油脂中抗氧化剂BHT、TBHQ及其转化产物的研究

陈华凤

（四川省资阳市农产品质量监测检验中心，四川 资阳 641300）

1 引言

食品在加工、运输和储存过程中发生变质的主要原因是脂质氧化，添加抗氧化剂是延缓油脂制品氧化的主要手段[1]。抗氧化剂是自由基捕获剂，当其发挥抗氧化作用时可以提供活性氢与油脂氧化时产生的自由基结合，使自由基转化成稳定的化合物，阻断自由基链式反应，抑制脂质过氧化反应，减缓油脂的氧化和变质[2]。

GB 2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定我国允许使用的合成酚类抗氧化剂主要有叔丁基对甲苯酚（BHT）、叔丁基对甲氧基酚（BHA）、叔丁基对苯二酚（TBHQ）和没食子酸丙酯（PG）等，并规定BHA、BHT和TBHQ的最大使用限量为0.2g/kg，PG的最大使用限量为0.1g/kg。在众多抗氧化剂中，TBHQ对动物、植物性油脂的抗氧化保护作用优于其他抗氧化剂。与BHA和PG相比，BHT的价格较低，化学性质稳定、且遇碱不变色，可以与TBHQ互补使用。鉴于TBHQ和BHT的优点，近年来，BHT和TBHQ成为了油脂和富油食品中广泛使用的抗氧化剂[3]。需要指出的是，TBHQ和BHT的分子量较小、易挥发、易升华，在加热条件下，挥发损耗均较快，且在发挥抗氧化性能时会通过一系列复杂的氧化还原反应生成相应的转化产物。虽然TBHQ和BHT使用安全，毒性较低，但是其转化产物的毒理作用仍不明确。

2 油脂的氧化及抗氧化剂的抗氧化作用机理

油脂是人们每日膳食中的必需品，当油脂受到氧气、水、光、热、微生物、酶、金属离子等的影响时，会逐渐水解、氧化、酸败，生成醛、酮、醇和酸等有异臭异味的物质，氧化变质后的食品不仅风味变差，而且还会产生对人体健康有害的物质[4-5]。一般来说，油脂氧化变质主要涉及自由基氧化、酶氧化和非自由基非酶促氧化等反应[6]。其中，自由基氧化反应（包括链引发、链增长和链终止三个阶段）是油脂氧化过程中最主要的历程，研究证实，油脂的自由基氧化反应即使在黑暗和低温时，不需要任何外加条件也能进行[7]。

油脂发生自由基链式氧化反应与油脂中含有的不饱和脂肪酸有密切关系，不饱和脂肪酸具有多重双键结构，位于双键之间的亚甲基非常活泼，当遇到氧化条件时，亚甲基上的氢原子会被夺走形成亚甲基自由基，进一步氧化成过氧自由基。过氧自由基易与脂类形成氢过氧化物和脂类自由基，由此引发油脂氧化的自由基链式反应[8]，加速油脂的氧化变质。此外，油脂中的金属络合物和金属蛋白也可以促进油脂的氧化变质。

3 食品中抗氧化剂转化产物的研究

目前BHT抗氧化活性研究是行业热点，但其在光、热、化学氧化剂作用下发生转化的研究较少，相应转化产物的毒理学研究更是鲜有报道。BHT的毒性主要来源于两个方面：（1）生物代谢过程中产生的转化产物；（2）加工过程中的转化产物[9]。现已有文献报道了BHT的转化产物BHT-醌甲基化产物是BHT引起组织毒性的主要物质，但其他转化产物的毒理学性质知之甚少。近年来国内外学者针对BHT在不同条件下的转化产物开展了较多的研究。

翁新楚[10]等研究发现，无论是空气氧化，还是化学试剂氧化，BHT都具有相似的抗氧化反应机理。在氧化条件下，BHT首先会生成2,6-二叔丁基4-亚甲基苯酚自由基，该自由基极不稳定，会进一步转化成3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛（BHT-CHO），3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醇（BHT-OH）和2,6-二叔丁基-2-5-环己烯-1,4-二酮（BHT-Q）等化合物[11]。另一方面，两分子2,6-二叔丁基4-亚甲基苯酚自由基结合可以生成BHT的二聚体1,2-二-(3,5-二叔丁基-4-羟基)-乙烷（2-BHT）。Majcherczyk等[12]研究了BHT在β-射线照射下的氧化产物，通过HPLC分离，质谱测定，确定了BHT在光照下的主要氧化产物2-BHT和1,2.3-三-(3,5-二叔丁基-4-羟基)-丙烷（3-BHT）。毕艳兰等[13]将BHT加入油脂中，180℃烘箱加热，借助高效液相色谱（HPLC）和高液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，证实BHT在高温下的消耗以挥发损耗为主，主要转化产物为2-BHT。2-BHT为叔丁基酚类化合物，化学性质不稳定，继续氧化可以生成3,3’,5,5’-四叔丁基芪-4,4’-醌（2-BHT-QM）。Henryk Daun等[14]将含有BHT的植物油在190℃加热，通过乙腈提取，薄层色谱分离得到了一个黄色的产物，经确认该物质为2-BHT-QM。翁新楚等[15]研究证实BHT在三氯化铁溶液中的氧化产物也为2-BHT-QM（Fe3+是典型的自由基反应诱导剂，其3d轨道上有5个未配对的电子）。

醌类化合物可以通过羰基上的氧与活泼自由基结合，生成一个新的相对稳定的自由基而中断链反应。TBHQ的氧化产物2-叔丁基对苯二醌（TQ）具有一定的抗氧化性能，但Gordon等[16]对BHT的氧化产物2-BHT-QM的研究结果表明2-BHT-QM几乎没有抗氧化性，这可能是因为2-BHT-QM的羰基邻位上有空间位阻较大的叔丁基，羰基不易与活泼自由基结合的缘故。

相比之下，TBHQ转化产物的研究较少。TQ是目前已知的TBHQ加热条件下的主要转化产物，该化合物在油脂储存过程中会伴随着TBHQ的损耗不断产生。毒理学研究表明，TQ的毒性远大于TBHQ。Braeuning等[17]对用TBHQ和TQ处理过的老鼠3T3细胞对相邻未经处理细胞的诱导死亡进行了比较，实验证实，TQ的用量仅需TBHQ用量的百分之一即可使处理过的老鼠3T3细胞诱导相邻未经处理过的细胞死亡。鉴于TQ的毒性，建立食用油脂制品中TQ的分析检测方法至关重要。2017年蔡峰等[18]建立了高效液相色谱（配DAD检测器）和紫外分光光度法（UV）同时测定食用油中TBHQ及其氧化产物TQ的检测方法，测试结果表明HPLC法测定TBHQ和TQ时能够达到基线分离，二者的线性范围分别为(1.0～100.0)mg/kg、(0.2～35.0)mg/kg，UV法测定TBHQ和TQ线性范围分别为(1.0～100.0)mg/kg、(0.5～40.0)mg/kg，两种方法的加标回收率为89.5%～105.8%，相对标准偏差小于8.1%。Kurechi等人[19-20]研究了经紫外光照射的TBHQ（TBHQ溶解于苯中）转化产物，笔者通过柱层析柱分离得到了TBHQ的主要光氧化产物2,2-二甲基-2,3-二氢苯(b)并呋喃（ARE）和2-叔丁基-4-乙氧基苯甲醇（TBHQ-EtO），遗憾的是未开展ARE和TBHQ-EtO毒理作用的相关研究。

图1 BHT、TBHQ及其主要的转化产物

4 结语

抗氧化剂BHT、TBHQ在加热、光照条件下会发生转化，反应条件不同，转化产物不同。国内外学者的研究已经证实了部分抗氧化剂的转化产物存在毒性，但毒理学数据不够充分。加强对不同食品基质、不同加工工艺时抗氧化剂转化产物的研究（抗氧化剂机理研究、毒理学评价），对搞清楚抗氧化剂在特定条件下的转化规律，发现可能存在的有潜在毒理学危害的转化产物具有及其重要的意义。随着检验检测技术的不断发展，暴露评估方法的不断完善，抗氧化剂在食品中的应用将更加科学、合理、安全。