī)漿預(yù)浸漬溶出物的制備

稱取30g桉木TMP（絕干）于薄膜塑料袋中，利用NaOH對(duì)其進(jìn)行 預(yù)浸漬單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。NaOH用量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件為：溫度 ，漿濃 15% ，將NaOH用量設(shè)定為0、10、15、20、25和 30kg/t （均相對(duì)于絕干漿質(zhì)量）。溫度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件為：NaOH用量 10kg/t ，漿濃 15% ，將溫度設(shè)定為65、75、80、85和95℃ 。漿濃優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件為：NaOH用量10kg/t ，溫度 ，將漿濃設(shè)定為 10% 、 15% 、 20% ！25% 和 30% 。預(yù)浸漬完成后，使用真空抽濾得到預(yù)浸漬液，經(jīng) 真空干燥濃縮后，再經(jīng)冷凍干燥處理，制得桉木化機(jī)漿預(yù)浸漬溶出物（PR）。在NaOH用量為0、10和 30kg/t ，溫度 ，漿濃 15% ，反應(yīng)時(shí)間60min 條件下制得PR，分別命名為RO、R10和R30。預(yù)浸漬處理所得按木化機(jī)漿經(jīng) 烘箱干燥至質(zhì)量恒定，PR得率按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中， Y 為PR得率， % ； 為桉木TMP絕干質(zhì)量，g； 為桉木化機(jī)漿絕干質(zhì)量，g。

1.2.3抗氧化性測(cè)定

PR的抗氧化性采用PR溶液（質(zhì)量濃度 10～250ug/mL，以去離子水為溶劑）對(duì)DPPH自由基的清除率表示，具體測(cè)定方法如下：以無水乙醇為溶劑，配制濃度 0.1mmol/L 的DPPH溶液，通過 $0.22＼upmu＼mathrm{m}$ 有機(jī)濾膜去除雜質(zhì)；取 5mL DPPH溶液和 1mL 不同質(zhì)量濃度的PR溶液于 7mL 離心管中，使用旋渦混勻儀充分搖勻，避光反應(yīng) ，記為實(shí)驗(yàn)組；相似地，將 5mL 無水乙醇和 1mL PR溶液充分混勻，記為參比組；將 5mL DPPH溶液和 1mL 去離子水充分混勻，記為空白組；使用紫外分光光度計(jì)，分別測(cè)定各組樣品在 517nm 處的吸光度。PR對(duì)DPPH自由基的清除率按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中， D 為DPPH自由基清除率， % ； 為實(shí)驗(yàn)組吸光度； 為參比組吸光度； 為空白組吸光度。

在相同實(shí)驗(yàn)條件和操作下，測(cè)定高溫處理后PR的抗氧化性。PR的高溫處理?xiàng)l件如下：將PR在200℃的管式爐（ 氣氛）內(nèi)灼燒 ，加熱速率 ， 流速 。

1.2.4熱穩(wěn)定性分析

利用TG測(cè)定PR的熱穩(wěn)定性。稱取 樣品放入儀器的樣品盤中，在 環(huán)境下測(cè)定。設(shè)定 流速10mL/min ，升溫范圍 ，升溫速率 。

1.2.5分子質(zhì)量測(cè)定

將 10mg/mL 的PR溶液通過0.45um水系過濾膜過濾，采用配有WatersUltrahydrogel色譜柱（ 300mm× 7.8mm ，500-250-120A）的GPC測(cè)定PR的質(zhì)均分子質(zhì)量 、數(shù)均分子質(zhì)量（ ）和多分散性指數(shù)（PDI）。以 0.1L＼NaNO水溶液為流動(dòng)相，流速1mL/min ，進(jìn)樣量 20uL，柱溫 。

1.2.6化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

取 80mgPR 樣品，加入 1mL 乙腈/甲醇/水（ 2：2：1 體積比）復(fù)合溶劑中，渦旋震蕩 1min ，超聲 30min 14000r/min 下離心 20min ，將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，用200＼uL甲醇溶液 （ 50% ，體積分?jǐn)?shù)）復(fù)溶， 14000r/min 下離心 20min ，取上清液進(jìn)行測(cè)試。

采用配有HSST3色譜柱（Waters）的超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（UPLC-MS）分析PR化學(xué)結(jié)構(gòu)。在ESI源的正、負(fù)離子模式下進(jìn)行檢測(cè)，通過穩(wěn)定流的二元流動(dòng)相體系（乙腈/水）洗脫，流速 0.30mL/min 正離子模式下A、B相均為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.10% 甲酸溶液，負(fù)離子模式下A相為去離子水，B相為甲醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05% 乙酸溶液。MS的ESI源設(shè)置為噴霧電壓 3.50kV ）鞘氣流量 40arb 、輔助氣流量 8arb 、離子傳遞管溫度

、蒸發(fā)溫度 320℃，在質(zhì)荷比 范圍內(nèi)進(jìn)行全掃描分析。根據(jù)式（3）計(jì)算單位質(zhì)量絕干按木化機(jī)漿溶出PR中各化學(xué)物質(zhì)的實(shí)際溶出量。

式中， M 為PR中各化學(xué)物質(zhì)的溶出量， g/kg ，相對(duì)于單位質(zhì)量絕干桉木化機(jī)漿； A 為各化學(xué)物質(zhì)的特征峰面積； 為總峰面積；Y為PR得率， % 。

1.2. 7 細(xì)胞毒性測(cè)定

HepG2細(xì)胞傳代培養(yǎng)至 80% 后，棄去舊培養(yǎng)基，用PBS緩沖液清洗后，加入 1mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.25% 的胰蛋白酶于培養(yǎng)瓶中，置于 37培養(yǎng)箱中消化 5～ 10min 。加人 2mL 完全培養(yǎng)基（由 89% DMEM培養(yǎng)基、 10% 胎牛血清和 1% 雙抗（青霉素和鏈霉素）組成，均為體積分?jǐn)?shù)）終止消化。輕輕吹打細(xì)胞，將培養(yǎng)液沖散成小細(xì)胞團(tuán)后，吸至離心管，離心（ 1000r/min ， 5min ）后棄去上清液，加入 1mL 完全培養(yǎng)基重懸。將重懸后的細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)移至2個(gè)新的T25培養(yǎng)瓶中，將培養(yǎng)基補(bǔ)充完全至 10mL 瓶，計(jì)數(shù)。在96孔板上加入細(xì)胞懸液（100uL），種板密度為 個(gè)細(xì)胞/孔，每組3個(gè)復(fù)孔，在邊緣孔加入PBS緩沖液。在 培養(yǎng)箱中于 培養(yǎng) 24h 后，將R0加入板中，控制R0的質(zhì)量濃度分別為0、1、10、100ug/mL ，孵育24、48、72、96和 120h 。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10% 的CCK-8，放入培養(yǎng)箱繼續(xù)孵育 使用酶標(biāo)儀在 450nm 處檢測(cè)吸光度。細(xì)胞存活率按式（4）進(jìn)行計(jì)算。

式中， V 為細(xì)胞存活率， % ； 為含有細(xì)胞、培養(yǎng)基、CCK-8和R0的樣品吸光度； 為含有培養(yǎng)基和CCK-8的樣品吸光度； 為含有細(xì)胞、培養(yǎng)基和CCK-8的樣品吸光度。

2結(jié)果與討論

2.1PR得率和抗氧化性的影響因素

2.1.1NaOH用量對(duì)PR得率和抗氧化性的影響

為快速評(píng)價(jià)預(yù)浸漬條件對(duì)PR抗氧化性的影響，以 1mL 相同質(zhì)量濃度PR溶液的DPPH自由基清除能力表示抗氧化性；DPPH自由基清除率越高，則樣品的抗氧化性越強(qiáng)。

圖1（a）為不同 NaOH 用量下制得PR的得率和質(zhì)量濃度40ug/mL的PR溶液的DPPH自由基清除率。從圖1（a）可以看到，隨 NaOH 用量的增大，PR得率呈

線性增加趨勢(shì)，但DPPH自由基清除率呈線性下降趨勢(shì)。 NaOH用量為O時(shí)，制得PR（RO）的DPPH自由基清除率可達(dá) 45.21% ；而 NaOH 用量為 30kg/t 時(shí)，制得PR（R30）的DPPH自由基清除率僅 2.07% 。PR得率增加的主要原因是 NaOH 用量增加會(huì)提高反應(yīng)體系的親核進(jìn)攻能力，使木質(zhì)素側(cè)鏈脫落或木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物之間的連接鍵斷裂[17]，同時(shí)半纖維素溶出。抗氧化性降低可能與PR化學(xué)結(jié)構(gòu)差異有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

2.1.2溫度對(duì)PR得率和抗氧化性的影響

圖1（b）為不同溫度下制得PR的得率和質(zhì)量濃度40ug/mL的PR溶液的DPPH自由基清除率。從圖1（b）可以看出，在65-95℃溫度范圍內(nèi)，PR得率在 3% 左右反復(fù)波動(dòng)。這是因?yàn)殡S溫度的增加，分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)速度加快，使得水溶性物質(zhì)從植物細(xì)胞中破碎溶出的行為變得不規(guī)律；DPPH自由基清除率總體上保持恒定，約 25% 。由此可見，預(yù)浸漬溫度對(duì)PR抗氧化性和得率的影響較小。

2.1.3漿濃對(duì)PR得率和抗氧化性的影響

圖1（c）為不同漿濃下制得PR的得率和質(zhì)量濃度 40ug/mL的PR溶液的DPPH自由基清除率。由圖1（c）可知，隨著漿濃的增加，PR得率小幅度增加，但總體上保持恒定。一方面，漿濃越高，NaOH的反應(yīng)效率越高，纖維原料各組分間連接鍵斷裂增多，制漿得率降低，相應(yīng)的PR得率增加；但另一方面，根據(jù)相間物質(zhì)傳遞基本規(guī)律，漿濃越低的反應(yīng)體系溶劑越多，物料和溶劑間的濃度差越大，有利于PR的溶出，反映為PR得率升高；最終的PR得率是以上2種因素綜合影響的結(jié)果。DPPH自由基清除率則幾乎不受漿濃的影響，均為 25% 左右。因此，漿濃對(duì)PR的得率和抗氧化性影響均較小。

綜上所述，在預(yù)浸漬條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，不同溫度和漿濃下，制得PR的得率和抗氧化性均在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，說明溫度和漿濃對(duì)PR的溶出行為影響較小；而NaOH用量是影響PR抗氧化性和得率的關(guān)鍵因素。

2.2 PR的抗氧化性

2.2.1不同NaOH用量下制得PR的抗氧化性

以PR質(zhì)量濃度為自變量，DPPH自由基清除率為因變量，對(duì)其進(jìn)行線性擬合，以擬合曲線斜率（ K 值）表示不同NaOH用量下制得PR的抗氧化性， K 值越大，抗氧化性越強(qiáng)。不同質(zhì)量濃度下PR溶液的DPPH自由基清除率變化趨勢(shì)如圖2所示。從圖2可以看出，R0的K 值為16.97，顯著高于R10（9.99）和R30（4.99），說明RO的抗氧化性顯著高于R10和R30，DPPH自由基清除率最高可達(dá) 82.63% 。造成這種現(xiàn)象的原因主要有2種可能： 用量為0時(shí)，抗氧化性物質(zhì)較易溶出，而增加 NaOH用量后，部分原本溶于PR的抗氧化性物質(zhì)會(huì)與紙漿發(fā)生重吸附，遷移回紙漿中，導(dǎo)致浸漬溶出的PR抗氧化性降低； ② 增加NaOH用量后，部分抗氧化性物質(zhì)發(fā)生分解，導(dǎo)致制得PR抗氧化性降低。

2.2.2不同pH值PR的抗氧化性

為研究pH環(huán)境對(duì)PR抗氧化性的影響，用NaOH將R0溶液調(diào)節(jié)至pH值分別為9、10、11和12，置于 水浴中保溫 ，得到R0-H-9、R0-H-10、R0-H-11和RO-H-12；不調(diào)節(jié)環(huán)境pH值，僅加熱獲得的PR樣品為R0-H-7。不同質(zhì)量濃度PR在不同pH環(huán)境下的抗氧化性變化趨勢(shì)如圖3（a）所示。從圖3（a）可以看到，以R0為對(duì)照，僅加熱對(duì)其抗氧化性幾乎無影響（R0-H-7）；調(diào)節(jié)環(huán)境pH值至9、10和11， K 值由17.06分別降低至11.49、7.22和3.39，而環(huán)境pH值 時(shí)， K 值僅為0.91，認(rèn)為R0-H-12幾乎無抗氧化性，說明環(huán)境堿性越強(qiáng)，對(duì)PR的抗氧化性破壞程度越大。

多酚等抗氧化物質(zhì)在酸性環(huán)境下抗氧化性較強(qiáng)，但在中、堿性環(huán)境條件下會(huì)與金屬離子形成絡(luò)合物[18]，掩蓋抗氧化性基團(tuán)的活性位點(diǎn)，從而導(dǎo)致抗氧化性下降。為明確環(huán)境pH值 時(shí)，金屬-多酚形成絡(luò)合網(wǎng)絡(luò)是否為R0抗氧化性降低的主要原因，將RO-H-12溶液的pH值再次回調(diào)至3和9后，分別得到R0-H-12-3和R0-H-12-9，并檢測(cè)其抗氧化性，結(jié)果如圖3（b）所示。從圖3（b可以看出，R0-H-12的 K 值從0.91略微增加至2.20（R0-H-12-3）和1.64（R0-H-12-9），但仍顯著低于R0-H-7的17.06和R0-H-9的11.49。說明pH值達(dá)到12后，較強(qiáng)的環(huán)境堿性已經(jīng)破壞了PR的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，再將環(huán)境pH值調(diào)回至酸性，也不能恢復(fù)其抗氧化性。

對(duì)R0在不同環(huán)境pH值下的 K 值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖3（c）所示。從圖3（c）可以看到，在堿性環(huán)境條件下， K 值隨pH值的增加而線性降低。據(jù)此可以判定，在強(qiáng)堿性條件下，桉木中含有的可溶性抗氧化性物質(zhì)的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。因此在實(shí)際應(yīng)用中，從預(yù)浸漬溶出物的高值化應(yīng)用角度考慮，在提取按木中的可溶性抗氧化性物質(zhì)時(shí)，需要注意控制NaOH用量，或在預(yù)浸漬前先用熱水將木片充分洗凈，在保證溶出物具備最佳抗氧化性的同時(shí)，均勻木片水分，有利于后續(xù)預(yù)浸漬時(shí)的藥液滲透。

2.3不同NaOH用量下制得PR的結(jié)構(gòu)特征與其抗氧化性的關(guān)系

2.3.1分子質(zhì)量與PR抗氧化性的關(guān)系

分子質(zhì)量對(duì)相同物質(zhì)的DPPH自由基清除能力也有一定影響[19]。不同NaOH用量下制得PR的質(zhì)均分子質(zhì)量 、數(shù)均分子質(zhì)量 ）和多分散性指數(shù)（PDI）如圖4所示。從圖4可以看出，R0、R10和R30的PDI均 ，其中R10的PDI最低（1.24），說明R10的相對(duì)分子質(zhì)量分布更集中。R0、R10和R30的M依次降低，分別為1943、1627和1568，主要原因是隨著Na0H用量增加，滲透作用加強(qiáng)，紙漿纖維中更多的小分子物質(zhì)溶出，PR的平均相對(duì)分子質(zhì)量降低；另一方面，OH的親核性增加，纖維素醚鍵斷裂，強(qiáng)化了有機(jī)大分子的碎片化。由于小分子質(zhì)量物質(zhì)的空間位阻較小，可以暴露更多酚羥基等具有抗氧化性的活性位點(diǎn)[20]，因此其表現(xiàn)出較高的抗氧化性。然而，如2.2.1中圖2所示，R0、R10和R30的抗氧化性卻依次降低，由此可推測(cè)，不同NaOH用量下制得PR的化學(xué)結(jié)構(gòu)存在一定差異。

2.3.2組分結(jié)構(gòu)與PR抗氧化性的關(guān)系

抗氧化作用機(jī)制大致可分為2類：一類是直接向活潑自由基提供氫原子，自身形成相對(duì)穩(wěn)定的自由基，從而終止自動(dòng)氧化中的鏈鎖反應(yīng)，主要分為功能氫在羥基（結(jié)構(gòu)為酚羥基，如圖5（a）所示）和功能氫在氨基（結(jié)構(gòu)為苯胺，如圖5（b）所示）2種；另一類是直接與活潑自由基結(jié)合，生成一種新的、更為穩(wěn)定的自由基，從而終止自動(dòng)氧化中的鏈鎖反應(yīng)，按結(jié)構(gòu)可分為醌類（如圖5（c）所示）和胡蘿卜素類（如圖5（d）所示）2種[21]。

為深入了解不同NaOH用量下，制得PR的組分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其抗氧化性的構(gòu)效關(guān)系，使用UPLC-MS檢測(cè)了3種NaOH用量下制得PR的物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成。按照?qǐng)D5所示抗氧化物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理和相應(yīng)化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)UPLC-MS解析得到的抗氧化物質(zhì)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖6所示；結(jié)合3種PR樣品的得率，計(jì)算單位質(zhì)量按木化機(jī)漿中各類抗氧化性物質(zhì)的實(shí)際溶出量，結(jié)果如表1所示。

由圖6可以看出，R0中醌類物質(zhì)占比最高，為52.15% ，顯著高于 R10（2.52% 和 ；而對(duì)于酚羥基、苯胺和胡蘿卜素類物質(zhì)，R0的含量均低于R10和R30。由表1中各類化學(xué)物質(zhì)的實(shí)際溶出量

表1不同NaOH用量下制得PR的抗氧化性物質(zhì)的實(shí)際溶出量

可以看出，R0中溶出的抗氧化性物質(zhì)的總量為 （均相對(duì)于單位質(zhì)量絕干桉木化機(jī)漿，下同），略低于R10（ 2.22g/kg） ，顯著低于R30（ 5.23g/kg ，但RO中醌類物質(zhì)的實(shí)際溶出量（ 0.70g/kg ）顯著高于R10 和R30（ 0.11g/kg） 。

結(jié)合圖2中抗氧化性（由強(qiáng)到弱依次為 R0gt;R10gt; R30）的研究結(jié)果，進(jìn)一步分析PR的組分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其抗氧化性的關(guān)系。由于在R0中，除醌類物質(zhì)外，其余3類抗氧化物質(zhì)的含量均顯著低于R10和R30，推測(cè)PR中發(fā)揮抗氧化性作用的主要物質(zhì)具有醌式結(jié)構(gòu)，并且隨著預(yù)浸漬時(shí)NaOH用量的增加，PR中的醌類物質(zhì)溶出量降低，導(dǎo)致PR整體抗氧化性下降。

PR中部分典型抗氧化組分的結(jié)構(gòu)見圖7。如圖7所示，按圖5中4種主要抗氧化物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)制，對(duì)PR進(jìn)行分類。解析其中含量較高的抗氧化組分的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，R0中具有酚羥基結(jié)構(gòu)的組分主要為黃酮糖苷類化合物，因?yàn)辄S酮的游離苷元通常難溶于水，當(dāng)黃酮類化合物的羥基糖苷化后，在水中的溶解度相應(yīng)增大，因此較易在預(yù)浸漬過程被溶出；具有醌式結(jié)構(gòu)的組分主要為大黃素型蒽醌衍生物。

2.4PR在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力研究

抗氧化劑可分為天然抗氧化劑和合成抗氧化劑。天然抗氧化劑普遍存在提取工藝復(fù)雜、成本較高和性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，尤其是耐高溫性差，限制了其在高溫抗氧化領(lǐng)域的應(yīng)用[23]；合成抗氧化劑的制備過程復(fù)雜、環(huán)境污染大，且對(duì)人體具有潛在毒性[24]，限制了其在食品和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，本研究針對(duì)性地對(duì)制得PR的高溫穩(wěn)定性和細(xì)胞毒性展開研究，評(píng)估其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

2.4.1PR的高溫穩(wěn)定性及抗氧化性

熱穩(wěn)定性是決定抗氧化劑實(shí)際應(yīng)用范圍的重要指標(biāo)。不同NaOH用量下制得PR的TG曲線如圖8（a）所示，降解溫度峰值（ ）和最終殘留物質(zhì)量 如表2所示。由圖8（a）可以看出，R10和R30的熱分解主要分為3個(gè)階段：第1階段（ ）為預(yù)熱和失水干燥階段，主要是分子內(nèi)結(jié)合水的散失，由于試樣為冷凍干燥樣品，水分含量極低，故質(zhì)量損失僅

5%～7% ；第2階段（ ）為低沸點(diǎn)組分析出階段，是PR熱分解的主要階段，質(zhì)量損失分別為39.80% 和 35.38% ，主要發(fā)生小分子醇、酸和糖類物質(zhì)的熱分解，以及芳香環(huán)支鏈的脫除反應(yīng)[25]，在此階段會(huì)生成亞油酸、棕櫚酸和硬脂酸等酸類大分子；第3階段（ ）為碳化階段[26]，此階段質(zhì)量損失較小，僅 4%～8% ，溫度達(dá) 后碳化完成，此時(shí)R10和R30的 分別為 49.32% 和 53.99% ，主要為無機(jī)鹽組分。因此在實(shí)際應(yīng)用中，使用透析等方式對(duì)PR進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿擕}處理，可進(jìn)一步提高其純度，從而增強(qiáng)其抗氧化性。此外，R0的第1階段熱分解行為與R10和R30相同，但其在 溫度范圍內(nèi)發(fā)生快速熱降解， 為 42.78% ；與R10和R30相比，較低的 表明R0含有的無機(jī)鹽組分較少。

PR的DTG曲線如圖8（b）所示。圖8（b）中多個(gè)降解峰的出現(xiàn)說明PR是復(fù)雜的混合物，與2.3.2的UPLC-MS結(jié)果相對(duì)應(yīng)。由于PR的 主要是分子內(nèi)結(jié)合水的散失， 主要是生物炭的形成，因此用 表示PR達(dá)到最大熱降解速率時(shí)的溫度。由表2可以看到，RO的 ）明顯高于 ）和 ，說明R0的熱穩(wěn)定性優(yōu)于R10和R30。

為評(píng)估PR在高溫下抗氧化的應(yīng)用性能，將不同NaOH用量下制得的PR（R0、R10和R30）在 氣氛的管式爐中 灼燒 1h ，分別得到R0-200、R10-200和R30-200，測(cè)定高溫處理前后PR樣品的抗氧化性，結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看到，R0高溫處理后的抗氧化性幾乎不變，仍能保持初始的 84% ，而R10和R30高溫處理后的抗氧化性均有不同程度的降低。化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是抗氧化劑在高溫處理后依然具備抗氧化性的基礎(chǔ)。由熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)可知，R0化學(xué)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性優(yōu)于R10和R30，有助于防止油脂等食物組分在高溫環(huán)境下發(fā)生氧化酸敗反應(yīng)。

2.4.2PR的細(xì)胞毒性

與R10和R30相比，R0具有更好的抗氧化性和熱穩(wěn)定性，在抗氧化應(yīng)用領(lǐng)域具有更大的潛力，因此以HepG2細(xì)胞為模型，對(duì)R0的細(xì)胞毒性展開進(jìn)一步研究，結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出，在R0質(zhì)量濃度為1-"100ug/mL的范圍內(nèi)，R0與HepG2細(xì)胞共孵育 后，細(xì)胞存活率與不含R0的對(duì)照組相比無顯著差異，均在 95% 以上，說明R0對(duì)HepG2細(xì)胞無毒性，在食品和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

3結(jié)論

本研究以桉木化機(jī)漿預(yù)浸漬溶出物（PR）為研究對(duì)象，探究了預(yù)浸漬工藝對(duì)PR抗氧化性的影響，并對(duì)PR在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力作初步評(píng)估。

3.1預(yù)浸漬工藝對(duì)PR抗氧化性的影響研究結(jié)果表明，預(yù)浸漬工藝中NaOH用量是影響PR抗氧化性的關(guān)鍵因素，隨NaOH用量增加，制得PR的抗氧化性呈線性降低的趨勢(shì)。NaOH用量為0時(shí)，制得PR（RO）的抗氧化性最佳，DPPH自由基清除率最高可達(dá) 82.63% 。3.2環(huán)境pH值過高會(huì)不可逆地破壞PR的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)。從PR的高值化應(yīng)用角度考慮，可在預(yù)浸漬工段前先用熱水將木片充分洗凈，在保證PR具備最佳抗氧化性的同時(shí)，均勻木片水分，有利于后續(xù)預(yù)浸漬工段的藥液滲透。

3.3PR的抗氧化性主要由醌式共軛結(jié)構(gòu)提供。R0中抗氧化性物質(zhì)總?cè)艹隽繛? ，其中醌類物質(zhì)占52.15% ；在NaOH用量為 30kg/t 時(shí)制得的PR中，抗氧化性物質(zhì)總?cè)艹隽繛?5.23g/kg ，其中醌類物質(zhì)僅占2.20% 。

3.4R0經(jīng) 高溫處理后，抗氧化性仍能保持初始水平的 84% ；同時(shí)，R0對(duì)HepG2細(xì)胞無細(xì)胞毒性，在食品、生物醫(yī)藥等抗氧化應(yīng)用領(lǐng)域有較大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] ZHANY，LIUX，HUANGC，etal.Investigation of the Alkaline Hydrogen Peroxide Pretreatment：From Cellulose Saccharification to Lignin Isolation[J].Industrial Crops and Products，DOI：10.1016/j. indcrop.2024.118533

[2] 梁芳敏，焦健，朱北平，等.兩種機(jī)械處理方式對(duì)生物質(zhì)原料 反應(yīng)性能的影響[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，8（2）：117-123. LIANGFM，JIAOJ，ZHUBP，etal.EffectsofTwoDifferentMechanical Pretreatment Methods on Reactivity of Biomass Raw Materials[J]. Journal of Forestry Engineering，2023，8（2）：117-123.

[3] 張雪，胡小莉，張紅杰，等.紙基材料水蒸氣阻隔性能的研究 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國造紙，2022，41（11）：87-101. ZHANG X，HUXL，ZHANGHJ，etal.Research Progress and Development Trend of Water Vapor Barrier Property of Paper-based Materials［J].China Pulpamp;Paper，2022，41（11）：87-101.

[4］焦健，朱北平，韓善明，等.過氧化氫漂白過程中慈竹機(jī)械漿 發(fā)色基團(tuán)演變及溶出機(jī)制[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2024，9（3）：77-87. JIAO J，ZHUBP，HAN SM，et al.Evolution and Removal Mechanism of the Chromophores of Neosinocalamus Affinis Mechanical Pulp in the HydrogenPeroxide Bleaching Process[J].Journal of Forestry Engineering，2024，9（3）：77-87.

[5] 周雪林，韓善明，焦健，等.強(qiáng)化預(yù)浸漬對(duì)風(fēng)干桉木片化學(xué)機(jī) 械法制漿性能的影響[J].中國造紙，2023，42（7）：87-93. ZHOUXL，HAN SM，JIAO J，et al.Effect of Enhanced Pre-impregnation on the Pulping Properties of Chemical-mechanical Pulping with Air-dried Eucalyptus Wood Chips[J].China Pulpamp;Paper， 2023，42（7）：87-93.

[6] 雷文成，張亞慧，葛立軍，等.結(jié)構(gòu)用桉木重組木的適宜性制備 工藝[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，7（6）：46-52. LEI WC，ZHANGYH，GELJ，et al.Study on Suitability ManufactureProcess of Structure Eucalyptus Scrimber[J].Journal of Forestry Engineering，2022，7（6）：46-52.

[7］宋昕.蒸煮中半纖維素在纖維素上的吸附特性研究[D].大連： 大連工業(yè)大學(xué)，2015. SONG X. Study on Hemicellulose Absorption Properties at Celluloses During Cooking Process[D].Dalian：Dalian Polytechnic University， 2015.

[8] YANG X，ZHENG X，CHEN L，etal.Degradation and Dissolution of Hemicelluloses During Bamboo Hydrothermal Pretreatment [J]. Bioresource Technology，2014，2014，161：215-220.

[9] 焦健，焦婷，王友成，等.預(yù)浸漬溶出物對(duì)巨尾桉機(jī)械漿漂 白性能的影響[J].中國造紙學(xué)報(bào)，2024，39（1）：27-37. JIAOJ，JIAOT，WANGYC，etal.EffectsofPre-impregnation Soluble Substrates on the Bleaching Performance of Eucalyptus urophyllaXE.grandis Mechanical Pulp[J].Transactions of China Pulp and Paper，2024，39（1）：27-37.

[10]JIAOJ，F(xiàn)ANGGG，LIANGFM，et al. Bleachability Improvement of Eucalypt Mechanical Pulps Using Hydrogen Peroxide in Ethanolwater Media[J].Bioresources，2020，15（1）：1370-1383.

[11］田慶文，朱亞瑋，房桂干，等.光催化氧化-生物降解直接耦合處 理桉木化機(jī)漿廢水的研究[J].中國造紙，2023，42（8）：114-121. TIANQW，ZHUYW，F(xiàn)ANGGG，etal.Studyon theTreatment of Eucalyptus Chemi-mechanical Pulp Wastewater by Intimately Coupled Photocatalysis Oxidation and Biodegradation[J].China Pulp amp; Paper，2023，42（8）：114-121.

[12]TIANQW，F(xiàn)ANGGG，DINGLB，et al. Heterostructures with Enhanced Photocatalytic Activity for the Treatment of Organic Pollutantsand Eucalyptus Chemimechanical PulpWastewater[J].MaterialsChemistryandPhysics，DOI：10.1016/j.matchemphys.2019.122299.

[13]TIAN QW，RAN M，F(xiàn)ANG G G，et al. Composites asa Heterogeneous Catalyst for Photo-Fenton Treatment of Textile and Pulping Wastewater[J].Separation and Purification Technology， DOI：10.1016/j. seppur.2020. 116574.

[14]TIANQW，YANGQ，GUO WL，et al.Synergy of Adsorptionphotocatalysisand Enriched Surface Oxygen Vacancies over Ligninbiochar/BiMoO6 Nanocomposites for Organic Pollutant Removal and Bamboo ECFBleachingEffluent Treatment[J].Industrial Crops and Products，10.1016/j.indcrop.2022.115966.

[15] SHAHIDI F，ZHONG Y.Measurement of Antioxidant Activity[J]. Journal ofFunctional Foods，2015，18：757-781.

[16]SHAHIDI F，ZHONG Y.Measurement of Antioxidant Activityin Foodand Biological Systems[M]//AntioxidantMeasurementandApplications.Washington：ACSPublication，20O7：36-66.

[17] GIERERJ.Basic Principles of Bleaching［J].Holzforschung，1990， 44（5）：387-400.

[18］焦婷，張紅杰，張雪，等.金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)/纖維素微纖絲納 米材料的制備及其抗氧化性和穩(wěn)定性研究[J].中國造紙學(xué)報(bào)， 2022，37（3）：10-19. JIAOT，ZHANGHJ，ZHANGX，etal.StudyonPreparation，Antioxidant Property，and StabilityofMetal-polyphenol Network/Cellulose Microfibrils Composite[J].Transactions of China Pulp and Paper，2022，37（3）：10-19.

[19]BAKARB，PEKDEMIRSS，BIRHANLE，etal.Unveiling the EffectofMolecularWeightofVanillicAcid Grafted ChitosanHydrogel Filmson Physical，Antioxidant，and Antimicrobial Propertiesfor Applicationin FoodPackaging[J].International Journal of Biological Macromolecules，DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.128397.

[20］付鎵榕，胡小靜，馬尚玄，等.不同分子質(zhì)量澳洲堅(jiān)果多肽制備工 藝與抗氧化活性[J].食品工業(yè)科技，2023，44（20）：414-421. FUJR，HUXJ，MASX，etal.PreparationTechnologyandAntioxidant ActivitiesofDifferentMolecularWeightMacadamiaNutPolypeptides[J]. Science and Technology ofFood Industry，2023，44（20）：414-421.

[21]LIK，ZHONGW，LIP，et al.Recent Advances in Lignin Antioxidant：AntioxidantMechanism，EvaluationMethods，InfluenceFactorsand VariousApplications[J].International Journal of Biological Macromolecules，DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.125992.

[22］翁新楚.抗氧化劑及其抗氧化機(jī)制[J].鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào)，1993， 3：20-29. WENGX C.Antioxidants and Their Antioxidation Mechanism[J]. Journal of Zhengzhou Grain College，1993，3：20-29.

[23]NIMSE SB，PALD.Free Radicals，Natural Antioxidants，and TheirReaction Mechanisms[J].RSC Advances，2015，5（35）： 27986-28006.

[24]XUX，LIUA，HUS，etal.Synthetic Phenolic Antioxidants：Metabolism，Hazardsand Mechanism of Action[J].Food Chemistry， DOI：10.1016/j.foodchem.2021.129488.

[25]雷聲，劉亞，劉娟，等.3種糖苷的熱穩(wěn)定性及熱裂解研 究[J].食品工業(yè)，2022，43（1）：181-186. LEIS，LIUY，LIUJ，etal.Studyon Thermal Stability andPyrolysis of ThreeGlycosides[J].Food Industry，2022，43（1）：181-186.

[26]RENXY，CAIHZ，CHANGJM，etal.TG-FTIR Study onthePyrolysisProperties of Lignin fromDifferent Kinds of Woody Biomass[J]. Paper and Biomaterials，2018，3（2）：1-7.

Abstract：Antioxidantactivityftheucalyptuschem-mechanicalpulppreimpregatedesidue（PR）recogedaswastewassudiednd itsaplcationprospctinfodfeldasexploredTefectsofprempregationconditions（NOHdosage，temperatureandulpcoce tration）onthePRantioxidantactivityandyieldwereinvestigatedThediferenceinthePRchemicalstructureatvariousNaOHdosagewas studied.ThecoformatioalelatioshipetwntheompositionstructueandteatioxidantactivityastablisdThetalsta bility，antiodantctiityfteriempeauretreatdotoiityresdtvaatioidetauatec tionperformanceofPRinthefoodfeldTheresultsshowedthateNaOHdosageasthemaifctorectingthentioxidantactivitynd yieldofthePR，ndtelesstheNaOHdosage，thelowertheieldandthestrongerthentioxidantactivityofPR.PRfabricatedatNaOH dosage of O（RO）had the best antioxidant activity with highest DPPH free radical scavenging rate of 82.63% .It was also found that RO had good thermal stability，and could maintain 84% of the initiallevel after1hof thermal treatment at ．Moreover，PR had no cytotoxicity to HepG2 cells at a concentration of $100～＼upmu＼mathrm{g/mL}$ ，which met the basic requirements for food applications．The quinone-type conjugate structure was the main reason for strong antioxidantactivityof PR.When the NaOH dosage wasata high level（ 30kg/t ），the content of quinone of PR decreased significantly，and thus led toa decreased antioxidant activity.

Keywords：chemi-mechanicalpulp；pre-impregnatedresidue；antioxidantactivity；cytotoxicity；foodapplication；UPLC-MS