（食品科学专业论文）几种天然抗氧化剂抗氧化性能比较研究.pdf

摘要 摘要 天然抗氧化剂因其无毒无害无副作用等优点越来越受到青睐。除了作为食品添加剂 防止油脂及含油食品氧化外，天然抗氧化剂还因能够清除人体内自由基而具有延缓衰老 预防疾病的作用。目前，人们对多种天然抗氧化剂的抗氧化活性已进行了深入的评价研 究，取得很多成果，但对几种天然抗氧化剂的综合比较研究较少。本文选取有代表性的 天然抗氧化剂v c 、v e 、茶多酚( t p ) 、迷迭香提取物、1 3 胡萝卜素、番茄红素以合成抗 氧化剂叔丁基对苯二酚( t b h q ) 为对照，比较研究了它们在不同体系中的抗氧化性及 协同作用。 首先用烘箱法比较研究它们在三种食用油脂体系中的抗氧化性，结果表明在菜油和 豆油中抗氧化顺序基本相同：t b h q t p 迷迭香提取物 番茄红素 v c b 胡萝卜素 v e ，t b h q 、t p 、迷迭香提取物对菜油和豆油有很好的抗氧化能力；在猪油中t b h q 、 t p 、迷迭香提取物、v e 均表现出很好的抑制猪油氧化的效果。抗氧化影响因素比较研 究结果表明：8 0 0 高温能显著降低t b h q 、t p 、迷迭香提取物在豆油中的抗氧化能力； 0 2 水分除对b 胡萝卜素的抗氧化效果有显著的增强作用，对其它影响较小；2m g k g f c 3 + 会明显降低t b h q 、t p 、迷迭香提取物、番茄红素在豆油中的抗氧化性：0 2 m g k g c u 2 + 对番茄红素在豆油中的抗氧化性有很大负作用。 其次在离体实验体系中研究单一抗氧化性，用不同方法评价比较各抗氧化剂清除自 由基能力。结果为d p p h 法：t p t b h q v c 迷迭香提取物 v e 番茄红素 b 胡萝 卜素；由p m s n a d h 体系产生超氧阴离子还原n b t 的方法只适用于测定t p 、迷迭香 提取物对超氧阴离子的清除能力，且t p 的清除能力远远大于迷迭香；邻二氮菲一f e 2 + 分光光度法不能准确测定t p 、迷迭香提取物、番茄红素、b 胡萝卜素清除羟自由基的能 力。 最后在菜油体系中协同抗氧化实验表明：v e 与v e 、t p 、迷迭香提取物、b 胡萝卜 素、番茄红素间均有正协同作用，且v c 与v e 的正协同作用最强；v e 与b 胡萝卜素、番茄 红素，t p 与迷迭香提取物间有正协同作用；其它组合间有负协同作用。t p 和迷迭香提 取物添加量分别为0 0 1 5 、0 0 0 5 时，1 6d 后油样的p v 值达到1 2 9 8m e q k g 为最小，说 明t p 与迷迭香提取物添加比例为3 ：1 时抗氧化效果最好。 关键词：天然抗氧化剂抗氧化油脂自由基协同效应 a b s t r a c t a b s t r a c t n a t u r a la n t i o x i d a n t sb e c o m em o r ea n dm o r ep o p u l a rs i n c et h e yh a v et h ea d v a n t a g e so f a v i r u l e n c ea n dn o n s i d e - e f f e c t s b e s i d e si tc a l lp r e v e n to x i d a t i o no fo i la n df a t sa sf o o da d d i t i v e ，b ys c a v e n g i n gt h ef l e er a d i c a l si nb o d yn a t u r a la n t i o x i d a n t sc a np r e v e n te o n s e n e s c e n c e a n dd i s e a s e u pt on o w , p e o p l eh a v ec a r r i e do u td e e ps t u d i e so nt h ea n t i o x i d a t i o na c t i v i t i e so f m a n yk i n d so fn a t u r a la n t i o x i d a n t s ，r e s p e c t i v e l y ，a n dh a v em a d eg r e a ta c h i e v e m e n t s ，w h i l e c o m p r e h e n s i v ec o m p a r a t i v es t u d i e so ns e v e r a ln a t u r a la n t i o x i d a n t sh a v es e l d o mb e e nr e p o r t e d s e v e r a lr e p r e s e n t a t i v en a t u r a la n t i o x i d a n t ss u c ha sv c 、v n 、t p 、r o s e m a r ye x t r a c t 、b - c a r o t e n e a n dl y c o p e n ew i t hs y n t h e t i ca n t i o x i d a n tt b h qa sc o n t r o lw e r ec o m p a r a t i v e l ys t u d i e do nt h e i r a n t i o x i d a n ta c t i v i t i e sa n ds y n e r g i s t i ce f f e c ti nd i f f e r e n ts y s t e m s f i r s t l y , t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so ft h ea n t i o x i d a n t si nt h er e f i n i n gr a p e s e e do i l ，s o y b e a r l o i la n dl a r dw e r ec o m p a r a t i v e l ys t u d i e db yt h eo v e nm e t h o d ，a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a ti n t h er a p e s e e da n ds o y b e a no i la n t i o x i d a n ta b i l i t i e sw e r ei nt h es a m eo r d e r ：t b h q t p r o s e m a r ye x t r a c t l y c o p e n e v c b - c a r o t e n e s - - - - v e w h i l ei n t h el a r d ，t b h q 、t p 、r o s e m a r y e x t r a c t sa n dv ch a dg o o da n t i o x i d a n ta c t i v i t i e s t h er e s u l t so fc o m p a r a t i v es t u d yo na n t i o x i d a n tf a c t o r ss h o w e dt h a t ：i tc o u l ds i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t i e so ft b h q 、t p a n dr o s e m a r ye x t r a c t si ns o y b e a no i la tt h eh i 曲t e m p e r a t u r e8 0 ；t h e0 2 w a t e rc o u l do n l y e n h a n c et h eb c a r o t e n e sa n t i o x i d a n ta c t i v i t yi ns o y b e a no i la n dh a df e we f f e c t so nt h eo t h e r a n t i o x i d a n t s ；f o rt b h q 、t p 、r o s e m a r y e x t r a c t sa n d l y c o p e n e ，2m g k g f e 3 + c o u l d s i g n i f i c a n t l yr e d u c et h e i ra n t i o x i d a n ta c t i v i t i e si nt h es o y b e a no i l h o w e v e r , 0 2m g k gc u 2 十 h a dan e g a t i v ee f f e c t so nt h el y c o p e n e sa n t i o x i d a n ta c t i v i t yi nt h es o y b e a ro i l s e c o n d l y , t h er a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e sw e r es t u d i e dw i t hd i f f e r e n ta s s a y e s ，t h e r e s u l t so fd p p hr a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e sw a st p t b h q v e r o s e m a r ye x t r a c t s v n l y c o p e n e b c a r o t e n e p m s - n a d hs y s t e mc a ng e n e r a t es u p e r o x i d er a d i c a lw h i c hc a n d e o x i d i z en b t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h i sm e t h o dw a ss u i t a b l et oe v a l u a t et h es u p e r o x i d e r a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e so ft pa n dr o s e m a r ye x t r a c t s ，a n dt h ea c t i v i t yo ft pw a sm u c h g r e a t e rt h a nr o s e m a r ye x t r a c t s b u tt h i sm e t h o dc o u l dn o tb eu s e dt oe v a l u a t et h es u p e r o x i d e r a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e so ft b h q ，v c ，v e ，l y c o p e n ea n d1 3 一c a r o t e n e 1 ，10 一p h e n a n t h r o l i n e - f e 2 十o x i d a t i v ea s s a yc o u l dn o te v a l u a t et h eh y d r o x y lr a d i c a ls c a v e n g i n ga c t i v i t i e so ft p ， r o s e m a r ye x t r a c t s ，1 3 一c a r o t e n ea n dl y c o p e n e f i n a l l y , t h es y n e r g i s t i ca n t i o x i d a t i o ne x p e r i m e n t si nt h er a p e s e e do i ls h o w e dt h a t ：t h e r e w e r ep o s i t i v es y n e r g i e sb e t w e e nv ca n dv e ，t p ，r o s e m a r ye x t r a c t 、 b - c a r o t e n e ，l y c o p e n e 。 v ea n d1 3 - c a r o t e n e 、l y c o p e n e ，t pa n dr o s e m a r ye x t r a c t s ，t h et h es y n e r g yb e t w e e nv ea n dv c w a st h es t r o n g e s t ，a n db e t w e e no t h e rc o m b i n a t i o n sw e r en e g a t i v es y n e r g i e s t h ea n t i o x i d a n t a c t i v i t i e so fv ca n dr o s e m a r ye x t r a c t s ，t pa n dr o s e m a r ye x t r a c t s ，t pa n dv cw e r eb e t t e r w h e n t o t a la d d i t i o nw a so 0 2 ，p vo fo i lw i t h0 0 15 t pa n d0 0 0 5 r o s e m a r ya d d e dw a s l 2 9 8 m e q k g ，t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fi tw a st h eb e s t k e y w o r d s ：n a t u r a la n t i o x i d a n t s ，o i la n df a t s ，f r e er a d i c a l ，a n t i o x i d a t i o n ，s y n e r g i s t i c e f f e c t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 黎么 日 期：衣矽驴年多月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存，汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 翌墨 导师签名： 日 期： 易 罢纱 - 2 细占么 | 1 第一章绪论 第一章绪论 前言 1 8 9 8 年，s i b i g e l o w 发现少量的亚硫酸钠做还原剂可以保护对氧化敏感的材料，并 最早提出了“抗氧化剂 的概念【1 1 。上个世纪四十年代，一些天然物质如橡胶树脂首先 成为被应用于动物油脂特别是猪油的食品抗氧化剂。食品抗氧化技术始于上世纪四十年 代末五十年代初，以使用合成抗氧化剂b h a ( 丁基羟基茴香醚) 为代表有力的推动了食品 工业的发展。 美国食品药物管理局( f d a ) 明确规定，食品抗氧化剂是指延滞因氧化而引起的劣变、 酸败或变色的物质。美国早在1 9 4 7 年就开始使用抗氧化剂来稳定油脂以及含油脂较多的 食品【2 3 】。添加抗氧化剂已成为贮存食品的有效手段，它能够延缓甚至阻遏食品由于空 气的氧化作用而引起的氧化腐败，并对维生素类和必需氨基酸等一些易氧化的营养成分 起保护作用 4 羽。早期应用的合成抗氧化剂如b h t ( - - 丁基羟基甲苯) 、b h a 和t b h q ( 叔 丁基对苯二酚) 等由于具有产量大、价格低、抗氧化较强的优点，长期以来一直垄断着 食品抗氧化剂的市场。然而，不断有人对人工合成的抗氧化剂的安全性提出质疑，并对 其可能存在的毒性进行了一系列的研究，结果表明，人工合成的抗氧化剂具有一定的毒 性和致癌作用【7 - 9 】，因此食品科学家将研究的重心转移到天然抗氧化剂的研究上来。 天然抗氧化剂是从天然动、植物体或其代谢物中提取出来的具有抗氧化活性的物质 【1 0 1 ，如从植物中提取的多酚类、黄酮类化合物，植酸等。自1 9 5 6 年h a n n 一1 1 】提出衰老 的自由基学说以来，愈来愈多的研究证实机体内过多的自由基会引发各种病变如：动脉粥 样硬化、心血管疾病及肿瘤等，而适当补充外源性抗氧化剂可改善这一状况【1 2 。4 1 。因此， 以天然抗氧化剂取代合成抗氧化剂是今后食品抗氧化剂发展的趋势；同时寻找清除体内 自由基的天然物质也是现代医药、保健行业发展趋势【l 5 1 。 本文以合成抗氧化齐u t b h q 为对照选取v c 、v e 、茶多酚、迷迭香提取物、b 胡萝卜 素、番茄红素六种天然抗氧化剂做功能和机理的比较研究。 1 1 几种抗氧化剂简介 国内外科技工作者一直在对香辛料、食用植物、中草药等十余类数百种天然物质的 抗氧化能力进行研究，并取得了许多研究成果。下面概述了选取的抗氧化剂的结构或组 成、理化性质、生理功能等。 1 1 1t b h q ( 叔丁基对苯二酚) t b h q 【l q ( t e r t - b u t y l h y d r o q u i n o n e ) 学名为叔丁基对苯二酚亦称叔丁基氢醌，为白色 晶体，较之b h a ，t b h q 在空气中更容易氧化为米色粉末，氧化严重时为褐色。溶于油、 乙醇、乙醚，难溶于水，溶解度随温度升高而增大。添加于任何油脂均无异味、异臭， 其热稳定性优于b h a 和b h t ，且与碱土金属不发生呈色及风味方面的变化。其结构式【l 8 】 如图1 1 ： 江南大学硕士学位论文 o h c ( c h 3 ) 3 图1 - 1 t b i t q 分子结构式 f i g 1 - 1 m o l e c u l a rs t r u c t u r eo f t b h q t b h q 是化学合成抗氧化剂，t 1 9 7 2 年在美m _ # - - 空f d a 批准用于肉类、家禽产品的抗 氧化【1 7 1 ，我国于1 9 9 1 年开始使用。t b h q 分子中有两个酚羟基，在抑制氧化的过程中， 提供两个氢后自身可形成稳定的耐1 8 1 如图1 2 ： o h c ( c h 3 ) ， h 。 _ _ _ - - - - - - - o o h c ( c h 3 ) 3 。h 。 _ - _ _ - _ _ _ - - o c c h 4 ) 3 图1 - 2t b h q 的抗氧化机理 f i g 1 - 2a n t i o x i d a t i o nm e c h a n i s mo ft b h q 尽管t b h q 对各种油脂和含脂食品都有较好的抗氧化效果，但在动物实验中发现其有致 突变的可能，因此f a o w h o 于1 9 9 6 年对t b h q 重新评价。鉴于t b h q 的致突变性尚无一 致的实验结果，因此t b h q 目前仅为美国、巴西、韩国、中国、南非等国家允许使用， 所有欧洲国家均未批准使用【3 】。 1 1 2v c v c 又称l 抗坏血酸( l - a s c o r b i ca c i d ) ，是一种水溶性的维生素，在自然界中存在还 原型抗坏血酸和氧化型脱氢抗坏血酸两种形式【1 9 1 。v c 为白色或略带淡黄色的结晶或粉 未，无臭有酸味，熔点1 9 0 - 1 9 2 ( 分解) ；易溶于水，微溶于乙醇和甘油，不溶于有 机溶剂。干燥状态比较稳定，但在水溶液中易受空气中的氧气氧化而分解。因其还原特 性而极不稳定，容易被热或氧化剂所氧化，在中性或碱性溶液中尤甚；光、微量重金属 ( 尤其是f e 、c u ) 或荧光物质( 如核黄素) 更能促进其被氧化【2 0 1 。 v c 是一种不饱和的多羟基六碳化合物( 己糖内酯) ，分子结构如图1 3 ，在其分子中2 、 h l 9 c h 2 0 h i o h 图1 - 3v c 分子结构式 f i g 1 - 3m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fv c 3 位碳原子之间的烯醇式羟基上的氢可游离出来，从而显酸性。v c 具有很强的还原性， 最显著的特点是：在体内可被氧化为l 脱氢抗坏血酸，通过还原作用，l 脱氢抗坏血酸 2 西 第一章绪论 可转化为l 抗坏血酸。在此可逆的氧化- 还原体系中( 如图l - 4 ) ，两种物质均为有活性的抗 坏血剂，这种体系是抗坏血酸的基本生理活性及技术应用的基础【2 1 1 。 i i h 。 h j _ jh - c j i l - 2 h + 2 h i i 筘门 l l o = c l l6 ：u l i h c 一 i l 6 h z o h l 脱氢抗坏纽酸 图l - 4v c 可逆氧化还原体系 f i g 1 - 4o x i d a t i o n - d e o x i d i z a t i o ns y s t e mo fv c 作为食品抗氧化剂，v c 具有的作用【捌主要有：清除氧，抑制对氧敏感的食物成分的 氧化：将系统的氧化还原电势移向还原的范围；产生酚类或脂溶性的抗氧化剂；维持巯 基以s h 形式存在；对螯合剂起增效作用，还原不受欢迎的氧化产物。 1 1 3 吻 v e 又称生育酚，是一类具有生物活性的、化学结构相似的酚类化合物的总称。v e 是一种天然的脂溶性抗氧化剂，广泛存在于粮食种子和各种植物油中。通常为淡黄色的 油状液体，无臭；混合浓缩物为黄至褐色透明黏稠液体，可有少量微晶体蜡状物，几乎 无臭；几乎不溶于水，易溶于乙醇，可与丙酮、氯仿、乙醚、植物油混溶；热稳定性好， 在较高温度( 2 2 0 。c ) 下仍有较好抗氧化效果；耐光，耐紫外线，耐放射性较科2 2 1 。但 生育酚混合浓缩物在空气中及在光照下，会缓慢地氧化变黑。 生育酚的化学结构如图1 5 ，v e 结构的一个重要特征就是叶绿基链中有3 个手性c ， r ， m r 2 生育酚 q 1 3t 6 r t c h 3 - c h 3 h h r ，c h 3 h c h n h 图1 5 生育酚的化学结构 f i g 1 5m o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft o c o p h e r o l s 可形成8 种立体异构体。这些异构体的生物学功能是不同的，其中a 生育酚的活性最高， 分布最广且最具代表性，尤其是d ，a 生育酚具有最高生物活性，通常被作为另外7 种类 型维生素的生物效价比较的标准。 3 江南大学硕士学位论文 v e 可作为自由基吸收剂来保护膜免受自由基的伤害【2 4 1 。当有自由基存在时，v e 的 抗氧化历程如图1 6 所示：通过苯并二氢吡喃环上酚羟基的h 与自由基结合来清除体内的 自由基，生育酚( i ) 则转化成生育酚自由基( 苯并二氢吡喃自由基) 。由于电子的离域 作用( p 氕共轭效应) 这个自由基相当稳定。生育酚自由基( i i ) 能被氧化成生育醌( i i i ) ，此 时苯并二氢吡喃头部的一个环打开。生育醌又可被还原成氢化生育醌( ) ，这是一个极 好的抗氧化剂。来自人体的实验表明，氢化生育醌可转化为生育酚【2 5 1 。 m i - 1 0 皇， i v lo 一生育酚 i iq 吐育酚自由基o 一生育醌1 7 氢化醌 图1 _ 6a 生育酚的氧化扣再生 f i g 1 - 6o x i d a t i o na n dr e b i r t ho fa t o c o p h e r o l s 1 1 4 荼多酚 茶多酚( t e ap o l y p h e n o l ，简称t p ) 是一类存在于茶叶中的多羟基酚类有机物质及其 衍生物的总称【2 6 】，在茶叶中的含量一般在1 5 - - - , 2 0 。 纯茶多酚一般为白色无定型粉末，通常为棕黄、淡黄或淡黄绿色粉末，具有涩味， 略有吸潮性，在潮湿的空气中能被氧化成棕色产物，易溶予水，可溶于甲醇、乙醇、丙 酮、乙酸乙酯等有机溶剂，水溶液的p h 值在3 - 4 之间，微溶于油脂，但不溶于氯仿。对 热、酸较稳定，p h 值2 8 稳定，p h 8 时光照易氧化聚合，遇铁变绿黑色络合物 2 7 1 。 在茶多酚各组成份中以黄烷醇类为主，黄烷醇类又以儿茶素类物质为主，儿茶素含 量占茶多酚总量的6 0 - - - - 8 0 2 8 1 。儿茶素包括非酯型儿茶素和酯型儿茶素，是多种结构 的混合物，各结构如图1 7 。茶叶中含量最高的儿茶素为e g c g ，其次为e c g ，再次为e g c 。 h 0 h 0 h l 卜同兰舌嗣瓦甲： l - e c - r l = h ，r 2 = h l-egc-喁ri=一n，ohl-ecg r 已堪o h ir ，= h ， 2 = 一c 叫、卜 l 吨g c g ：r ，= 。h ，r ：= 0 百璐 6 图1 - 7 儿荼素各结构式 4 第一章绪论 儿茶素类化合物在b 环和c 环上的酸性酚羟基具有很强的供氢能力，能与脂肪酸中的游 离基相结合而中断脂肪酸氧化的连锁反应，从而抑制氢过氧化物的形成起到抗氧化作 用。其过程为，a ) 供氢过程： h 0 h o h + r l 以l = 毋。 i m 价。一乒o+ 吣儿、一，j o h 、2 一 b ) 抑制过程：r o o ( 过氧化自由基) + r h 2 ( 抗氧化剂) 一r o o h + rh rh + h r 一2 r + h 2 茶多酚是卫生部批准的天然抗氧化食品添加剂，可用于油脂、肉制品、饼干、饮料 等食品中，能够延长贮存期，防止食品褪色，提高纤维素稳定性，有效保护食品各种营 养成份。同时作为一种优良的氢或中子的给予体，可以和生物体在氧化还原反应中生成 的过量自由基反应生成酚氧自由基从而保护生物体免遭自由基的损伤【2 9 1 ，是人体自由基 的清除剂。 i i 5 迷迭香提取物 迷迭香提取物是从迷迭香植物中提取的具有抗氧化活性的一系列物质构成的混合 物【3 1 】，主要成分是二萜酚类、黄酮类和少量的三萜类化合物。至今，已从迷迭香茎、叶 中分离鉴定了2 9 个黄酮类化合物；十二种二萜酚类化合物如迷迭香酚( c r o s m a m 0 1 ) 、鼠 尾草酚( c a m o s 0 1 ) 等；三种二萜醌类化合物；从根中分离鉴定了五种二萜和二萜醌类化合 物。双酚类二萜为迷迭香中的油溶性高效抗氧化物质【3 们。迷迭香提取物主要化学成分的 结构如图1 - 9 ，从它们的结构分析，均具有抗氧化活性。 r r ：0 1 1 鼠尾孳酸c a r n o s i ca c i d o h 迷迭香酸r o s m a r i n i c 雠i d r 。 h0 h r ：l l 鼠尾节酚c a r n o s o l 迷达香研r o s m a n o l 图1 - 8 迷迭香提取物主要化学成分的结构 f i g 1 - 8m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fr o s e m a r ye x t r a c t s 工业生产的迷迭香提取物其外观有多种形式，如粉状和液状。对于不同形态的产品， 5 江南大学硕士学位论文 其质量指标要求也不一样，但一般均是以有效成分的含量来衡量。国外相关迷迭香抗氧 化剂的主要质量指标，一般要求水溶性产品的迷迭香酸含量大于6 ，而脂溶性产品的 有效成分( 酸酚总量) 则可分为大于1 5 、2 5 和6 0 等不同级别。 研究表明，迷迭香的非挥发性成分具有明显的抗氧化作用，除黄酮外主要是鼠尾草 酚、鼠尾草酸、迷迭香酸和迷迭香酚，它们都具有双酚二萜的活性部位。此外，迷迭香 中还含有迷迭香二酚、迷迭香醌等多种不同的酚类，这些酚类物质之间以加合作用来表 现整体的抗氧化性【3 们。这些成分都不容易挥发，具有良好的热稳定性。 目前，国外对迷迭香的研究与应用主要集中在食品工业、化妆品工业和医药卫生方 面。迷迭香抗氧化剂被直接用于油脂中以防止油脂变质。一般迷迭香抗氧化剂在油脂中 的添加量是0 0 2 - - 0 0 4 。对于油脂中使用迷迭香抗氧化剂的研究报道较多，几乎所 有关于迷迭香提取方法的实验，都同时做其抗氧化性能的实验，有的还对其中的单一主 要成分与合成抗氧化剂做了对比实斟3 2 。3 5 】。迷迭香抗氧化剂不但是一种自由基终止剂， 而且是一种单线态氧抑制剂。 1 1 6f l - 胡萝卜素 b 胡萝卜素( 1 3 一c a r o t e n e ) 是类胡萝卜素的一种，在人体内可以转化为v a ，故又称它维 生素a 原，人体所需的v a 有6 0 - - 7 0 来自于b 一胡萝卜素。b 胡萝卜素为红紫色至暗 红色的结晶性粉末，略有异臭、异味，熔点1 7 6 1 8 0 ，易溶于己烷、四氯化碳、苯、 二硫化碳，可溶于醚、石油醚、植物油，难溶于甲醇、乙醇，不溶于丙二醇和水、甘油， 对光、热、氧不稳定，不耐酸但在弱碱性时较稳定，不受v c 等还原物质的影响，重金 属尤其是铁离子能促其褪色。稀溶液呈橙黄至黄色，浓度大时呈橙红色，因溶剂的极性 可能稍带红色【2 2 】。 b 一胡萝卜素分子式为c 4 0 h 5 6 ，其分子为反向对称的化学结构【3 6 - 3 7 如图1 - 9 ，两端是b 紫罗蓝酮环( b 1 环和b 2 环) ，中间为四个异戊二烯 c h 2 = c ( c h 3 ) 一c h = c h 2 】。 彝环 图1 - 9f l - 胡萝卜素结构 f i g 1 - 9m o l e c u l a rs t r u c t u r eo ff l - c a r o t e n e b 胡萝卜素的抗氧化作用【3 明是基于它分子中的多个共轭多烯双键的特殊结构。这种 结构使它能与含氧自由基发生不可逆性反应，生成非常稳定的以碳为中心的自由基 1 3 - c a r ，这个碳核自由基可以迅速可逆地与氧反应生成一种新的带链的过氧化自由基 1 3 c a r - o o o b - 胡萝卜素具有较强的抗氧化作用，能清除体内含氧自由基以及淬灭单线态氧。它 的抗氧化作用能有效地预防多种疾病的发生发展，尤其是对某些肿瘤和心血管疾病。 1 1 7 番茄红素 6 第一章绪论 番茄红素( 1 y c o p e n e ) 是一种重要的类胡萝卜素，是由1 1 个共轭及2 个非共轭碳- 碳 双键组成的直链型碳氢化合物3 们，分子式为c 4 0 h 5 6 ，其结构式如图1 1 0 ，主要存在于番 茄、西瓜、南瓜等果蔬中。天然植物中的番茄红素绝大部分为热力学较稳定的反式结构， 而人体中顺式的比例却高得多【删。 图l - l o 番茄红素分子结构式 f i g 1 - 1 0m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fl y c o p e n e 番茄红素为红色粉末或红色液体，其较稀油状液体呈黄橙色。作为脂肪烃不溶于水， 难溶于甲醇等极性有机溶剂，可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化 碳、苯、油脂等；具有良好的热稳定性，耐碱性较好，耐氧化还原性较强，但不耐光； 能耐k _ 、n 矿、m 矿、f e 2 + 等离子，但不耐f e 3 + 和c u 2 + 等离子【3 9 1 。盐酸对番茄红素有破坏 作用。当分子从反构变为顺构时颜色变浅，溶点降低。 由于番茄红素强效的抗氧化作用使得其在防治与氧化损伤相关的心脑血管疾病、机 体衰老、疲劳和皮肤损伤等方面均有潜在的应用价值【4 1 1 。目前，番茄红素有以下几种用 途：( 1 ) 食品着色剂，同时其良好的自由基淬灭活性使其成为优良的食品抗氧化剂；( 2 ) 基于已经证明的防治疾病功能，番茄红素可被用来制造功能性食品以及营养补充剂。 1 2 油脂氧化 油脂的氧化主要包括三种类型，分别是油脂的自动氧化，光氧化和酶氧化【4 2 】。 1 2 1 油脂的自动氧化 油脂的自动氧化是活化的含烯底物( 如不饱和油脂) 和空气中的氧在室温下，未经 任何直接光照，未加任何催化剂等条件下的完全自发的氧化反应。电子旋转共振光谱仪 ( e s r ) 可以直接地测出自动氧化过程中自由基的存在，验证了自动氧化是一个自由基链 锁反应，它一般是按游离基反应的机理进行的。油脂的变质，绝大部分是由于脂类的自 动氧化造成的。 1 2 1 1 诱导期 将氧化速度非常缓慢的一段时间定义为诱导期。在这个阶段，通过金属催化剂与脂 类化合物直接反应和氢过氧化物的分解两种方式开始生成自由基，所产生的自由基会被 抗氧化剂有效地清除掉。然而一段时间以后，由于抗氧化剂被耗掉，自由基的传播进程 逐渐加快。当油脂开始有酸败味时，就标志着诱导期的结束或传播期的开始，这以后氧 化速度猛增。 实际工作中，最有意义的是油脂氧化过程中诱导期的确定。油脂的诱导期是油脂质 量最为重要的指标之一。诱导期可由油脂吸收氧的速度随时间的变化或通过测定过氧化 值或由r a n c i m a t 仪来确定。简单反应式如下：( r o o ，h ，r ，r o 代表自由 7 江南大学硕士学位论文 基，r o o h 为氢过氧化物) r o o h 乓 r o o + h r o o h r o + o h 2 r o o h r o +r o o + h 2 0 1 2 1 2 传播期 这是自由基的传递过程。在这个过程中，已生成的游离基夺取别的脂类分子上的氢 原子，形成氢过氧化物和新的自由基，依此往复循环。 r + 0 2 r o o r 0 0 + r h r o o h + r 1 2 1 3 终止期 当自由基不断聚集到一定的浓度则相互碰撞的频率大大增加，两个游离基能有效碰 撞生成一个双聚物。自由基的碰撞结合反应的发生，最终导致反应终止。 r o o + r 7 o o r o or7 + 0 2 r o + r r o r 1 2 1 4 二次产物的形成 分解和进一步聚合反应在进行，形成低分子产物如醛、酮、酸、醇和高分子化合物。 1 2 2 油脂的光氧化 光氧化作用也是油脂氧化作用的组成部分。氧分子有两种存在能量状态，一是单线 态，即激发态氧分子( 1 0 2 ) ；另是三线基态氧分子( 3 0 2 ) 。油脂中的色素会强烈吸收邻近 的可见光或紫外光，发生光氧化作用【4 3 】，这也包括有光敏剂存在下与氧的反应所引起的 氧化反应。 1 2 3 油脂的酶氧化 酶氧化则是由脂氧酶参加的氧化反应。脂氧酶催化的过氧化反应主要发生在生物体 内以及未经加工的植物种子和果实中。脂氧酶有几种不同的催化特性：一种脂氧酶催化 甘三酯的氧化，而另一种只能催化脂肪酸的氧化。在脂氧酶的活性中心含有一个铁原子， 而必需脂肪酸是他们主要的氧化底物，因此这些酶能选择性地催化多不饱和脂肪酸的氧 化反应【4 4 1 。 1 2 4 影响油脂氧化的因素 影响油脂氧化速度的因素很多，主要与油脂的脂肪酸组成、温度、氧气、光和射线、 水分及重金属离子催化剂等因素有关。 油脂中的脂肪酸分为饱和脂肪酸( s f a ) 、单不饱和脂肪酸( m u f a ) 和多不饱和脂肪酸 ( s u f a ) 。一般饱和脂肪酸是最稳定的，油脂的氧化变质是从不饱和脂肪酸的氧化开始的， 油脂酸败所需要的时间也接近于各不饱和脂肪酸氧化所需要的时间【4 3 1 。 食用油脂通常含有微量的金属离子催化油脂的氧化。这些金属离子的来源，一是含 金属的活化酶或其分解产物；二是在食油炼制、食油氢化及食品加工中接触金属容器。 8 第一章绪论 温度的影响是较显著的。温度每提高1 0 油脂的氧化速度加快一倍。高温时( 8 0 c 以上) ，脑磷脂的存在能使酚类和醌类抗氧化剂的抗氧化性能大大地增加。 少量的水分( o 2 ) 被认为有益于油脂的稳定性，水能水化金属离子，降低其催化活 性。o 2 的水能防止亚油酸的氢过氧化物分解产生自由基【4 5 1 。任何一种光线( 如漫射阳 光或人造灯光) 存在，都能触发光氧化作用。 1 2 5 油脂氧化的危害 油脂氧化是导致食品品质变坏的重要原因之一，特别是对于油脂及含油食品来说更 是如此。油脂氧化除使食品中的油哈败外，还会使食品发生褪色、褐变、维生素破坏， 降低食品品质和营养价值，甚至产生有害物质引起食物中毒。研究发现：油脂氧化产生 的氢过氧化物呈现毒性【4 6 1 。当用过氧化物含量极高的氧化油喂养小鼠时发现导致肝、肾、 肺的病变症状，小肠病变症状尤为突出。人体食用氧化油后也会产生不良后果。油脂的 脂质过氧化还会对膜、酶、蛋白质造成破坏，甚至可以导致老年化的很多疾病还可以致 癌，严重危害人体健康。因此，防止油脂及食品中油脂的过氧化就成为关系到人体健康 的大事。 1 3 自由基与疾病、衰老 1 3 1 自由基 原子或分子外的电子都在一系列能级不同的轨道上运动。根据分子轨道理论，每一 轨道上可容纳两个自旋相反的电子，自由基( f r e er a d i c a l ) 是指那些独立存在的有一个或几 个不配对电子的原子或基团【47 1 。自由基具有不配对电子，因此具有极高的化学活性，能 从邻近的分子夺取一个电子以弥补它自身的外层轨道而变得稳定。氧所形成的自由基统 称为活性氧，无论在正常代谢或病理变化中均极为重要。这些活性氧包括超氧阴离子、 羟自由基、过氧化氢分子、氢过氧基、烷氧基、烷过氧基、氢过氧化物和单线态氧【4 8 1 。 超氧阴离子自由基不仅具有重要的生物功能，与多种疾病有密切的关系，而且它还 是所有氧自由基中的第一个自由基，可经过一系列反应生成其它氧自由基，因此具有特 别重要的意义【47 1 。 羟基自由基则是已知氧化性最强的氧自由基，可以进攻细胞成分，膜脂、蛋白质、 酶和核酸等，这是自由基生物学和医学的重要内型4 9 1 。 1 4 1 氧自由基毒性 自由基是生物体生命活动过程中由其机体生物化学反应所产生的中间产物，自由基 参与的很多反应对机体是有益的。在正常细胞的代谢过程也有氧自由基产生，但体内还 存在一个清除氧自由基的体系，主要包括一些抗氧化酶和抗氧化剂，使得体内氧自由基 的产生和清除处于一个平衡状态。 但在日光、紫外线、电离辐射、化学反应、药物等外界物理化学因子的作用下，或 在某些病理情况下，机体发生氧化应激反应，将产生大量高反应活性的氧自由基【5 0 1 。这 些过量的氧自由基具有广泛的病理学效应，可引起脂质过氧化作用的发生，导致对生物 9 江南大学硕士学位论文 膜( 包括细胞膜、线粒体膜、微粒体膜、溶酶体膜等) 、小动脉和中枢神经系统的损伤。 这些损伤会形成小动脉的纤维性变化，加快动脉硬化以及其它心血管疾病的发生。同时， 自由基和脂质过氧化产物可以引起d n a 的氧化破坏或交联，使核酸变性，结果导致d n a 发生突变，热稳定性的改变、单链断裂等，从而影响了它们传递信息的功能以及转录与 复制，导致蛋白质合成能力下降和合成差错。而当蛋白质合成能力下降时，可引起记忆 力减退，智力障碍以及肌肉萎缩；蛋白质的合成差错，可以引起多种生物酶的减少与失 活，或虽有活性但遇热不稳定；尤其是r n a 或统管信息的酶合成差错的进行性积累，会 影响蛋白质合成的准确性，甚至危及整个机体的蛋白质合成，从而更加严重的造成机体 的损伤，严重干扰机体正常的生命活动，并加快机体的衰老与死亡【5 l 】。因此机体适当地 补充外源性抗氧化剂，清除体内过剩的氧自由基，将对生物体产生有益的作用。 1 4 抗氧化剂作用机理及研究方法 1 4 1 抗氧化剂作用机理 有效抑制氧化是使用抗氧化剂之目的所在，由于受自身结构及性质影响，抗氧化剂 发挥作用的途径是多样的，其作用机理可以概括为以下四种5 2 , 5 3 ： 清除自由基：多数抗氧化剂，包括目前常用的v e 、t p 等都是有效的自由基终止剂， 它们主要作为氢的给予体与脂类自由基反应，使自由基转变为非活性的或较为稳定的化 合物，从而干扰或延滞链反应中的链增长步骤，达到抑制氧化的目的【5 4 - 5 6 1 。 螯合金属离子：许多氧化过程是在金属离子的参与下进行的。金属离子在价态发生 变化过程中起传递电子的作用，可缩短链引发期的时间，从而加快了脂类化合物氧化的 速度。柠檬酸、磷酸衍生物等能与金属形成隋性的s 络合物，抑制了氢过氧化物的分解， 从而起到了抗氧化的目的5 7 , 5 8 】。应指出的是金属离子螯合剂通过螯合引发链反应的物质 抑制自由基生成，不能直接与自由基结合，起到的是间接抗氧化作用，因此单独使用时 的抗氧化效果往往不佳，故常常与其它抗氧化剂混合使用。 清除氧：此类抗氧化剂主要通过试剂本身的氧化还原反应来抑制氧化。如v c 由于分 子2 、3 位上存在两个相邻的烯醇式羟基，具有较强的还原性，可以有效地还原油脂中的 过氧化物，消耗油脂中的氧，从而抑制氧化反应的发生【5 9 棚】。 作用于与自由基有关的酶：抗氧化剂在体内可以抑制导致自由基产生的酶的活性， 从而表现出抗氧化作用。如t p 能够有效抑制细胞中n a d p h 细胞色素还原酶及细