黃師榮，萬 慧，顏思念，陳東方

（1.湘潭大學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411105；2.湘潭大學(xué)“環(huán)境友好與資源高效利用化工新技術(shù)”湖南省高校2011協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 湘潭 411105）

脂類成分易被氧化。食品中的脂類氧化是食品腐敗變質(zhì)的原因之一，會降低食品的營養(yǎng)價值和安全性[1-2]。食品乳液（如牛奶、蛋黃醬、調(diào)味品、醬汁、飲料、冰淇淋等）由于界面面積更大，比本體油更容易被氧化[2-3]。目前，降低脂類氧化的最有效、方便和經(jīng)濟(jì)的方法是添加天然或合成抗氧化劑[4]。

植物中的酚類物質(zhì)由于在自然界廣泛存在，且安全、低毒，被廣泛用作新型的天然抗氧化劑[5]。但是酚類物質(zhì)極性較高，在非極性介質(zhì)中溶解度較低，限制了其在乳化體系中的應(yīng)用[6]。為此，近年來有學(xué)者對這些酚類物質(zhì)進(jìn)行了酯化修飾，以增強其疏水性，使其能更好地定位于氧化反應(yīng)發(fā)生的油-水界面，從而改善其抗氧化性能[7]。然而，許多研究表明用不同鏈長正烷基醇酯化的酚類物質(zhì)在乳液中的抗氧化效率會隨著其疏水性增加而達(dá)到最大，進(jìn)一步增加其疏水性則其抗氧化效率顯著降低，表現(xiàn)出所謂的“截止效應(yīng)”[8-10]。Barreiro等[10]用假相動力學(xué)模型解釋了沒食子酸及其丙酯、辛酯和月桂酯隨著疏水性增加抗氧化效率達(dá)最大值的原因。他們的研究結(jié)果表明，沒食子酸及其烷基酯的抗氧化效率與其在乳液界面區(qū)域的比例相對應(yīng)。在其他條件都相同的情況下，乳液界面區(qū)域中比例最大的抗氧化劑效率最高。

假相模型是在20世紀(jì)70年代首次被提出，以測定均相締合膠體如膠束、微乳液等的化學(xué)反應(yīng)速率[10]。該模型同樣適用于攪拌的乳液，可以用來測定乳液中油相、水相和界面區(qū)中的抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，也可用來估算乳液中二級反應(yīng)的速率常數(shù)，通過比較這些速率常數(shù)可以評估抗氧化劑的效率。目前，鮮有其他方法可以對這些參數(shù)提供可靠估算[10-11]。據(jù)報道，該模型具有很強的通用性，適用于不同實驗條件下的各種抗氧化劑、油脂和乳化劑，該模型應(yīng)用需要滿足兩個基本假設(shè)：1）所有組分在油相、界面和水相之間處于動態(tài)平衡，即反應(yīng)物在乳液區(qū)域之間的傳輸速率比化學(xué)反應(yīng)的速率快得多；2）抗氧化劑在油相、水相和界面區(qū)域之間的分布僅取決于其在每個區(qū)域中的相對溶解度，而與乳液中液滴的尺寸、形狀或乳液類型無關(guān)[10-12]。

為驗證這一模型的適用性，本實驗研究了與沒食子酸結(jié)構(gòu)比較類似的對羥基苯甲酸（p-hydroxybenzoic acid，HA）及其烷基酯在均相甲醇溶液中和菜籽油乳液中的抗氧化效率。用假相動力學(xué)模型測定和計算了HA及其烷基酯在乳液界面中的分布，旨在為特定乳液體系確定最有效的抗氧化劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

HA（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.0%）、對甲基苯磺酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.0%）、對十六烷基苯胺（純度97%）、亞硝酸叔丁酯（純度90%）、三氟化硼乙醚（純度98%）、鹽酸萘乙二胺（分析純）、正十二醇（質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于98.0%）購自Macklin公司；Trolox（純度97%）購自美國Sigma公司；1,1-二苯基-2-苦肼基（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（純度96%）購自日本和光純藥工業(yè)株式會社；分子篩、硅膠（200～300 目）、活性炭（200 目）購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯仿、石英砂、四氫呋喃、無水乙醇、正丁醇、正辛醇、濃硫酸、乙酸乙酯、甲苯、正庚烷、正己烷、甲酸、甲醇、二氯甲烷、乙腈、無水乙醚、戊烷、硅酸、冰醋酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、亞硝酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉、對甲氧基苯胺、吐溫20等試劑均為市售分析純；菜籽油購自湘潭大學(xué)周邊超市。

1.2 儀器與設(shè)備

Cary60型紫外分光光度計 安捷倫科技（中國）有限公司；PHS-3BW型pH計 上海般特儀器有限公司；ZF-7型三用紫外分析儀 上海杰涵實驗設(shè)備有限公司；FJ-200型高速分散均質(zhì)機(jī) 上海標(biāo)本儀器廠；AVANCE III HD 400 MHz型核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）波譜儀 瑞士布魯克公司；380型傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）儀美國Thermo公司。

1.3 方法

1.3.1 HA烷基酯的合成及表征

HA乙酯的合成參考曾立華[13]的方法并稍作修改，將0.02 mol HA、0.4 mol乙醇和0.001 mol對甲苯磺酸加入到100 mL圓底燒瓶中，接上索氏提取器（裝入適量分子篩以吸收反應(yīng)中產(chǎn)生的水分）加熱回流反應(yīng)4 h。冷卻后分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaHCO3溶液、蒸餾水洗滌兩次，分出上層液體并用無水硫酸鈉干燥，抽濾，減壓蒸餾蒸出未反應(yīng)的乙醇。冷卻至室溫后所得產(chǎn)品用色譜柱純化，純化條件為等度洗脫，洗脫劑為三氯甲烷-乙酸乙酯（3∶1，V/V），每次收集10 mL，用薄層色譜（thin layer chromatography，TLC）檢測確認(rèn)后，合并相同的組分。TLC在FCP硅膠和GF254硅膠板上進(jìn)行。流動相為氯仿-甲醇（9∶1，V/V）。在波長為254 nm的紫外光下觀察斑點。

HA丁酯的合成參考項艷[14]的方法并稍作修改，將0.02 mol HA、0.4 mol丁醇和0.001 mol對甲苯磺酸加入到250 mL三口燒瓶中，接入預(yù)先裝滿丁醇的分水器加熱到回流開始計時，反應(yīng)至分水器中不再產(chǎn)生水為止，整個反應(yīng)大約需要6 h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaHCO3、蒸餾水洗滌兩次，分出上層液體并用無水硫酸鈉干燥，抽濾，減壓蒸餾蒸出未反應(yīng)的丁醇。冷卻至室溫后所得產(chǎn)品用體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液進(jìn)行重結(jié)晶，得到HA丁酯。

H A 辛酯和十二酯的合成參考侯艷冰等[15]的方法，將0.02 mol HA、0.06 mol辛醇（或正十二醇）、0.001 mol對甲苯磺酸和20 mL甲苯（帶水劑）加入到250 mL三口燒瓶中，接上預(yù)先裝滿甲苯的分水器，加熱到回流開始計時，反應(yīng)至分水器中不再產(chǎn)生水為止。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaHCO3、蒸餾水洗滌兩次，分出上層液體并用無水硫酸鈉干燥，抽濾，減壓蒸餾蒸出甲苯得到油狀液滴，趁熱將液滴滴到正庚烷中，冷卻析晶、抽濾、干燥，得到HA辛酯（或十二酯）。

所得產(chǎn)物分別用1H NMR和FTIR進(jìn)行分析。

樣品的FTIR分析。取每種樣品2 mg研磨成細(xì)粉，再加入適量干燥的KBr粉末混合（樣品與KBr的質(zhì)量比為1∶100），然后裝入模具進(jìn)行壓片，最后將壓片放入樣品槽中，采用380型FTIR儀，在4 000～400 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行FTIR測定。

樣品的1H NMR分析。取適量（5～10 mg）純化后的樣品溶解于氘代氯仿中，然后用孔徑0.22 μm微孔濾膜過濾于核磁管中，采用AVANCE III HD 400 MHz型NMR波譜儀測定氫譜，使用5 mm NMR探頭，以四甲基硅烷（tetramethylsilane，TMS）作為內(nèi)標(biāo)。

1.3.2 DPPH自由基清除能力測定

參考Claudia等[16]的方法測定DPPH自由基清除能力，稱取適量DPPH，用甲醇定容至100 mL，配制成150 μmol/L的DPPH溶液。稱取適量6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸（Trolox），用甲醇定容到100 mL，配制成600 μmol/L的溶液，然后再稀釋成濃度分別為250、200、150、100、50 μmol/L的溶液。分別取0.5 mL Trolox稀釋液和4.5 mL DPPH-甲醇溶液混合，振搖，置于暗處120 min后，用甲醇作空白，在515 nm波長處測吸光度。以Trolox濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線斜率記為k1。取HA及其烷基酯樣品代替Trolox試劑，同上步驟，建立以樣品濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線斜率記為k2。樣品的DPPH自由基清除能力由k2/k1計算得到，以Trolox當(dāng)量（單位mmol Trolox/mol）表示。重復(fù)測定3 次，結(jié)果取平均值。

1.3.3 HA及其烷基酯對水包油乳液的抗氧化效率的測定

參考課題組前期方法[17]進(jìn)行HA及其烷基酯對水包油乳液的抗氧化效率的測定，先將精制的菜籽油、0.04 mol/L檸檬酸鹽緩沖溶液（pH 3）（菜籽油與檸檬酸鹽緩沖溶液體積比為2∶8）、0.004 mol/L HA及其烷基酯和作為乳化劑的吐溫20（體積分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、3%和4%）高速均質(zhì)2 min制成不同的乳液。目視檢查乳液的穩(wěn)定性，以3～4 h內(nèi)沒有觀察到相分離為準(zhǔn)。將所得乳液避光保存于45 ℃烘箱中進(jìn)行Schaal烘箱實驗，在規(guī)定的時間取樣測定其共軛二烯值和p-茴香胺值。共軛二烯值和p-茴香胺值的測定分別參考文獻(xiàn)[18]和[19]的方法進(jìn)行。

1.3.4 無乳化劑下HA及其烷基酯在油相和水相之間的分配常數(shù)的測定

在無乳化劑的情況下，使用改進(jìn)的搖瓶法[20]測定油相和水相之間的分配常數(shù)（PWO）。將HA及其烷基酯分別加入到2 mL精制菜籽油和8 mL酸性水溶液（0.04 mol/L檸檬酸鹽緩沖液，pH 3.0）中，使HA及其烷基酯的最終濃度為4 mmol/L，高速均質(zhì)1 min。然后緩慢攪拌混合物至少1 h，并使其在室溫下平衡至少24 h。通過離心分離油相和水相，并分別測定其吸光度，借助于預(yù)先制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線測定水相和油相中HA及其烷基酯的濃度。通過式（1）～（3）計算PWO。

式中：分別為抗氧化劑在水相和界面以及油相和界面之間的分配常數(shù)；%AOO和%AOW分別為抗氧化劑在油相和水相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（摩爾分?jǐn)?shù)）；VW和VO分別是水相和油相的體積/L；[AOO]表示抗氧化劑在油相中的濃度/（mol/L）；下標(biāo)O、I和W分別表示油相區(qū)、界面區(qū)和水相區(qū)。

1.3.5 乳液中4-十六烷基重氮苯和HA及其烷基酯之間的反應(yīng)表觀速率常數(shù)kobs的測定

參考Doyle等[21]的方法測定乳液（吐溫20體積分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1%、2%、3%、4%、5%）中4-十六烷基重氮苯和H A 及其烷基酯之間的反應(yīng)表觀速率常數(shù)kobs，該方法利用4-十六烷基重氮苯（16-Ar）與偶聯(lián)劑N-(1-萘基)乙二胺（N-(1-naphthyl)ethylenediamine，NED）能快速反應(yīng)生成穩(wěn)定的偶氮染料，該染料用乙醇-丁醇（1∶1，V/V）溶液稀釋后能得到光學(xué)透明的均相溶液，該溶液在λ＝572 nm波長處的吸光度與未反應(yīng)的16-Ar濃度呈線性關(guān)系。故可用偶氮染料的吸光度隨時間變化來確定表觀速率常數(shù)kobs。具體步驟如下：將16-Ar配制成0.17 mol/L的乙腈溶液，取20 μL該溶液加入到乳液中以使其和抗氧化劑進(jìn)行反應(yīng)。以一定時間間隔（由16-Ar與抗氧化劑之間的反應(yīng)半衰期而定）取出200 μL反應(yīng)物，并立即加入預(yù)先裝有2.5 mL含0.02 mol/L NED的乙醇-丁醇溶液（1∶1，V/V）的試管中，以使NED和未反應(yīng)完全的16-Ar反應(yīng)生成偶氮染料。測定偶氮染料在λ＝572 nm波長處的吸光度。由于[AO]＞＞[16-Ar]，所以NED和16-Ar的反應(yīng)屬于假一級反應(yīng)，因而，樣品吸光度的對數(shù)與時間的關(guān)系如式（4）所示。

式中：A0和At分別為樣品在0和t時刻的吸光度；Ainf為樣品反應(yīng)完全時的吸光度。

1.3.6 乳液中分配常數(shù)和表觀速率常數(shù)kobs間的關(guān)系

乳液中分配常數(shù)和表觀速率常數(shù)kobs間的關(guān)系根據(jù)假相動力學(xué)模型[10]得出。

式中：k2是表觀二級速率常數(shù)/（L/（mol·s））；kO、kW和kI分別表示油相、水相和界面區(qū)域中二級速率常數(shù)/（L/（mol·s））；[]表示乳液中各物質(zhì)的濃度/（mol/L），下標(biāo)T表示總量，下標(biāo)O、I和W分別表示在油相區(qū)、界面區(qū)和水相區(qū)；φ是某個區(qū)域的體積分?jǐn)?shù)/%，定義為某區(qū)域體積比乳液總體積。

結(jié)合式（6）與式（1）～（3）和相關(guān)質(zhì)量平衡方程，把表觀一級速率常數(shù)與可測參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，可以得出方程式（7）[22-23]。

對于親水性中等的HA-C2、HA-C4和HA-C8（其分別為6.1、36.1和84.2），由于其在油相區(qū)、水相區(qū)和界面區(qū)的量都比較大，用和兩個分配常數(shù)來描述它們的分布。但是對疏水性很強或親水性很強的抗氧化劑，它們的分布描述可以簡化。例如親水性很強的抗氧化劑HA（＝0.13）主要分布在水相區(qū)和界面區(qū)，其在油相區(qū)內(nèi)的濃度基本上為零。因而，只需要PWI 來描述其分布，kobs和φI間的關(guān)系由式（8）給出。然而，對于疏水性很強的抗氧化劑HA-C12，主要分布在油相區(qū)和界面區(qū)，其在水相區(qū)中的濃度基本上為零，只需要POI來描述其分布，kobs和φI間的關(guān)系由式（9）給出。

可從式（7）～（9）的倒數(shù)形式得到分配常數(shù)，即，以1/kobs對φI作圖得到直線，通過直線的斜率和截距計算出HA、HA-C2、HA-C4、HA-C8和HA-C12的。

得到分配常數(shù)后，即可根據(jù)式（10）～（12）分別計算親水性強、疏水性強和親水性中等的抗氧化劑在乳液界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%AOI）。

1.3.7 表面張力的測定

參考申云霞[24]的方法，用三蒸水配制不同濃度的抗氧化劑溶液，用DMPYZC型表面張力儀測定氣泡破裂的瞬間數(shù)字壓差計顯示的最大壓差ΔP/Pa。從物理化學(xué)手冊中查出實驗溫度下水的表面張力σ水＝7.257×10-2N/m，則儀器的常數(shù)K＝σ水/ΔP。根據(jù)σ＝K×ΔP即可求得各濃度樣品溶液的表面張力σ（N/m）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包、OriginPro 8和Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。顯著性檢驗以Duncan’s檢驗方法進(jìn)行，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 對羥基苯甲酸烷基酯的合成及結(jié)構(gòu)表征

本研究用1.3.1節(jié)部分介紹的方法合成了對羥基苯甲酸的乙酯、丁酯、辛酯和十二酯。所得產(chǎn)物分別用1H NMR和FTIR進(jìn)行了表征。各合成產(chǎn)物的表征結(jié)果如下所示。

HA乙酯（HA-C2）1H NMR（400 MHz，CDCl3），δ：7.97（d，J＝8.7，2H）、6.89（d，J＝8.7，2 H）、4.3 7（q，J＝7.1，2 H）、1.3 9（t，J＝7.1，3H）。FTIRγ/cm-1：3 218、2 978、2 906、1 673、1 607、1 522、1 447、1 287、1 169。

H A 丁酯（H A-C4）1H N M R（4 0 0 M H z，CDCl3），δ：7.97（d，J＝8.7，2H）、6.88（d，J＝8.7，2H）、4.31（t，J＝6.6，2H）、1.84～1.63（m，2H）、1.57～1.37（m，2H）、0.98（t，J＝7.4，3H）。FTIRγ/cm-1：3 384、2 954、2 873、1 679、1 604、1 510、1 467、1 283、1 162。

H A 辛酯（H A-C8）1H N M R（4 0 0 M H z，CDCl3），δ：7.97（d，J＝8.8，2H）、6.88（d，J＝8.8，2H）、4.29（t，J＝6.7，2H）、1.87～1.61（m，2H）、1.44（t，J＝7.7，2H）、1.34～1.26（m，8H）、0.88（d，J＝7.0，3H）。FTIRγ/cm-1：3 390、2 918、2 854、1 680、1 605、1 510、1 471、1 282、1 163。

HA十二酯（HA-C12）1H NMR（400 MHz，CDCl3），δ：7.97（d，J＝8.7，2H）、6.88（d，J＝8.7，2H）、4.29（t，J＝6.7，2H）、1.83～1.68（m，2H）、1.54～1.39（m，2H）、1.27（d，J＝4.2，16H）、0.89（t，J＝6.7，3H）。FTIRγ/cm-1：3 391、2 916、2 849、1 682、1 607、1 515、1 467、1 279、1 167。

將分析結(jié)果與文獻(xiàn)[25-26]數(shù)據(jù)對比，確認(rèn)所得產(chǎn)物分別為HA-C2、HA-C4、HA-C8、HA-C12。

2.2 DPPH自由基清除能力

表 1 HA及其烷基酯的DPPH自由基清除能力Table 1 DPPH radical scavenging capacity of p-hydroxybenzoic acid and its alkyl esters

通過DPPH自由基清除能力研究了HA及其烷基酯在甲醇溶液中的抗氧化效率，結(jié)果如表1所示，HA烷基酯對DPPH自由基清除能力顯著大于HA的，其清除能力大小順序為HA-C8＞HA-C12＞HA-C4＞HA-C2＞HA。表明HA的酯化提高了其清除自由基的能力。Panya等[27]在研究迷迭香酸烷基酯（C0～C20）時也得到相似結(jié)果。Laguerre等[8]也報道了C4和C8酯具有比綠原酸本身更高的DPPH自由基清除活性。

2.3 HA及其烷基酯在水包油乳液中的抗氧化效率

水包油乳液中脂類氧化通常發(fā)生在乳液液滴界面附近。因此，界面區(qū)域內(nèi)的抗氧化劑比例變化會影響脂類氧化的效率[10]。HA及其烷基酯對乳液中脂質(zhì)的抗氧化效率結(jié)果分別如圖1和圖2所示，添加不同體積分?jǐn)?shù)的吐溫20乳液的共軛二烯值和p-茴香胺值都隨著儲藏時間的延長而顯著增加，說明這些乳液均發(fā)生了脂質(zhì)氧化。添加HA烷基酯對乳液的共軛二烯與p-茴香胺的形成均有一定的抑制作用，表明HA烷基酯均具有抗氧化作用。

通過共軛二烯值達(dá)到1所用的時間和p-茴香胺值的變化趨勢來評價HA烷基酯對水包油乳液的抗氧化作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HA烷基酯對乳液的抗氧化作用顯著大于HA，并且隨著烷基酯鏈的增長，其抗氧化作用逐漸增大，HA-C4達(dá)到最大，隨后減少。Costa等[28]在研究咖啡酸及其酯對水包橄欖油乳液的抗氧化效率時也得到類似的結(jié)果。Barreiro等[10]認(rèn)為，酚酸烷基酯的抗氧化活性隨著鏈長增加觀察到最大值的根本原因是抗氧化劑在界面區(qū)的濃度不同。Silva等[29]也得到類似結(jié)論。

從圖1、2中還可以看出，隨著吐溫20的體積分?jǐn)?shù)的增加，HA丁酯對乳液的抗氧化作用顯著下降。Panya等[27]在研究吐溫20對水包大豆油乳液中迷迭香酸酯抗氧化活性的影響時也得到類似結(jié)果，其發(fā)現(xiàn)迷迭香酸丁酯和月桂酯的抗氧化活性隨吐溫20濃度增加而下降，認(rèn)為隨著吐溫20濃度的增加，迷迭香酸酯在水相中的分布也增加，因而可能阻止了迷迭香酸酯清除乳液液滴中的脂類自由基。Costa等[28]在研究咖啡酸及其烷基酯對橄欖油乳液的抗氧化效率與其在乳液界面區(qū)域濃度的關(guān)系時也得到類似的結(jié)果。

圖 1 吐溫20體積分?jǐn)?shù)分別為1%（A）、2%（B）、3%（C）和4%（D）制備的菜籽油乳液中共軛二烯值隨時間的變化Fig. 1 Changes in CDV with storage time in rapeseed oil/water emulsions with emulsifier concentrations of 1% (A), 2% (B), 3% (C) and 4% (D)

圖 2 吐溫20體積分?jǐn)?shù)分別為1%（A）、2%（B）、3%（C）和4%（D）制備的菜籽油乳液中p-茴香胺值隨時間的變化Fig. 2 Variation in p-AV with storage time in rapeseed oil/water emulsions with emulsifier concentrations of 1% (A), 2% (B), 3% (C) and 4% (D)

2.4 HA及其烷基酯在乳液油相、水相和界面之間的分配常數(shù)

從上述結(jié)果可以看出，HA-C8在均相溶液（甲醇）中的抗氧化效率最強，但是在乳液中HA-C4更有效。其原因可能是由于乳液界面區(qū)內(nèi)的抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同而引起的。為探究這一猜測，采用假相動力學(xué)模型法測定了HA及其烷基酯在乳液界面的分布。為此，首先測定了HA及其烷基酯在乳液油相、水相和界面之間的分配常數(shù)。

在無乳化劑下HA及其烷基酯在水相和油相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及分配常數(shù)如表2所示，隨著烷基鏈長的增加HA及其烷基酯的均增加，這說明有更多的抗氧化劑位于油相區(qū)域。

表 2 HA及其烷基酯的分配常數(shù)Table 2 Values of partition constant for HA and its alkyl esters

表 2 HA及其烷基酯的分配常數(shù)Table 2 Values of partition constant for HA and its alkyl esters

注：—.未測出。

抗氧化劑 水相區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 油相區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% PWO HA 95.50±0.85 3.00±0.08 0.13±0.02 HA-C2 39.00±0.51 59.50±0.41 6.10±0.14 HA-C4 9.80±0.24 88.70±0.47 36.10±2.92 HA-C8 4.27±0.10 94.20±0.22 84.20±3.16 HA-C12 — 98.50±0.80 —

圖 3 偶氮染料的吸光度和ln（At-Ainf）隨時間的變化Fig. 3 Changes in absorbance and ln(At-Ainf) of azo dye with time

表 3 HA及其烷基酯的表觀速率常數(shù)（kobs）隨乳化劑體積分?jǐn)?shù)（φI）的變化Table 3 Changes in apparent rate constant (kobs) with emulsifier concentration (φI) s-1

通過測定添加H A 或其烷基酯的乳液中未反應(yīng)完全的16-Ar和NED生成的偶氮染料的吸光度和ln（At-Aint）隨時間的變化情況，由式（4）進(jìn)行線性擬合后，得到菜籽油乳液中16-Ar和HA之間的表觀速率常數(shù)kobs。圖3給出了添加HA乳液中未反應(yīng)完全的16-Ar和NED生成的偶氮染料吸光度和ln（At-Aint）隨時間的變化情況。由式（4）進(jìn)行線性擬合得到其表觀速率常數(shù)kobs為6.8×10-4s-1。HA烷基酯的表觀速率常數(shù)由同樣的方法得到，結(jié)果如表3所示。隨著φI（本研究中所用乳化劑量較少，其幾乎全部分布在界面區(qū)，故乳化劑在乳液中的體積分?jǐn)?shù)可用φI表示）的增加，kobs減小，與式（7）的預(yù)測相一致。

由1/kobs對φI作圖得到直線，通過直線的斜率和截距計算出HA及其烷基酯的和kI的值。圖4給出了添加HA菜籽油（油水體積比2∶8）的乳液中kobs與1/kobs隨φI的變化。通過1/kobs對φI的擬合直線（y＝164 334x+458.65，R2＝0.984 0）的截距和斜率，結(jié)合式（8）求出HA的和kI。HA烷基酯的和kI由同樣方法得到，結(jié)果如表4所示。隨著烷基鏈長的增加，增大，表明HA烷基酯疏水性的增加降低了它們在水中的溶解度，它們更多地溶于界面區(qū)域。但的增加并不一定意味著的增加，因為抗氧化劑的疏水性增加，它們可以更多地溶解于油相區(qū)域中；另一方面，HA及其烷基酯的kI在數(shù)值上比較接近，表明kI并不是其在乳液界面區(qū)域抗氧化效率的決定性因素。

圖 4 HA在油水比為2∶8的菜籽油乳液中的kobs和1/kobs隨φI的變化Fig. 4 φI-dependent changes in kobs and 1/kobs of HA in rapeseed emulsion with oil/water ratio of 2:8

表 4 HA及其烷基酯的和kITable 4 Values of and kI for HA and its alkyl esters

表 4 HA及其烷基酯的和kITable 4 Values of and kI for HA and its alkyl esters

注：—.未測出。

抗氧化劑 PO I PW I kI/（L/（mol·s））HA—182.070.001 5 HA-C4 204.98 7 399.90 0.001 5 HA-C8 110.77 9 338.21 0.001 0 HA-C1270.15— 0.001 3

2.5 HA及其烷基酯在乳液界面的分布

得到分配常數(shù)后，可通過式（10）～（12）分別計算HA及其烷基酯在乳液界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%AOI），結(jié)果如圖5所示，隨著乳化劑體積分?jǐn)?shù)的增加，HA及其烷基酯在界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。在乳化劑體積分?jǐn)?shù)相同的情況下，HA在界面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，HA-C4的最高。當(dāng)乳化劑體積分?jǐn)?shù)從0.5%增加到5%時，HA在界面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從46%增加到了90%，增加了約1 倍。HA-C4在界面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從76%增加到96%，僅增加了約26%。即乳化劑體積分?jǐn)?shù)擴(kuò)大10 倍，HA及其烷基酯在界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加不到1 倍。

從圖5還可以看出，HA及其烷基酯在界面區(qū)域中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與烷基鏈的長度沒有直接關(guān)系，即與抗氧化劑的疏水性無關(guān)，其大小順序為HA-C4＞HA-C8＞HA-C2≈HA-C12＞HA。HA-C4具有最佳的抗氧化效率，與的變化趨勢相一致。這一結(jié)果表明，HA-C2、HA-C4和HA-C8比HA更容易在界面定位，這也可以從圖6中看出（HA-C12在水中的溶解度很低，不能測定其相應(yīng)的表面張力），HA在其飽和濃度下也沒有降低表面張力，表明其沒有表面活性[30]。典型的表面活性劑在水中的表面張力隨其濃度增加而線性下降，當(dāng)界面濃度達(dá)到飽和時表面張力趨于穩(wěn)定[30-31]。HA-C2、HA-C4和HA-C8在水中的表面張力隨其濃度的變化與表面活性劑的非常類似，表明這些抗氧化劑起到了表面活性劑的作用，具有表面活性劑的性能[30-31]，能更好地定位在油-水界面。結(jié)合前面HA及其烷基酯對乳液抗氧化作用的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)HA及其烷基酯對乳液抗氧化效率的大小與這些抗氧化劑在界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本對應(yīng)。這些實驗結(jié)果表明，對HA及其烷基酯抗氧化效率起決定性的因素是其在乳液界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這與其他研究人員研究綠原酸、迷迭香酸[8]和沒食子酸[9-10]及其烷基酯中所得的結(jié)果相似，烷基鏈在中等鏈長（C4～C12）的抗氧化活性最高，隨后活性下降，體現(xiàn)出“截止效應(yīng)”。

圖 5 HA及其烷基酯在乳液界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨φI的變化Fig. 5 φI-dependent changes in concentrations of HA and its alkyl esters in the emulsion interfacial region

圖 6 HA及其烷基酯的表面張力對濃度的對數(shù)圖Fig. 6 Plot of surface tension versus logarithm of concentration of HA and its alkyl esters

3 結(jié) 論

通過直接酯化法合成了一系列HA烷基酯，并測定其在均相甲醇溶液和在水包菜籽油乳液中的抗氧化效率。結(jié)果表明，HA酯化后在均相甲醇溶液和菜籽油乳液中的抗氧化效率均比本體更高，在均相甲醇溶液中HA-C8抗氧化效率最高，在菜籽油乳液中HA-C4抗氧化效率最高。假相動力學(xué)模型結(jié)果表明，HA及其烷基酯的抗氧化效率與其在乳液界面區(qū)域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本對應(yīng)。在其他條件都相同的情況下，HA-C4在乳液界面區(qū)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大。本實驗結(jié)果表明，抗氧化劑在乳液中的抗氧化效率除了與其抗氧化能力大小有關(guān)外還與其在乳液界面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。該研究結(jié)果為合理設(shè)計對水包油乳液有效的酚類抗氧化劑提供了理論指導(dǎo)。