油脂化学4.doc

人性化地认识自由基近年来，随着我国人民物质生活水平和对生活质量的要求不断提高，人们对保健知识的需求也与日俱增。在有关保健知识的传播中，自由基出现的频率越来越高，保健食品中、化妆品中、烟草中等那么,究竟什么是自由基，它与我们人类的健康有什么关系呢？ 简单地说，在我们这个由原子组成的世界中，有一个特别的法则，这就是，只要有两个以上的原子组合在一起，它的外围电子就一定要配对，如果不配对，它们就要去寻找另一个电子，使自己变成稳定的元素。那么，这种有着不成对的电子的原子或分子叫做自由基。 自由基非常活跃，不安分。就象我们人类社会中的不甘寂寞的单身汉一样，如果总也找不到理想的伴侣，可能就会成为社会不安定的因素。那它是如何产生的呢？又如何对人的身体产生危害的呢？早在上个世纪末90年代初期，中国大陆对自由基的认知来自于北京卷烟厂在出口产品定单中外方产品的要求，外方，尤其是日本提出，吸烟有危害身体健康，不仅仅是尼古丁、焦油，还有一种更具危害的物质是自由基。 当一个稳定的原子的原有结构被外力打破，而导致这个原子缺少了一个电子时，自由基就产生了。于是它就会马上去寻找能与自己结合的另一半。它活泼，很容易与其它物质发生化学反应。当它与其它物质结合的过程中得到或失去一个电子时，就会恢复平衡，变成稳定结构。这种电子得失的活动对人类可能是有益的也可能是有害的。 一般情况下，生命是离不开自由基活动的。我们的身体每时每刻都从里到外的运动，每一瞬间都在燃烧着能量，而负责传递能量的搬运工就是自由基。当这些帮助能量转换的自由基被封闭在细胞里不能乱跑乱窜时，它们对生命是无害的。这是由于细胞内存有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glrtathione peroxidase, GSH-PX）等抗氧化酶类可以及时清除它们，所以对机体并无有害影响。在病理条件下，由于活性氧产生的过多或抗氧化酶类活性下降，自由基的活动失去控制，则可引发链式脂质过氧化反应损伤细胞膜系并进而使细胞死亡，生命的正常秩序就会被破坏。 所以说自由基是一把双刃剑。认识自由基，了解自由基对人体的作用，对我们的健康十分必要。自由基纵横谈一、概念大多数化学键由双电子形成。这种键断裂时有二种可能：一种是异裂反应，成键的两个电子分给两种分裂产物之一，生成物为离子。另一种是均裂反应，两个电子均分给两个产物，此过程中产生的分裂物称为自由基（free-radical），在溶液中呈均一状态。显然，自由基（free radical）是具有一个不配对电子的原子和原子基团的总称。如下述反应中的A和B，还有NO、NO2、I及Na等均具有未配对电子。绝大多数自由基寿命短，生成后不稳定，易被周围环境吸收。在化学反应机理的研究中，发现自由基参与的反应占相当大比例。 由氧诱发的自由基称为氧自由基或活性氧，如超氧阴离子（O2-）、羟自由基（OH）及单线态氧（1O2，激发态放出一个光子）等非脂性自由基。氧自由基与多聚不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物烷自由基（L）、烷氧基（LO）、烷过氧基（LOO）等属于脂性自由基。氧自由基和脂性自由基的性质极为活泼，易于失去电子（氧化）或夺取电子（还原），特别是其氧化作用强，故具有强烈的引发脂质过氧化的作用。二、自由基的来源机体在代谢中不断地产生自由基，在酶催化的电子转移及氧化还原反应中，有许多自由基中间体参与；某些药物在体内以自由基中间体的活性形式发挥作用；在光化学反应及放射中多以自由基发挥作用。生物体的自由基可通过下面几种方式产生。（一）放射线照射放射性可直接或间接地对生物体发生作用，-射线具有高能粒子作用，-射线具有电磁波作用，使生物体组织成分的分子激发或离子化；最终是化学键被切生成自由基，使机体被损害，这是放射线对生物直接作用的结果，这种方式是少量的。生物体内含有大量水，放射线首先使水分解，产生反应性非常高的自由基如H和OH等，H和OH可产生多种效应如破坏机体各组织细胞等，这是放射线对生物间接作用的结果。生物体还被外部宇宙线、伦琴射线以及射线包围，使生物体沐浴在大量射线之中，因而组织易遭损伤，加快老化的过程。（二）机体周围自由基前体物的转变我们周围环境有各种自由基或产生自由基的多种物质存在，如较稳定的氮氧化合物NO、NO2自由基，在大气中还有汽车排出的碳化氢，空气烟雾中的氟利昂等经太阳紫外线照射及光分解产生多种碳的自由基及卤原子；大气中的臭氧也可能转变成过氧化物自由基。食物中某些成分如茶叶在空气中放置过久，自由基含量会升高，还有一些脂类含有自由基的前体物以及过氧化物、某些药物、激素和类固醇等经机体摄取后，在代谢过程中也容易产生自由基。（三）生物体内活性氧的生成机体在代谢中不断产生的自由基，种类繁多，其中以活性氧最多。活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）是指化学性质活跃的含氧原子或原子团，包括超氧阴离子自由基、过氧化氢（H2O2）、单线态氧、羟自由基（HO）、烷过氧化自由基、脂过氧化自由基等。1活性氧种类：氧是偶电分子，分子中存在一个键和两个三电子键，其简化结构式为。O2可呈现两种状态，即单线态（singlet state）又称为激发态，以1O2表示；另一种为三线态（triplet state），又称为基态，以3O2表示，3O2可吸收能量变为激发态；3O2+h1O2氧化能力的指标是以氧分子的还原分子之间的标准氧化还原电位（E01）而定，如图4-1所示。图4-2 氧分子及活性氧相互间的标准氧化还原电位（pH7.0）O:1.0Atm图4-3 脂质过氧化反应及其脂质自由基的生成（LOOH、LOO、LO） 氧是一个重要的电子受体，因所得电子数不同，氧可产生多种还原产物：O2-、OH及H2O2，它们的E01均比O2高，具有强的氧化能力。O2+eO2-O2+2e+2H+H2O2O2+3e+3H+OH+H2OO2+4e+4H+2H2O不饱和脂肪酸在1O2等作用下，被氧化成过氧化脂（LOOH），LOOH又可进一步使脂肪酸氧化，脂质过氧化反应及其脂质自由基的生成如图4-3示。以上所述的1O2、O2-、H2O2、OH及LOOH等统称为活性氧，但是体内不能产生活性的O2+及原子氧。基态氧本身毒性很低，但是O2-、H2O2、OH、1O2及LOOH毒性较大，这种活性氧的毒害作用称为氧的毒性。2活性氧的生成（1）超氧化物自由基（O2-）：O2-也可以HO2形式存在，HO2的pKa为8.4，在生理pH为7.45条件下，大部分以O2-形成存在，即HO2H+O2-。图4-3O2-是O2被一个电子还原生成，再由O2-产生其它活性氧，O2-是造成氧毒性的主要物质，在pH7.0时，O2-/O2和（2H+、O2-）/H2O2的E01相应为-330毫伏和+940毫伏，O2-既可起氧化作用，也可作为还原剂，当O2-作为还原剂时，产物为H2O2。O2-的消除主要经超氧化物歧化酶（SOD）催化生成O2和H2O2：k=2.37109M-1S-1,O2-也可自身进行歧化反应，反应速度相当慢：H2O2与O2-反应可生成反应性更高的HO及1O2：O2-可被维生素C还原生成H2O2，维生素C使O2-还原的速度常数为2.7109M-1S-1，与SOD催化的反应速度常数相当，细胞内维生素C浓度高，因此维生素C有与SOD同等程度消除O2-的作用。O2-还可被维生素E及谷胱甘肽（GSH）还原生成H2O2，GSH的-SH还原作用约相当于SOD的10%。由于O2-寿命短，检测有一定困难，只能用电子顺磁共振波谱（ERR）检出。（2）过氧化氢（H2O2）：H2O2非自由基，但也是一种氧化作用很强的活性氧。在生理情况下，氧通常是通过细胞色素氧化酶系统接受4个电子还原成水，同时释放能量，但也有12的氧接受一个电子生成O2-，或再接受一个电子生成H2O2。H2O2可由O2-的歧化反应生成，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等作用下，把O2作为电子受体，经两个电子还原生成H2O2，在线粒体中也能直接生成H2O2。H2O经放射线照射，一次生成OH，再生成H2O2。细胞内氧自由基的生成分子氧在线粒体细胞色素氧化酶系统中接受一个电子而被还原生成O2-。O2+e- O2-这是其它活性氧产生的基础。过氧化氢（H2O2）及羟自由基（OH）续发于此。即氧在获得一个电子时还原生成O2-，获得2个电子生成H2O2，获得3个电子生成OH,获得四个电子生成H2O。H2O2既可由O2-自发歧化产生，也可经酶促歧化而生成。OH自由基的产生不仅需要O2-或H2O2，而且要有过渡金属，如铁的螯合物的存在。由铁催化的Fenton型Haber-Weiss反应可迅速形成OH，而单纯的HaberWeiss反应速度很慢，很难由此形成OH。O2-+H2O2O2OH-OH(HaberWeiss反应)Fe（）O2-Fe()O2（2）Fe() +H2O2 Fe()+OH-+OH（3）也就是说，O2-使铁还原，还原的铁再使H2O2还原生成OH，OH是最活跃最强力的氧自由基。H2O2较稳定，反应性低，在体内浓度也比较低，（大鼠肝脏中为10-9M），对机体几乎无毒性；H2O2的消除依赖于两种酶，一是过氧化氢酶，催化H2O2歧化反应：2H2O22H2O+O2；二是谷胱甘肽过氧化物酶。在GSH参与下使H2O2分解，GSH则变成氧化型谷胱甘肽。这两种酶可消除体内H2O2及过氧化物，防止血红蛋白及肝细胞膜部分被氧化破坏的可能。（3）氢氧自由基（OH）：体内OH从O2直接生成的反应尚不清楚，机体可由O2-生成系与H2O2生成系共同形成OH自由基。水经放射线照射后的一级反应产物是OH，由于OH氧化能力很强，因此对机体毒性很大。H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2OH2O2+O2-+H+OH+H2O+O2-OH在水中寿命很短，一般不易以自旋共振（ESR）方法检出，有人利用DMPO（5，5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物）作自旋捕获，成功地检出白细胞内产生的OH，因DMPO与OH形成一个较稳定的加成物DMPO-HO。另外也可采用生物反应检出。 （4）单线态分子氧（1O2）：1O2是一个强的亲电子性的氧化剂，可用化学方法生成，也可由H2O2经氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2：NaClO+H2O21O2+NaCl+H2O21O2可与芳香族碳氢化合物进行一系列的反应。1O2可将能量转移给其它物质而变成3O2，在此过程中，物质（A）作为1O2的淬灭剂，接受能量变为激发态（A*），然后以热的形式放出能量回到基态A。水也可作为1O2的淬灭剂。由于 1O2在水中寿命短，要检测出1O2有一定困难，最直接的证明是经1O23O2+h的化学发光观察，1O2单分子发光波长为1269微米及760微米。（5）过氧化脂类：人体内主要有亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸，多以磷脂形式存在于质膜等生物膜中。这些不饱和脂肪酸可受1O2氧化，也可经OH氧化生成过氧化脂质，生物膜上脂类既可在O2-作用下生成过氧化脂质（LO、LOO、LOOH），也可经放射线照射生成脂类自由基（L），这种在脂类中微量存在的L，在氧参与下进行链锁反应，加速过氧化过程，如图9-3所示。过氧化脂质化学性质活泼，易进一步使脂类分解引起自由基反应，也可使GSH氧化，而本身变成较稳定的脂类羟基化合物（LOOH）。氧自由基的生成、氧化还原及激发过程如图9-4所示。FR和ROS在细胞内可通过酶反应和非酶反应产生。其中线粒体是细胞内FR和ROS产生的主要来源，约占细胞内FR和ROS总量的98%左右，由于线粒体内超氧化物歧化酶(SOD)浓度较高，大部分O2-歧化为H2O2，后者可穿过线粒体膜进入胞浆。细胞内膜系统如滑面内质网及过氧化物酶体里含有一些酶, 如细胞色素p-450和b3家族、乙醇酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、尿酸氧化酶等，这些酶对脂溶性药物、不饱和脂肪酸、抗生素及其它代谢产物的氧化，亦可产生H2O2和 O2-等。除此以外，一些可溶性氧化酶、吞噬细胞NADP氧化酶、磷脂酶A2(PLA2)等催化的反应，以及某些小分子的自氧化均是内源性ROS产生的重要来源，配体反应也可介导产生FR和ROS。 三、自由基的存在空间： 这种缺少了一个电子，而又非常活跃的原子或分子的自由基，存在空间相当广泛。 科学家在二十世纪初从烟囱和汽车尾气中发现了这种十分活跃的物质。随后的研究表明，自由基的生成过程复杂多样，比如，加热、燃烧、光照，一种物质与另一种物质的接触或任何一种化学反应都会产生自由基。在日常生活中与您最亲密接触的渠道便是您烹制美味的菜肴时或您点燃一只醉心于吞云吐雾时，您精心使用化妆打扮时，自由基就悄悄地蔓延开来了。 自由基的种类非常多，自由基的存在的空间也是无处不在。它们以不同的结构特征，在与其它元素结合时，发挥着不同的作用。 人体里也有自由基，它们既可以帮助传递维持生命活力的能量，也可以被用来杀灭细菌和寄生虫，还能参与排除毒素。受控的自由基对人体是有益的。但当人体中的自由基超过一定的量，并失去控制时，这种自由基就会给我们的生命带来伤害。 生命体内的自由基是与生俱来的，既然生命能力历经35亿年沧桑而延续至今，就说明生命本身具有平衡自由基或者说清除多余自由基的能力。然而，随着人类文明的飞速发展，特别是最近一百年来，在科学技术给人类创造了巨大生产力的同时也带来了大量的副产品，其中就有与日俱增的自由基。化学制剂的大量使用、汽车尾气和工业生产废气的增加、还有核爆炸，人类文明活动还在不断破坏着生态环境，制造着更多的自由基。骤然增加的自由基，早已超过了人以及生命所能正常保持平衡的标准，早已让人类应接不暇，人类健康面临着前所未有的严峻挑战。四、自由基对人体的危害： 1996年起我国中科院物理研究所、北京军事科学院等有关科研单位与北京卷烟厂合作开始对自由基进行系统研究发现，过去人们一直认为，在地球上，细菌和病毒是人类生命的夙敌，于是，跟它们做了千百年的斗争并取得了显著的成绩。直到二十世纪六十年代，生物学家从烟囱清扫工人肺癌发病率高这一现象中发现了自由基对人体的危害，人类才认识到我们还有比细菌和病毒更为凶险、也更隐蔽的敌人。自由基过量产生或人体自身清除自由基能力下降会导致多种疾病的产生与恶化。 自由基对人体的损害主要有三个方面，1、使细胞膜被破坏；2、使血清抗蛋白酶失去活性。3、损伤基因导致细胞变异的出现。自由基对人体的攻击首先是从细胞膜开始的。细胞膜极富弹性和柔韧性，这是由它松散的化学结构决定的 ，正因为如此，它的电子很容易丢失，因此细胞膜极易遭受自由基的攻击。一旦被自由基夺走电子，细胞膜就会失去弹性并丧失一切功能，从而导致心血管系统疾病。更为严重的是自由基对基因的攻击，可以使基因的分子结构被破坏，导致基因突变，从而引起整个生命发生系统性的混乱。 大量资料已经证明，炎症、肿瘤、衰老、血液病，以及心、肝、肺、皮肤等各方面疑难疾病的发生机理与体内自由基产生过多或清除自由基能力下降有着密切的关系。炎症和药物中毒与自由基产生过多有关；克山病-硒缺乏和范可尼贫血等疾病与清除自由基能力下降有关；而动脉粥样硬化和心肌缺血再灌注损伤与自由基产生过多和清除自由基能力下降两者都有关系。自由基是人类健康最隐蔽、最具攻击力的敌人。正常情况下体内产生少量自由基属正常生理范围。体内同时存在超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POX）等可清除这些对细胞有毒性作用的自由基，故体内自由基的产生和清除处于动态平衡状态。(1)膜脂:是构成膜脂质双层的重要结构及功能成分，富含不饱和脂肪酸，自由基与不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化（lipid peroxidation）反应。脂质过氧化物的形成使膜受体、膜蛋白酶和离子通道的脂质微环境改变，从而改变它们功能，由于脂质过氧化反应的增强，细胞膜内多价不饱和脂肪酸减少，生物膜不饱和脂肪酸/蛋白质比例失常，膜的液态性、流动性改变，通透性增强。含双键脂肪酸过氧化可生成丙二醛，它的产生与脂质过氧化相平行，因而测定丙二醛含量可代表脂质过氧化物的浓度。丙二醛能使膜成分之间形成交联和聚合（polymerization），使膜的基本特性如变构、离子传递、酶活性等发生改变（图45）。图45 自由基对膜的损伤自由基可通过诱导过氧化而影响脂质，从而产生短链脂酰衍化物和副产物丙二醛。丙二醛反应可介导各种交联反应。自由基也能催化氨基酸氧化、蛋白质-蛋白质交联和蛋白质链的断裂。（2）蛋白质：在自由基的作用下，胞浆及膜蛋白及某些酶可交联成二聚体或更大的聚合物。这种交联既可借助于蛋白质之间的二硫键形成也可由于自由基损伤的氨基酸残基间的反应形成。蛋白质的交联将使其失去活性，结构改变。（3）核酸：自由基对细胞的毒性作用主要表现为染色体畸变，核酸碱基改变或DNA断裂。80是OH的作用。OH易与脱氧核糖及碱基反应并使其改变。自由基对细胞和组织的损伤是其致病的基础，由于人体是由各种各样不同功能的细胞组成，因而自由基对不同细胞的损伤可导致表面看起来毫无关连的疾病。如：自由基摧毁细胞膜，导致细胞膜发生变性，使得细胞不能从外部吸收营养，也排泄不出细胞内的代谢废物，并丧失了对细菌和病毒的抵御能力；自由基攻击正在复制中的基因，造成基因突变，诱发癌症发生，自由基激活人体免疫系统，使人体表现出过敏反应，或出现如红斑狼疮等自体免疫疾病；自由基作用于人体内酶系统，导致胶原蛋白酶和硬弹性蛋白酶的释放，这些酶作用于皮肤中的胶原蛋白和硬弹性蛋白并使这两种蛋白产生过度交联并降解，结果使皮肤失去弹性出现皱纹及囊泡；类似的作用使体内毛细血管脆性增加，使血管容易破裂，这可导致静脉曲张、水肿等与血管通透性升高有关疾病的发生；自由基侵蚀机体组织，可激发人体释放各种炎症因子，导致各种非菌类炎症；自由基侵蚀脑细胞，使人得早老性痴呆的疾病；自由基氧化血液中的脂蛋白造成胆固醇向血管壁的沉积，引起心脏病和中风；自由基引起关节膜及关节滑液的降解，从而导致关节炎；自由基侵蚀眼睛晶状体组织引起白内障；自由基侵蚀胰脏细胞引起糖尿病。总之，自由基可破坏胶原蛋白及其它结缔组织，干扰重要的生理过程，引起细胞DNA突变。自由基反应的扩展可以是无限的，但又可为各种自由基清除剂（free radical scavenger）所终止。 自由基清除剂的作用自由基的产生既然是有机体在正常或病理条件下的常见现象，因此在进化过程中也就形成了一系列对抗自由基，防止其损伤的系统。这种生化学防护系统主要有两大类：低分子自由基清除剂及复合酶系统。1. 低分子清除剂 存在于细胞脂质部分的自由基清除剂有维生素E（-生育酚）和维生素A（-胡萝卜素）；存在于细胞内外水相中的自由基清除剂有半胱氨酸、抗坏血酸和谷胱甘肽等，它们能提供电子使自由基还原，故有重要的防护作用。例如维生素E（生育酚）能还原O2-、单线态氧（1O2）、过氧化脂质自由基等；抗坏血酸具有相同作用而且能协助生育酚维持其具有活性的还原状态。-胡萝卜素是单线态氧（1O2）的有效清除剂并能抑制脂质过氧化。胞浆中的还原型谷胱甘肽（GSH）与还原型辅酶（NADPH）在某些酶如过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等的协同作用下，能还原H2O2、过氧化脂质、二硫化物及某些自由基。2. 酶性清除剂 细胞内有二种酶可以清除H2O2，即过氧化氢酶和过氧化物酶。如所周知H2O2是OH自由基的前身，上述两酶可使H2O2浓度降低，从而避免高毒性OH的产生。这两个酶的细胞内分布，尚不清楚。细胞内具有清除剂作用的另一个重要酶是超氧化物歧化酶（SOD）。它是一种金属蛋白，可以歧化O2-生成H2O2。哺乳类细胞含有两种SOD。其一是位于胞浆中的CuZn 超氧化物歧化酶，另一是位于线粒体中的Mn超氧化物歧化酶。SOD作用的重要意义，在于清除H2O2及OH的前身O2-，从而保护细胞不受强毒性氧自由基的损伤。清除剂的浓度及活性下降必将引起自由基所致之细胞损伤。油脂氧化所谓的氧化，具体地形容就是经长期风吹、日晒、雨淋后生锈的铁；就是削了皮的苹果、土豆暴露于空气中个把小时后变黑。我们前面提到过，由于带不配对电子的自由基会像断了腿的椅子、折了翅的飞机那样，寻找一个支点让自己平衡，从而最终危害人体健康甚至生命。学术上将这一机体内的损害过程也称作氧化。自然，清除自由基的过程就是抗氧化的过程，可以清除自由基的物质就被称为抗氧化物质。一、油脂的自动氧化及其控制 油脂暴露于空气中会自发地进行氧化作用，先生成氢过氧化物，氢过氧化物继而分解产生低级醛、酮、羧酸等。这些物质具有令人不快的嗅感，从而使油脂发生酸败（哈败）。发生酸败的油脂丧失了营养价值，甚至变得有毒。1、 不饱和油脂的自动氧化不饱和油脂的自动氧化是游离基反应历程。以RH代表不饱和脂肪，则：脂肪分子的不同部位对活化的敏感性不同，一般以双键的-亚甲基最易生成自由基。.CHCH=CH2、 饱和脂肪的氧化饱和脂肪的自氧化与不饱和脂肪不同，它无双键的-亚甲基，不易形成碳自由基，然而，由于饱和脂肪酸常与不饱和脂肪酸共存，它很易受到由不饱和酸产生的氢过氧化物的氧化而生成氢过氧化物，饱和酸的自氧化主要在CO2H的邻位上进行。即 3、 氢过氧化物的降解氢过氧化物是不稳定的化合物，易发生分解而重新生成游离基，再进一步氧化生成各种化合物。这些低分子量的醛、酮、酸，有不好闻的嗅味。4、聚合不饱和酸在氧化过程中，在形成低分子化合物的同时也生成一些聚合物。如：此二聚体还可以进而形成三聚体或多聚体。如：这种聚合是OO交联，而不是 -C-C- 结合。5、影响油脂自动氧化速度的因素光照、热、氧、水分活度、Fe、Cu、Co等重金属离子以及血红素、脂氧化酶等都会加速油脂的自氧化速度。所以，为了阻止含脂食品的氧化变质，最普遍的办法是排除O2，采用真空或充N2包装和使用透气性低的有色或遮光的包装材料，并尽可能避免在加工中混入Fe、Cu等金属离子。家中油脂应用有色玻璃瓶装，避免用金属罐装。二、油脂的光敏氧化光敏氧化是不饱和双键与单线态氧直接发生的氧化反应。食品中存在的某些天然色素如叶绿素、血红蛋白是光敏化剂，受到光照后可将基态氧(3O2)转变为激发态氧(1O2)，高亲电性的单线态氧可直接进攻高电子云密度的双键部位上的任一碳原子，形成六元环过渡态，然后双键位移形成反式构型的氢过氧化物。生成的氢过氧化物种类数为2双键数。由于激发态1O2的能量高，反应活性大，故光敏氧化反应的比自动氧化反应速度约快1500倍。光敏氧化反应产生的氢过氧化物再裂解，可引发自动氧化历程的游离基链反应。三、油脂的酶促氧化油脂在酶的参与下所发生的氧化反应即酶促氧化。脂肪氧合酶(lipoxygenase;Lox)专一性地作用于具有1,4-顺、顺戊二烯结构的多不饱和脂肪酸(如18:2,18:3,20:4)，以亚油酸为例，在1,4-戊二烯的中心亚甲基处(即-8)脱氢形成游离基，然后异构化使双键位置转移，同时转变成反式构型，形成具有共轭双键的-6和-10氢过氧化物。此外，通常所说的的酮型酸败，也属于酶促氧化，是由某些微生物繁殖时所产生的酶(如脱氢酶、脱羧酶、水合酶)的作用引起的。该氧化反应多发生在饱和脂肪酸的-和-碳位之间，因而也称-氧化作用。且氧化产生的最终产物酮酸和甲基酮具有令人不愉快的气味，故称之为酮型酸败。抗氧化剂抗氧化剂能阻止、延迟油脂自动氧化作用的物质称为抗氧化剂，抗氧化剂能与油脂氧化时生成的游离基及过氧化物游离基反应，生成稳定的游离基而终止链锁反应。抗氧化剂的抗氧化机理抗氧化剂按抗氧化机理可分为自由基清除剂、单线态氧淬灭剂、氢过氧化物分解剂、金属螯合剂、酶抑制剂、氧清除剂、酶抗氧化剂、紫外线吸收剂。1.自由基清除剂(氢供体、电子供体)：酚类(AH2)抗氧化剂是优良的氢供体，可清除原有的自由基，同时自身生成比较稳定的自由基中间产物。属于该类抗氧化机制的抗氧化剂一般都是弱抗氧化剂。2.单线态氧淬灭剂：单线态氧易与同属单线态的双键作用，转变成三线态氧，所以含有许多双键的类胡萝卜素是较好的单线态氧淬灭剂。其作用机理是激发态的单线态氧将能量转移到类胡萝卜素上，使类胡萝卜素由基态(1类胡萝卜素)变为激发态(3类胡萝卜素)，而后者可直接放出能量回复到基态。此外，单线态氧淬灭剂还可使光敏化剂回复到基态。3.氢过氧化物分解剂：氢过氧化物分解剂是油脂氧化的初产物，有些化合物如硫代二丙酸或其月桂酸及硬脂酸形成的酯(用R2S表示)可将链反应生成的氢过氧化物转变为非活性物质，从而起到抑制油脂氧化的作用，这类物质被称为氢过氧化物分解剂。4.金属螯合剂：柠檬酸、酒石酸、抗坏血酸等能与作为油脂助氧化剂的过渡金属离子螯合而使之钝化，从而起到抑制油脂氧化的作用。 5.氧清除剂：抗坏血酸除具有螯合金属离子的作用外，还是有效的氧清除剂，通过除去食品中的氧而起到抗氧化作用，如抗坏血酸能抑制酶促褐变，就是除氧作用。6.酶抗氧化剂:超氧化物歧化酶(SOD)，可将超氧化物自由基转变成三线态氧和过氧化氢，生成的过氧化氢在过氧化氢酶的作用下转变为水和三线态氧，从而起到抗氧化作用。SOD、谷胱甘肽过氧化物酶，过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶均属酶抗氧化剂。 增效剂 在实际应用抗氧化剂时，常同时使用两种或两种以上的抗氧化剂，几种抗氧化剂之间产生协同效应，导致抗氧化效果优于单独使用一种抗氧化剂，这种效应被称为增效作用。其增效机制通常有两种：1.两种自由基受体中，其中增效剂的作用是使主抗氧化剂再生，从而起到增效作用。如同属酚类的抗氧剂BHA和BHT，前者为主抗氧化剂，它将首先成为氢供体，而BHT由于空间阻碍只能与ROO.缓慢地起反应，故BHT的作用是使BHA再生。2.增效剂为金属螯合剂。如酚类+抗坏血酸，其中酚类是主抗氧化剂，抗坏血酸可螯合金属离子，此外，抗坏血酸还是氧清除剂和使酚类抗氧化剂再生，两者联合使用，抗氧化能力大为提高。L-抗坏血酸、柠檬酸、磷酸等二元酸若与抗氧化剂一起使用，能增强抗氧化剂的抗氧化效力。这些酸被称为增效剂，增效剂可以给抗氧化剂提供氢，防止其氧化。柠檬酸等还能与促进油脂氧化的金属形成螯合物，使其催化作用钝化。磷酸脂中的卵磷脂也有增效剂的作用。抗氧化剂抗氧化实例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形成的物质。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、含氧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。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（包括胡萝卜素、番茄红素和虾青素等，总数达到多种）、维生素和维生素是其中的代表。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。抗氧化剂在食品工业上的应用已行之有年，其主要的目的在于预防食品的酸败 ，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。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（O2-）以及淬灭单线态氧，这是它们抗氧化的基础 。下面分别论述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（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多种类胡萝卜素。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，即由个类异戊二烯单位构成，其两端各具一个紫萝酮或其它构型，其存在形式可能以异构型、取代型和开环型三种形式存在。类胡萝卜素的抗氧化活性就是由于此多烯结构能够淬灭，而且多烯链越长，其淬灭能力越强。类胡萝卜素对的淬灭能力明显高于生育酚和抗坏血酸。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多种，以常见的且抗氧化活性较强的胡萝卜素、番茄红素和虾青素为例说明其抗氧化活性。11 胡萝卜素的抗氧化活性胡萝卜素（）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。在众多类胡萝卜素中它作为维生素的前体早已备受食品、临床、医药界的关注。现在胡萝卜素作为食品添加剂和营养补充剂，已被、欧共体、日本和的食品添加剂联合专家委员会推荐，在世界上多个国家和地区获准使用。 胡萝卜素的分子式（通式）是胡萝卜素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，其机制为胡萝卜素和自由基反应，产生环氧类胡萝卜素，进而分裂成稳定的醛类和酮类。胡萝卜素也能清除游离态氧而减少光敏氧化作用，此外也是的淬灭剂。胡萝卜素在液相中对自由基的反应性比生育酚低，但由于比生育酚更具亲脂性，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生育酚强。化学合成的胡萝卜素纯度很好，是天然胡萝卜素的等同品，其抗氧化活性与天然品相似。由于天然胡萝卜素的含量低，价格偏贵，因此今后合成胡萝卜素将会得到很大的发展。所用的方法是从动植物中提取天然胡萝卜素做元素分析、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。12 番茄红素的抗氧化活性 番茄红素（）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左右。番茄红素也是通过淬灭和捕捉而起抗氧化作用的，主要方式是通过物理和化学方式淬灭，且以物理淬灭为主（）。首先将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的循环中。而化学淬灭 仅占极少部分()1989年博士等证实番茄红素是类胡萝卜素（包括胡萝卜素）中非常有效的淬灭剂和的强清除剂。1990年等报道了类萝卜素和生育酚等30余种生物抗氧化剂淬灭的作用，发现番茄红素淬灭的能力是的两倍，而其淬灭和清除自由基的能力是维生素的100倍。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的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。 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。 虾青素的抗氧化活性虾青素（）是发现于某些水生动物体内的一种类胡萝卜素，为红橙色，是一种酮式类胡萝卜素。虾青素是动物界中分布最广泛的一种叶黄素，广泛存在于水产动物虾、蟹、鱼和藻类、微生物中，系虾、蟹等甲壳类动物的主要色素。由于在生物体内与蛋白质结合存在而呈青、棕等不同颜色。虾青素的化学名是：，二羟基，二酮基胡萝卜素；分子式（通式）是：；在化学结构上将虾青素与胡萝卜素进行比较可见，虾青素是在胡萝卜素的两个紫萝酮环（环）上的、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、维生素和维生素，其抗氧化性比胡萝卜素高倍以上，抑制脂质过氧化反应的特性比维生素高倍以上。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。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”之称。1.4 维生素的抗氧化活性维生素 是在年发现的，由于缺乏此种维生素会导致坏血病，故又称抗坏血酸（）。年由柠檬汁中提出具抗坏血酸的浓缩物，并确定其基本性质。年由肾上腺、桔子及白菜内提取出具抗坏血酸作用的纯品。年确定其分子结构并进行了合成。既是一种人体必需的营养素，又是一种强的水溶性抗氧化剂。我国已将列入国家“食品营养强化剂”，国家标准为。 是含有内酯结构的多元醇类，其特点是具有可解离出的烯醇式羟基，能够及时有效地与过氧化物和羟自由基；反应而发挥抗氧化功效，而且被氧化后形成的脱氢抗坏血酸又能够恢复到原来的还原型抗坏血酸，由此构成了身体中重要的氧化系统。维生素除了直接发挥清除自由基的功能之外，还可以协助维生素和谷胱甘肽清除自由基。水溶性的维生素所参与的反应比脂溶性自由基清除剂维生素要多，所以维生素清除自由基的机制也比维生素丰富。14.1 天然的抗氧化活性天然的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。共有种结构体，天然存在的有两种，均为型：抗坏血酸（还原型）和脱氢抗坏血酸（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。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。还原型是氢原子供体，给出一个氢原子，它可成为半脱氢；如再给出一个氢原子，则成为双脱氢（即氧化型）。一般认为，当浓度较低时，给出一个电子，形成自由基，可增加机体自由基的生成量；当浓度较高时，则可作为自由基清除剂发挥作用。可直接消除和等自由基。即： 式中半脱氢为自由基，它可以与反应恢复成，继续发挥其清除自由基的功能，其机制为：+ 14.2 合成的抗氧化活性合成主要有：抗坏血酸钠和抗坏血酸钙、异抗坏血酸及其钠盐、钙盐、维生素硬脂酸酯等。(）抗坏血酸钠及钙：均为白色粉末，易溶于水，稳定性较抗坏血酸好，抗坏血酸钠或钙的抗氧化活性与抗坏血酸相当，即抗坏血酸钠或钙相当于的抗坏血酸。（）异抗坏血酸及钠盐、钙盐：异抗坏血酸又 名 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），但抗氧化活性与抗坏血酸相似，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。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。我国规定其可用于水果、蔬菜、罐头、果酱和冷冻鱼中。（）规定其可用于午餐肉、熟猪前腿肉、熟羊火腿和熟肉末等中。（）维生素硬脂酸酯：维生素硬脂酸酯（ ）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，于年被正式接受为允许使用的抗氧化剂与营养补充剂。是一种脱水酯化后缩合成的酯，只在，位碳上酯化的才具有抗氧化作用，在位碳上酯化的无抗氧化作用。但许多实验研究发现其抗氧化性高于天然，具体机制尚不清楚，有待进一步研究。1.5维生素的抗氧化活性维生素是最重要的的脂溶性抗氧化剂，于年在加利福尼亚大学的 实验室中首先被发现。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与维生素；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。 15.1 天然维生素的抗氧化活性天然维生素含有种结构，即、生育酚（）及、三烯生育酚（），皆有抗氧化活性，称为全价维。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、 生育酚，以及与其相对应的、三烯生育酚。生育酚是在、位上有个甲基；生育酚在、位上有个甲基；生育酚在、位上有个甲基；而生育酚只在位上有个甲基。对于人体的生理活性而言，以生育酚最高，其次依顺为、生育酚。而抗氧化活性则相反，为。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经实验证明，三烯生育酚的抗氧化性强于同体生育酚。 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。对抗脂质氧化的效率很高。根据观察，一个分子可作用于个脂质分子。其作用机制为：所包含的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 自由基；此种和自由基的中间体可再和其它自由基结合形成更稳定的，即经过一个自由基中间体氧化成生育醌，从而将转变成化学性质较不活泼的，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。而三烯生育酚（）主要通过下列反应迅速地拦截过氧自由基： 不活泼产物从上式可看出不能发生链锁反应，只能与过氧化物反应生成不活泼产物。因此三烯生育酚能捕获自由基，并终止自由基的链锁反应。15.2 合成维生素的抗氧化活性 自从年首次成功合成生育酚至今，的合成技术日益成熟。最常见的合成为生育酚，是由种立体异构体组成的，其中种为右旋式立体异构体，分别为、；另外种为左旋式立体异构体，分别为、。而天然的生育酚为单一的右旋式立体异构体（即为）。早在年就提出生育酚的生物利用率是生育酚的两倍。因为所有的右旋式立体异构体的生物利用率均为，而左旋式立体异构体的生物利用率为。因此相对应的，生育酚的抗氧化活性是生育酚的两倍。生育酚不仅活性低，而且还可能有化学残留物的副作用。而天然不论在营养生理活性还是在安全性上均远远高于合成。2. 小结（）抗氧化活性：几种脂溶性维生素的抗氧化活性比较：番茄红素生育酚生育酚生育酚生育烯酚生育酚胡萝卜素隐黄质玉米黄素胡萝卜素叶黄素。平均与一个作用防止氧化所需的分子数比较：亚油酸酯（个）花生四烯酸（个）生育酚（个