天然抗氧化剂研究-综述

抗氧化因子与天然抗氧化剂研究综述

随着分子生物学、医学和食品科学的迅速发展，人们对生物体系及食品中包含的大量自由基反应及其对人体所产生的危害有了越来越多的认识。自由基可与生物体内的许多物质如脂肪酸、蛋白质等作用，夺取他们的氢原子，造成相关细胞的结构与功能发生变化，从而引发心脏病、癌症等疾病；而食用油脂和富脂食品的酸败也是自由基所引发的，它不仅使油脂本身受破坏失去营养，更重要的是脂质氧化产物严重影响细胞功能,食用后会引发许多疾病。而在食品中广泛应用的合成抗氧化剂如丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene ，BHT）、叔丁对甲氧酚制剂（butylated hydroxyanisole，BHA）、特丁基对苯二酚（tertiary butylhydroquinone，TBHQ）等由于具有潜在毒性和致癌作用而受到人们的排斥。鉴于上述原因，关于清除自由基和抑制脂质过氧化效应的探讨已得到普遍关注[1]。而寻找天然、高效、低毒的天然抗氧化剂无疑是一条新途径。

1 自由基概述

自由基又称游离基，系外层轨道含有未配对电子的原子、原子团或特殊状态的分子的总称，是携有单电子的、活性极高的化学质点。自由基是机体正常代谢的产物，人体组织中许多生化反应的中间代谢物都伴随有自由基，自由基极易引起化学反应。自由基中以氧自由基(oxygen free radicals，OFR)对机体的危害最大。OFR包括超氧阴离子自由基(O 2· )，羟基自由基(OH·)，过氧化氢(H2O2)及单线态氧( 1O2·)等。

1.1 自由基对生物机体的损伤及机制

自由基是引起机体损伤的化学物质，脂质过氧化一度被定义为一定的氧化压下形成的自由基所引起的生物伤害。

自由基具有重要的生理活性：

对生物组织和代谢的直接伤害：自由基可与生物体内的许多物质如脂肪酸、蛋白质等作用，夺取他们的氢原子，造成相关细胞的结构与功能发生变化，从而引发心脏病、癌症等疾病，成为多种疾病、亚健康状态的原因。

引起生物机体的衰老加快：依据自由基理论，机体衰老是体内过剩的自由基对构成组织细胞的生物大分子化学结构产生破坏性反应的结果[2]。自由基是引起机体损伤的化学物质，过多的自由基使细胞膜受到损害、发生脂质过氧化，使蛋白质变性，使酶失去活性，从而使器官老化导致机体衰老加速。

导致食品发生质变：食用油脂和富脂食品的酸败也是自由基所引发的。它不仅使油脂本身受破坏失去营养，更重要的是脂质氧化产物严重影响细胞功能，食用后危害健康。

虽然自由基在机体代谢过程中连续不断地产生，但机体存在防御系统，故正常情况下危害不大[3]。而机体细胞中的氧（O2）在转变成水（H2O）的过程中，会产生许多活性氧（reactive oxygen species，ROS），少数活性氧在反应过程中泄漏出来，成为多余的氧自由基，从而导致组织伤害，乃至诱发各种疾病和促使机体衰老。引起机体氧化的自由基主要是活性氧自由基（简称活性氧）。活性氧是氧化还原过程中产生的具有高活性的一系列中间产物，具有很强的氧化活性。过多的活性氧会氧化人体内的脂质、蛋白质、核酸、酶等[3]。

1.2 自由基的清除及防御措施

生物体内存在着清除自由基的物质，主要包括两大类，一是抗氧化酶类，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POX）及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）等；二是非酶类抗氧化剂，主要有维生素E、维生素C、谷胱甘肽（GSH）、一氧化氮（NO）、β-胡萝卜素等。

另外还可通过食用具有清除自由基功能的保健食品和清除剂来清除人体多余的自由基，它们的主要功能性成分即为人体各种营养素如维生素C、β-胡萝卜素、以及与抗氧化防衰老有关的黄酮、花色素及抗氧化酶类。目前临床应用机率最大的自由基清除剂是甘露醇、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶。某些自由基清除剂对再灌注心律失常有一定防治作用。

可采取的主要的防御措施有：防止代谢紊乱，补充维生素和微量元素等营养素，减少药物自由基、高压氧等促进自由基产生的因素，防止紫外线照射、环境污染及农药、食品添加剂、酒精、吸烟等外来因素引起自由基数量增多等。

2 抗氧化作用的生物学意义

抗氧化活性物质通过抑制自由基的产生，清除、熄灭自由基来抑制自由基参与的过氧化反应即为抗氧化作用（antioxidation）。抗氧化物质主要抑制ROS的产生，抑制过氧化氢的生成，减少DNA的氧化损伤，抑制脂质过氧化。其主要的作用机理为：熄灭自由基通过提供活性基团，作为供氢体与自由基反应，使之形成相应的离子或分子，熄灭自由基，终止自由基的链式反应；促进抗氧化酶活性的提高，如大豆异黄铜对小鼠抗氧化酶活性有较强促进作用；降低膜的流动性，从而降低自由基在脂质双层中的流动性，阻止自由基的渗入，减慢自由基反应，达到抑制脂质过氧化作用[4]；增加抗氧化蛋白如金属硫蛋白（MT）的表达

[5]；螯合金属的作用，如异黄酮类化合物抗金属离子诱导的过氧化作用，很可能就是由于它们与金属离子的螯合作用所致[ 6]。

抗氧化作用主要应用于医学上某些疾病的治疗、营养保健、食品保鲜等领域。

Jacob [7]报道了生物体内抗氧化保护系统，包括内生抗氧化剂、食用抗氧化剂、金属蛋白和自由基屏蔽酶。内生抗氧化剂有NADPH及NADH、谷胱甘肽、辅酶Q、尿酸、金属酶等。其中谷胱甘肽在自由基、抗氧化剂与营养素及其代谢平衡关系中起到很重要的作用[8]。

3 天然抗氧化剂研究与开发

3.1 抗氧化剂的概念与利用现状

抗氧化剂是一类能有效阻止或延缓自动氧化的物质，Halliwell定义为：在相对可氧化底物（糖类、脂质、DNA或蛋白质）更低的浓度下，能有效地延缓或阻止底物发生氧化反应的物质[9]。抗氧化剂既有化学合成的也有天然生物物质的提取物，前者有叔丁对甲氧酚制剂（BHA）和丁基羟基甲苯（BHT）。随着环境保护意识的增强，越来越多的人认识到化学合成抗氧化剂的危害。据20世纪90年代美国市场的调查表明[10]，26%的人认为化学合成添加剂有害；来自英国的报告称，58%的人认为这种食品添加剂是健康的一个主要威胁；在中国，越来越多的人认为，化学合成添加剂危害人体健康。而天然抗氧化剂由于具有天然、高效、低毒的特点而逐渐为人们所利用并取代人工合成抗氧化剂。天然抗氧化剂是直接从天然生物中提取而得到的抗氧化剂。

天然抗氧化剂常用于添加到食品材料里来减缓脂质过氧化[11~12]，被广泛应用于油脂及含油食品的加工中。目前，生命有机体内的不饱和脂肪酸过氧化作用，在脂质氧化反应，和许多疾病包括衰老、癌、糖尿病、心血管病等领域已经逐渐引起人们更多的关注。医学上，氧自由基和脂质过氧化关系到衰老[13]和许多疾病包括癌[14]、多发性硬化、帕金森氏症、老年痴呆、自身免疫性疾病和石棉沉滞症等的病因学[18]。2乙基-3羟基-6-苯硫基-4（1H）-吡啶酮（HPP）和3-羟基-4（1H）-吡啶酮类化合物作为抗肿瘤药物，其在抗肿瘤、抗氧化、清除自由基和抗炎等的药理活性，国外已有文献报道[16~20]，它们均具有较强的抗氧化作用。

因此，抗氧化剂不仅仅在食品保护上，更是在生命细胞抵抗氧化破坏的防御机制中成为了脂质过氧化重要的抑制剂[13]。抗氧化剂包括抗氧化酶类和非酶抗氧化剂。目前开发利用的主要是后者。

3.2 抗氧化剂生物资源

3.2.1 植物源抗氧化剂

植物是天然抗氧化剂的潜在资源，他们吸收太阳辐射，产生高能态氧，作为光合作用的第二代谢产物。植物中的氧易被紫外线辐射激活，并从太阳光中获取热量，产生有毒的反应性氧（ROS）。植物产生各种具有抗氧化活性的化合物，来阻碍这些活性氧的毒性作用进而生存下去。这些具有抗氧化活性的化合物即为天然植物抗氧化剂的来源。天然产物的抗氧化活性决定于植物里面的活性化合物。据Pratt和Hudson报导，大多数天然抗氧化剂可以在木材、树皮、植物茎杆、叶、果实、根、花和种子中发现。这些化合物大多是自然界中的普通酚类或多酚化合物，例如，生育酚、类黄酮类化合物以及肉桂酸、磷脂、绿原酸、咖啡酸和其他有机酸的衍生物，越来越多的研究发现天然多酚类化合物对人体有着重要的保健功能，由于其羟基取代的高反应性和吞噬自由基的能力而有很好的抗氧化活性；更为丰富的非

酶类抗氧化剂如黄酮类化合物，广泛存在于植物界，是目前倍受关注的天然活性产物之一，长期以来在其对活性氧自由基的清除和对老年病的防治功效上已有较多研究，已被证实有很强的清除氧自由基的能力；植酸类物质，如柠檬酸、多聚磷酸等，具有极强的螯合金属的能力，可减少金属离子所催化的氧化反应。另外含氮化合物，如咖啡碱、咖啡因以及其他分子中含有-SH基的蛋白质及其衍生物类、多肽、氨基酸等等也已经发现具有较高的抗氧化活性，是潜在的抗氧化物质资源。

目前开发利用的抗氧化剂植物资源主要是药用植物和饮料、果蔬、香料植物。 植物中天然抗氧化剂分类见表1。

表1 植物中主要天然抗氧化剂的来源

Table 1 The resources of main antioxidants in plants

抗氧化剂

来源

黄酮类化合物

药用植物

酚类化合物

药用植物、饮料植物、调味香料植物

各种木质素的衍生物

燕麦和稻壳等

生育酚、芝麻酚及相关成分、橄榄油和磷脂

植物油

抗坏血酸、羟基羧酸、类黄酮、类胡萝卜素

水果、蔬菜、茶叶（儿茶素属类黄酮）

氨基酸、二羟基吡啶

蛋白质和蛋白水解物

3.2.2 海洋生物

目前对于海洋生物抗氧化性质的研究尚处于起步阶段，现今已经发现鼠尾藻(Sargassum thunbergii)和海黍子(Sargassum kjellmanianum Yendo)两种褐藻中含有具抗氧化活性的多酚；海黍子提取物对不饱和脂质也具有较好的抗氧化作用；另外，扇贝多肽、虾红素的抗氧化和抗肿瘤作用为人们发现并得以证明。

3.2.3 其他类型的抗氧化剂

1）复合抗氧化剂

抗氧化剂的潜在价值，已经促使许多研究人员开始探索具有高抗氧化活性及低细胞毒性的复合抗氧化剂。例如，T.B.Ng等[21]研究了从中草药中提取的各种类黄酮、木质素类、生物碱、双苄基、香豆素和萜类化合物对于小鼠大脑脂质过氧化、肾脏匀浆以及小鼠红细胞溶血的抑制作用，并通过影响博莱霉素引诱DNA损伤来评定上述各物质的不同复合体的过氧化活性，发现植物天然成分中的黄铜类黄芩甙、芦丁和毛地黄酮-7-葡萄糖醛酸化合物-6-木精酯，生物碱四氢巴马汀，木脂素类4-去甲去氧鬼臼脂素和香豆素花椒毒酚等表现出潜在的抗氧化活性。

2）微量元素

硒是动物必需的营养元素，主要起清除活性氧的作用，是谷胱甘肽过氧化物酶的辅基，通过调控谷胱甘肽过氧化物酶的活性而调控生物体内的抗氧化系统。中国科学院薛泰麟等系统研究了硒对高等植物的抗氧化作用[2]。1987年Parnham研制出Ebslen有机硒化合物。此外，铜、锌是维持SOD活性的微量元素

3）铁螯合剂

铁的抗氧化作用是通过对羟自由基的作用而实现的[22]。体内羟自由基主要经Fenton’s反应和Haber-Weiss反应生成。这两个反应都需要铁的参与，故铁能起到促进自由基生成的作用。铁螯合剂则可以阻断自由基反应。动物实验证明，铁螯合剂去铁敏能阻止OH.破坏透明质酸，抑制抗原-抗体复合物诱导的大鼠血管内皮损伤及过敏性实验脑炎。

4 展望

目前，天然抗氧化剂的开发和利用已经普遍展开。就我国而言，主要存在的弊点就是种类单一，生产率较低，所获得的纯化合物和复合型化合物较少，而且性质稳定性比较差。我国拥有丰富的天然色素和香料资源，其中很多香辛料植物具有较好的抗氧化效果，然而在开发利用上目前还几乎是空白。日本在这方面进行了较深入的研究，目前较为成熟的有迷迭香。另外，从中草药中提取抗氧化剂是继香辛料后研究开发的又一个热点。目前，日本、韩国、我国的台湾、江苏、山东等地都有研究机构在积极开展工作。具公开的报道，金锦香(Osbeckia chinensis)、茵陈蒿(Herba Artemisiae Scopariae)、三七(Panax notoginseng)、马鞭草

(Verbena officinalis)、芡实(Euryale ferox SaliSb)、丹参(Salvia miltiorrhiza Bge)、台湾钩藤(Uncaria hirsuta Havil)等具有潜在的开发价值。这些研究对寻找新的抗氧化资源有中药意义。

从医学和食品工业长远发展考虑，应加强国内短缺品种的产业化，实现自给自足。今后我国抗氧剂资源开发应向开发筛选资源丰实、含量高的植物发展，扩大规模，降低成本；加强对抗氧化机理的研究，同时进行被开发植物的毒性试验，有针对性和目的性开发抗氧剂新品种，从而达到理想的抗氧化效果；调整产品结构，大力开发高性能、高纯度、专用化、性能稳定的产品，改变目前品种单一的局面，才具有国际竞争能力。

自由基、抗氧化剂、营养与健康的关系已成为自由基与营养的“核心”学术领域。这一领域发展至今，已经囊括了生物学，医学和药学、营养学等学术领域以及资源开发等技术领域。由其发展趋势可以预测，若干年后，此领域可以成为营养与医疗保健学的重要内容之一。 参考文献：

[1] 孟 洁, 杭 湖.虎杖提取物的抗氧化活性及稳定性研究[J].化学世界, 2000,

(8):418-421.

[2] 薛泰麟,候少范,谭见安,等.硒在高等植物体内的抗氧化作用[J].科学通报, 1993, 38(3): 274 - 277.

[3] 商厚姝.抗氧化食品及其防病作用[J].大连民族学院学报, 2003, 5(1):58-60.

[4] Arora A, Byrem T M, Nair M G, et al. Modulation of liposomeal membrane fluidity by flavonoids and isoflavonoids[J]. Arch Biochem Biophys , 2000, 373:102-109.

[5] Kameoka S, Leavitt P, Chang C, et al. Expression of antioxidant proteins in human intestinal Caco-2 cells treated with dietary flavonoids[J].Cancer Lett, 1999,146:161-167.

[6] Arora A, Nair M G, Strasburg G M.Antioxidant activities of isoflavones and their metabolites in a liposomel system[J].Arch Biochem Biophys, 1998, 356:133-141.

[7] Jacob, Robert A.The integrated antioxidant system[J].Nutrition Resear, 1995, 15

（5）:755-766.

[8] Wu G, Fang Y Z, Yang S.Glutathione metabolism in antimals:nutritional regulation and physiologyical signi- ficance [J].Trends Comparative Biochem Physiol, 2003, 9:217-227.

[9] Hallwell B.Free Radical and antioxidation[J]. Res Comms, 1990, 9:1-32.

[10] LOLIGER.Free Radicals and Food Additive[J].Taylor Francis,London,1991:121～150.

[11] Hudson B J F. Food Antioxidants.Elsevier[R].Amsterdam, 1990.

[12] Loliger.Free Radicals and food additive[R].Taylor Francis, London,

1991:121-150.

[13] Vimala S & Adenan MI.Malaysian tropical forest medicinal plants: a source of natural antioxidants[J].Journal of Tropical Forest Products, 1999, 5:32-38.

[14] Wickens, Andrew P.Ageing and the free radical theory[J]. Respiration Physiology, 2001, 128(3): 379-391.

[15] Helliwell B, Jello M C. Gutteridge. Free Radicals in Biology and Medicine, Oxfore Unversity Press[R].New York, 1985:218-313.

[16] Sadrzadeh S M, Nanji A A, Price P L. The oral iron chelator, 1,2-dimethyl-3- hydroxypyrid-4 -one reduces hepatic-free iron, lipid peroxidation and fat accumulation in chronically ethanol -fed rats[J].J Pharmacol Exp Ther, 1994, 269(2):632-635.

[17] Cragg L, Hebbel R P, Miller W, et al.The iron chelator L1 potentiates oxidative DNA damage in iron-loaded liver cells[J]. Blood, 1998,92(2):632-636.

[18] Huang D R, Proctor G R, Driscoll S D.Pyridones as potential antitumor agents Ⅱ: 4- pyridones and bioisosteres of 3-acetoxy-2-pyridone[J]. J Pharm Sci, 1980,

69(3):1074-1076.

[19] Ozturk G, Erol D D, Uzbay T, et al. Synthesis of 4(1H)-pyridinone derivatives and investi -gation of analgesic and anti-inflammatory activities [J]. Pharmacos, 2001, 56(4): 251- 256.

[20] Morel I, Cillard J, Lescoat G, et al.Antioxidant and free radical scavenging activities of the iron chelators pyoverdin and hydroxypyrid-4-ones in iron-loaded hepatocyte cultures: comparison of their mechanism of protection with that of

desferrioxamine [J]. Fre Rad Biol Med , 1992, 13(5): 499-503.

[21] Ng T B, Liu F, Wang Z T. Antioxidative activity of nature products from plants[J]. Life Sciences, 66(8):709-723.

[22] 句海松.抗氧化剂研究进展[J].中国药学杂志,1990,25(12):712-715.

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