天然食品中的抗自由基成分及其作用机制.doc

食品中的抗自由基天然成分及其作用机制枣庄技术学院南校区 李勇（277102）摘要自由基是导致人体免疫力降低的主要因素，植物性食品中含有许多天然抗氧化物质，被称为植物化学素，可有效清除人体自由基，保护人类健康。本文主要介绍了类黄酮、茶多酚、大豆异黄酮、类胡萝卜素的生化特性及抗自由基作用机制。Abstract The free radical is causes the primary factor which the human body immunity reduces, the vegetative quality,This article mainly introduced a kind of flavanone, the tea polyphenol, the soybean isoflavone, the kind of carrot element biochemistry characteristic and the anti- free radical function mechanism.关键词天然食品 自由基 类黄酮茶多酚作用机制Key word Natural food Free radical Kind of flavanone tea polyphenol function mechanism 1 概述Outline1.1何谓自由基 ？人体内任何部位，由于环境影响或生化作用的结果，产生含不成对电子的不稳定分子，任何这种失控的分子统称为”自由基”(Free Radical)。由于分子有趋向平衡稳定的特性，这些不安定的自由基，其不成对的电子，会尽力去偷取周围组织中细胞分子的电子，以求平衡稳定，而失去电子的分子又变成另一个自由基，它会再去偷取另一个分子的电子，如此连锁反应的结果，如果没有足够的抗氧化剂去适时制止它，可能在瞬间产生大量自由基，造成体内失控状态，破坏许多组织细胞而引发疾病。1.2自由基如何产生？体内自由基的产生可分为三类 (1)内源性：身体所须能量靠细胞的氧化作用，而氧化过程中，会自然产生一些过氧化物和氢氧化物等中间产物，这些产物就是自由基。此外当人体运动，生病及服药时，自由基的量也会增加。免疫系统本身为了消灭细菌或病毒，也会制造自由基。另外当人体制造有用的激素时，也会产生某些自由基。(2) 外源性：由外在的环境而来，如空气污染，香烟的烟雾，过量的幅射线，化学毒性废弃物或农药等，经过呼吸道或消化道在体内产生自由基。另外暴饮暴食也可能制造自由基，尤其脂肪比例偏高或高温油炸食物可能产生大量的自由基。(3) 连锁反应性：即由第一个自由基产生第二个，由第二个产生第三个，由第三个产生第四个，如此连锁反应下去，直到自由基反应被控制为止。1.3自由基如何破坏细胞 ? 自由基可能对细胞造成以下各种损坏：能破坏细胞膜蛋白载体；毁坏细胞的身份(Identification)，造成免疫功能紊乱；使膜蛋白与膜磷脂沾粘，造成膜硬化而易碎，胞膜被破坏穿孔，使病毒细菌更易侵入；破坏细胞核膜，甚至打开细胞核，暴露出遗传物质，毁坏遗传物质，改写遗传信息。1.4 抗自由基的天然物质植物性食物，尤其是蔬菜、水果、豆类、坚果等已列为膳食指南的重要内容。这些食物除含有传统的营养素和膳食纤维外，还含有抗自由基的天然物质。由于多数慢性退化性疾病与氧化应激有关，因此抗氧化物显得尤为重要。体内可以合成一些内源性抗氧化物，超氧化歧化酶 (Superoxide Dismutase，简称SOD)、谷胱甘太过氧化酶 (Glutathione Peroxidase，简称GSHP)、和过氧化氢酶(Catalase)、尿酸、泛醌、硫辛酸、褪黑素等。但主要还是需要从食物获得天然抗氧化物，这些物质为植物化学素如类黄酮、类胡萝卜素、酵素、蕃茄红素、金雀异黄素、硫化物、植物固醇、皂甙等，一些维生素如维生素E、维生素C、-胡萝卜素、族维生素等，和组成抗氧化酶的微量元素锌、铜、锰、硒、铁。最近流行一种抗自由基综合剂叫OPC-3的产品，成份是葡萄子(Grape Seeds)，红酒(Red Wine)，松树皮(Pine Bark)及山桑子(Bilberry)的混合剂，其抗自由基的能力比传统营养素强几十倍。植物化学素是天然抗氧化物的重要组成部分。2 类黄酮的抗自由基作用 Kind of flavanone anti- free radical function 类黄酮是一类多酚化合物，广泛存在于水果、蔬菜、谷物、根茎、树皮、花卉、茶叶和红酒中，有4000多种。根据化学结构，类黄酮可分成几类，最常见的有黄酮醇（Flavonols）、黄酮（Flavones）、黄烷酮（Flavanones）、黄烷醇（Flavanols）即儿茶素（Catechins）、花色素苷（Anthocyanidins）、异黄酮（Isoflavones）等。黄酮醇与黄酮几乎在所有植物中均可找到，黄酮醇中最多见的是栎皮酮（Quercetin）、杨梅黄酮（Myricetin）、堪非醇（Kaempferol）三种，黄酮中最多见的是芹菜配基（Apigenin）和毛地黄黄酮（Luteolin）两种。 不同国家由于饮食习惯和自然资源不同，类黄酮的食物来源及其化合物不尽相同。栎皮酮与儿茶素可作为最常见的类黄酮代表性化合物，它的抗氧化作用也是最强的。 2.1直接清除自由基类黄酮的羟基具有高度活性，可直接与自由基作用。类黄酮（OH）+R类黄酮（O）+RH 有些类黄酮能直接清除超氧化物，另有一些则能清除高度活性的过氧亚硝基。体外实验，类黄酮能抑制LDL氧化，所以可对动脉硬化起防止作用。 2.2 抑制一氧化氮合酶氧化氮合酶使内皮细胞与巨噬细胞释放一氧化氮（NO），以维持血管扩张。但在缺血再灌注损伤时，产生过多NO与超氧阴离子，NO与自由基反应，生成过氧亚硝基，它能直接氧化LDL，对细胞膜造成不可逆的损伤。类黄酮，包括栎皮酮可干预一氧化氮合酶活性，减少NO生成，也可直接清除NO。类黄酮中的sibilin抑制NO呈量效关系。 2.3 抑制黄嘌呤氧化酶在缺血时，生理情况下存在的黄嘌呤脱氢酶能变成黄嘌呤氧化酶，再灌注时，黄嘌呤氧化酶与氧分子反应，释放出超氧自由基。类黄酮中的栎皮酮与sibilin能抑制黄嘌呤氧化酶而减轻氧化损伤。还有研究报告根据构效关系毛地黄黄酮是黄嘌呤氧化酶的最强抑制剂。 2.4 其他作用途径当铁存在时活性氧可引起脂质过氧化。类黄酮如栎皮酮能与铁螯合，防止脂质过氧化。栎皮酮亦可直接抑制脂质过氧化。类黄酮的另一作用是减少过氧化酶的释放，通过干预1抗胰蛋白酶的激活而抑制白细胞产生活性氧。此外，类黄酮通过抑制脂氧酶抑制花生四烯酸代谢，从而具有抗炎抗血栓作用。3 茶多酚的抗自由基作用 Tea polyphenol anti- free radical function 茶叶中的主要类黄酮是黄烷醇，又称儿茶素，有自由式与酯式化合物，其多聚体称单宁。黄烷醇占茶叶干重的25，其他有黄酮醇、酚酸及缩酚酸类、其他多酚类，此四项类黄酮占茶叶干重的36，统称茶多酚（TP），已证明是茶叶保健作用的主要功能因子。 3.1 清除活性氧与自由基多形核白细胞在促癌剂PMA刺激下可发生呼吸爆发而产生大量活性氧自由基，TP对活性氧自由基的综合清除效果呈剂量关系，酯型的效果更强。 3.1.1 超氧自由基O2以次黄嘌呤氧化酶为产生O2的体外试验系统，用化学发光法可发现绿茶、乌龙茶、红茶的TP都有清除O2的作用，且呈高度的量效关系，甚至超过VC和VE。 3.1.2 羟自由基OH用Fenton反应体系研究TP对OH的清除效果，表明很低浓度的TP就可较完全地清除OH，但超过这一范围（0。043-0。100mg/ml），反而可起助氧化作用而抵消对OH的清除效果。 3.1.3 单线氧1O2光敏化剂玫瑰红光照后产生单线氧，以DMNA被漂白的作用测定1O2的产生及清除，绿茶提取物可清除1O2，在起始阶段作用更显著，随浓度增加，清除作用加强。 3.1.4脂自由基脂类在活性氧或辐射条件下产生自由基，引发链式反应。TP可与脂质过氧化中间产物脂自由基或脂氧自由基反应，终止链式反应而抑制脂质氧化。低密度脂蛋白的氧化是动脉硬化发病机制之一，因而清除自由基抗脂质过氧化是防治上述病理过程的重要保护措施。 3.2 抑制氧化酶系，防护与激活抗氧化酶系 3.2.1 抑制氧化酶体内许多氧化酶如黄嘌呤氧化酶、P-450酶、髓过氧化物酶、脂氧化酶和环氧化酶都可催化自由基的生成。TP对上述各种氧化酶都有抑制作用，可预防病理条件下自由基的爆发性发生。 3.2.2 激活抗氧化酶体内许多抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、过氧化物酶（CAT），对自由基有高效的清除作用。TP不仅能防护体内抗氧化酶，还能促进其活性。 3.3 络合诱导氧化的金属离子 3.3.1络合铁离子铁离子能促使O2、OH、H2O2生成，催化脂过氧化物裂解，引发新的脂质过氧化链式反应。体内外试验均证明TP能有效络合铁离子而减轻自由基损伤。因儿茶素主要络合游离的过量铁，不会争夺铁蛋白的络合态铁，故不会引起缺铁性贫血。 3.3.2 络合铜离子TP对铜离子的络合作用可抑制铜离子催化的LDL氧化，但在一定浓度范围内不会影响Cu2+的SOD活性。 3.3.3络合钙离子脑组织缺氧时，ATP减少，细胞不能维持跨膜离子梯度，细胞内钙离子升高，激活黄嘌呤氧化酶。TP通过络合细胞内钙离子，抑制黄嘌呤氧化酶的生成，起到抗氧化作用。 3.4 再生体内抗氧化体系 3.4.1 再生维生素E在亚油酸反应体系中，VE随时间而线性衰变，但当EGCG存在时可完全被抑制。添加1儿茶素可抑制高脂饲料引起的大鼠血液中VE含量下降。 3.4.2 再生维生素C负荷VC的人饮用乌龙茶后能保持全血VC浓度不变，同时减少尿中VC排出量，当停止饮茶后，尿中VC排出量很快上升。TP能保留和促进体内VC储存量是由于TP可以再生VC。 3.4.3再生谷胱甘肽GSH是抗氧化剂，可直接清除自由基。雄鼠喂2绿茶6周后，血清中GSH明显提高，说明TP有再生GSH的作用。 3.5 与其他成分有协同增效作用EGCG与十几种氨基酸、几种有机酸如柠檬酸、苹果酸、维生素C、维生素E等有显著增强抗氧化的作用。其原因可能是TP的某些组分与柠檬酸等之间的氢键缔合形成稳定的供氢体，它不仅提高了TP的抗氧化活性，而且还能与不饱和脂肪酸的氧化产物相结合。4 大豆异黄酮的抗自由基作用 Soybean isoflavone anti- free radical function 异黄酮是类黄酮中的一类，主要存在于大豆中，其母体结构有染料木素（Genistein）、大豆素（Daidzein）、和6-甲氧基大豆素（Glycitein）三种。在天然大豆中，主要连上一个葡萄糖残基以异黄酮甙形式存在。当大豆发酵或酸水解处理，则脱去糖基而形成异黄酮甙元。 大量研究证实染料木素是酪氨酸蛋白激酶的专一性抑制剂，在癌细胞的信号传导和癌基因表达过程中发挥调节作用。另有实验证明大豆异黄酮可竞争性结合雌激素受体，与木酚素可归入植物雌激素类，在防治骨质疏松症中发挥作用。有人认为抗氧化也是大豆异黄酮的抗癌作用机理之一，于是开始进行有关实验，但与其他天然抗氧化物相比，尚处于起始阶段，许多问题尚待深入研究。 4.1清除超氧自由基与过氧化氢染料木素在体外可抑制TPA激活的人多形粒白细胞（PMN）和HL-60细胞中H2O2的生成，1-150M范围内呈量效关系，也可抑制TPA激活的HL-60细胞中超氧自由基的产生。5-20M的染料木素即能抑制黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶系统中超氧自由基的生成强度。在CD-1小鼠皮肤模型中，染料木素抑制TPA激活的氧化物生成、水肿和PMN的浸润。 4.2 抑制脂质过氧化在体外通过ESR检测亚油酸脂质过氧化体系或由Cu2+诱导的LDL和HDL脂质过氧化体系中L 和LOO的产生，发现无论在启动反应前或后加入大豆异黄酮（SI）提取物（含染料木甙93。6%和大豆甙2。86%）均能显著抑制脂质过氧化物TBARS，且呈量效关系。在亚油酸体系，SI的作用与VE相似，但强度比VE弱。在脂蛋白体系，VE只在氧化启动前加入才能显抗氧化作用，氧化启动后加入则无效，而SI则无论在氧化启动前或后加入均能显出抗氧化作用。 另在高脂动物模型中，大鼠血清及组织中LPO（脂质过氧化物）含量显著高于正常，而当在高脂饲料中添加300ppm SI时，能显著降低血清和组织中LPO含量。ESR检测表明补加SI也使肝脏和心脏中自由基水平下降。由此可见SI在体内亦可拮抗高脂饲料造成的脂质过氧化。 4.3 抑制黄嘌呤氧化酶活性黄嘌呤氧化酶存在于血管内皮细胞中，催化次黄嘌呤或黄嘌呤氧化生成尿酸和O2。局部缺血时，可触发其催化反应，生成过量O2而引起组织的氧化应激损伤。体外实验表明50-200M的SI能显著抑制黄嘌呤氧化酶活性，且呈量效关系。 4.5增强抗氧化酶活性高血脂大鼠模型同时有红细胞、肝和心中抗氧化酶SOD及GSH-px活性显著下降。在高脂饲料中添加SI，可使红细胞SOD略升高，肝中SOD显著升高，而肝及心中GSH-px都显著升高。文献报道，小鼠饲料含250ppm染料木素，喂30天后显著增加小肠、肝、肾的CAT活性，皮肤的SOD和GSH-px 活性，与皮肤和小肠的GSH还原酶活性。5 类胡萝卜素的抗自由基作用 Kind of carrot element anti- free radical funct 类胡萝卜素是一组600种以上存在于水果、蔬菜中的色素，呈现黄、桔黄、红色。最著名的类胡萝卜素-胡萝卜素在肠粘膜细胞内能转变为维生素A，故可称为维生素A前体，是发展中国家维生素A摄入量的主要来源，因此属于已知营养素范畴。其他类胡萝卜素能转变为维生素A的是-胡萝卜素和-隐黄质，但其效价只有-胡萝卜素的一半。还有许多类胡萝卜素不具有维生素A活性，但具有防治慢性病的生物效用，其中研究最多的是番茄红素，近年来叶黄素和玉米黄素也受到重视。此外还有角黄素、链孢红素、虾青素等。 类胡萝卜素转变为维生素A，除了能预防维生素A各种缺乏症状外，视黄酸能导致细胞分化，减少细胞增殖，是防止基因突变及其他慢性病的机制。其他机制包括清除活性氧、上调细胞间隙连接通路、增强免疫功能、诱导解毒酶等。-胡萝卜素早已列为抗氧化营养素而被广泛研究。因此，本文主要简述番茄红素和叶黄素的抗氧化作用。 5.1 番茄红素 番茄红素在体内不能合成，必须从食物供给，主要来自番茄及其制品，番茄酱的生物利用率高于新鲜番茄。颜色红的含量可达50mg/kg，而黄的只有5mg/kg。西瓜、番木瓜、番石榴、粉红色葡萄也含有番茄红素。番茄红素能很好吸收，增加血清含量，降低对脂类、蛋白质、DNA的氧化损伤。 番茄红素是类胡萝卜中最强的抗氧化物，因防护大分子免受氧化而防止癌症与动脉硬化。番茄红素因多烯链长、共轭双键多，故比-胡萝卜与VE有更强的清除单线氧（1O2）的能力。体外试验表明番茄红素能清除NO2、RS、RSO2基，防止AMVN所致脂质体膜的脂质过氧化。抑制LDL氧化的强度依次为：番茄红素维生素E胡萝卜素-隐黄质玉米黄素=-胡萝卜素叶黄素。番茄红素能防护淋巴细胞免于NO2所致膜损伤和细胞死亡，两倍于-胡萝卜素的作用。 动物试验显示，膳食番茄红素10ppm可明显降低脂类和蛋白质氧化，对AOM所致结肠癌前病变有防护作用。对照研究（EURAMIC）评价脂肪组织抗氧化状态与急性心梗的关系，表明在那些PUFA脂肪储备最高者中，番茄红素的防护作用最强。同样，另一研究发现血中番茄红素低者，冠心病的危险性高。 人群干预试验较少。摄入无番茄红素2周者血清番茄红素下降50，而TBARS上升25。摄入含番茄红素的蔬菜汁与番茄汁，实验对象中可减少DNA带断裂现象。哈佛医学院48000人的研究表明每周摄入两次番茄制品，前列腺癌的危险性可减少34。其他两处报告蕃茄红素可延缓突变细胞的增殖，较-与-胡萝卜素更有效。5.2 叶黄素与玉米黄素 叶黄素与玉米黄素亦属类胡萝卜素、存在于许多水果和蔬菜中，以绿叶菜中含量为高，如菠菜、西兰花等。它们不能转变为维生素A，在体内不能合成，在眼组织中浓度很高，特别在晶体和视网膜的黄斑部。 由于强光暴露能在晶体和网膜产生自由基，网膜的氧化代谢高，所以对眼的氧化应激易引起老年性黄斑变性与白内障。叶黄素与玉米黄素能吸收兰光，减少对网膜的光化学损害，又因其抗氧化性质能限制氧穿入膜的程度，减少氧化应激所引起的损伤，故可防止或减轻老年性黄斑变性和白内障的发生。 流行病学研究结果对摄入叶黄素与玉米黄素多者可减少白内障发病率或摘除的危险性比较一致，但对减少黄斑变性的危险性尚不一致，需更多的长时间观察。 在体外，玉米黄素可清除过氧亚硝基，减少主动脉内皮细胞表面的粘附分子，它在动脉硬化发病过程中起重要作用。血清或膳食中叶黄素高者，冠心病或中风的发病率低。叶黄素与玉米黄素还能抑制乳腺细胞增殖。现已有从金盏花瓣提出的叶黄素结晶样纯品作为膳食补充剂供应市场。、 5.3 角黄素 角黄素首先从一种食用菌Cantharellus检出，以后发现大量存在于藻类、甲壳类(虾、龙虾)、某些鱼类(鲑鱼、西鲱)中。在体外试验，角黄素是强的单线氧清除剂，作用大于-胡萝卜素或玉米黄素，但小于番茄红素或虾青素。同样在亚油酸系统，它能减慢自由基氧化；或在卵磷脂脂质体过氧化中，成为断链的抗氧化物。膳食中角黄素可抑制Fe3+促进的生物膜过氧化，但其作用较小，可能是通过间接机制，改变组织中维生素E水平而发挥作用。6 其他抗自由基植物化学素Other anti- free radical phytochemistry element 植物还含有许多非类黄酮的酚类物质，有羟基苯甲酸(HBA)和羟基肉桂酸(HCA)两类及其衍生物。除游离型外，还有结合型，统称为酚酸。HCA有的与羧酸或葡萄糖形成酯类，酯化可增强其抗氧化性能。HBA主要以糖苷形式存在。酚酸还可与其他天然化合物如类黄酮、羟基脂肪酸、固醇，或与细胞壁多聚物结合。 与类黄酮比，酚酸在蔬菜、水果、谷物中的含量都很高，如苹果、土豆、白菜、番茄，各种果汁、酒类、咖啡等饮料都广泛存在，每日可摄入几克以上。类黄酮在大肠经微生物代谢亦可形成酚酸衍生物。 在体外试验中，酚酸显示其为抗氧化物，如咖啡酸、香豆酸能防止LDL氧化，并可再生维生素E，起协同作用；又如麝香草酚、姜辣素醇能有效清除过氧基而减少脂质过氧化；又如阿魏酸能抑制磷脂脂质体的过氧化，防护脱氧核糖免受OH攻击；又如绿原酸、咖啡酸、阿魏酸都能对脂氧合酶和环氧合酶产生抑制作用。