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文小青 杨月欣 中国疾病预防控制中心营养与食品安全所, 北京 100050

前言

　　抗氧化剂按其来源可分为天然抗氧化剂和合成抗氧化剂。广义的天然抗氧化剂的定义为：凡是食品中固有的，在生物体中自行合成，而且在低浓度下具有延迟氧化过程或抑制活性氧 (ROS) 形成的物质。天然抗氧化剂由天然物中提取，是最早用于食品的抗氧化剂。这类抗氧化剂安全性好，一般没有添加限量，但来源受限制，价格偏贵。自然界存在的天然抗氧化剂多种多样，维生素类是很重要的一类，如类胡萝卜素（包括β - 胡萝卜素、番茄红素和虾青素等，总数达到 300 多种）、维生素Ｃ和维生素 E 是其中的代表 [1] 。合成抗氧化剂是通过化学方法合成的，常常作为一种食品添加剂用于阻止或延缓食品氧化，从而提高食品质量稳定性和延长贮存期。天然与合成的哪一类抗氧化活性更好？哪一类更有发展前景？这已成为人们日渐关注的问题。

抗氧化剂定义：

　　抗氧化剂曾被定义为在低浓度时能够明显延迟或阻止氧化性物质的氧化作用的任何物质。美国食品与营养委员会关于膳食抗氧化剂及相关化合物小组所推荐的定义为：抗氧化剂是能够显著降低含氧的量、含氮自由基或者二者对人体的正常生理功能所产生的不利作用的物质 [2] 。抗氧化剂在食品工业上的应用已行之有年，其主要的目的在预防食品的酸败 (rancidity) ，藉以延长保存期限并保持营养品质。近年来大型的流行病学实验和临床医学研究结果显示，饮食中摄取富含抗氧化物质的食物，特别是蔬菜，水果等，具有减少癌症，心血管疾病及白内障发生的趋向，故食物中所具有的抗氧化成份遂成为大众注意的焦点。近十年来，抗氧化剂的研究在国际和国内医学界进行得如火如荼，其在疾病预防和治疗方面的作用赢得越来越多的关注，企业界也投入大量的资金和技术争相研发各种新型的抗氧化剂投入市场 [3] 。

　　维生素类抗氧化剂主要是与自由基作用，特别是通过捕捉过氧化自由基（ ROO _ ）以及淬灭单线态氧 ( 1 Ｏ 2 ) ，这是它们抗氧化的基础 [4] 。下面分别论述三类维生素的抗氧化活性。

1 类胡萝卜素的抗氧化活性

　　严格地说维生素 A （视黄醇）并不属于抗氧化剂。但已有很多证据表明类胡萝卜素 (carotenoids) 是有效的抗氧化剂。类胡萝卜素为一类黄色至橙红色的天然脂溶性维生素，广泛地存在于动植物体中。截至目前为止至少已经发现了 600 多种类胡萝卜素 [5] 。类胡萝卜素是四萜类化合物。一些类胡萝卜素分子中带有一个共同的结构 , 即由 8 个类异戊二烯单位构成，其两端各具一个β - 紫萝酮或其他构型，其存在形式可能以异构型、取代型和开环型三种形式存在 [6] 。类胡萝卜素的抗氧化活性就是由于此多烯结构能够淬灭 1 Ｏ 2 ，而且多烯链越长，其淬灭能力越强。类胡萝卜素对 1 Ｏ 2 的淬灭能力明显高于α - 生育酚和抗坏血酸 [7] 。而紫萝酮环本身对抗氧化活性的影响不大。凡生理上与氧化有关的地方都有类胡萝卜素的作用，因而其具有广泛的抗氧化功能。

　　有抗氧化活性的类胡萝卜素有 300 多种，以常见的且抗氧化活性较强的β - 胡萝卜素、番茄红素和虾青素为例说明其抗氧化活性。

1.1 β - 胡萝卜素的抗氧化活性

　　β - 胡萝卜素（β -carotene ，β C ）是一种天然存在于绿色和黄色果蔬的类胡萝卜素，常存在于胡萝卜、南瓜和绿叶蔬菜中。在众多类胡萝卜中 , 它作为维生素Ａ的前体 , 早已备受食品、临床、医药界的关注。现在β C 作为食品添加剂和营养补充剂，已被ＦＤＡ、欧共体、日本和ＷＨＯ的食品添加剂联合专家委员会推荐，在世界上 50 多个国家和地区获准使用 [8] 。
　　β - 胡萝卜素的分子式（通式）是 C 40 H 56 ，结构式如下（其中 R=CH3 ）：

　　β C 具有很好的抗氧化作用，能够通过提供电子抑制活性氧的生成而达到清除自由基的目的，其机制为 : β C 和自由基反应，产生环氧类胡萝卜素 (carotenoidepoxide) ，进而分裂成稳定的醛类 ( β apocarotenals) 和酮类 ( β apocarotenones) 。β C 也能清除游离态氧而减少光敏氧化作用，此外也是 1 Ｏ 2 的淬灭剂。β C 在液相中对自由基的反应性比α - 生育酚低，但由于比α - 生育酚更具亲脂性，常存在于内膜或脂蛋白中，因此它在脂相中清除自由基的能力比α - 生育酚强 [9] 。

　　化学合成的β C 纯度很好，是天然β C 的等同品，其抗氧化活性与天然品相似。由于天然β C 的含量低，价格偏贵，因此今后合成β C 将会得到很大的发展。所用的方法是从动植物中提取天然β C 做元素分析、理论分析、结构分析、空间构象分析、功能分析、安全性评价，然后用化学方法进行合成。这样就解决了原料来源限制的问题，也大大降低了成本。

1.2 番茄红素的抗氧化活性

　　番茄红素（ lycopene ）是一种具有鲜红颜色的天然色素，是类胡萝卜家族的重要成员，是许多类胡萝卜素生物合成的中间体。它在自然界分布很窄，主要存在于番茄、西瓜、红色葡萄、柚、木瓜、苦瓜籽和番石榴等食物中。这些食物所具有的红、黄颜色主要是番茄红素引起的。番茄红素最易被人体吸收、代谢和利用，是人体血清中浓度最高的类胡萝卜素，占人体血清中类胡萝卜素的 50 ％左右。番茄红素的结构式如下：

　　番茄红素也是通过淬灭 1 Ｏ 2 和捕捉 ROO _ 而起抗氧化作用的，主要方式是通过物理和化学方式淬灭 1 Ｏ 2 ，且以物理淬灭为主（ >99 ％）。首先将 1 Ｏ 2 的激发能转移到番茄红素上，产生一个基态的氧和激发态的番茄红素；然后激发态的番茄红素通过转动和振动将能量释放到周围溶剂中，产生一个基态的番茄红素和热能。在物理淬灭过程中，番茄红素能保持完整，因此又可以进入下一轮淬灭 1 Ｏ 2 的循环中。而化学淬灭 1 Ｏ 2 仅占极少部分（ <1 ％） [10] 。 1989 年 Masci 博士等证实番茄红素是类胡萝卜素（包括β - 胡萝卜素）中非常有效的 1 Ｏ 2 淬灭剂和 ROO _ 的强清除剂。 1990 年 Paolo 等报道了类萝卜素和生育酚等 30 余种生物抗氧化剂淬灭 1 Ｏ 2 的作用，发现番茄红素淬灭 1 Ｏ 2 的能力是β C 的两倍，而其淬灭 1 Ｏ 2 和清除自由基的能力是维生素 E 的 100 倍 [11] 。由于类胡萝卜素的淬灭能力与它所结合的双键的数量有关。番茄红素是由 11 个共轭碳 - 碳双键及两个非共轭碳 - 碳双键组成的直链型碳氢化合物，具有独特的长链分子结构，比其它类胡萝卜素多 13 个双键。正因为它的特殊结构使其具有强有力的消除自由基能力和较高的抗氧化能力，一个番茄红素分子可以清除数千个 1 Ｏ 2 [12] 。

　　番茄红素是一个日益受到重视的植物化学品，作为非常有前途的抗氧化剂正不断受到人们的普遍关注。由于其所具有的优越生理功能和抗氧化、防癌、抗癌作用，被誉为“二十一世纪保健制品的新宠”。目前世界上番茄红素的开发生产主要从植物番茄中提取以及化学合成。其合成品与天然品具有同样强的抗氧化活性。

1.3 虾青素的抗氧化活性

　　
　　在化学结构上将虾青素与β - 胡萝卜素进行比较可见，虾青素是在β - 胡萝卜素的两个紫罗蓝酮环（β环）上的 3 、 4 位各由一个羟基和酮基取代了氢原子。虾青素的重要性质在于它的抗氧化性。在虾青素分子中，有很长的共轭双键，有羟基和在共轭双键链末端的不饱和酮基，其中羟基和酮基又构成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。可见虾青素的结构特点使其极易与自由基反应而清除自由基，起到抗氧化作用。大量证据表明虾青素在抗氧化、清除自由基方面远远胜于许多类胡萝卜素、维生素 C 和维生素 E, 其抗氧化性比β - 胡萝卜素高了 10 倍以上，抑制脂质过氧化反应的特性比维生素 E 高 1000 倍以上。因此虾青素是一种极具潜力的类胡萝卜素添加剂，在食品、饲料、医药等领域有着广阔的前景。

　　合成虾青素也具有类似的强抗氧化活性，但由于合成工艺复杂，目前生产合成虾青素的公司很少，例如瑞士罗氏公司用化学合成法生产的虾青素，商品名为加丽素粉红（ Carophyllpink) 。由于虾青素具有强的捕获自由基、抗氧化、增强肌体免疫、抗衰老、防止癌变和吸收紫外线的功能，故具有“超级维生素 E ”之称。

2 维生素 C 的抗氧化活性

2.1 天然 VC 的抗氧化活性

　　天然的 VC 广泛存在于新鲜水果和绿色蔬菜中，特别是柑桔、枣、山楂、番茄、辣椒、豆芽、猕猴桃、番石榴等水果中含量丰富。 VC 共有四种结构体，天然存在的 VC 有两种，均为 L- 型： L- 抗坏血酸（还原型）和 L- 脱氢抗坏血酸（氧化型）。 抗坏血酸易氧化成脱氢抗坏血酸，脱氢抗坏血酸又易还原成抗坏血酸。此两种天然形式都可被人体利用。而 L- 脱氢抗坏血酸的氧化是不可逆的，尤其在碱性介质里 , 生成无抗坏血酸活性的二酮古洛酸。

　　VC 作为天然的自由基清除剂 , 可以直接或间接消除自由基 , 从而可保护生物膜完整性。还原型 VC 是氢原子供体，给出一个氢原子，它可成为半脱氢 VC ；如再给出一个氢原子，则成为双脱氢 VC （即氧化型 VC ）。一般认为，当 VC 浓度较低时， VC 给出一个电子，形成 VC 自由基，可增加机体自由基的生成量；当 VC 浓度较高时，则可作为自由基清除剂发挥作用。 VC 可直接消除 O 2 · ， R ·和· OH 等自由基。即 [15] ：

　　Vit · C · 2H + O 2 · + H+----H 2 O 2 + Vit · C ·
　　Vit · C · 2H + R · ----RH + Vit · C ·
　　Vit · C · 2H + · OH----H 2 O + Vit · C ·
　　式中半脱氢 VC 为 VC 自由基 (Vit · C · ) ，它可以与 NADH 反应恢复成 VC ，继续发挥其清除自由基的功能，其机制为 [15] ：

　　NADH Vit · C ·　　　　　 H 2 O 2
　　NAD+ Vit · C · 2H O 2 ·

2.2 合成 VC 的抗氧化活性

　　合成 VC 主要有： L- 抗坏血酸钠和Ｌ - 抗坏血酸钙、异抗坏血酸及其钠盐、钙盐、维生素 C 硬脂酸酯等。

　　(1) L- 抗坏血酸钠及钙：均为白色粉末，易溶于水，稳定性较 L- 抗坏血酸好， L- 抗坏血酸钠或钙的抗氧化活性与 L- 抗坏血酸相当，即 1gL- 抗坏血酸钠或钙相当于 0.9g 的 L- 抗坏血酸 [16] 。

　　(2)异抗坏血酸及钠盐、钙盐：异抗坏血酸又 名 D- 异 抗 坏 血 酸，是抗坏血酸的一种立体异构体 , 几乎没有抗坏血酸的生理活性（仅约 1/20 ），但抗氧化活性与 L- 抗坏血酸相似，易被吸收。其钠盐及钙盐的抗氧化作用也与异抗坏血酸相似 [16] 。它们作为抗氧化剂广泛应用于肉类、冻鱼、蔬菜、水果、酒类、饮料、罐头食品中。我国 GB2760-86 规定其可用于水果、蔬菜、罐头、果酱和冷冻鱼中。 FAO/WHO （ 1984 ）规定其可用于午餐肉、熟猪前腿肉、熟羊火腿和熟肉末等中。

　　(3)维生素 C 硬脂酸酯：维生素 C 硬脂酸酯（ ascorbyl stearate, AS ）又名抗坏血酸硬脂酸酯，是一种国际上认可的新型食品添加剂。它既能起到抗氧保鲜作用，又是一种较好的营养强化剂，于 1968 年被 FAO/WHO 正式接受为允许使用的抗氧化剂与营养补充剂 [17] 。 AS 是一种脱水酯化后缩合成的酯，只在 5 ， 6 位碳上酯化的 AS 才具有抗氧化作用，在 2 位碳上酯化的 AS 无抗氧化作用。但许多实验研究发现其抗氧化性高于天然 VC ，具体机制尚不清楚，有待进一步研究 [18] 。

3 维生素 E 的抗氧化活性

　　维生素 E 是最重要的的脂溶性抗氧化剂，于 1922 年在加利福尼亚大学的 Herbert M.Evans 实验室中首先被发现的 [19] 。它可预防体内多元不饱和脂肪酸的氧化，并可保护细胞膜上的多元不饱和脂肪酸及氧化型的维生素 A 与维生素 C ；打断自由基的连锁反应，防止自由基连锁反应的开始；也可捕捉造成细胞膜氧化伤害的自由基，并且在此过程并不会另外再生成新的自由基。

3.1 天然维生素 E 的抗氧化活性

　　天然维生素 E 含有 8 种结构，即α、β、γ、δ - 生育酚（ tocopherols ）及α、β、γ、δ - 三烯生育酚（ tocotrienols ），皆有抗氧化活性，称为全价维 VE [20] 。生育酚与三烯生育酚的区别在于侧链中是否有双键：没有双键的为生育酚，有三个双键的为三烯生育酚。根据分子中酚环上甲基的数目和位置的不同，可分为α、β、γ、δ - 生育酚，以及与其相对应的α、β、γ、δ - 三烯生育酚。α - 生育酚是在 5 、 7 、 8 位上有 3 个甲基；β - 生育酚在 5 、 8 位上有 2 个甲基；γ - 生育酚在 7 、 8 位上有 2 个甲基；而δ - 生育酚只在 8 位上有 1 个甲基。生育酚的化学结构：

　　对于人体的生理活性而言，以α - 生育酚最高，其次依顺为β、γ、δ - 生育酚。而抗氧化活性则相反，δ＞γ＞β＞α。一般认为支链上有双键的三烯生育酚的生理活性和抗氧化性均低于同体生育酚。但最近美国加州大学 Pasker 经实验证明， a- 三烯生育酚的抗氧化性强于同体生育酚。

　　VE 主要的作用是抗脂质过氧化，即清除脂质过氧化链式反应中所产生的自由基。 VE 对抗脂质氧化的效率很高。根据观察，一个 VE 分子可作用于 1000 个脂质分子。其作用机制为：所包含的 6-Hydroxy-chromane 基团会释放出一个电子，此电子可以与自由基结合，抑制脂肪过氧化的连锁反应，同时生成较稳定的 tocopheroxyl(chro-manoxyl) 自由基；此种 VE 和自由基的中间体可再和其它自由基结合形成更稳定的 to-copherylquinone ，即经过一个自由基中间体氧化成生育醌，从而将 ROO . 转变成化学性质较不活泼的 ROOH ，中断了脂类过氧化的连锁反应，从而有效地抑制脂类过氧化作用。生育酚抗氧化的反应式如下 [21] ：

　　而三烯生育酚（ T3-OH ）主要通过下列反应迅速地拦截过氧自由基：

　　T3-OH + ROO . → T3-O . + ROOH T3-O . + ROO . →不活泼产物

　　从上式可看出 T3-O . 不能发生链锁反应，只能与过氧化物反应生成不活泼产物 T3OOOR 。因此三烯生育酚能捕获自由基，并终止自由基的链锁反应 [22] 。

3.2 合成维生素 E 的抗氧化活性

　　自从 1938 年 Karrer 首次成功合成生育酚至今， VE 的合成技术日益成熟。最常见的合成 VE 为 dl- α - 生育酚，是由 8 种立体异构体组成的，其中 4 种为右旋式立体异构体，分别为 RRR 、 RSR 、 RRS 、 RSS ；另外 4 种为左旋式立体异构体，分别为 SSS 、 SSR 、 SRR 、 SRS 。而天然的 d- α - 生育酚为单一的右旋式立体异构体（即为 RRR ）。早在 1980 年 Horwitt 就提出 d- α - 生育酚的生物利用率是 dl- α - 生育酚的两倍。因为所有的右旋式立体异构体的生物利用率均为 100 ％，而左旋式立体异构体的生物利用率为 0 [23] 。因此相对应的， d- α - 生育酚的抗氧化活性也是 dl- α - 生育酚的两倍。 dl- α - 生育酚不仅活性低，而且还可能有化学残留物的副作用。而天然 VE 不论在营养生理活性还是在安全性上均远远高于合成 VE 。

4 小结

　　1 、抗氧化活性：几种脂溶性维生素的抗氧化活性比较：番茄红素 > δ - 生育酚 > γ - 生育酚 > β - 生育酚 > α - 生育烯酚 > α - 生育酚 > α - 胡萝卜素 > β - 隐黄质 > 玉米黄素 = β - 胡萝卜素 > 叶黄素。平均与一个 LDL 作用防止氧化所需的分子数比较：亚油酸酯（ 957 个） > 花生四烯酸（ 87 个） > α - 生育酚（ 6.5 个） > γ - 生育酚（ 0.5 个） > 番茄红素（ 0.2 个），说明只需很少的番茄红素和γ - 生育酚即可防止 LDL 发生氧化。研究表明足量的β - 胡萝卜素及番茄红素分别可抑制 90% 及 91%LDL 发生氧化。

　　2 、抗氧化剂的共同作用：值得一提的是，抗氧化剂在机体内常常彼此协同作用，共同发挥强的抗氧化活性。维生素 C 可以将被氧化的维生素 E 还原，而维生素 E 可以保护维生素 A 。维生素 E 与硒还有相乘作用，也就是说，两者配合起来所发挥的作用，比各自的作用相加起来要大。而且天然抗氧化剂与人体内自身的抗氧化剂形成一个完整的系统，随时将极具攻击性的氧自由基清除，保护人体细胞、酶、核酸，使之处于正常状态，维持身体健康。

　　3 、抗氧化剂的趋势：仅仅通过饮食并不能达到抗氧化剂的理想状况。随着人们生活水平的提高，各国抗氧化维生素补充剂的使用越来越来普遍，尤其是针对高危险人群。保证这些抗氧化补充剂的安全性，减少副作用是十分重要的 [24] 。

　　天然类胡萝卜素、 VC 和 VE 的毒性很小，比较安全。但有的合成品有一定的毒性，必须限定补充剂量。天然类胡萝卜素、 VC 与合成类胡萝卜素、 VC 具有同样强的抗氧化活性，而且副作用较少，因此开发类胡萝卜素、 VC 的合成品前景十分看好。而对于 VE 而言，合成品不仅抗氧化性不及天然品，安全性也不及天然品，因此今后会更注重天然品的开发。抗氧化剂今后的发展趋势是制备各种抗氧化剂的复合剂，以及使用增效剂产生协同效应。

参考文献：

　　[1] Brown DJ, Goodman J. A review of vitamins A, C and E and their relationship to cardiovascular disease. Clin Excell Nurse Pract ， 1998, 2(1):10-22.

　　[2] Carr An C ， Frei B. Toward a new recommended dietary allowance for vitamin C based on antioxidant and health effects in humans. Am J Clin Nutr ， 1999 ， 69(6):1086-1107.  

　　[3] McDermott JH. Antioxidant nutrients: current dietary recommendations and research update. J Am Pharm Assoc(Wash) ， 2000,40(6):785-799.

　　[4] Sies H ， Stahl W. Vitamins E and C, beta-carotene, and other carotenoids as antioxidants. Am J Clin Nutr ， 1995 ， 62: 1315S-1321S.

　　[5] Tanumihardjo S A . Factors Influencing the Conversion of Carotenoids to Retinol: Bioavailability to Bioconversion to Bioefficacy, Int J Vit Nutr Res ， 2002,72(1) ： 40-45.

　　[6] 王庆伟 . 类胡萝卜素的研究进展与临床应用 . 中国药事 , 2000,14(1):58-60.

　　[7] Palace VP, Khaper N et al. Antioxidant potentials of vitamin A and carotenoids and their relevance to heart disease. Free Radic Biol Med ， 1999 ， 26(5-6):746-761

　　[8] 倪雁、宋永熙等 . β - 胡萝卜素的药理及临床应用 . 中国药事， 1997 ， 11 （ 5 ）： 335-336

　　[9] Niki E, et al. Interaction among vitamin C, vitamin E, and beta-carotene. Am J Clin Nutr ， 1995 ， 62: 1322S-1326S.

　　[10] 王岩、周义新 . 番茄红素的研究进展 . 国外医学卫生学分册， 2000 ， 27 （ 4 ）： 197-200.

　　[11] Paolo D M. Devasagayam T P A. Carotenoids,tocopherols as biological singlet molecular oxygen quenchers. Biochem society transaction. 1990,18: 1054-1056.

　　[12] 唐莉莉 . 番茄红素抗癌作用研究现状 . 卫生研究， 2000 ， 29 （ 3 ）： 186-188.

　　[13] 汪振诚、陈永刚 . 虾壳虾青素制剂的抗氧化作用 . 浙江医科大学学报， 1998 ， 27 （ 6 ）： 257-258.

　　[14] Byers T ， Guerrero N. Epidemiologic evidence for vitamin C and vitamin E in cancer prevention. Am J Clin Nutr ， 1995 ， 62: 1385S-1392S.

　　[15] 熊正英、张全江 . 维生素 C 抗氧化作用及其在运动中的应用 . 陕西师范大学学报 ( 自然科学版 ), 1998,26(4):109-112.

　　[16] 郝利平、夏延斌和陈永泉等 . 食品添加剂 . 中国农业大学出版社， 2002 年

　　[17] 杨富清、石雁川等 . 一种新型食品添加剂 ---- 抗坏血酸硬脂酸酯的抗氧化效能研究 . 中国食品卫生杂志， 1995 ， 7 （ 4 ）： 9-11.

　　[18] Mukai Kazuo et al. Kinetic Study of the Reaction of Vitamin C Derivatives With Tocopheroxyl and Substituted Phenoxyl Radicals in Solution. Biochem Biophys Acta ， 1989,93(2-3):168-173.

　　[19] Pacher L ， et al. Molecular Aspects of Tocotrienol Antioxidant Action and Cell Signalling. J Nutr ， 2001,131: 369s-373s.

　　[20] Qing Jiang. Stephan Christen et al. α -Tocopherol, the major form of vitamin E in the US diet, deserves more attention. Am J Clin Nutr, 2001,74(6): 714-722.

　　[21] 何东、王志中等 . 维生素 E 的电子结构与抗氧化活性的关系的研究 . 中国药物化学杂志 . 1996 ， 21 （ 3 ）： 157-161.

　　[22] 柏树 . 生育三烯酚降胆固醇作用 . 内蒙古教育学院学报， 1998 ， 2 ： 18-19.

　　[23] Herbert J K ， Wisniewski T. On the biological activity of Vitamin E

　　[24] Diplock AT. Safety of antioxidant vitamins and beta-carotene . American Journal of Clinical Nutrition. 62: 1510S-1516S.