综述：抗氧化剂：全面综述

这篇综述深入探讨了抗氧化剂，介绍了活性氧物种（ROS）和自由基产生及危害，阐述了抗氧化剂分类、作用机制，对比了天然与合成抗氧化剂的优劣。还详细介绍多种测定抗氧化能力的方法及其原理、优缺点，为相关研究和应用提供了全面参考。

　　

抗氧化剂的奇妙世界：从基础到应用的全面探索

在生命的微观世界里，一场看不见的战争时刻都在上演。氧气，这个维持生命不可或缺的元素，在参与细胞代谢的过程中，却会产生一些 “副产品”—— 活性氧物种（ROS）和自由基。这些小小的分子就像一群不安分的 “小捣蛋”，它们具有很强的反应活性，能对细胞造成氧化损伤，与多种疾病的发生发展密切相关，比如心血管疾病、糖尿病、癌症以及神经退行性疾病等。不过，生命自有它的防御机制，抗氧化剂就像是细胞的 “守护者”，挺身而出对抗这些 “小捣蛋”，保护细胞免受伤害。

活性氧物种（ROS）与自由基：细胞内的 “不安分因子”

氧气在体内的代谢过程中，大约有 1 - 2% 会转化为 ROS。ROS 包括超氧阴离子（O2?）、羟基自由基（OH?）、过氧自由基（ROO?）、过氧化氢（H2O2）和单线态氧（1O2）等。自由基则是含有未成对电子的原子、分子或离子，主要来源于氧、氮和硫，根据来源不同可分为 ROS、活性氮物种（RNS）和活性硫物种（RSS）。

O2?通常是细胞内产生的第一种 ROS，主要与电子传递链相关，它在生物系统中具有双重作用，适量时可作为信号分子，但过量时会对脂质、蛋白质和 DNA 造成氧化损伤。OH?是最危险的自由基之一，主要通过芬顿（Fenton）反应产生，其半衰期极短，约为10?9秒，但反应活性极高，能非选择性地攻击附近的生物分子，对细胞结构造成广泛破坏。一氧化氮（NO?）是一种重要的信号分子，在维持血管舒张、调节血压和免疫反应等方面发挥着关键作用，但过量的NO?也会产生细胞毒性。

ROS 的产生受到多种因素的影响，既有内部因素，如线粒体代谢、炎症过程、吞噬作用等，也有外部因素，像吸烟、环境污染物、辐射、药物等。当 ROS 的产生与清除失衡时，就会引发氧化应激，这就好比是细胞内的 “生态平衡” 被打破了，过多的 ROS 会对细胞内的各种生物分子，如脂质、蛋白质、核酸等造成损害，进而影响细胞的正常功能，导致疾病的发生。

抗氧化剂：细胞的 “忠诚守护者”

抗氧化剂是一类能够帮助保护细胞免受自由基损伤的化合物。在食品系统中，它能延缓脂质过氧化，防止食品变质，保持食品的风味、颜色和质地；在人体中，它则有助于减轻氧化应激对身体的损害，降低患病风险。抗氧化剂可以根据其作用机制分为初级抗氧化剂和次级抗氧化剂，根据来源又可分为酶促抗氧化剂、非酶促天然抗氧化剂和合成抗氧化剂。

酶促抗氧化剂是细胞内抗氧化防御系统的重要组成部分，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽还原酶（GR）和葡萄糖 - 6 - 磷酸脱氢酶（G6PD）等。SOD 能够将O2?转化为H2O2和O2，从而防止OH?的形成；CAT 则能高效地将H2O2分解为H2O和O2；GPx 可以利用谷胱甘肽（GSH）还原H2O2和其他有机过氧化物；GR 能够将氧化型谷胱甘肽（GSSG）还原为 GSH，维持细胞内的还原环境；G6PD 则参与 NADPH 的再生，为抗氧化反应提供必要的辅酶。

非酶促天然抗氧化剂主要来源于植物，如酚类化合物、类胡萝卜素、维生素等。酚类化合物是植物中广泛存在的一类天然抗氧化剂，包括酚酸、黄酮类、单宁、木脂素等。它们具有多样的生物活性，不仅能抗氧化，还具有抗癌、抗菌、抗炎等功效。类胡萝卜素是一类脂溶性色素，具有很强的抗氧化能力，尤其是在淬灭单线态氧方面表现出色。维生素也是重要的抗氧化剂，例如维生素 C 可以有效清除多种自由基，还能再生维生素 E；维生素 E 则是一种强效的脂溶性抗氧化剂，能够中和脂质过氧化过程中产生的脂质过氧自由基（LOO?），保护细胞膜的完整性。

合成抗氧化剂在食品工业中被广泛应用，如丁基羟基茴香醚（BHA）、二丁基羟基甲苯（BHT）、叔丁基对苯二酚（TBHQ）、没食子酸丙酯（PG）等。它们能有效防止食品氧化变质，延长食品的保质期。然而，随着研究的深入，一些合成抗氧化剂的安全性受到了质疑，例如 BHA 和 BHT 可能具有潜在的致癌风险，TBHQ 在高剂量时也会对人体产生不良影响，因此，人们对天然抗氧化剂的关注度日益增加。

抗氧化剂的 “战斗” 机制

抗氧化剂对抗自由基的方式主要有两种：一是直接中和自由基，这类抗氧化剂被称为初级抗氧化剂，比如酚类化合物中的α - 生育酚，它可以在氧化过程中消耗自身来清除自由基；二是通过一些间接机制，如螯合金属离子、清除活性氧物种、将氢过氧化物转化为非自由基物质、吸收紫外线或淬灭单线态氧等，这类抗氧化剂被称为次级抗氧化剂，像柠檬酸等螯合金属离子的物质，以及需要与初级抗氧化剂协同作用的抗坏血酸等。

抗氧化剂的效果受到多种因素的影响。其结构特征是一个重要因素，例如酚类化合物中，芳香环上羟基的数量和位置会影响其抗氧化活性，一般来说，羟基数量越多，抗氧化活性越强。此外，浓度、温度、光照、底物类型、体系的物理状态以及是否存在其他协同或促氧化成分等，都会对抗氧化剂的效果产生作用。比如，在高温或紫外线照射下，一些抗氧化剂可能会发生副反应，从而降低其抗氧化能力。

抗氧化剂在疾病防治中的作用

氧化应激与多种疾病的发生发展密切相关，而抗氧化剂则在预防和治疗这些疾病中发挥着重要作用。在心血管疾病方面，抗氧化剂可以抑制低密度脂蛋白（LDL）的氧化，减少动脉粥样硬化的发生风险。研究表明，摄入富含抗氧化剂的食物，如水果、蔬菜和坚果等，与降低心血管疾病的发病率相关。在癌症防治中，抗氧化剂可以通过清除自由基，减少 DNA 损伤和突变，从而起到一定的预防作用。不过，对于已经患有癌症的患者，抗氧化剂的使用需要谨慎，因为在某些情况下，抗氧化剂可能会促进癌细胞的生长。在神经退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病中，抗氧化剂可以减轻氧化应激对神经元的损伤，保护神经细胞，延缓疾病的进展。

检测抗氧化剂的 “武器库”：各种分析方法

为了评估抗氧化剂的能力，科学家们开发了多种检测方法。这些方法主要基于不同的反应机制，大致可以分为基于氢原子转移（HAT）和单电子转移（SET）的方法。

基于 HAT 的方法主要评估抗氧化剂通过捐赠氢原子来中和自由基的能力，这类反应通常速度较快，且不受溶剂和 pH 值的影响。常见的基于 HAT 的方法有氧自由基吸收能力（ORAC）测定法、总自由基捕获抗氧化参数（TRAP）测定法、抑制诱导的低密度脂蛋白氧化法、总自由基清除能力测定法（TOSCA）、β - 胡萝卜素漂白测定法和化学发光测定法等。ORAC 测定法通过测量抗氧化剂对过氧自由基（ROO?）诱导的荧光分子氧化的抑制能力，来评估其抗氧化潜力；TRAP 测定法基于抗氧化剂对 R - 藻红蛋白荧光衰减的保护作用，来评价其抗氧化能力。

基于 SET 的方法则是测量抗氧化剂转移单个电子，从而还原各种化合物（如金属离子、羰基和自由基）的能力。这类反应通常与 pH 值有关，且反应速度相对较慢。常见的基于 SET 的方法有使用福林 - 酚试剂（Folin - Ciocalteu reagent）的总酚含量测定法、Trolox 等效抗氧化能力测定法（TEAC）、铁离子还原抗氧化能力测定法（FRAP）、使用Cu2+络合物作为氧化剂的总抗氧化潜力测定法、1,1 - 二苯基 - 2 - 苦基肼自由基（DPPH?）清除测定法、2,2 - 联氮 - 双 -（3 - 乙基苯并噻唑啉 - 6 - 磺酸）自由基（ABTS?+）清除测定法、N，N - 二甲基 - P - 苯二胺自由基（DMPD++）清除测定法和铜离子（Cu2+）还原抗氧化能力测定法（CUPRAC）等。FRAP 测定法通过测量抗氧化剂在酸性介质中将铁离子（Fe3+） - 配体络合物还原为亚铁离子（Fe2+）络合物的能力，来评估其抗氧化活性；DPPH?清除测定法则是利用 DPPH?自由基的稳定性和特征颜色，通过观察抗氧化剂与 DPPH?反应后颜色的变化，来测定抗氧化剂的自由基清除能力。

此外，还有一些其他的检测方法，如脂质过氧化抑制法，通过检测抗氧化剂对脂质过氧化过程的抑制作用来评估其抗氧化能力；磷钼酸法，基于抗氧化剂在酸性条件下将Mo6+还原为Mo5+，形成绿色的磷酸盐 /Mo5+络合物，通过测量络合物的吸光度来确定抗氧化活性；金属螯合测定法，用于评估抗氧化剂螯合金属离子（如Fe2+）的能力，因为金属离子在氧化过程中起着重要作用，能够促进自由基的产生，抗氧化剂通过螯合金属离子，可以减少自由基的生成，从而发挥抗氧化作用。

这些检测方法各有优缺点，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法，或者结合多种方法来全面评估抗氧化剂的活性。例如，DPPH?清除测定法简单、快速，但使用的是一种非生理性自由基，且结果可能受到样品中其他成分的干扰；ORAC 测定法能够较好地模拟生理条件下的抗氧化反应，但需要使用荧光检测设备，对实验条件要求较高。

抗氧化剂的未来展望

随着人们对健康的关注度不断提高，抗氧化剂在食品、医药和化妆品等领域的应用前景越来越广阔。在食品领域，寻找安全、高效的天然抗氧化剂已成为研究热点。植物来源的抗氧化剂由于其丰富的资源和多样的生物活性，受到了广泛关注。未来，科学家们将继续深入研究植物抗氧化剂的提取、纯化和鉴定方法，以提高其抗氧化活性和稳定性，并探索其在食品保鲜和功能食品开发中的应用。

在医药领域，抗氧化剂作为潜在的治疗药物，对于预防和治疗氧化应激相关疾病具有重要意义。然而，目前对于抗氧化剂在体内的作用机制和效果还不完全清楚，需要进一步的研究来确定其最佳的使用剂量和治疗方案。此外，开发新型的抗氧化剂药物，以及将抗氧化剂与其他治疗方法相结合，也是未来的研究方向之一。

在化妆品领域，抗氧化剂可以帮助保护皮肤免受自由基的损伤，延缓皮肤衰老。随着消费者对天然、安全化妆品的需求增加，天然抗氧化剂在化妆品中的应用将更加广泛。未来的研究将集中在如何提高抗氧化剂在化妆品中的稳定性和生物利用度，以及开发具有更好抗氧化效果的新型化妆品配方。

总之，抗氧化剂作为生命科学和健康医学领域的重要研究对象，在过去几十年里取得了丰硕的研究成果。从对活性氧物种和自由基的认识，到抗氧化剂的分类、作用机制和检测方法的研究，再到其在疾病防治和工业应用中的探索，每一步都凝聚着科学家们的智慧和努力。虽然目前仍有许多问题有待解决，但随着研究的不断深入，相信抗氧化剂将在保障人类健康和提高生活质量方面发挥更大的作用。就像为细胞打造了一层坚固的 “护盾”，抗氧化剂的研究进展将为我们的健康带来更多的希望和保障。