一種比較抗氧化劑的抗氧化能力的方法與流程

2023-06-02 06:44:22 1

本發明涉及一種比較抗氧化劑的抗氧化能力的方法，特別是涉及食品中抗氧化劑的比較方法，具體地說，是一種應用四氮雜十四環二烯鎳配合物[nil](clo4)2催化的briggs-rauscher振蕩體系，比較抗氧化劑的抗氧化能力的方法，屬於分析化學領域。
背景技術：
：隨著科技的進步，抗氧化劑在我們的生活中的應用愈亦廣泛。特別是在食品工業中抗氧化劑更是發揮著其無可取代的作用，它可以有效的減緩油脂製品的酸敗，大大提高其保質期。因此，一些食品生產廠家們往往會在食品中加入抗氧化劑來達到保鮮的目的。當前我國食品工業中常用的抗氧化劑有二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）等。上述三種抗氧化劑的結構式如式（i）：二丁基羥基甲苯又叫2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚英文名butylatedhydroxytoluene簡稱bht，在食品和石油產品中具有非常廣泛的抗氧化性，因此又稱為抗氧化劑264，分子式為c15h24o，分子量為220.36。通常情況下bht呈白色或淡黃色晶體，在有光照條件時易變成黃色，常溫下易溶於甲醇乙醇丙酮等有機溶劑不易溶於水。在油脂和含高脂肪的食品中，通常加入bht來防止或有效減緩其腐敗。但是當加入濃度過高時，會對人體產生副作用，因此在食品中添加該類抗氧化劑時要謹慎控制添加濃度。丁基羥基茴香醚別名叔丁基對羥基茴香醚英文名butylhydroxyanisole簡稱bha，分子式c11h16o2一般呈白色或微黃色結晶狀物，當濃度過高時略有酚味，易溶於乙醇、丙二醇和油脂等有機溶劑，不溶於水。是一種很好的抗氧劑，在有效濃度時沒有毒性。作食品抗氧劑，能阻礙油脂食品的氧化作用，延緩食品開始敗壞的時間。其在食品中的最大用量以脂肪計不得超過0.2g/kg。沒食子酸丙酯亦稱棓酸丙酯英文名propylgallate簡稱pg，一般呈白色至淺褐色結晶粉末，或微乳白色針狀結晶。無臭，微有苦味，水溶液無味。難溶於水易溶於有機溶劑，分子式為c10hl2o5。目前，比較抗氧化劑的抗氧化能力的方法有1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（dpph）溶液反應法等。利用抗氧化劑消除dpph溶液中的自由電子的能力可以有效比較其抗氧化能力大小，但是該方法線性範圍較窄。技術實現要素：本發明旨在為抗氧化劑的抗氧化能力比較提供一種新方法，即應用四氮雜十四環二烯鎳配合物[nil](clo4)2催化的briggs-rauscher振蕩體系，比較抗氧化劑的抗氧化能力的方法，本比較方法是基於該振蕩體系對不同種類抗氧化劑的敏銳響應而開發的一種電化學振蕩體系法。具體地說，是將相同濃度待比較抗氧化劑樣品（二丁基羥基甲苯、丁基羥基茴香醚、沒食子酸丙酯），分別加入到三組振蕩體系中，根據待比較抗氧化劑樣品對振蕩體系所產生的抑制時間長短不同，實現對待比較抗氧化劑樣品的抗氧化能力的比較。本發明解決技術問題，採用如下技術方案：本發明為抗氧化劑二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）的抗氧化能力比較提供了一種新方法，其特點在於：以乙醇為溶劑，配製待比較抗氧化劑樣品的溶液；應用「kio3-ma（丙二酸）-h2o2-h2so4-[nil](clo4)2」briggs-rauscher振蕩體系作為分析溶液，記錄振蕩體系的振蕩圖譜，任意一個穩定的電位最低點處，向振蕩體系中加入待比較抗氧化劑樣品的溶液，根據待比較抗氧化劑樣品對振蕩體系所產生的抑制時間不同，實現對待比較抗氧化劑樣品的抗氧化能力的比較；所述待比較抗氧化劑樣品為二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）；向三組分析溶液（振蕩體系）中，分別加入待比較抗氧化劑樣品（二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）或沒食子酸丙酯（pg））的溶液，可以發現振蕩反應會受到抑制，然後經過一段抑制時間後振蕩恢復。但是該三種抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間不同，通過比較待比較抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間長短不同，來比較其抗氧化能力的強弱。如果待比較抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間越短，則其抗氧化能力越強；如果待比較抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間越長，則其抗氧化能力越弱，從而實現對二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）抗氧化能力的比較。實驗表明，二丁基羥基甲苯對振蕩體系產生的抑制時間較長，沒食子酸丙酯對振蕩體系產生的抑制時間較短，丁基羥基茴香醚對振蕩體系產生的抑制時間居於兩者之間。因此三種抗氧化劑的抗氧化能力順序為：沒食子酸丙酯最強，丁基羥基茴香醚次之，二丁基羥基甲苯最弱。本發明所稱的四氮雜十四環二烯鎳配合物是5,7,7,12,14,14-六甲基-1,4,8,11-四氮雜十四-4,11-二烯為配體的鎳配合物，結構式如式所示，並記作[nil](clo4)2，l即為5,7,7,12,14,14-六甲基-1,4,8,11-四氮雜十四-4,11-二烯；[nil](clo4)2的製備分兩步：1)製備l·2hclo4；2)由l·2hclo4製備[nil](clo4)2。1)製備l·2hclo4：首先取500ml的三頸燒瓶並加入49.2ml無水乙二胺和63ml70%的高氯酸（該操作在通風櫥中進行）。高氯酸的加入方式是每分鐘10滴，整個過程大約2h。由於高氯酸是強酸，反應劇烈，所以反應應在冰浴不斷攪拌。著反應的進行，產生的白煙慢慢減少可適當加快高氯酸的滴加速度。當反應完全後得到無色透明的溶液。再向無色透明的溶液中加入112ml無水丙酮，並劇烈攪拌。得到粘稠狀物質，並且溶液變渾濁。當攪拌四小時後，得到乳黃色粘稠液。用丙酮多次洗滌粘稠液，得到白色固體。將白色固體放在甲醇-水溶液（比例為4:1）中重結晶，並進行乾燥。最後，可得到約40g白色晶體即配體l·2hclo4，其中l為5,7,7,12,14,14-六甲基-1,4,8,11-四氮雜環-4,11-二烯。2)由l·2hclo4製備[nil](clo4)2：實驗過程如文獻報導所述。取1000ml三頸燒瓶加入0.1mol四水合乙酸鎳（大約24.9g）和0.1mol的l·2hclo4（大約48.1g）。之後再加入500ml無水甲醇，加熱到微沸狀態冷凝回流4h。將燒瓶中的少量黃色沉澱用布氏漏鬥抽濾，濾液在水浴下濃縮至原體積的1/2左右。之後將溶液放在冰箱中12h，之後抽濾，並用無水乙醇反覆衝洗得到的黃色晶體2到3次。將白色固體放在乙醇-水溶液（比例為4:1）中重結晶，之後進行真空乾燥得到催化劑[nil](clo4)2。參考文獻：[1]curtisnf,hayrw.transition-metalcomplexeswithalipaticschiffbases.partviii.isomertichexamethyl-1,4,8,11-tetra-azacyclotetradecadienenickel（ii）complexesformedbyreactionoftrisdiaminoethanenicke(ii)withacetone[j].chemicalcommunications.1966,524:1015-1018[2]胡剛.四氮雜大環配合物催化、蘋果酸或乳酸為有機底物的新型b-z化學振蕩反應研究[d].合肥:中國科學技術大學,2005.[3]houseda,curtisnf.transitionmetalcomplexeswithaliphaticschiffbases.v.copper(ii)andnickel(ii)complexesof1,3-propanediamineandtheirreactionswithacetone[j].journaloftheamericanchemicalsociety,1964,86(2):223-225.本比較分析方法與現有技術的區別是應用「kio3-ma（丙二酸）-h2o2-h2so4-[nil](clo4)2」的briggs-rauscher振蕩體系作為分析溶液以及該溶液對待比較抗氧化劑的振蕩響應不同（抑制時間不同），實現對待比較抗氧化劑的抗氧化能力的比較。待比較抗氧化劑二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）在分析溶液（振蕩體系）中抗氧化能力可比較的濃度範圍為3.75×10-6-4.50×10-5mol/l。在該濃度範圍內，二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg）對振蕩產生的抑制時間長短差異十分明顯，易於觀察分析，容易實現對其抗氧化能力的比較。分析溶液（振蕩體系）中各組分的濃度範圍如表1所示，經過多次實驗得到分析溶液（振蕩體系）的最佳溶液如表2所示：表1briggs-rauscher振蕩體系中各組分的濃度範圍碘酸鉀(mol/l)丙二酸(mol/l)硫酸(mol/l)[nil](clo4)2(mol/l)過氧化氫(mol/l)0.0210-0.02800.50-0.1750.02508.65×10-4-1.08×10-31.40表2：briggs-rauscher振蕩體系中各組分的最佳濃度碘酸鉀(mol/l)丙二酸(mol/l)硫酸(mol/l)[nil](clo4)2(mol/l)過氧化氫(mol/l)0.02800.1750.02501.08×10-31.40具體操作如下：1、按表1中溶度範圍配製分析溶液（振蕩體系）並記錄該溶液電位（potential）隨時間（time）變化的化學電位振蕩圖譜。首先，取一個50ml小燒杯中並放入大小合適的磁子，放在恆溫磁力加熱攪拌器上，保持攪拌速度在500r/min。向燒杯中加入振蕩體系各組分溶液。在冰浴條件使得燒杯內溶液的溫度控制在4℃左右。把準備好的工作電極（鉑電極）和參比電極（雙鹽橋甘汞電極）插入燒杯中，工作電極和參比電極通過放大器（instrumentamplifier）連接到數據採集器（go!link）然後再通過usb連接到電腦上。打開裝有loggerlite軟體的電腦，利用loggerlite軟體對溶液電勢隨時間的變化情況進行實時採集（此時尚未加入待比較抗氧化劑樣品），以作空白對照。在振蕩產生的任意一個穩定的電位最低點處，向三組與空白對照實驗中的各組分濃度相同的振蕩體系中，分別迅速加入待比較抗氧化劑樣品的溶液，根據待比較抗氧化劑樣品對振蕩體系所產生的振蕩響應不同（抑制時間不同），實現對待比較抗氧化劑樣品的抗氧化能力的比較。化學電位振蕩圖譜的基本參數包括：振蕩振幅：在振蕩過程中從一個最低電位到下一個最高點位之間的電位差值。振蕩周期：在振蕩過程中從一個最低（高）點位到下一個最低（高）點位所需時間。最高點位：穩定振蕩時體系出現的電位最高點。最低點位：穩定振蕩時體系出現的點位最低點。抑制時間（inhibitiontime）：從加入待比較抗氧化劑樣品振蕩受到抑制開始，到振蕩重新恢復所需時間。附圖說明圖1是實施例1中，未加入待比較抗氧化劑時，分析溶液（振蕩體系）的化學電位振蕩圖譜。圖2是實施例1中加入1.50×10-5mol/l二丁基羥基甲苯（bht）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。圖3是實施例1中加入1.50×10-5mol/l丁基羥基茴香醚（bha）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。圖4是實施例1中加入1.50×10-5mol/l沒食子酸丙酯（pg）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。圖5是實施例2中，未加入待比較抗氧化劑時，分析溶液（振蕩體系）的化學電位振蕩圖譜。圖6是實施例2中加入7.00×10-6mol/l二丁基羥基甲苯（bht）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。圖7是實施例2中加入7.00×10-6mol/l丁基羥基茴香醚（bha）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。圖8是實施例2中加入7.00×10-6mol/l沒食子酸丙酯（pg）溶液後，振蕩體系的振蕩響應圖譜。具體實施方式實施例1本實施例按如下步驟，驗證本發明對三種抗氧化劑（二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg））抗氧化能力比較的可行性：（1）配製溶液首先用98%的濃硫酸配製0.0250mol/l的硫酸溶液作為儲備液；然後用0.0250mol/l的硫酸溶液分別配製0.140mol/l的碘酸鉀溶液，2.00mol/l的丙二酸溶液，4.00mol/l的過氧化氫溶液和0.0173mol/l的[nil](clo4)2溶液。另外還需以乙醇為溶劑配製0.01mol/l待比較抗氧化劑樣品溶液。（2）獲得振蕩圖譜用移液管取15ml的0.0250mol/lh2so4溶液，6ml的0.140mol/l的碘酸鉀溶液，2ml的0.0173mol/l的催化劑[nil](clo4)2，3ml的2.00mol/l的丙二酸，14ml的4.00mol/lh2o2溶液，加入50ml燒杯中，保持燒杯中溶液體積為40ml。在冰浴條件使得燒杯內溶液的溫度控制在4℃左右，用磁力攪拌器攪拌，並將轉速控制為500r/min。之後將工作電極（鉑電極）和參比電極（甘汞電極）插入到燒杯中。打開loggerlite程序，進行如下操作：點擊實驗→數據採集→採集長度（時間）設為3000s。此時，體系中硫酸的濃度為0.0250mol/l，碘酸鉀的濃度為0.0210mol/l，丙二酸的濃度為0.150mol/l，過氧化氫的濃度為1.40mol/l，催化劑的濃度為8.65×10-4mol/l。在電腦上點擊開始按鈕後，電腦將自動記錄電勢隨時間變化的振蕩圖譜，結果如圖1所示。由於圖1是未加入待比較抗氧化劑樣品的振蕩體系的振蕩圖譜，所以作為空白對照。取一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過5個穩定的周期後，進入第6個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入60ul0.01mol/l的二丁基羥基甲苯（bht），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為1.50×10-5mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖2所示。取另一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過5個穩定的周期後，進入第6個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入60ul0.01mol/l的丁基羥基茴香醚（bha），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為1.50×10-5mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖3所示。再取一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過5個穩定的周期後，進入第6個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入60ul0.01mol/l的沒食子酸丙酯（pg），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為1.50×10-5mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖4所示。(3)抗氧化能力的比較不同種類的抗氧化劑，因分子組成和空間結構不同，其對振蕩體系產生的影響也不相同（抑制時間不同）。比較圖2圖3圖4可知，二丁基羥基甲苯（bht）對振蕩體系產生的抑制時間較長（147.5s），沒食子酸丙酯（pg）對振蕩體系產生的抑制時間較短（73.5s），丁基羥基茴香醚（bha）對振蕩體系產生的抑制時間居於兩者之間為128s。由於待比較抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間越長其抗氧化能力越弱，因此待比較三種抗氧化劑的抗氧化能力順序為：沒食子酸丙酯（pg）最強，丁基羥基茴香醚（bha）次之，二丁基羥基甲苯（bht）最弱。本方法所得結論與dpph溶液反應法所得結論一致。實施例2本實施例按如下步驟，驗證本發明對三種抗氧化劑（二丁基羥基甲苯（bht）、丁基羥基茴香醚（bha）、沒食子酸丙酯（pg））抗氧化能力比較的可行性：（1）配製溶液首先用98%的濃硫酸配製0.0250mol/l的硫酸溶液作為儲備液；然後用0.0250mol/l的硫酸溶液分別配製0.140mol/l的碘酸鉀溶液，2.00mol/l的丙二酸溶液，4.00mol/l的過氧化氫溶液和0.0173mol/l的[nil](clo4)2溶液。另外還需以乙醇為溶劑配製0.01mol/l待比較抗氧化劑樣品溶液。（2）獲得振蕩圖譜用移液管取13ml的0.0250mol/lh2so4溶液，8ml的0.140mol/l的碘酸鉀溶液，2.5ml的0.0173mol/l的催化劑[nil](clo4)2，3.5ml的2.00mol/l的丙二酸，14ml的4.00mol/lh2o2溶液，加入50ml燒杯中，保持燒杯中溶液體積為40ml。在冰浴條件使得燒杯內溶液的溫度控制在4℃左右，用磁力攪拌器攪拌，並將轉速控制為500r/min。之後將工作電極（鉑電極）和參比電極（甘汞電極）插入到燒杯中。打開loggerlite程序，進行如下操作：點擊實驗→數據採集→採集長度（時間）設為3000s。此時，體系中硫酸的濃度為0.0250mol/l，碘酸鉀的濃度為0.0280mol/l，丙二酸的濃度為0.175mol/l，過氧化氫的濃度為1.40mol/l，催化劑的濃度為1.08×10-3mol/l。在電腦上點擊開始按鈕後，電腦將自動記錄電勢隨時間變化的振蕩圖譜，結果如圖5所示。由於圖5是未加入待比較抗氧化劑樣品的振蕩體系的振蕩圖譜，所以作為空白對照。取一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過4個穩定的周期後，進入第5個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入28ul0.01mol/l的二丁基羥基甲苯（bht），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為7.00×10-6mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖6所示。取另一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過4個穩定的周期後，進入第5個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入28ul0.01mol/l的丁基羥基茴香醚（bha），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為7.00×10-6mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖7所示。再取一組各組分濃度與上述濃度相同的分析溶液（振蕩體系），當振蕩反應經過4個穩定的周期後，進入第5個振蕩周期電勢最低點時用移液槍加入28ul0.01mol/l的沒食子酸丙酯（pg），使得其在分析溶液（振蕩體系）中的濃度為7.00×10-6mol/l，可以看到體系出現一段抑制時間（inhibitiontime），振蕩響應圖譜如圖8所示。(4)抗氧化能力的比較不同種類的抗氧化劑，因分子組成和空間結構不同，其對振蕩體系產生的影響也不相同（抑制時間不同）。比較圖6圖7圖8可知，二丁基羥基甲苯（bht）對振蕩體系產生的抑制時間較長（203s），沒食子酸丙酯（pg）對振蕩體系產生的抑制時間較短（60s），丁基羥基茴香醚（bha）對振蕩體系產生的抑制時間居於兩者之間為149.5s。由於待比較抗氧化劑對振蕩體系產生的抑制時間越長其抗氧化能力越弱，因此待比較三種抗氧化劑的抗氧化能力順序為：沒食子酸丙酯（pg）最強，丁基羥基茴香醚（bha）次之，二丁基羥基甲苯（bht）最弱。本方法所得結論與dpph溶液反應法所得結論一致。由以上實施例可以看出，更大或者更小濃度的抗氧化劑也可以通過本發明進行抗氧化能力的比較。當前第1頁12