植物提取物抗氧化成分及机理研究进展

谭榀新，叶 涛，刘湘新，贺建华

(1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学动物医学院，湖南 长沙 410128；3.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128)

植物提取物抗氧化成分及机理研究进展

谭榀新1，叶 涛1，刘湘新2，贺建华3,*

(1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学动物医学院，湖南 长沙 410128；3.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128)

自由基对机体的氧化损伤可导致许多疾病的发生，自然界中很多物质具有抗自由基氧化作用。植物是人体外源性抗氧化物质的最重要来源，本文简述了植物提取物多酚、维生素、生物碱、皂苷、多糖、活性肽等抗氧化成分及其抗氧化机理的研究进展，为植物提取物的抗氧化研究开发提供参考。

自由基；植物提取物；抗氧化成分；机理

Abstract ：Oxidative damages to organisms caused by free radical might lead to the occurrence of many diseases, while many natural substances have the ability to scavenge free radicals. Plants are the most important source of human body exogenous antioxidants. This article summarizes previously reported studies on antioxidant composition of botanical extracts mainly consisting of polyphenols, vitamins, alkaloids, saponins, polysaccharides, bioactive peptides plants, and so on and their acition mechanisms.

Key words：free radical；botanical extract；antioxidant ingredient；mechanism

自由基是指外层轨道含有未配对电子的原子、分子或基团，是需氧生物生命活动过程中许多生物化学反应的中间代谢产物。正常情况下，人体内自由基处于不断产生和不断清除的动态平衡中，如果自由基产生过多或是清除过少，过量的自由基会使细胞组织遭受氧化胁迫，造成机体氧化损伤，并可能导致许多疾病如血管粥样硬化、高血压、糖尿病、肿瘤、帕金森症、老年痴呆症等的发生[1-2]。植物作为人体外源性抗氧化物质的最重要来源，其提取物的抗氧化研究开发日益受到人们的重视并取得了许多成果。本文就植物提取抗氧化成分及其可能的抗氧化机理做简要综述。

1 植物提取物抗氧化成分研究

目前，植物抗氧化研究大多集中在中草药、香辛料、蔬菜、水果、植物饮品和谷物，植物提取物的抗氧化活性成分主要有多酚类、维生素类、生物碱类、皂苷类、多糖类、多肽类等。

1.1 多酚类

植物多酚类抗氧化物质就其化学结构的不同，可分为类黄酮、酚酸、鞣质3大类。

1.1.1 类黄酮物质

类黄酮(flavonoids)也称为黄酮类化合物，在多酚类物质中种类最多，几乎所有植物的所有组织均含有这类天然产物。泛指两个苯环(A－与B－环)通过中央三碳键相互连接而成的一系列化合物，可进一步分为黄酮类、黄酮醇类、黄烷酮类、二氢黄酮醇类、黄烷-3-醇类(也即儿茶素类)、异黄酮类、查尔酮类及花色素类等亚族。

黄酮类化合物具有不同的抗氧活性，其抗氧活性的大小与化合物的结构密切相关。酚羟基及其取代基(如4位羰基、羟基成苷、 羟基甲基化和Δ2(3)双键)的位置和数量是确定其抗氧化活性的重要因素[3-4]。一般认为，B环上的邻二酚羟基对黄酮类抗氧化活性起主要作用；一个环上的邻二羟基与另一个环上的对二羟基产生很有潜力的抗氧化性，A环上的5、7、8位增加羟基可以不同程度地增加抗氧化能力[5]。

许多黄酮类化合物显示出明显的抗氧化特性，代表性的有刺槐素、槲皮素(栎精)、柚皮素、黄杉素、茶多酚、大豆异黄酮、三羟基查尔酮、矢车菊色素等。

1.1.2 酚酸类物质

酚酸是指同一苯环上有若干个酚性羟基的一类化合物。自然界植物中发现的具有抗氧化性的酚酸类物质可分为3类：第1类是羟基苯甲酸及其衍生物，如原儿茶酸、没食子酸、丁香酸等；第2类是鞣花酸及其衍生物，如3-羟基苯乙酸；第3类是羟基肉桂酸(羟基苯丙烯酸)及其衍生物，如绿原酸、阿魏酸、咖啡酸、迷迭香酸、香豆酸、芥子酸等。

酚酸类物质的抗氧化能力，在化学结构上的规律与黄酮类一样，即凡在苯环上具有相邻酚性羟基者，比没有的要强得多，如具有联苯三酚结构的的没食子酸及其各种衍生物，比只有两个羟基的强。而具有邻苯二酚结构的如绿原酸、咖啡酸、迷迭香酸，其抗氧化能力远比只有一个羟基的阿魏酸、芥子酸强[1]。

1.1.3 鞣质类物质

鞣质类又称单宁(tannins)，在植物中广泛分布，通常是指相对分子质量在500～3000的植物多酚。根据分子结构不同和水解难易可分为3类：水解鞣质(如没食子单宁、鞣花单宁)、缩合鞣质(如原花色素、低聚原花色素)、缩合鞣质与水解鞣质中的葡萄糖以碳键连接而成的复合鞣质(如山茶素B、番石榴素A)。

影响鞣质类抗氧化活性的因素有3个[6-7]：单元的结合方式；羟基是否游离；六羟基二苯甲酰基(HHDP)、没食子酰基(gall)、脱氢六羟基二苯甲酰基(DHHDP)基团的种类及数量。当单宁结合单元(如儿茶素)以可水解的酯键、苷键结合时，分子的抗氧化能力增强，而以碳碳键结合成缩合型时，分子抗氧化能力大大下降；酚羟基游离时有利于活性上升；HHDP、gall、DHHDP基团的活性顺序为HHDP＞gall＞DHHDP，在结合单元中，这3个基团数目越多，活性越大。

1.2 维生素类

维生素(vitamins)既是不可缺少的食品营养素，也是人体最重要的抗氧化物质。植物中的抗氧化维生素主要有VE、VC和类胡萝卜素，但它们在特定情况下也可成为促氧化剂[8]。

1.2.1 V E

VE是各种生育酚的统称，其中α-生育酚生物活性最大，若以它为基准，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的生理活性分别为40%、8%和20%，其余活性极其微弱[9]。在大多数情况下，VE的抗氧化作用是与脂氧自由基或脂过氧自由基反应，向它们提供氢离子，使脂质过氧化链式反应中断，是最重要的脂溶性断链型抗氧化剂[10]。

1.2.2 VC

VC又称抗坏血酸，是含有6个碳原子的α-酮基内酯的酸性多羟化合物。具有可解离出氢离子的烯醇式羟基，是最重要的水溶性捕捉型抗氧化物，能通过逐级供给电子而实现清除活性氧自由基；还能保护VE和促进VE的再生[1]。

1.2.3 类胡萝卜素

类胡萝卜素共有600余种，均为具有11个双键的类异戊二烯结构，β-胡萝卜素是典型代表。研究发现有显著抗氧化性的还有番茄红素、虾青素、叶黄素和玉米黄质等。

β-胡萝卜素是VA的前体，由4个异戊二烯双键首尾相连而成，分子两端各有一个β-紫萝酮环，主要有全反式、9-顺式、l3-顺式及l5-顺式4种形式。有很好的抗氧化性能，能通过提供电子抑制活性氧的生成达到清除自由基的目的[11]。

番茄红素是一种无环类胡萝卜素，化学结构是一个非环的、含有11个共轭双键和2个非共轭双键组成的线性全反式结构。能接受不同电子的激发，生成基态氧或三重态氧番茄红素，一个三重态氧番茄红素可猝灭成千上万个单线态氧自由基，抗氧化能力是VE的100倍、VC的1000倍，是自然界最强的延缓衰老的抗氧化剂[12]。

虾青素是一种特殊的氧化型类胡萝卜素，不仅同其他类胡萝卜素一样在分子中有很长的共轭双键，而且在其两个紫罗兰环的3、4位上各有一个羟基和不饱和酮基，这种相邻的羟基和酮基可构成α-羟基酮。这些结构都具有比较活泼的电子效应，能向自由基提供电子或吸引自由基的未配对电子，极易捕获自由基，因此虾青素具有较一般类胡萝卜素更强的抗氧化性[13]。

叶黄素共有8种异构体，主要存在于甘蓝、菠菜等深绿色蔬菜及金盏花、万寿菊等花卉中。玉米黄质主要存在于枸杞子、玉米、菠菜和亚洲柿子等食物中。叶黄素和玉米黄质总是伴生存在，作用也十分近似，主要表现在抗氧化方面，能减少氧化胁迫对眼睛的伤害，即对视网膜黄斑部由光线所诱发的氧化作用有抵抗能力，能够预防因视觉斑降解引起的衰老[14]。另外还能预防晶状体中蛋白和脂质的氧化，从而降低老年性白内障的发生[15]。

1.3 生物碱类

生物碱(alkaloids)是一类大多具有复杂含氮环状结构、显著生理活性的有机化合物，绝大多数分布在高等植物中，尤其是双子叶植物，如毛茛科、罂粟科、茄科、芸香科、豆科等。

影响生物碱抗氧化活性的结构因素主要是立体结构和电性，杂环中氮原子越“裸露”在外，越有利于充分地接近活性氧并与之反应，抗氧化效果就越好；供电子基团或者能使氮原子富有电子的结构因素也可增加其抗氧化活性[4]。

具有抗氧化作用的生物碱类有四氢小檗碱、马钱子碱、去甲乌药碱、苦豆碱、川芎嗪、小檗碱、药根碱、木兰碱、海罂粟碱、番荔枝碱[16]等。

1.4 皂苷类

皂苷(saponins) 是中草药中一类重要的活性物质，根据苷元的化学结构不同分为甾体皂苷和三萜皂苷两类，前者多存在于百合科和薯蓣科植物中；后者多存在于五加科和伞形科等植物中。近年研究表明，大多数皂苷具有明显的抗氧化作用[17]，包括：五加科皂苷(包括人参、西洋参、刺五加)、豆科(包括黄芪、大豆、甘草)等。绞股蓝、红景天、灯盏花、七叶、柴胡、苦瓜、虎杖、罗汉果、油茶等所含的总皂苷成分也具较强的抗氧化活性[18]。

1.5 多糖类

多糖(polysaccharides)是由10个以上多种单糖聚合而成的天然高分子物质。近年来，人们对多糖及复合物的抗氧化活性作用有了越来越深入的认识。已有大量报道[19-21]，从植物中提取分离得到的多糖类化合物具有清除自由基、抑制脂质过氧化作用、抑制亚油酸氧化等抗氧化作用。枸杞多糖、金樱子多糖、黄芪多糖、油柑多糖、牛膝多糖、大蒜多糖、三七多糖等100多种植物多糖具有抗氧化作用，具有抗氧化活性的植物多糖不断被发现[22]。

1.6 活性肽

具有抗氧化性质的多肽类物质被称为抗氧化活性肽(bioactive peptides)。国内外研究人员已从不同植物来源的蛋白质中提取到各种具有抗氧化活性的肽类物质，然而能了解细致分子结构，并进行相关机理研究的天然抗氧化肽仅限于谷胱甘肽，更多的是各种天然蛋白酶解物中具有一定抗氧化活性低分子混合肽，如大豆肽、玉米肽、小麦肽、米糠肽、花生肽[23]。此外，在黑米、菜籽、灵芝、桂花、枸杞等植物蛋白质原料中均获得了具有抗氧化作用的活性肽[24]。

研究表明：构成肽的氨基酸种类、数量及氨基酸排列顺序决定着肽的抗氧化能力。具有抗氧化能力的氨基酸及其衍生物有半胱氨酸、组氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、亮氨酸和缬氨酸、5-羟色氨酸等[25]。

1.7 其他类

还有许多成分如萜类(苍术酮、生姜单萜[26])、醌类(丹参醌、大黄蒽醌[27])、褪黑素[28]等均为有效的植物源抗氧化成分。

2 植物提取物抗氧化机理研究

不同天然植物提取成分的性质及抗氧化机制不尽相同，目前研究报道的抗氧化机理主要包括以下几方面：

2.1 直接清除或抑制自由基

植物提取物能够作为氢质子或电子的供给体，直接猝灭或抑制自由基，终止自由基的连锁反应，发挥抗氧化功能。

2.1.1 提供质子

大部分抗氧化成分都是氧自由基清除剂，如多酚类物质、甾醇、VE等，原因之一是其本身可以释放出体积小、亲合性很强的氢质子，捕捉高势能的极活泼的自由基使之转变为非活性或较为稳定的化合物，同时自身转变成较氧化链式反应生成的自由基更稳定的物质，从而中断或延滞链式反应[29]。

2.1.2 提供电子

植物提取物发挥抗氧化作用的另一个原因是通过电子转移直接给出电子而清除自由基，如多酚类、植物多糖、维生素等。β-胡萝卜素有很好的抗氧化性能，能通过提供电子抑制活性氧的生成达到清除自由基的目的；而VC是通过逐级供给电子而转变成半脱氢抗坏血酸和脱氢抗坏血酸以实现清除活性氧自由基的目的[30]。

2.2 作用于与自由基有关的酶

与自由基有关的酶类分为氧化酶与抗氧化酶两类，植物提取物的抗氧化作用体现在抑制相关氧化酶的活性和增强抗氧化酶活性两方面。

2.2.1 抑制氧化酶的活性

生物体内许多氧化酶，如黄嘌呤氧化酶(XOD)、P-450酶、髓过氧化酶(MPO)、脂氧化酶和环氧酶等，与自由基的生成有关，能诱发大量的自由基。另外，诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)在缺血再灌注时活性增加，产生大量NO而导致氧化损伤。

研究表明，许多植物提取物对上述各种氧化酶有抑制作用，从源头抑制自由基生成。黄酮类化合物中的槲皮素、姜黄素在缺血再灌注损伤时可抑制iNOS的活性，从而起到抗氧化作用[31]。绞股蓝皂苷可以降低异常增高的XOD和MPO的活性，改善糖尿病大鼠肾脏的氧化应激，延缓肾脏损害的进展[32]。

2.2.2 增强抗氧化酶活性

机体存在具有防护、清除和修复过量自由基伤害的抗氧化酶类，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶等。SOD是体内超氧阴离子的主要清除者，将其催化分解为H2O2，但H2O2也具有氧化损伤作用，CAT将其转化为O2和H2O。同时H2O2也可通过GSH-Px的催化和还原型谷胱甘肽(GSH)反应生成H2O，同时生成氧化型谷胱甘肽。

许多研究表明，植物提取抗氧化成分不仅能防护体内抗氧化酶，还能增强机体内抗氧化酶活性，如黄酮类中的槲皮素能减少胰岛β细胞的氧化损伤，同时还能恢复Fe2+致肾细胞损伤动物的SOD、GSH-Px和CAT的活力[33]。皂苷类物质对氧自由基本身影响较少，但大多能提高体内SOD、CAT等抗氧化酶的活性，从而增强机体抗氧化系统功能[34]。

此外，一些天然物质可在基因与转录水平上诱导体内抗氧化酶如SOD的表达，发挥其抗氧化作用[35]。

2.3 螯合钝化过渡金属离子

过渡金属离子(如Fe2+、Cu2+等)在氧自由基产生过程中是必需的，如Fe2+既能介导脂质过氧化，也是·OH等自由基产生的催化剂。植物提取物中的黄酮类化合物具有4-酮基，5-羟基的分子结构，且B环3′和4′位的连位羟基含有孤对电子[1]，因而能螯合金属离子。能通过配位电子螯合钝化促氧化金属离子的抗氧化成分还有单宁、多糖、活性肽[36]、植酸、柠檬酸等。

2.4 抗氧化成分之间互补和协同作用

植物提取物抗氧化成分之间存在相互补充、相互协调的关系，在体内通过电子和/或质子转移、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合钝化过渡金属离子、影响基因表达等途径联合发挥抗氧化作用。研究发现不同浓度的茶多酚和西洋参之间均存在明显的协同增效作用，并且随着浓度上升，协同增效作用也相应增强[37]。VE和VC对鹰嘴豆抗氧化多肽的还原能力有显著的增效作用，且VC与鹰嘴豆抗氧化多肽的协同作用较VE更强，所有的协同作用随添加量和作用时间的增加而增强[38]。

3 结 语

我国目前对天然抗氧化成分的研究有相当一部分还停留在未纯化或部分纯化的萃取物上，在研究中尽量分离并收集一系列单体化合物，研究其化学结构与抗氧化活性及稳定性关系、抗氧化机理、多组分协同作用等，对于开发新的、高效、安全的抗氧化剂具有重要应用价值和指导意义，也可为今后系统研究植物抗氧化活性、发现先导化合物以及天然物质的结构修饰和合成提供理论依据。

另外，资料显示目前大多数抗氧化研究均采用体外实验，整体或在体实验资料较少，难以系统、准确地反应天然成分抗氧化作用的全貌。以整体实验为主，体外实验为辅，综合酶学、免疫学、药理学等多学科知识建立一套全面客观、高效快速的动物实验模型来综合评价物质的抗氧化性是以后研究需要重点解决的问题。随着《食品安全法》的颁布实施，安全的植物提取物抗氧化剂在食品添加剂中的应用也将会具有更广阔的前景。

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Research Advances in Antioxidant Composition of Botanical Extracts and Their Action Mechanisms

TAN Pin-xin1，YE Tao1，LIU Xiang-xin2，HE Jian-hua3,*
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China；2. College of Veterinary Medicine, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China；3. College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

TS201.4

A

1002-6630(2010)15-0288-05

2009-09-24

科技部国际合作项目(中日政府间科技合作专项)(2009DFA32350)

谭榀新(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为营养与健康。E-mail：dianxindashi513@163.com

*通信作者：贺建华(1963—)，男，教授，博士，研究方向为营养与健康。E-mail：jianhuahy@hunau.net