维生素C磷酸酯镁的稳定性及其清除超氧离子自由基的动力学

付思美，畅芬芬，车 影，王晓娟，靳利娥，阎果兰

(太原理工大学 化学化工学院，山西 太原 030024)

维生素C (Vitamin C ,VC)广泛存在于蔬菜和水果中，在人体内的利用率可高达94%[1-2]. 当机体内的脂质等大分子化合物遭到氧化损伤时，就会引起疾病，而VC作为抗氧化剂可以有效的清除活性氧和氮[3]，大量临床研究表明，VC能预防心血管疾病和中风[4-5]等疾病，还能预防癌症[6]. 但对于人类和灵长类等许多生物来说，由于其自身不能或很少合成VC，所以需要从外界摄取以供正常生长和发育. VC作为一种单电子还原剂，通过逐级提供电子而转变成半脱氢抗坏血酸和脱氢抗坏血酸，利用氢的转移清除有害活性自由基，来达到其抗氧化的目的，在脂质体和细胞膜内可打断自由基链，从而起到抗氧化作用. 另外，作为酸性物质能够抑制金属离子的氧化而起到抗氧化作用. VC在抑制脂质过氧化反应过程中，不仅可以独立清除活性氧自由基，还可以和其他的抗氧化剂比如生育酚、类胡萝卜素等相互协作，共同发挥抗氧化作用[7]. VC作为此体系的引发物质，不断被氧化，使类胡萝卜素和生育酚恢复到还原状态，从而清除过氧化脂质. 作为抗氧化剂，VC在清除活性氧自由基方面有着巨大的能力，但由于VC是极强的还原剂，很不稳定，容易被光、热、氧所氧化破坏，使其应用受到一定限制，所以人们研制出了其衍生物，维生素C磷酸酯镁[8](magnesium ascorbyl phosphate，MAP)就是其中一种重要的衍生物. MAP分子式为C12H12O18P2Mg3·10H2O，结构简式为：

1 实验部分

1.1 材料与试剂

MAP，陕西森弗高科实业有限公司； VC、Tris-HCl缓冲液、邻苯三酚等化学试剂均为分析纯.

1.2 仪器与设备

HH-2电热恒温水浴锅(北京科伟永兴仪器有限公司)；101-1A电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)；UV-9100紫外可见分光光度计( 北京瑞利分析仪器公司).

1.3 实验原理

邻苯三酚在碱性条件下可以迅速被氧化，在此过程中能够生成超氧阴离子自由基，超氧阴离子自由基又能够加快邻苯三酚的氧化速率，同时伴随有色中间产物的生成，此物质不断积累，在30～45 s内与时间呈现良好的线性关系，并最长可维持4 min，随后颜色消失速度减慢. 此有色中间产物对320 nm的光有强烈的吸收. 由于氧化的速率依赖于超氧阴离子自由基的浓度，其一旦被消除便可使氧化反应得到抑制，阻止中间产物的积累，故可通过测定A320值来评价受试物对超氧阴离子自由基的清除作用. 具体的反应方程式为[10]：

1.4 测定方法

1.4.1 清除率的计算

取4.5 mL Tris-HCl缓冲溶液(0.05 mol/L、pH 8.2)于试管中，分别再加入0.1 mL不同浓度的待测溶液，置于一定温度的水浴锅中预热20 min. 再加入0.4 mL不同浓度的邻苯三酚溶液，混匀后在一定温度的水浴中准确反应一定时间，立即用8 mol/L的HCl溶液0.2 mL终止反应，并在波长320 nm处测其吸光度(A). 空白组用0.1 mL蒸馏水代替待测溶液. 清除率(Sr)计算公式为：

×100%

A对照为反应终止后空白对照组的吸光度；A样品为反应终止后样品组的吸光度.

1.4.2 稳定性实验

分别配4份20 mL 的0.8 g/L的VC溶液和物质的量等于VC的MAP溶液，将每一份分别同时置于4、20、40、70 ℃条件下保存. 每隔5 d取样按照邻苯三酚氧化法测定其抗氧化性，并计算清除率，所有试验重复3次，取其平均值.

2 结果与讨论

2.1 比较VC和MAP清除·的能力

图1 VC 和MAP对·的清除率Fig.1 The scavenging rate of · about VC and MAP

分别将相同物质的量(相当VC浓度为1.14×10-5，2.27×10-5，3.41×10-5，4.54×10-5，5.68×10-5) 的VC和MAP溶液0.1 mL，加入0.4 mL 2.5 mmol/L的邻苯三酚溶液中，在25 ℃温度下反应20 s，测定并计算不同浓度MAP和VC对超氧阴离子自由基的清除率，结果如图1所示.

由图1可以看出VC和MAP对超氧阴离子自由基的清除率都随着样品溶液浓度的增大而增大，并最终趋于平衡. 二者清除能力相差比较大，相同浓度时， VC的清除率是同浓度的MAP的清除率的6倍.

2.2 保存温度和时间对VC和MAP清除·的影响

图2 不同保存温度和时间对VC和MAP清除·的影响Fig.2 The scavenging rate of · at different temperatures and time about VC and MAP

2.3 MAP在不同温度下清除·的反应速率及反应级数

Sr=Sr0-kt

(1)

Sr=Sr0exp(-kt)

(2)

k=A*exp(-E0/RT)

(3)

式中：A为指前因子；E0为活化能；R为气体常数；T为热力学温度，根据试验由式(1)和式(2)计算MAP在相关反应级数下的反应速率k,并进行线性回归分析，得到相关系数[11-13]，结果如表1所示.

表1 不同保存温度下MAP的零级和一级反应速率常数及相关系数Table 1 Values of reaction rate constant of zero and first order of MAP at different temperatures

2.4 MAP保存过程中清除·的动力学模型

(4)

将公式(3)左右两边同时取对数可得：

lnk=lnA-E0/RT

(5)

图3 在保存条件下MAP降解的Arrhenius关系曲线Fig.3 Arrhenius curve of MAP degradation under storage conditions

根据上式，对MAP一级反应速率常数的对数lnk与保存温度的倒数1/T作图，如图2所示，由直线的斜率和截距可分别求得其活化能E0为1 828.3 kJ/mol，指前因子A为1.78[13]

将活化能E0、指前因子A和R=8.31 4 J/(mol·K)代入(5)式可得：

(6)

2.5 动力学模型的验证

表2 动力学模型验证结果Table 2 Verified results of the degradation kinetics model equation

对表2中的理论值和实测值进行相关性的分析，经过计算得出相关系数为0.989，其理论值和实测值的相对偏差很小，表明所建立的动力学模型有效.

3 结论

参考文献：

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[2] BENDICH A, LANGSETH L. The health effects of vitamin C supplementation a review [J]. J Am Coll Nutrit, 1995, 14(2): 124-136.

[3] PANDEY D K, SHEKELLE R, SELWYN B J, et al. Dietary vitamin C and beta-carotene and risk of death in middle-aged men-the western electric study [J].Am J Epidemiol, 1995, 142(12): 1269-1278.

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[6] VERRAX J, CADROBBI J, MARQUES C, et al. Ascorbate potentiates the cytotoxicity of menadione leading to an oxidative stress that kills cancer cells by a non-apoptotic caspase-3 independent form of cell death [J].Apoptosis, 2004, 9(2): 223-233.

[7] BENDICH A. The anti oxidant role of vitamine [J]. Cadv Free Biol Med, 1986, (2): 419.

[8] 张彦玲, 刘建峰, 齐永斌. 维生素C衍生物的现状与发展[J]. 河北化工, 2005, 3:18-21.

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