天然抗氧剂的应用与发展

天然抗氧剂及其应用
赵青云综述
（食品科学与工程091）
摘要：综述了天然抗氧化剂的分类、天然抗氧化剂的作用机理、天然产物中的抗氧化剂、几种天然抗氧化剂清除自由基能力的比较和天然抗氧化剂的应用。

关键词：天然抗氧化剂；应用；疾病防治
氧在生物体内通过单电子还原产生化学性质活泼的物质称作活性氧(ROS)，它们包括超氧阴离子自由基(O2-。

)，经基自由基(.OH)等。

活性氧的半衰期很短，但它们可以与DNA嗤白质和多元不饱和脂肪酸(PUFA)作用，造成DNA链断裂和氧化性损伤、蛋白一蛋白交联、蛋白一DNA交联和脂质过氧化。

脂质过氧化是造成生物体氧化损伤的主要原因。

占医学研究领域前三位的肿瘤、冠心病和衰老均与自由基引起的膜脂质氧化性损伤有关。

因此抑制脂质过氧化已成为生命科学领域的一项重要课题，并形成了自由基治疗学。

其次，食品的变质，除了受微生物的作用发生腐败变质外，还会和空气中的氧气发生氧化反应，导致食品中的油脂酸败、褪色、褐变、风味变劣及维生素破坏等，甚至产生有害物质，从而降低食品质量和营养价值。

误食这类食品有时甚至会引起食物中毒，危及人体健康。

在食品中添加抗氧化剂可以防止食品发生氧化变质。

1天然抗氧化剂的定义及分类
凡能干扰自由基链反应中链引发和链增长过程，清除ROS的化合物统称为自由基捕获剂或抗氧化剂。

从不同角度对生物抗氧化剂进行分类，可分为水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂，前者如维生素C( VC)、谷胧甘肤(GSH),吲哚类类化合物、尿酸(UA)和儿茶酚等;后者如维生素E(VE), β一胡萝卜素、生物黄酮类化合物等。

又可分为捕获型和断链型生物抗氧化剂，前者如超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CA T),GSH一Px等，后者如VC, VE和多元酚类化合物等。

还可分为酶类和非酶类抗氧化剂，前者如SOD,CAT、过氧化生物酶(POD)等，后者如GSH、抗坏血酸盐(ASA或VC) , VE、类胡萝卜素(CAR)等。

除此之外，生物抗氧化剂也可分为生物体内新陈代谢过程中产生的内源性抗氧化剂和从体外摄入的外源性抗氧化剂，前者如GSH一Px,CA T,SOD，后者如多经基葱醒、抗坏血酸乙酸盐等。

我国允许使用的天然抗氧化剂品种正在不断增加，除列入食品营养强化剂的维生素E (生育酚)外，目前有抗坏血酸系列、茶多酚、植酸、甘草抗氧化物、脑磷脂、迷迭香提取物等，特别是异抗坏血酸钠用量逐年迅速增加。

2天然抗氧化剂的作用机理
天然抗氧化剂通过多条途径发挥作用，作用机制与其结构和性质有关。

2.1阻断自由基链式反应
它可干扰或终止链式反应中的增殖步骤，是天然抗氧化剂抑制氧化的主要机制。

经该机理抗氧化的天然产物有黄酮、单宁、酚酸等含有酚经基的化合物及VE等。

这类物质在提供质子后可形成稳定的共扼结构而阻断氧化。

2.2直接清除自由基
如黄酮类化合物可经由单电子转移方式直接清除O2-。

和. OH。

2.3活性氧淬灭剂
如生物碱可通过与单线态氧碰撞本身获得能量而使后者失活。

2.4络合促氧化的过渡金属离子
如柠檬酸、植酸、芦丁、黄酮等可与金属离子形成鳌合物，减少金属离子对氧化作用的催化活性。

一般鳌合剂单独使用效果不佳，但对其它抗氧化剂有加合作用。

2.5作用于与自由基有关的酶
天然抗氧化剂在体内的抗氧化作用可经这一途径实现。

如褪黑素通过钙调蛋白抑制NO 合成酶，从而减少NO的生成达到保护细胞膜脂质的作用。

3天然产物中的抗氧化剂
目前已有许多天然抗氧化剂用于食品、保健、化妆品生产、医药等领域，本文综述近几年来关注较多的一些天然抗氧化剂的研究近况。

3.1多糖及其衍生物
多糖是来自高等植物、动物细胞膜、微生物细胞壁中的天然大分子物质，是一切生命有机体的重要组成成分，同维持生物机能密切相关。

3．1.1中药多糖
具有增强抗氧化酶的活性、清楚自由基、降低LPO及MDA、抑制脂质过氧化从而保护生物膜的作用，是有效的天然抗氧化剂。

如Yeung报道云芝多糖能增强GSH一PX的活性，促进H2O2的清除，给大鼠灌服云芝多糖后肝内GSH下降、GSSH上升;银杏外种皮多糖能提高荷瘤小鼠血清SOD活性、减少MDA生成，表明可增强荷瘤小鼠抗氧自由基的能力及减少自由基对机体的攻击。

Kariya等观察到云芝多糖能清除自由基，经进一步对黄嗦岭一黄嚷吟氧化酶体系的电子自旋共振检测，证实其有拟SOD酶的作用。

灵芝多糖对O2-。

的产生和红细胞LPO均有抑制作用，并对OH有清除作用，具拟SOD酶的活性。

何书英等研究表明山药多糖能降低VC一NADPH及Fe 2+-半胧氨酸诱发的微粒体过氧化脂质的含量，并对黄嗓吟一黄嗦吟氧化酶体系产生的O2-。

及Fenton反应体系产生的.OH有清除作用。

3.1.2海洋生物多糖
随着海洋生物研究的深人，发现海洋生物多糖也有抗氧化活性。

已证实的海藻多糖有鼠尾藻多糖、羊栖菜多糖、海带多糖、海篙子多糖、紫菜多糖、螺旋藻多糖等。

如盐藻聚硫酸醋能降低实验性高血脂症大鼠的血脂水平，显著减低血清和组织中脂质过氧化物含量，同时升高SOD活力。

螺旋藻多糖具有显著的清除自由基、增强免疫力、抗肿瘤作用，是目前研究较多的热门课题，已作为一种重要的海洋药物资源开发。

3. 2硒及含硒化合物
硒是体内重要的抗氧化酶GSH一PA活性部位的组成成分，GS1-1一PA的活性依赖于硒的含量，且在一定范围内正相关。

硒最重要的功能就是通过增加GS1-1一PA的活性促进脂质过氧化物分解，阻断脂质过氧化反应，从而保护细胞免受氧化损伤，有机硒抗氧化能力是VE的50一100倍。

硒还能防止胰岛γ细胞的氧化破坏，防治糖尿病。

进一步研究证实，硒和vE联合生物学效应可拮抗STZ导致的胰岛损害效应，改善胰岛夕细胞合成及分泌胰岛
素功能。

硒的抗衰老作用正日益受到人们的重视，国外已将硒作为抗衰老药物应用于抗衰老食品。

由于天然食物中硒含量普遍较低，人们应用植物或微生物作为硒的生物有机化载体进行富硒功能性食品的研究和开发，通过人工富集方法将无机硒转化为有机硒，不仅可提高硒的生理活性和吸收率还可降低其毒性。

目前已开发出富硒的食用菌、鞭藻、酵母、茶叶及蔬菜、贻贝等。

近年来，研究者又不断从植物体内分离出硒多糖，并对其结构和功能进行研究，如大蒜硒多糖，木耳硒多糖、微藻硒多糖等。

经梁英证实，天然黑木耳硒多糖在降血脂、清除自由基方面均优于亚硒酸钠。

3.3黄酮类化合物
许多植物细胞的次生代谢产物中含黄酮类化合物，它是优良的自由基清除剂，又是良好的抗氧化剂。

已发现食源性材料中黄酮类化合物主要有:天然黑色素、大豆异黄酮、茶叶中的黄烷醇(包括茶多酚、儿茶素单体、茶色素等)、柑橘类中的黄烷酮、葡萄中的花青素、类黄酮、竹叶提取物等。

葡萄籽提取物含有几种不同形态的花色素前体统称为低聚花色素原(简称OPC)，生化学家和医生认为它是消灭自由基最强的抗氧化剂，它可以防治80多种自由基引起的疾病，包括心脏病、癌症和关节炎等，是近几年颇受关注的热点。

茶多酚是另一种强抗氧化剂，对食用油脂的抗氧化力为VE的3-9倍。

此外许多中药材成分中也含有黄酮类化合物并且是主要的有效成分。

研究发现抗氧化剂的抗氧化性大小与其分子结构是相关的。

目前对黄酮类抗氧化活性与分子结构的关系的了解不断加深，有关报道层出不穷。

据认为黄酮类化合物的活性与经基的数目和位置密切相关，一般说来经基取代越多活性越强。

3.4类胡萝卜素
类胡萝卜素是具有多个共扼双键的菇烯基团类化合物，迄今已发现了600多种类胡萝卜素，很久以来它们作为抗氧化剂受到人们的广泛重视，这种抗氧化性质与其免疫调节特性相结合，在防治疾病中发挥重要作用。

类胡萝卜素的抗氧化性主要表现在它具有清除活性氧自由基的能力，它可通过电子转移途径、自由基加成途径或两条途径的结合与含氧自由基反应将其清除。

研究表明类胡萝卜素对单线态氧的淬灭能力明显高于vE和VC。

近几年研究发展颇多的类胡萝卜素主要有番茄红素、β一胡萝卜素和虾青素等。

3.4.1番茄红素(lycopene)
番茄红素是人们膳食中的一种主要的脂溶性类胡萝卜素，它是许多类胡萝卜素合成的中间体。

Di Masci等发现它是所有类胡萝卜素中最有效的单线态氧淬灭剂. Levy(1995)发现番茄红素在抑制癌细胞增殖方面比。

已知胰腺癌、前列腺癌、膀胧癌及消化道癌的发生率受番茄红素的制约。

近年对番茄红素防癌、抗癌的研究很多，据认为番茄红素的抗氧化或自由基清除作用可能是其抑癌的机理之一。

它还能防止DNA和脂蛋白氧化，减缓动脉粥样硬化。

3.4.2月一胡萝卜素
β一胡萝卜素在抗氧自由基对细胞损伤和维持机体抗氧化功能方面具有特别重要的作用。

Ger-ster证明，β一胡萝卜素对抑制LDL的氧化作用特别有效，在预防动脉粥样硬化和冠心病中起重要作用。

沈莉等在建立体外大鼠心肌细胞缺氧模型的基础上，证实心肌细胞经一定浓度月一胡萝卜素处理可帮助心肌细胞抵御缺血再灌注氧化损伤。

3.4.3 虾青素
是一种红色的具特殊分子结构的天然类胡萝卜素，体外实验发现它是单线态氧的强大淬
灭剂，具有清除氧自由基的强大能力，是一种极有效的抗氧化剂。

天然虾青素比角黄素、夕一胡萝卜素和玉米黄素能更有效地阻止不饱和脂肪酸甲醋的过度氧化，其抗氧化活性是VE 的550倍，是β一胡萝卜素、玉米黄素、叶黄素等类胡萝卜素的10倍，被誉为“超级维生素E"“超级抗氧化剂”绝大多数海产甲壳类动物和鱼类都含虾青素，但含量极低，虾蟹废壳中含量仅约80 pg奄。

3.5不饱和脂肪酸
多不饱和脂肪酸如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)主要来源于海洋生物，可以提高肝、脑组织SOD活性而发挥抗氧化作用。

国内外已用于保健食品和药品而广泛销售，提高不饱和脂肪酸特别是高度不饱和脂肪酸的含量是膳食结构的未来趋势。

在海洋鱼类特别是中上层鱼类的油脂中含大量EPA和DHA，如始鱼、远东拟沙丁鱼的鱼油中EPA和DHA含量均在10%以上，某些海藻中也含大量EPA和DHA，如珊瑚藻、列膜藻竟高达50%以上，近年来在对扇贝的开发中发现，扇贝边中也含丰富的EPA和DHA。

目前人们正利用生物技术开拓不饱和脂肪酸的来源，同时应用超临界气体萃取等新技术分离、纯化，提高产品质量，降低成本。

3.6褪黑素(MT)
褪黑素是松果体分泌的一种神经内分泌激素，具有强大的抗氧化性，对外源性MT的研究已引起国内外同行的高度重视。

MT既可以作为自由基清除剂又可以提高抗氧化酶的活性发挥间接抗氧化作用;许多抗氧化剂的作用局限于细胞的某一部位。

如脑组织含有大量PUFA 并且对氧的需求极大，是肌体最易受自由基攻击的器官，两种主要的神经退行性病变帕金森病和早老性痴呆与此密切相关。

MT兼有水溶性和脂溶性，能轻易通过血脑屏障到达组织内的细胞，保护大脑免受损伤。

MT对自由基的直接清除作用、对体内抗氧化酶活性的影响、对生物大分子的保护作用。

3.7 SOD
SOD作为一种超氧阴离子自由基清除剂，广泛存在于需氧生物体内。

国内外对陆地动植物、微生物来源的报道很多，但对海洋生物来源的SOD的研究较少。

海洋生物资源丰富，开展海洋生物SOD的研究有重要意义。

近年来我国学者从毛蜡、贻贝、近江牡砺等软体动物及某些藻类如多管藻中提取、纯化SOD，并对其理化性质进行了研究并取得一定进展。

尽管使用一种抗氧化剂就可降低自由基氧化损伤，不同抗氧化剂之间的平衡仍是重要的，生物抗氧化体系就是由多种抗氧化剂共同组成并协同作用，协同作用是抗氧化剂的一种普遍现象。

如VE和VC具有协同抗氧化作用;许飒等研究结果发现类胡萝卜素与VC在油脂体系中有协同抗氧化作用;褪黑素能与其它自由基清除剂如VC, VE协同作用〔441;茶多酚与其它抗氧化剂如VE,VC、谷胧甘肤有协同效应;生物体内抗氧化酶如SOD、谷胧甘肤酶和CAT之间也可协同防止活性氧的损伤。

4. 几种天然抗氧化剂清除自由基能力的比较
TB、HQ为对照，用DPPH法、邻二氮菲一Ee2+度法和邻苯三酚自氧化法比较天然抗氧化剂Vc、VE、TP、迷迭香提取物和TBHQ对有机DPPH·OH·及超氧自由基的清除能力。

实验条件下TP对DPPH·和OH·的清除能力强于Vc、VE和迷迭香提取物，而vc对超氧自由基O2-的清除效果较好。

DPPH法操作简便易行，试验现象明确，结果稳定可靠扫
可用于比较Vc、VE、TP、迷迭香提取物和TBHQ清除DPPH·的能力，并得出TP清除DPPH·的能力最强；因为TP和迷迭香提取物会与铁离子作用生成有色物质，影响吸光值的测定，所以报道的邻二氮菲-Fe2+分光光度法不能完全准确价4种天然抗氧化剂清除羟自由基的能力；超氧自由基会加们速分子中具有连羟基结构的抗氧化物质的自氧化，影响测定结果，所以邻苯三酚自氧化法不适于比较这几种天然抗氧化剂对超氧自由基O2-的清除作用。

此外，生物化学发光法(CuS04．Vc．H202．酵母悬浮液体系化学发光检基作呤一黄嘌呤氧化酶一鲁米诺体系化学发光检测法)也可用来比较抗氧化剂对OH·和超氧自由基02一·的清除能力，有待进一步研究。

5.天然抗氧化剂的应用（疾病防治）
生物体内抗氧化剂通过捕获或淬灭过氧自由基，抑制微粒体脂质过氧化和PUFA的氧化变性，从而维持生物膜的结构和功能的完整性，预防和治疗一些疾病。

经常摄人β一胡萝卜素、VE等抗氧化剂含量丰富的水果和蔬菜可以防治各种慢性疾病。

5.1白内障
通过改变日常饮食来预防白内障，对于许多人尤其是老年人将是十分有益的。

血液中β一胡萝卜素水平较高的人患白内障的几率较低。

降低白内障危害的主要日常营养由V A的总体摄人量来衡量，其中包括β一胡萝卜素和可以代谢为V A的其它类胡萝卜素.
5.2癌症
一些自由基过氧化物是促癌剂。

Oberley观察到癌症病人血液中SOD浓度明显比健康人低甚至消失。

抗氧化剂可通过阻断自由基链反应而降低氧化性胁迫的危害。

β一胡萝卜素及其类似物是一类化学抗癌的吸收剂，一些研究提供了β一胡萝卜素具有抗癌作用的证据。

充分摄人β一胡萝卜素和VE可以降低肝癌的发病率。

5.2.1肺癌
肺癌与人们日常饮食和血液中的β一胡萝卜素等抗氧化剂的浓度有极大关系。

吸烟导致肺癌发病率升高主要是由于吸烟过程中产生大量的自由基。

摄入富含β一胡萝卜素、VE和硒等微量营养的人肺癌发病率和死亡率均低于不食用这类物质者。

5.2.2皮肤癌
紫外线辐射产生ROS是引发皮肤癌的重要原因。

当硒与还原型谷胧甘肤或VE结合时，可有效治疗紫外线引发的脂质过氧化和皮肤癌。

皮肤中Cu/Zn一SOD和Mn一SOD等多种形式的SOD可催化还原辐射形成的O2-
5.3心血管疾病
多数心血管疾病都起因于自由基脂质过氧化作用，如低密度脂蛋白(LDL)的氧化被认为是导致冠心病的主要原因。

研究认为O2-。

可以灭活体内皮舒张因子(EDRF)，诱导血管收缩;.OH促进内皮血管舒张，Powell指出使用EDRF清除剂或水杨酸类可以减轻.OH引起的血管舒张。

也有实验证实，尿酸可作为一种生理的自由基捕获剂维持人体心脏冠状动脉和心肌层的功能.
5.4缺血/再灌流损伤
心肌缺血(缺氧)搏灌流(氧合)损伤也与脂质过氧化有关。

如心肌梗塞可以通过加人SOD 和CAT来增强再灌流心脏左心室功能的恢复，说明缺血心肌再灌流损伤与O2-。

和H2O2有关。

Rao借助ESR直接测定发现心肌缺血区自由基量明显增加。

也有实验发现，脑组织缺血时
VC含量降低，说明脑组织自由基含量不断增加。

另外还观察到脑髓在外伤后MDA和荧光物质含量增加，说明脂质过氧化参与脑组织缺血和外源性损伤。

5.5衰老
生物体内脂质过氧化物可被POD代谢分解生成MDA, MDA促使脂褐素(俗称老年斑)生成。

衰老动物的部分内脏器官特别是脑和心脏细胞内脂褐素明显增多。

日本一项专利表明，VE, VC, β一胡萝卜素和绿茶共用可抑制ROS以控制衰老。

老年斑退化(ARM D)是另一种与衰老有关的症状，它可以导致健康人失明。

血液中α一胡萝卜素、β一胡萝卜素、玉米黄质、叶黄素的含量较高可以降低AMRD的发展。

研究认为β一胡萝卜素和V A具有防止人体衰老的生物效应，摄人抗氧化剂类维生素可降低老年斑的生成。

5.6 DNA损伤
实验证明β一胡萝卜素、VE、尿酸和姜黄烯可以防止脂质过氧化引起的DNA损伤。

Hughes等人指出，抗氧化剂对于胰岛素依赖性糖尿病人DNA损伤有抑制和修复作用经过多重实验证实多种抗氧化剂协同抗氧化效力远大于单独使用所产生效力的叠加。

某些在纯净状态下只有微弱抗氧化活性的天然物，在混合状态下可表现出较强的抗氧化活性。

Polozza~和Krinsky观察到β一胡萝卜素和vE混合比单一成分对于防止癌症的生长和抑制早期恶性肿瘤更有效; VE`VC与月一胡萝卜素及谷胧甘肤联合使用对实验动物的抗癌效果明显优于单独使用;沈生荣用黄嗓吟欢黄嗦吟氧化酶体系检测不同组合的儿茶素清除O2-。

的能力，发现组合儿茶素消除自由基的效果强于单体儿茶素，且清除效率随儿茶素单体种类增多而增加。

开展多种生物抗氧化剂协同效应的研究、探讨各种抗氧化剂间相互平衡关系已成为抗氧化剂研究领域也是自由基治疗领域的热点和最有前途的发展方向。

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