抗氧化剂的抗氧化机理与能力测定探讨

2022-12-24

一、抗氧化剂的抗氧化机理

“抗氧化剂”是现代社会中越来越流行的一个词, 因为媒体报道宣称它是一种有机的健康食品。抗氧化剂的定义相当简单, 传统的解释是:“阻止氧气不良影响的物质”。许多这些物质 (如天然维生素e) 被用作各种产品中的防腐剂 (如在脂肪, 油脂, 食品和肥皂中, 用于延缓酸败进展;在汽油中起到防止聚合从而避免引擎积垢形成的目的;在橡胶中起到延缓老化作用) 。生物学抗氧化剂的定义为“能合成或天然添加到产品中防止或延缓空气中氧气对其恶化的物质。在生物化学和医学中, 抗氧化剂是酶或其他有机物质, 如维生素E或β-胡萝卜素, 能够抵消有害的生物组织中的氧化破坏作用”。生物学的抗氧化剂定义更全面, 有利于公众认识到维护自身健康与预防橡胶氧化不是一个概念。

根据科学学科, 范围和概念的不同, 氧化防护目标也不相同。在化学工业中, 抗氧化剂通常指的是一种延缓自动氧化的化合物, 如橡胶和塑料等化工产品。自然氧化作用主要是因氧气和基体之间产生了自由基链式反应引发的, 有效的抗氧化剂, 打破和分解了自由基链式反应。受阻酚类抗氧剂或芳香胺类抗氧剂通常用于橡胶和塑料产品。在食品中, 抗氧化剂应用更加广泛, 它们可以用来作防腐剂防止生物和动物脂肪被氧化变得腐臭。使用了抗氧化剂, 能使食品中的活性物质数量显著减少, 如活性氧和氮成份等。抗氧化剂能清除活性氧/氮来停止自由基链反应, 也可以在第一时间抑制或预防活性氧化剂的形成。抗氧化剂按照作用方式可分为自由基吸收剂、金属离子螯合剂、氧清除剂、过氧化物分解剂、酶抗氧化剂、紫外线吸收剂或单线态氧淬灭剂等。硒也是一种辅助抗氧化剂元素, 例如, 谷胱甘肽过氧化物酶, 可以减少醇类过氧化物和水。

硒本身并不直接充当ROS/RNS的清除剂, 在生物体系中的作用里, 硒元素与体外抗氧化能力是毫无关联的。而一个没有生命的物质产生自由基链反应氧化, 主要是由酶介导的一系列的氧化还原反应。尽管如此, 非酶物质仍可能产生自动氧化自由基链反应, 并导致氧化连锁反应。

因此, 生物抗氧化剂包括酶抗氧化剂 (如超氧化物歧化酶, 过氧化氢酶, 谷胱甘肽过氧化物酶) 和非酶抗氧化剂 (如氧化酶抑制剂, 抗氧化剂酶辅因子, ROS/RNS清除剂, 过渡金属螯合剂) 。生物抗氧化剂的分子, 以小的浓度来保护生物分子, 防止或减少氧化破坏生物分子的程度。

二、抗氧化能力测定的方法

抗氧化能力的研究与描述有很多方面, 包括总抗氧化“能力” (如效率, 功率, 参数, 潜力, 效果等) 。其研究中没有特定的反应条件, 如压力, 温度, 反应介质, 共反应物, 和参考点等。因为“抗氧化”只反映化学反应特定条件下一个单独的测定应用, 它是不全面和易误导的“总抗氧化能力”实验概括数据指标。这个指标必须明确, 应该是指由不同的实验分析方法得到的结果。采用氧化剂的特定术语, 如“过氧自由基清除能力”, “超氧清除能力”, “三价铁离子还原能力”之类的会比较准确, 比松散“总抗氧化能力”测定结果更加具体。

化学反应中, 主要的基础抗氧化能力测定法可以分成两类:氢原子转移 (HAT) 基础测定法和单电子转移 (ET) 的反应基础测定法AT为基础测定方法基于反应动力学, 其定量来源于动力学曲线。。ET方法包括一个氧化还原反应与氧化剂 (也称为探针监测反应) 作为反应的终点指示器。HHAT和ET试验的目的是测量基体内氧化剂的清除能力, 而不是样品的预防性抗氧化能力。测量清除氧化剂特别是过氧化氢自由基的相对反应速率, 是测量抗氧化能力的关键参数。

三、基于动力学曲线的抗氧化能力测定法

现采用一个偶氮化合物研究一个典型的抗氧化过程, 假设一个抗氧化分子存在在两个自由基和氧过量的情况下, R2N2=偶氮化合物, LH=自由基, AH=抗氧化剂, 其过程包括以下基本步骤。

产生过程:

传播过程:

抵制过程:

终止过程:

在稳态条件下, 抑制过氧化物的形成 (或氧气消耗) 速度可以由下式表达:

其中, k3, K6和K8分别表示传播, 抑制, 终止的速率常数, 一个良好的自由基链清除连锁反应过程应包括两点:第一, 其反应自由基 (速率常数k6, k3) 更加快速;第二, 抗氧化自由基没有反应或与LH反应非常缓慢 (速率常数K3) 。抗氧化物也能清除烷氧自由基, 它可以通过过氧化物的分解, 通过金属催化的芬顿反应来形成。

烷氧基自由基的清除可以显著防止细胞毒性化合物的形成 (如4-羟基壬烯醛亚油酸过氧化脂质) 。在抗氧化剂的作用下, 过氧化脂质的积累应该是最小的, 直到所有的抗氧化剂被消耗。从这个意义上看, 分解过氧化脂质的抗氧化剂和自由基之间的反应是微不足道的。因此, 抗氧化剂的消耗是氧化预防的关键功能。

低密度脂蛋白 (LDL) 氧化动力学使用参数如下:

模拟α-生育酚抑制氧化低密度脂蛋白的动力学曲线呈现出明显滞后效应 (见下图) , 滞后时长与α-生育酚的浓度呈线性相关。从中可以看出:一个单纯的抗氧化化合物, 最重要的参数是与过氧自由基的速率常数 (K6) 。

摘要：氧化是普遍存在的现象, 抗氧化剂已广泛用于多种应用中。由于同一抗氧化剂对不同底物或在不同的反应条件下, 可能表现出不同的抗氧化活性。抗氧化剂种类众多以及测定抗氧化能力方法不一。本文介绍了抗氧化的机理及能力测定方法, 并就基于动力学曲线测定抗氧化能力的方法进行了解析。

关键词：抗氧化剂,能力,测定