类胡萝卜素抑制油脂光敏氧化的研究101221

第32卷　第4期2003年　7月卫　生　研　究JOURNA L OF HYGIE NE RESE ARCH V ol.32　N o.4Jul.　2003　417文章编号:100028020(2003)0420417203・综述・类胡萝卜素抗氧化和促氧化作用的影响因素宋雁综述　卢承前　陈君石审校中国疾病预防控制中心营养与食品安全所,北京　100050摘要:类胡萝卜素在发挥抗氧化作用的同时,在一定的条件下这种抗氧化作用可能丧失,甚至表现为促氧化作用。

本文阐述了类胡萝卜素的抗氧化Π促氧化作用的可能影响因素,包括:类胡萝卜素的分子结构、作用位点、浓度,底物性质,氧压及其它膳食抗氧化剂的相互作用等。

关键词:类胡萝卜素　抗氧化　促氧化中图分类号:Q562　R15112 文献标识码:AF actors of antioxidant and prooxidant activities of carotenoidsSong Yan ,Lu Chengqian ,Chen JunshiInstitute of Nutrition and F ood safety ,Chinese Center for Disease Prevention and C ontrol ,Beijing 100050,China Abstract :The effectiveness of carotenoids as antioxidants is dependent on a number of in fluencing factors.I t is likely that carotenoids exhibit a tendency to lose their effectiveness as antioxidants or act as prooxidants.In this paper ,factors in fluencing the antioxidant or prooxidant activities of carotenoids such as the m olecule structure of carotenoids ,the location or site of action of the carotenoid m olecule within the cell ,the concentration of carotenoids ,the properties of reactants ,the partial pressure of oxygen and the interaction with other antioxidants were reviewed.K ey w ords :carotenoids ,antioxidation ,prooxidation作者简介:宋雁,女,硕士研究生 类胡萝卜素是由植物合成的一类脂溶性化合物,自然界中大约有600多种,广泛存在于蔬菜、水果、植物和海洋生物中。

天然抗氧化剂在油脂中的研究进展油脂是我们饮食中不可或缺的营养来源，但同时也是易氧化的食品，长时间暴露在空气中会导致脂肪酸的氧化，产生不良的气味和味道，使营养价值降低。

因此，添加抗氧化剂是一种常见的防止油脂氧化的方法。

目前很多抗氧化剂是化学合成的，但考虑到其可能带来的安全风险，越来越多的研究开始关注天然的抗氧化剂。

在天然抗氧化剂中，多酚类物质因其强大的抗氧化能力和对健康的积极影响而备受关注。

多酚类物质包括花青素、类黄酮、儿茶素等，在一定程度上可以调节生物体内氧化还原状态的平衡，减少自由基的生成，提高人体免疫力。

当前，很多植物源性的多酚类化合物被证明可以用作油脂中的抗氧化剂。

葡萄籽提取物是一种常见的多酚类化合物，其主要成分是原花青素和儿茶素。

研究表明，葡萄籽提取物可以有效地抑制油脂氧化，并保持油脂中的营养成分。

此外，茶多酚也被证明是一种有效的抗氧化剂，其主要成分是儿茶素。

与其他天然抗氧化剂相比，茶多酚的抗氧化能力更为强大。

在油脂中，茶多酚可以有效保护不饱和脂肪酸，减少自由基对脂肪酸的攻击。

此外，花青素也是一种有效的抗氧化剂，它可以与自由基结合，从而抑制油脂的氧化。

除了多酚类化合物外，还有一些其他的天然抗氧化剂可以用于油脂中。

比如，维生素E是一种重要的脂溶性抗氧化剂，可以保护油脂中的不饱和脂肪酸不被氧化。

油菜籽、玉米、花生、小麦胚芽等食物中都含有大量的维生素E。

另外，维生素C也是一种强力的抗氧化剂，可以在水相体系中与自由基结合，保护油脂中的脂肪酸不被氧化。

总之，天然抗氧化剂的研究为我们提供了一种安全有效的方法来保护油脂不被氧化，并延长其保质期。

未来，仍需加大对天然抗氧化剂的研究力度，发掘更多的天然抗氧化剂，进一步应用于食品工业中。

突变体胡萝卜中天然抗氧化剂与色素成分的检测及其配制研究胡萝卜是一种非常常见的蔬菜，而突变体胡萝卜则是一种经过基因突变后，其部分性状有所改变的胡萝卜品种。

近年来，突变体胡萝卜在食品领域中被广泛研究和利用，其中的抗氧化剂和色素成分尤其具有重要的研究价值。

本文将探讨突变体胡萝卜中天然抗氧化剂与色素成分的检测及其配制研究。

一、突变体胡萝卜中的抗氧化剂成分天然抗氧化剂是一类能够减缓和防止由自由基产生的有害化学反应的物质，它们长期以来一直受到科学界的广泛关注。

研究表明，突变体胡萝卜中含有丰富的天然抗氧化剂成分，主要包括维生素C、β-胡萝卜素、类胡萝卜素等。

1. 维生素C维生素C属于水溶性维生素，在机体中可以通过抗氧化作用来保护DNA、蛋白质和脂质等生物分子不受自由基的攻击。

同时，维生素C还可以促进铁的吸收和利用，促进细胞新陈代谢，调节机体免疫系统。

2. β-胡萝卜素β-胡萝卜素是一种黄色素，主要存在于青菜、胡萝卜、南瓜等蔬菜中。

研究发现，β-胡萝卜素可以调节细胞内凋亡信号通路，减弱细胞内ROS的生成，保护细胞核和线粒体等器官不受氧化损伤。

3. 类胡萝卜素类胡萝卜素是一类存在于果蔬中的天然色素，其结构和β-胡萝卜素有很大的相似性。

研究表明，类胡萝卜素可以通过抑制氧化反应、提高免疫力等多种途径来防治心血管疾病、肿瘤等疾病。

二、突变体胡萝卜中的色素成分突变体胡萝卜中的色素成分也很丰富，包括胡萝卜素类、类黄酮类、花青素类等。

1. 胡萝卜素类胡萝卜素类色素是胡萝卜素分子通过微量元素原子的替换而转换而成的类似化合物。

这类色素包括α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、欧米伽-3胡萝卜素等，其特点是具有橙黄色至深红色的色泽。

2. 类黄酮类类黄酮类色素是一类广泛存在于天然食品中的黄色素，包括芦丁、槲皮素、异鼠李素等。

这类色素有很强的抗氧化作用，在细胞内可以阻止自由基和单线态氧的生成和损害。

3. 花青素类花青素类色素是天然食品中存在的一类天然色素，其结构中常含有芳香环和杂环结构。

天然抗氧化剂在油脂中的研究进展随着人们对健康意识的提高，天然抗氧化剂在油脂中的研究也变得越来越重要。

油脂中的氧化反应会导致脂质氧化，产生有害的自由基，进而降低油脂的品质和营养价值。

天然抗氧化剂可以有效地延缓脂质氧化的发生，保护油脂的品质和营养价值。

在油脂中常用的天然抗氧化剂主要包括维生素E、多酚类物质、黄酮类物质等。

维生素E是一个重要的抗氧化剂，具有显著的抗氧化活性。

多酚类物质是一类含有多个苯环结构的化合物，在油脂中具有很高的抗氧化能力。

黄酮类物质是一类具有颜色鲜艳的天然化合物，其抗氧化活性主要来自于其结构中的羟基和酚羟基。

近年来，关于天然抗氧化剂在油脂中的研究得到了很大的发展。

研究人员通过对不同种类的天然抗氧化剂进行分离、纯化和结构分析，揭示了其在油脂中的抗氧化机制。

研究人员还对天然抗氧化剂的抗氧化能力进行了评价，并研究了其在油脂中的最佳添加浓度和最佳添加时间，为油脂工业的应用提供了依据。

在研究抗氧化剂的添加方法方面，研究人员也取得了一些进展。

传统的添加方法包括直接添加和浸渍添加，但这些方法存在一些问题，如添加剂分配不均、稳定性差等。

研究人员开始尝试使用胶囊、微胶囊和纳米胶囊等载体来包埋抗氧化剂，以提高其稳定性和生物利用率。

研究人员还对天然抗氧化剂的相互作用进行了研究。

他们发现，不同种类的抗氧化剂可以相互协同作用，增强抗氧化能力。

维生素E和多酚类物质可相互促进，提高其抗氧化活性。

这为油脂中抗氧化剂的配伍提供了理论依据，可以更有效地延缓油脂的氧化反应。

天然抗氧化剂在油脂中的研究已取得了很大的进展。

未来的研究方向包括进一步研究天然抗氧化剂的抗氧化机制、寻找新的高效抗氧化剂，并开发新的添加方法。

这将有助于改善油脂的品质和营养价值，提高人们的健康水平。

专利名称：一种包含类胡萝卜素的抗动脉粥样硬化的组合物和用于抑制LDL氧化的方法
专利类型：发明专利
发明人：M·泽克哈,T·塞德罗夫,Z·尼尔
申请号：CN02807046.1
申请日：20020121
公开号：CN1498102A
公开日：
20040519
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种包含抑制LDL－氧化有效量的八氢番茄红素、六氢番茄红素或其混合物的抗动脉粥样硬化的组合物和一种用于抑制动脉粥样硬化进程的方法。

申请人：利库德天然产品工业有限公司
地址：以色列比尔雪瓦
国籍：IL
代理机构：中国专利代理(香港)有限公司
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植物光敏色素机理及其光周期控制研究植物作为一种生物体，需要根据环境变化进行生理调控，以适应不同的生存环境。

而植物对于光照是非常敏感的，它们可以通过光敏色素来感知环境的光照强度和光周期，从而对其生长发育、开花、落叶等生理过程进行调节。

本文将会探讨植物光敏色素机理及其对光周期的控制研究。

一、植物光敏色素的种类和结构目前，已经发现了多种植物光敏色素，其中最为熟知的是类胡萝卜素和叶绿素。

类胡萝卜素是一种橙色或黄色的天然色素分子，它是植物中最为广泛存在的光敏色素之一。

而叶绿素则是植物中最常见的绿色色素，其主要功能是吸收光照并将其转化为能量，支持植物的光合作用。

这两种光敏色素都包含有一种叫做“色素分子”的化合物，它们位于蛋白质结构的核心。

类胡萝卜素和叶绿素的颜色是由其所含的色素分子决定的。

类胡萝卜素的色素分子是一种叫做类胡萝卜素的化合物，而叶绿素的色素分子则是一种叫做叶绿素的化合物。

二、光敏色素的机制类胡萝卜素和叶绿素的光敏作用机制是不同的，其中类胡萝卜素的光敏反应是一种物理上存在的现象，而叶绿素的光敏反应则是一种化学反应。

1. 类胡萝卜素的光敏机制类胡萝卜素的光敏作用是通过其分子结构中的共轭双键来实现的。

由于这些双键中的电子可以自由跃迁，当类胡萝卜素分子吸收具有特定波长的光子时，其电子就会从基态跃迁到激发态。

这个光子的能量可以激发类胡萝卜素分子中的共振振动模式，导致其分子中的共振振动模式的频率发生变化，产生化学反应。

2. 叶绿素的光敏机制叶绿素的光合作用是由其分子结构中的辅助色素，也就是叶绿素a和叶绿素b来实现的。

当光子通过叶绿素分子时，它会激发叶绿素分子中的电子从基态跃迁到激发态，形成激发态叶绿素。

这个激发态叶绿素可以把其能量转移到其他分子上，从而引发一系列的化学反应。

三、光周期的控制研究植物光敏色素对光周期的控制研究是植物生理学研究中的重要领域，研究人员通过研究植物对不同光周期的生长反应，探究植物的光周期响应机制，以及光周期调控的分子遗传机制。

植物光敏色素在光合作用中的作用简介植物光合作用是指植物通过光合作用将太阳的能量转化为有机物质，并释放出氧气。

而光敏色素则是植物中的重要成分，它们通过吸收并转化光线能量发挥着重要的作用。

那么，植物光敏色素在光合作用中到底扮演了什么样的角色呢？叶绿素当我们提到光合作用，首先想到的肯定是叶绿素。

这是一种绿色的光敏色素，主要集中在植物细胞中的叶绿体中。

叶绿素能够吸收太阳光中的红、橙、黄、绿、蓝和紫六种颜色的光线，但对绿色的光线吸收最好。

当叶绿素捕获到光子时，它就会产生激发状态，这个状态随后可以导致化学反应的进行。

具体来说，就是光子激发叶绿素中的电子，使其跃迁到较高的能级，从而形成电子激发态。

这种电子激发态将能量传递到反应中心，进一步导致了整个光合作用过程的进行。

除此之外，叶绿素还参与了光合作用中光合成电子传递链和ATP合成过程。

在光合成电子传递链中，激发状态的电子从反应中心沿电极传递过去，从而在内质网膜上形成了一个负电荷梯度。

这个梯度随后可以推动一系列酶的活动，最终合成ATP。

因此，叶绿素在光合作用中不仅是能量的接收者，而且还是能量传递的关键。

类胡萝卜素除了叶绿素，植物中还有一种重要的光敏色素为类胡萝卜素。

这种色素通常呈现出橙色或黄色，主要存在于一些光强较弱或光照缺乏的环境中的植物体内。

类胡萝卜素不仅能够吸收近紫外和紫外光线，而且还能散发出深色的金黄色光辐射。

在光合作用中，类胡萝卜素的主要作用是帮助调节光线的强度，从而达到优化光合作用的效果。

此外，类胡萝卜素还具有一定的抗氧化性能，并能帮助植物缓解光损伤。

长期曝露在日光下的植物体内，紫外线等辐射的影响会导致植物体内氧化压力逐渐增加，而类胡萝卜素则可以帮助植物对抗自由基，并减轻光损伤的程度。

光敏色素的变异虽然叶绿素和类胡萝卜素是植物中两大重要的光敏色素，但在现实中，植物体内不同的光敏色素变异是常见的现象。

不同的光敏色素种类、数量和分布方式都会造成植物对光线的反应和适应产生一定的影响。

类胡萝卜素抑制油脂光敏氧化的研究1 前言类胡萝卜素在自然界普遍存在，1831年，Wacheroder从胡萝卜根中结晶分离出碳水化合物类的色素，并以“胡萝卜素”命名；以后，Berzelius从秋季的叶片中分离提掏出黄色的极性色素，并名之为“叶黄素”；随着生物物理技术的进展，人们通过色谱分析的方式分离出一系列的天然色素，并命名为“类胡萝卜素”。

它们具有一起的化学结构特点，分子中心都是多烯键的聚异戊二烯长链，以此为基础，通过结尾的环化、氧的加人或键的旋转及异构化等方式产生出很多衍生物。

目前，已知的类胡萝卜素的成员可能有600多种[1]。

类胡萝卜素是国际公认的具有生理活性的功能性抗氧化剂，单线态氧的有效淬灭剂，能清除羟基自由基，在细胞中与细胞膜中的脂类相结合，有效抑制脂类氧化。

较多的摄入类胡萝卜素能减少老年性前列腺癌和老年性视网膜黄斑变性。

最近几年来还报导了类胡萝卜素在抗癌、抗衰老等方面也有很多创新的功能价值。

同时，类胡萝卜素作为一种食用油溶性色素，其本身的颜色各异，具有专门好的着色功能。

它们已被联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)、联合国食物添加剂专家委员会(JECFA)认定为A类营养素，在50多个国家和地域被作为营养与着色双重功能的食物添加剂应用于食物、医药与化妆品工业[2]。

本文要紧从类胡萝卜素抑制油脂光敏氧化的研究，并探讨其抗氧化机理。

2 类胡萝卜素的化学结构和理化性质类胡萝卜素的化学结构类胡萝卜素一般是由40个碳原子组成，8个异戊二烯单元首尾连接而成的四萜类化合物(其结构通式如图1)。

依照类胡萝卜素分子结构和溶解性的不同，将其分为两类：(一)不含氧的烃类，即胡萝卜素类(Carotenes)。

胡萝卜素类普遍存在于高等植物和藻类中，结构特点是在分子中间2个异戊二烯是以尾-尾相连的，这种化合物中存在碳-碳双键，理论上可能的顺反异构体是很多的，但在自然界存在的这一类化合物大多数是全反式的构型，因为全反式的构型最稳固。

收稿日期:2002-11-10;修订日期:2002-12-28 基金项目:河南省科技攻关项目(0124160306) 作者简介:赵文恩(1950-),男,山西省运城市人,郑州大学教授,博士,主要从事生物化学及生物化工方面的研究. 文章编号:1671-6833(2003)01-0038-09类胡萝卜素抗氧化性质的研究赵文恩(郑州大学化工学院,河南郑州450002)摘　要:类胡萝卜素有多种生物学作用,包括抑癌防衰、减低一些疾病发生.其重要原因之一是它们的生物抗氧化剂特性:猝灭1O 2、清除自由基、抑制脂类过氧化与细胞呼吸爆发的抗氧化作用.采用H 2O 22NaOCl 体系产生的1O 2的发光法研究1O 2的猝灭作用,脉冲辐解法研究与CCl 3OO ・的反应,测定自由基引发的亚油酸甲酯氢过氧化物生成和脂质体过氧化产物硫代巴比妥酸反应物生成研究抑制脂质过氧化,通过依赖于鲁米诺的化学发光法与无细胞模拟体系研究对巨噬细胞呼吸爆发的影响.研究表明:类胡萝卜素通过物理过程猝灭1O 2,与CCl 3OO ・发生反应生成加合物与自由基正离子,可抑制自由基引发的脂质过氧化,可清除巨噬细胞呼吸爆发所释放的活性氧自由基,降低细胞依赖于鲁米诺的化学发光,保护宿主细胞与组织,增强细胞免疫反应活性.关键词:类胡萝卜素;猝灭单线态氧;清除自由基;抑制脂质过氧化;抑制细胞呼吸爆发中图分类号:Q562;O62914 文献标识码:A0　引言类胡萝卜素是存在广泛的具共轭双键系的萜烯基团类天然色素,除作为色素使用外,还具有多种生物学作用[1,2],可作为维生素A 前体、机体免疫力的增强剂、细胞增生与肿瘤转化的抑制剂;可以降低某些疾病发生的危险,如老年性白内障与眼睛黄斑退化所致失明,某些癌症等.研究表明,叶黄素(LUT )和玉米黄质(ZEA )以高浓度存在于人眼底黄斑中,可作为近紫外蓝光的吸收剂行使保护功能,光线到达眼睛的视杆细胞与视锥细胞之前必先通过高浓度LUT 和ZEA 层.富含LUT 和ZEA 的饮食在减少与衰老关联的黄斑退化和白内障等严重眼疾发生中起重要作用[3,4].类胡萝卜素可减少发生某些心血管病的危险[5].在以番茄为主料的饮食上进行的流行病学的研究表明,番茄摄食与一些消化道癌危险反向关联.番茄红素(LYC )的摄取与前列腺癌及心肌梗塞危险负相关.在患胰腺癌、膀胱癌与形成颈上皮内癌的人的血清中,LYC 水平明显要低.在一些鱼类和家禽肉蛋、食品与饮料着色上,它们发挥着其他色素无法替代的重要作用.它们已被联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO )、联合国食品添加剂专家委员会(JECFA )认定为A 类营养素,在50多个国家和地区被作为营养与着色双重功能的食品添加剂应用于食品、医药与化妆品工业.2002年元月在夏威夷还召开了第13届类胡萝卜素国际会议.这里探讨几种类胡萝卜素的抗氧化作用特性(图1).图1　几种常见类胡萝卜素分子结构Fig 11　Structuresofcarotenoidstested 类胡萝卜素具多种生物学功能的最重要原因2003年 3月第24卷　第1期郑州大学学报(工学版)JournalofZhengzhouUniversity (EngineeringScience )Mar 1　2003Vol 124　No 11之一是其生物抗氧化剂特性,它们可猝灭单线态氧,清除自由基,阻止脂质过氧化.在人血液中已发现有三四十种类胡萝卜素存在,主要有LYC,α2与β2胡萝卜素(α2,β2C ),β2隐黄质(β2CRYP ),LUT,ZEA 等,因而可防止体内过量产生的活性氧自由基所致的伤害.1　类胡萝卜素猝灭单线态氧(1O 2)[6]1O 2可通过多种方法产生,在H 2O 22NaOCl 体系中1O 2产率超过70%,甚至为100%.依据其单分子近红外发光谱带为1270nm,双分子发光谱带为634nm 与703nm,用超微弱发光测量仪在710nm 处直接检测1O 2发光,研究类胡萝卜素对1O 2猝灭,如图2所示.β2C 存在下,1O 2的双分子发光峰降低,随β2C 浓度增加,发光峰值逐渐减小.这种变化发生很快,与单独H 2O 2及NaOCl 对β2C的氧化漂白的化图2　β2胡萝卜素对单线态氧(1O 2)710nm 处双分子发光的猝灭Fig 12　Quenchingofthesingletoxygendimolemissionat710nmby β2carotene学性反应无关,表明β2C 对1O 2发生物理猝灭过程.其他类胡萝卜素LUT 、鸡油菌黄质(CAN ),胭脂树橙(BIX )以及生育酚(VE )与抗坏血酸(VC )也显示出同样的作用.比较及计算猝灭速度常数,可知各类胡萝卜素与两种维生素的猝灭能力不同,CAN 表现出较强的猝灭能力,其次是BIX,β2C,而LUT 的猝灭能力较弱,两种维生素的能力更弱,尤其是抗坏血酸,按以下顺序递减:CAN,BIX,β2C,LUT,生育酚,抗坏血酸(表1).从类胡萝卜素的分子结构上看,共轭双键数与猝灭能力有关,两个紫罗酮环本身影响不大,如BIX 分子中以羧基与甲酯基取代了β2C 的两个紫罗酮环,猝灭效率变化不大.但紫罗酮环上基团取代却对猝灭影响很大,如CAN 以4与4’位羰基取代氢,猝灭效率增强,而以羟基取代如LUT (3与3’位羟基的α2C ),猝灭效率却较低,很可能羰基形式延长了共轭双键系,从而对电子共振体系产生影响,也依赖于功能基团所致的氧化还原电势的不同.对于α2生育酚与抗坏血酸猝灭1O 2的分子结构基础,还不清楚.表1　类胡萝卜素与生育酚及抗坏血酸对单线态氧猝灭常数及其在血浆中浓度Tab 11　Singletoxygenquenchingconstantsandcontent inplasmaofcarotenoids,α2tocopherolandascorbicacid 化合物K q /(109mol ・L -1・s -1)含量/(10-6mol ・L -1)鸡油菌黄质 1710β2胡萝卜素1217013～016胭脂树橙1615叶黄素711011～013α2生育酚醋酸酯0101815～40抗坏血酸0100001930～150说明:血浆中含量数值引自其他文献;α2生育酚醋酸酯的含量指的是α2生育酚;K q 为单线态氧猝灭速率常数.2　类胡萝卜素与CCl 3OO ・的反应类胡萝卜素可与多种自由基发生反应而清除后者,例如超氧化物阴离子自由基(O 2・-)[7]及三氯甲基过氧基(CCl 3OO ・)[8].通过对含CCl 4空气饱和的异丙醇/H 2O 反应液脉冲辐解产生CCl 3OO ・,研究β2C,BIX 及LYC 与CCl 3OO ・自由基反应.可以看到(图3),BIX 与CCl 3OO ・反应,其在500nm 处特征强吸收消失产生负吸收,而650nm93第1期 赵文恩　类胡萝卜素抗氧化性质的研究 左右出现一较宽带生成谱.500nm 处的本底漂白过程,表明BIX 与CCl 3OO・发生反应,导致后者消耗,650nm 左右处的为新出现的反应产物吸收.图3中插图即为BIX 与CCl 3OO ・反应在500和650nm 两处随时间变化的瞬态吸收谱.图3　含胭脂树橙与CCl 4的空气饱和水/异丙醇液辐解后瞬态吸收光谱Fig 13　Transientabsorptionspectraobservedafterpulse radiolysisofBIXandCCl4inaqueousandi 2propylalcoholsolutionsaturatedwithair 反应表示如下:CCl 3OO ・+BIXK 1反应产物(1)d[反应产物]d t=K 1[BIX][CCl 3OO ・]因为[BIX]比瞬态粒子产量大得多,反应过程中可忽略[BIX]变化,进行准一级动力学模拟:K obs =K 1[BIX]1通过K obs 对[BIX]作线形图求得反应速率常数为1178×108mol -1・dm 3・s -1.β2C 体系表现出与BIX 相同的反应动力学行为.即β2C 在450nm 处的特征强吸收成负吸收,为β2C 的消耗漂白过程;650nm 处出现宽带吸收,为β2C 与CCl 3OO ・反应生成的瞬态产物正吸收(图4中的插图(a )),即β2C+CCl 3OO ・反应产物(2)插图(b )为不同浓度β2C 在650nm 处随时间变化的吸收谱,图4是K obs 对[β2C]所作线形图,求得β2C 与CCl 3OO ・反应速率常数为718×107mol -1・dm 3・s -1.在LYC 体系中只能看到本底的漂白过程,即原初在500nm 处的强吸收消失产生负吸收(图5),表明反应发生了.600nm 以上较长波长范围却未检测到产物吸收,说明LYC 与CCl 3OO ・的反应产物在此范围没有特征吸收,由500nm 的漂白过程计算出反应速率常数为4×107mol -1・dm 3・s -1.图4　不同浓度β2胡萝卜素(β2C)与CCl 3OO ・生成反应K obsFig.4　Thedependenceof K obs fromformingprocessof reactionof β2CwithCCl 3OO ・onconcentrationof β2C图5　2×10-5mol ・L -1番茄红素与2×10-2mol ・L -1CCl 4在空气饱和液中经脉冲电子辐解时500nm 的瞬态吸收Fig.5　Thetransientabsorptionat 500nmobservedupon pulseradiolysisof 2×10-5mol ・L-1LYCand 2×10-2mol ・L -1CCl 4ini 2propylalcohol(1∶1,volumeratio)aqueousso2lutionwithair 试验结果表明:BIX,β2C 和LYC 都能与CCl 3OO ・反应,反应动力学行为与速率常数各不相同.Hill 等[9]通过脉冲辐解研究2%TritonX 2100水液不均一的胶束环境中类胡萝卜素(未包括BIX 与LYC )与CCl 3OO ・反应,表明包括β2C 在内的类胡萝卜素形成两种反应产物———近红外区有吸收的类胡萝卜素自由基正离子与长波长位置有吸收的加合物自由基,而虾青素不直接形成自由基正离子,由加合物衰减形成.Willson [10]曾报道在50/50水2叔丁醇作溶剂的体系中β2C 与CCl 3OO ・反应得到两峰的瞬态光谱图(约为920,780nm ).根据04 郑州大学学报(工学版) 2003年所知类胡萝卜素自由基正离子在近红外区有峰吸收,由辐射剂量测算自由基正离子产率仅为50%,认定近红外的峰吸收为自由基正离子的吸收,长波长的为加合物自由基[9].采用与Willson 报道基本相同的均相环境脉冲辐解试验条件,β2C 与CCl 3OO ・反应在长波长位置所出现产物的吸收应是加合自由基的生成吸收,β2C 自由基正离子的吸收峰在近红外区,这里无法看到,或者对已看到的长波长产物吸收影响很小.BIX 与CCl 3OO ・反应表现出与β2C 相同的反应动力学行为,与其它所知类胡萝卜素一样,长波长位置产物的吸收亦应是加合自由基的生成吸收,其自由基正离子的吸收亦应在近红外区,本试验无法看到,但确是存在的.研究包括LYC 在内的类胡萝卜素激光光解时发现生成在可见光与近红外区有吸收的两种瞬态中间产物,一是类胡萝卜素加合物,其中LYC 加合物的最大吸收为860nm,在700nm 处仍有较强的正吸收,另一是类胡萝卜素自由基正离子,LYC 自由基正离子最大吸收为975nm.LYC 与CCl 3OO ・反应后在600～700nm 未看到有吸收出现,可排除生成加合物的可能性.而LYC 自由基正离子吸收处基本在近红外光区,这里受检测手段限制无法看到.因此像与超氧阴离子自由基O 2・-反应一样[7],β2C 、BIX 和LYC 通过不同途径与CCl 3OO ・进行反应,前两种类胡萝卜素反应形成加合自由基与自由基正离子,LYC 通过电子转移途径只生成自由基正离子,CCl 3OO ・+β2C β2C ・++[β2C …CCl 3OO]・+CCl 3OO-(3)CCl 3OO ・+BIXBIX ・++[BIX …CCl 3OO]・+CCl 3OO-(4)CCl 3OO ・+LYCLYC ・++CCl 3OO -(5) 另从类胡萝卜素分子结构看(图1),β2C 与BIX 都有9个共轭双键,而LYC 却有11个共轭双键,两端还各有一非共轭双键.更长的共轭双键形成离域π结构使其碳骨架上富含电子,更易发生电子转移反应,因而LYC 反应不形成自由基加合物,只形成自由基正离子.末端环状基团结构对反应不起决定性作用.3　类胡萝卜素对脂质过氧化的抑制作用类胡萝卜素的抗氧化性质还体现在其捕获自由基保护生物分子免遭伤害,例如抑制脂类过氧化[11～13].在以亚油酸甲酯作脂质氧化反应物的反应体系中,加自由基产生剂{2,2’-偶氮二(2,4-二甲基戊腈)}(AMVN)引发脂质过氧化.类胡萝卜素可捕获自由基,阻断脂质过氧化的连锁反应,抑制亚油酸甲酯氢过氧化物形成.β2C,BIX 与LUT 抑制亚油酸甲酯氢过氧化物形成都显示出按依赖于浓度的方式作用(结果未示出).例如在4h 的氧化期间,β2C 存在下氢过氧化物的增长未达到200%,而无β2C 存在的对照不足3h 已接近200%,表明抑制作用显著.在4117×10-6mol ・L -1类胡萝卜素浓度下,比较β2C 、LUT 、ZEA 与BIX 对亚油酸甲酯氢过氧化物形成的抑制作用活性图6(a ),可看到,ZEA 与LUT 活性近似相等,都高于β2C 与BIX,后两者活性近似相等.而在较高浓度(8313×10-6μmol ・L -1)之下,比较CAN 、LUT 、β2C 与BIX 的抑制作用活性,如图6(b )所示,CAN极为显著地抑制氢图6　类胡萝卜素对AMVN 引发的亚油酸甲酯氢过氧化物形成的抑制Fig 16　InhibitionofAMVN 2inducedhydroperoxideformationofmethyllinoleatebycarotenoids14第1期 赵文恩　类胡萝卜素抗氧化性质的研究 过氧化物的形成,其次才是LUT 、β2C 与BIX 抑制能力较低,后两者活性仍近似.综合以上结果可知,在此试验系统条件下,类胡萝卜素抑制亚油酸甲酯氧化的活性按CAN>ZEA ≈LUT>β2C ≈BIX 顺序递减.与此同时类胡萝卜素逐渐消耗(结果未示出),表明类胡萝卜素因捕获生成的过氧自由基,阻断脂类氧化过程而消耗减少,CAN 与BIX 要慢于β2C 与LUT.使用鸡蛋磷脂酰胆碱制成人工模拟膜—脂质体,研究类胡萝卜素存在下过氧自由基介导的脂质体脂质过氧化[12].类胡萝卜素或在脂质体膜上,或在水分散液中.在膜上时,用自由基产生剂2,2’2偶氮二(22脒基丙烷盐酸)(AAPH )引发脂质过氧化,在水分散液中时用Fe 2+启动脂质过氧化,测定硫代巴比妥酸反应物(TBARS)来确定脂质氧化程度.用30mmol ・L -1或50mmol ・L -1AAPH引发的脂质过氧化中,前者9814×10-6μmol ・L -1与后者148×10-6μmol ・L -1β2C 存在下,脂质过氧化都受到显著抑制,抑制的氧化速率与未受抑制氧化速率之比分别为0138与0151,且抑制TBARS 的积累没有诱导期(结果未示出).类胡萝卜素对PC 脂质体的脂质过氧化之抑制作用与它们存在的介质环境密切关联.如图7(a )所示,当类胡萝卜素掺入到脂质体膜上时,其抑制脂质过氧化能力按CAN>LUT ≈β-C>BIX 顺序递减.类胡萝卜素在水分散液中时图7(b ),抑制脂质过氧化能力变为BIX>LUT>CAN>β2C ,表明由于处在脂相与水相极为不同环境中,抑制作用能力发生很大变化.这一方面是因为与其内在的捕集自由基能力有关,另一方面还与其所具亲脂亲水性有关,如具羧基与甲酯基非环式的BIX 亲水性较强,更易溶于水,故在水相中要比在膜脂上作用能力强,因而在水分散液中它是4种类胡萝卜素中作用能力最强的,在膜脂中却成了能力最弱的.CAN 尽管水溶性差,但因其本身抗氧化性强,如猝灭单线态氧,清除超氧阴离子自由基等,捕集自由基能力强,在水相中时作用能力也要比β2C 强.在体内,类胡萝卜素存在于脂肪组织、生物膜以及血浆中低密度脂蛋白的脂区域.在膜中,它们常与生育酚等共同承担抗氧化防御作用,对抗自由基的攻击.而在血液中,它们与生育酚、抗坏血酸等抗氧化剂构成组织完善的抗氧化防卫系统,对抗水环境中自由基的攻击.摄取富含类胡萝卜素的饮食可提高血液中类胡萝卜素水平,有助于增加膜磷脂对抗氧化损伤作用,保障生物膜结构完整性.图7　类胡萝卜素对PC 脂质体脂质过氧化的抑制作用Fig 17　InhibitoryeffectofcarotenoidsonlipidperoxidationofPCliposomes4　对巨噬细胞呼吸爆发的影响巨噬细胞是一种免疫细胞,接触溶解的或颗粒的刺激后,耗氧出现很大增加,称为“呼吸爆发”.研究表明,这时细胞产生了O 2ˉ・,H 2O 2,OH ・,1O 2,与NO 及ONOO ˉ这样的活性氧代谢物,不仅可杀伤入侵的微生物与肿瘤细胞,还会引起一些有害的影响,包括杀伤宿主细胞.在鲁米诺存在下可给出极明显的化学发光,这种发光可用作研究巨噬细胞呼吸爆发的简便手段.体外研究结果表明:β2C 可增强巨噬细胞灭杀肿瘤活性[14],还增强人体中性粒细胞杀菌活性,保护本身免于自己的氧代谢物伤害[15],降低吞噬细胞诱发的细胞姐妹染色单体的交换率[16].关于类胡萝卜素对巨噬细胞呼吸爆发的影响知之甚少,这里使用大鼠腹水巨噬细胞对之进行探24 郑州大学学报(工学版) 2003年讨[17,18].在鲁米诺存在下,巨噬细胞经佛波醇122豆蔻酸132乙酸酯(PMA)刺激后产生呼吸爆发,出现极明显发光.图8显示,类胡萝卜素(β2C 、LUT 、BIX 、CAN)在刺激开始加到细胞体系中,可显著降低巨噬细胞依赖于鲁米诺的化学发光,CAN 与BIX 比β2C 与LUT 表现出更强的抑制活性.PMA 刺激2min 后类胡萝卜素仍能明显降低这种发光(结果未示出).追踪PMA 刺激与加L 2精氨酸(L 2Arg )后类胡萝卜素吸收光谱的变化,来探讨其对细胞发光影响原因.加L 2Arg 是因为刺激的巨噬细胞通过氧化L 2Arg 之胍基合成NO,NO 可与O 2ˉ・形成ONOO ˉ[19].如图9所示,PMA 刺激与加入L 2Arg 后的吸收光谱发生很大变化.当巨噬细胞被刺激时,色素吸收峰都分别降低,显示其被消耗了.L 2Arg 加入后,吸收峰或降低(如LUT 与β2C )或发生蓝移(如BIX 与CAN),这表明其分子结构发生变化,吸收光谱蓝移预示着有新的物质形成,该物质在短波区有吸收,即就是原有色素分子被消耗,新的物质出现.试验结果提示,类胡萝卜素是通过与呼吸爆发期间以及加L 2Arg 后产生的氧代谢物发生反应,即清除了呼吸爆发产生的活性氧与NO 自由基,使细胞的化学发光值降低的.图8　在刺激开始时类胡萝卜素对巨噬细胞依赖于鲁米诺化学发光的影响Fig.8　Influenceofcarotenoidsontheluminol 2dependentchemiluminescenceofmacrophagesatthebeginningofthestimulation图9　巨噬细胞刺激期间与加L 2Arg 后类胡萝卜素吸收光谱的变化Fig.9　ThechangeinabsorptionspectrumofcarotenoidsduringthestimulationofmacrophagesandafteradditionofL 2argininetothesystem 为了进一步证实类胡萝卜素可清除被刺激的巨噬细胞所放出的各种氧代谢物,通过化学模拟系统来分别研究类胡萝卜素与这些氧代谢物的反应性,评价这种清除作用赋予巨噬细胞的生理意义.图10显示,类胡萝卜素可降低黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶反应体系产生的O 2-・所致鲁米诺化学发光,说明类胡萝卜素是O 2-・的有效捕集剂,其中CAN 显示了很大的捕集清除活性.通过检测Fe 2+与H 2O 2反应所生成OH ・的ESR 信号,表明类胡萝卜素能清除OH ・(结果未示出).类胡萝卜素可与34第1期 赵文恩　类胡萝卜素抗氧化性质的研究 NO 反应导致其在400与540nm 之间峰吸收下降(图11),而在300到395nm 之间伴随新吸收峰出现,且随NO 浓度增高,吸收峰下降值与新峰上升值成比例相应变化,说明类胡萝卜素与NO 反应,生成新物质.类胡萝卜素也可与ONOO ˉ反应而使其原来400到500nm 的特征吸收降低(图12),在较短波长范围(365nm 及2902300nm )吸收增加,甚至形成新吸收峰.LUT 甚至从280到490nm 吸收都有所升高,表明反应发生导致新物质形成,ONOO ˉ被清除.类胡萝卜素在清除活性氧自由基同时,也保护生物膜免遭伤害,类胡萝卜素抑制AAPH 诱导的PC 脂质体脂质过氧化终产物TBARS 形成.图10　类胡萝卜素对黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶反应系鲁米诺发光的抑制Fig 110　Inhibitoryeffectofcarotenoidsonluminollumines 2cenceofthereactionsystemofxanthine/xanthineoxidase图11　类胡萝卜素与不同浓度-氧化氮反应后吸收光谱的变化Fig 111　Thechangeinabsorptionspectrumafterreactionofcarotenoidswithdifferentconcentrationsofnitricxide 以上研究类胡萝卜素对呼吸爆发期间及加入L 2Arg 后巨噬细胞所放出的各种有害氧代谢物的清除作用,以及对细胞膜系脂质过氧化的抑制作用,有助于深刻理解类胡萝卜素对巨噬细胞呼吸爆发的影响,结果也解释了其对细胞依赖于鲁米诺发光抑制作用之原因,即清除细胞放出的这些活性氧自由基,保护细胞免于损害.体外的试验表明,β2C 能提高巨噬细胞的杀肿瘤活性[14],还能提高中性粒细胞(PMN)杀菌活性,并保护PMN 自身免于自由基的损害作用[15],β2C 与CAN 一起可抑制接触了反应活泼的氧代谢物后巨噬细胞受体的丧失[20],这种受体与抗原识别以及一些化学介体的分泌有关,如干扰素、肿瘤坏死因子、前列腺素与白介素I.已经表明老年人的自然杀伤细胞活性可通过补给β2C 得到增强[21].看来,类胡萝卜素对巨噬细胞呼吸爆发的抑制正是它们一方面在体内保护宿主细胞与组织免于巨噬细胞过量产生的毒性氧代谢物的有害作用,另一方面增强细胞特异免疫反应产生的一种方式.对后一方面的作用理解,还需进一步研究,尤其应从信号传导与基因表达上进行探讨.由以上讨论可知,类胡萝卜素是非常重要的生物抗氧化剂,对人们的生活与身体健康有着极为重要的作用,它与人们的关系越来越密切,正逐渐成为人们生活中不可缺少的组成部分.因此对其基础理论与开发应用研究应受到更多关注与更44 郑州大学学报(工学版) 2003年大重视,国外在此方面表现尤为突出.图12　过氧亚硝基对类胡萝卜素的漂白作用Fig.12　Bleachingofcarotenoidsbyperoxynitrite参考文献:[1]　ROCKCL.Carotenoids:biologyandtreatment[J].Phar2macolTher,1997,75(3):185～1971[2]　赵文恩,韩雅珊,戴蕴青1类胡萝卜素的生物学性质[J]1生物学杂志,1998,15(3):1～31[3]　SNODDERL DM,Evidenceforprotectionagainstage-relatedmaculardegenerationbycarotenoidsandantioxi 2dantvitamins[J]1AmJClinNutr,1995,62(s ):1448～14611[4]　SOMMERBURG OG,SIEMSWG,HURSTJS,etal1Luteinandzeaxanthinareassociatedwithphotoreceptorsin thehumanretina[J]1CurrEyesRes,1999,19(6):491～4951[5]　GAZIANO JM,MANSONJE,RIDKERPM,etal1β-Caroteneandheartdisease[J]1Circulation,1990,82(8):796～8021[6]　赵文恩,韩雅珊,HIROTAS,等.类胡萝卜素对H 2O 22NaOCl 体系产生的1O 2的猝灭作用[J]1生物物理学报,1997,13(1):137～1421[7]　CONNPF,LAMBERTC,LANDEJ,etal,Carotene-oxygenradicalinteractions 1FreeRadRes[J],1992,16(6):401～4081[8]　赵文恩,姚思德,王　强,等1脉冲辐解研究类胡萝卜素与CCl 3OO ・反应[J]1中国科学(B 辑),2002,32(4):355～3591[9]　HILLTJ,LANDEJ,McGARVEYDJ,etal1InteractionsbetweencarotenoidsandtheCCl 3OO ・radical[J]1JAmChem 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)Abstract:Thecarotenoidsareoneofthemostimportantgroupofnaturalpigments1InadditiontotheprovitaminA activityofsomecarotenoids,thesepigmentshaverecentlybeenbelievedtoexertthepreventionoforprotectiona 2gainstserioushumandiseasessuchascancer,coronaryheartdisease,age-relatedmaculardegenerationandcataracts 1Theantioxidantpropertiesofcarotenoidshavebeenimplicatedinthemolecularbasisfordiseasepreven2tion,primarilybecauseoftheputativeroleofoxidativestressindiseaseinitiationandprogression 1Thescavengingeffectsonreactiveoxygenspeciesbycarotenoidshavebeeninvestigatedbydetectingthedimollightemissionof 1O 2arisingfromH 2O 2-NaOClsystemat710nm,observingthereactionwithCCl3OO ・generatedbypulseradiolysis,measuringfreeradical-mediatedproductionofmethyllinoleatehydroperoxidesandthethiobarbituricacid-reactive substanceaccumulationinfreeradical-inducedlipidperoxidationonPCliposomes,andexamingtheluminol-de 2pendentchemiluminescenceofstimulatedratmacrophagesandtheabilitytoscavengetheoxygenmetabolitesgenerat 2edfromfree-cellsystems1Carotenoidscanquenchsingletoxygenbyphysicalprocess,reactreadilywithCCl3OO ・,forminganadductandcarotenoidradicalcation,inhibittheoxidationofmethyllinoleateandlipidperoxidationofPCliposomes,andsuppresstheluminoldependentchemiluminesenceofactivatedratmacrophagesbyscavengingthe reactiveoxygenspecies 1Carotenoidsinvivoprotecthostcellsandtissuesfromharmfuleffectsofoxygenmetabolites overproducedbymacrophagesandenhancethegenerationofspecificimmuneresponses1Keywords:carotenoids;quenchingsingletoxygen;scavengingfreeradicals;inhibitinglipidperoxidation;sup2pressingtherespiratoryburstofthemacrophages64 郑州大学学报(工学版) 2003年。