硫醚类香料对类胡萝卜素裂解的影响机制及产物的细胞毒性

Carotenoids and sulfide flavors play an important role in improving color and flavor of foods. Studies have demonstrated that photodegradation of carotenoids is accelerated by sulfide flavors, which is related to the number of sulfur atoms and formation of free radicals. However, what kind of mechanism will be involved in the degradation of carotenoids affected by sulfide flavors in food system? What about safety and function of the degradation products? The answers of these questions remain uncertain. In allusion to these questions, the objective of present study is to elucidate the influence mechanism of 18 kinds of sulfide flavors on degradation of 3 kinds of carotenoids by using the models of food and simulated food, and to investigate the cytotoxicity of the degradation products. Firstly, the correlation between the molecular structure of sulfide flavors and the degradation of carotenoids will be determined by investigating the changes in degradation kinetics of carotenoids by using the models of dehydrated food, juice, lipid and stimulated foods in process or storage conditions. Secondly, in combination with free radical scavengers, the contrast and analysis of the products will be performed by using HPLC-PDA-MS/MS. Subsequently, the molecular mechanism involved in the effect of sulfide flavors on degradation of carotenoids will be determined. Finally, the cytotoxicity of degradation products of carotenoids mediated by sulfide flavors will be evaluated by investigating cell viability, DNA fragmentation and activation of caspase-3 in both normal and cancer cells. Consequently, the studies of this project will provide foundational information for enriching the interaction of food additives.

类胡萝卜素和硫醚类香料在改善食品色泽和风味方面发挥重要作用。研究发现，硫醚类香料可加速类胡萝卜素的光裂解，其作用与硫原子数和自由基的形成密切相关。然而，在食品体系下硫醚类香料对类胡萝卜素裂解的影响涉及哪些机制？裂解产物的安全性和功能性如何？目前仍未明确。针对上述问题，本项目拟利用食品及其模拟体系揭示18种硫醚类香料对3种类胡萝卜素裂解的影响机制，并评价产物的细胞毒性。首先，在脱水食品、果汁、油脂及其模拟体系下，结合加工或贮藏条件，研究类胡萝卜素裂解动力学的变化，明确硫醚类香料分子结构与类胡萝卜素裂解的相关性；其次，结合自由基清除剂，采用HPLC-PDA-MS/MS对产物进行对比分析，明确硫醚类香料影响类胡萝卜素裂解的分子机制；最后，通过细胞生存率、DNA片段化及caspase-3的活化，明确硫醚类香料介导的类胡萝卜素裂解产物的正常和肿瘤细胞毒性，为丰富食品添加剂的相互作用奠定研究基础。

类胡萝卜素和硫醚类香料在改善食品色泽和风味方面发挥重要作用。研究发现，硫醚类香料可加速类胡萝卜素的光裂解。本项目利用食品模拟体系研究19 种硫醚类香料对3 种类胡萝卜素裂解的影响，对裂解产物进行分析，并评价硫醚类香料的细胞毒性。首先，明确了硫醚类香料对类胡萝卜素光/热降解作用的影响，分别研究乙醇体系和乳浊体系下硫醚类香料对β-胡萝卜素、番茄红素及叶黄素降解的影响。通过确定各体系下类胡萝卜素裂解的动力学参数，明确硫醚类香料分子结构与类胡萝卜素裂解的相关性。其次，明确了双（2-甲基-3-呋喃基）二硫醚促β-胡萝卜素光降解产物，分别为5,6-环氧-β-胡萝卜素、13-顺-β-胡萝卜素及9，13-顺-β-胡萝卜素，说明双（2-甲基-3-呋喃基）二硫醚可能通过促进β-胡萝卜素异构化和氧化加速其光降解。再次，明确了19种硫醚类香料对Jurkat和HL-60细胞毒性的诱导作用，其中二甲基三硫醚（DMTS）、甲基2-甲基-3呋喃基二硫醚（MMFDS）、双（2-甲基-3呋喃基）二硫醚（BMFDS）、甲基糠基二硫醚（MFDS）、二糠基二硫醚（DFDS）不同程度的引起Jurkat和HL-60细胞DNA损伤和凋亡。此外，明确了MMFDS和BMFDS的Jurkat细胞毒性可能是通过活性氧的产生及caspase-3活化而发挥作用。最后，明确了11种含氧硫醚类香料对常见致病菌的抑菌作用研究。以副溶血性弧菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和单增李斯特菌为供试致病菌，通过测量抑菌圈直径考察硫醚类香料的抑菌活性。在浓度为5M的条件下，3-（甲硫基）丙醛（MTPD）、2-甲基-3-甲硫基呋喃（MMTF）、糠基异丙基硫醚（FIPS）和甲基糠基二硫醚（MFDS）对四种致病菌均有抑制作用。MTPD对副溶血性弧菌的作用效果最佳，其最低抑菌浓度为2.44mM。以上结果说明，醛基的存在对含氧硫醚类香料抑制副溶血性弧菌具有重要作用。以上研究成果发表SCI收录论文1篇，EI收录论文1篇，中文核心期刊论文1篇，口头报告2次，培养硕士研究生2名，为丰富食品添加剂的相互作用奠定研究基础。