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编辑：缪伊雯/ 主编：张大川、蒋羽鸽/ 学术顾问：寇兴然
暨南大学博士研究生赵康宇与硕士研究生龙馨在国际农林科学期刊JSFA上发表研究成果
Journal of the Science of Food and Agriculture
●暨南大学油料生物炼制与营养创新团队博士研究生赵康宇与硕士研究生龙馨在Journal of the Science of Food and Agriculture 期刊（JCR Q1区，影响因子3.3）发表题为“Anti-oxidant activity of 1-(1H-imidazo[4,5-c] pyridin-4-yl)ethenone, a Maillard reaction product derived from fructose and histidine”的研究论文，由汪勇教授和蓝平副研究员共同指导，汪勇教授作为通讯作者。
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成果介绍
一、研究背景
美拉德反应通常发生在还原糖和氨基酸或肽和蛋白质之间，导致了热加工食品的非酶褐变。美拉德反应产物（MRPs）与食品的颜色、风味、营养价值和安全性密切相关。尽管这种反应在食品科学中具有重要意义，但其复杂的产物组成使得分析和识别这些产物变得极具挑战性。食品的氧化和酸败是影响食品质量的关键因素。为了抑制食品的氧化过程，通常会使用一些合成抗氧化剂，但其对人类和环境的健康具有潜在危害。随着健康和安全饮食理念的推进，自然源抗氧化剂和新型加工技术成为提升食品抗氧化稳定性的研究重点。在这种背景下，美拉德反应产物通常是在加热食物时产生，因此被认为是潜在的“天然衍生”抗氧化剂。但由于美拉德反应产物的极其复杂性和多样性，准确鉴别其中具有活性的化合物仍然具有挑战性。因此，本研究旨在通过构建美拉德反应模型，结合体外抗氧化活性评估和计算化学分析，探索美拉德反应产物的抗氧化潜力，从而为食品科学和相关领域的进一步研究提供新的视角和工具。
二、研究方法
构建了果糖-组氨酸美拉德反应模型，利用色谱技术分离、核磁共振和质谱技术分析鉴定出具有抗氧化活性的化合物：1-(1H-imidazo[4,5-c]pyridin-4-yl)ethenone（IMPE），并结合计算化学，通过密度泛函理论（DFT）对IMPE的结构和抗氧化机制进行了的计算。此外，还评估了IMPE在不同浓度下的自由基清除能力和还原力，其显示出显著的Fe2+螯合能力，同时在低浓度下表现出较低的毒性。
三、研究结果
研究发现果糖-组氨酸美拉德反应模型中分离得到的IMPE具有较好的抗氧化活性，其形成机理为：从组氨酸和果糖形成IMPE的第一步是羰基和氨基缩合形成希夫碱，然后通过2,3-烯胺和烯胺水解形成中间产物，中间产物进一步生成甲基乙二醛和甘油醛，然后与组胺发生Pictet-Spengler反应生成IMPE。
进一步通过DFT优化IMPE的最佳结构，结合最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占轨道（LUMO）预测抗氧化活性。结果表明IMPE中的HOMO主要分布在吡啶环和咪唑环，其HOMO与LUMO的能极差（ΔEL-H）为4.7054 eV，而ΔEL-H值越低表明活性越高。Fukui指数(f0)揭示了反应性中心，包括吡啶环的C6、C1、C3、羰基环的C10-O12和咪唑环的N9。分子对接分析则表明，IMPE与DPPH和ABTS自由基的结合亲和力较高，主要通过氢键和π-π堆叠作用，表明IMPE的可与自由基发生相互作用进而清除自由基。
最后通过CCK-8实验表明，100-300 μg/mL浓度下无显著细胞毒性。IMPE的抗氧化活性与浓度相关，并具有良好的Fe2+螯合能力，这主要是由于IMPE结构中的吡啶环和咪唑环可以螯合过渡金属离子，因此IMPE可以抑制这些金属离子的Fenton和光Fenton反应，从而阻止羟基自由基的产生。
四、研究结论
本研究从果糖-组氨酸Maillard反应模型中分离得到1-(1h-咪唑[4,5-c]吡啶-4-基)乙烯酮。结构经核磁共振和质谱分析证实。量子化学计算表明，基于IMPE与DPPH和ABTS分子的相互作用，它可能是一种清除自由基的抗氧化剂。同时，对IMPE的体外抗氧化活性和细胞毒性进行了评价，发现IMPE主要通过在安全浓度下螯合金属离子发挥抗氧化作用。因此，IMPE可能是一种潜在的抗氧化剂，以避免食物氧化。本研究为食品工业开发美拉德反应产物的多功能特性提供了有益的指导。
本研究工作得到国家自然科学基金项目（31920103012），广东省自然科学基金（2023A151501188），广东省科技计划国际合作课题（2023A1515011880;2023A0505050093）的支持。
参考文献
Zhao Kangyu, Long Xin, Li Junle, Wang Ying, Lan Ping, Wang Yong. (2024). Anti-oxidant activity of 1-(1H-imidazo[4,5-c]pyridin-4-yl)ethenone, a Maillard reaction product derived from fructose and histidine. Journal of the Science of Food and Agriculture. DOI：10.1002/jsfa.13779
专家/团队介绍
赵康宇，男，暨南大学在读博士生，研究方向为美拉德反应产物生成路径及其抗氧化活性评估、计算化学分析、微藻脂质提取及分析检测等，目前在Journal of the Science of Food and Agriculture等国际期刊上发表第一作者SCI论文3篇，参与制定粮食行业标准1项，获授权专利1项。
龙馨，女，2024年毕业于暨南大学理工学院食品科学与工程系，研究方向为热榨亚麻籽油的氧化稳定性研究、美拉德反应产物抗氧化活性和机制研究等，目前在Journal of the Science of Food and Agriculture上发表SCI论文1篇。
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