中化研究中心制药研究所黄士懿博土
一．背景说明
抗氧化剂在食品工业上的应用已行之有年，其主要的目的在预防食品的酸败(Ranci-dity)。而近年来的临床医学研究结果显示，天然抗氧化剂似乎具有协助并保护身体细胞组织抵抗活性氧化物质(Reactiveoxygenspecies；ROS)的能力，遂引起科学家们的重视。
从氧化剂、抗氧化剂和身体病变发生的观点来看，人类的组织细胞随时随地遭受到环境中有害物质的氧化侵害(Oxidativedamage)，而这些有害物质包括了工作场所中产生的化学毒素，辐射线，空气和水源污染物以及食物中的生物性毒素或化合物，烟酒和食物烹调后所产生的有害物质等等。根据美国加州大学教授BruceAmes及其研究人员的估计，细胞中的DNA分子，每日约遭受上万次的氧化侵害，而其它的分子加细胞质中的蛋白质和脂质，特别是细胞膜上的蛋白质，脂质，糖类都是其主要的攻击目标。虽然这些受伤害的细胞组织大都有自行修复的能力，但是修复的程度却非百分之百。因此，这些没有修补过的受损分子，经年累月的堆积，不仅造成个体生理机能的迟缓，更成为扫役病变发生的主要原因。若干实验亦指出，细胞中氧化损害是造成老化和疾病产生的主要因素，而自由基(Freeradical)则是主要的元凶。例如：癌症的发生可能是由于细胞中 [氧化过程](oxidative process)促使肿瘤加速发生或若干氧化物质使活性氧化物质(ROS)增多，并促使细胞分裂增殖变快，产生突变，而类似的氧化物质亦可能改变血液中血脂蛋白(1iFoProtein)的成分而加速粥状动脉硬化(Atherosclerosis)的形成，此一现象则被认为是导致心脏血管疾病(Cardiovasculardlsease:CVD)的主要原因。另外，白内障的形成则与眼球中蛋白质遭受氧化侵害有着相当的关联。因此，从长期保健的观点来看，如何减少细胞中的氧化侵害，遂为研究人员努力的方间。
二.健康食品和天然抗氢化剂
近年来，大型的流行病学实验证据显示，饮食中摄取富含抗氧化物质的食物，特别是蔬菜，水果等，其具有减少癌症，心血管疾病及白内障发生的趋向。因此，食物中可提供具有抗氧化成份者，遂成为大众注意的焦点。抗氧化剂在食品上的应用，主要在供预防食品的酸败，藉以延长保存期限并保持营养品质。然而以住所添加的食用抗氧化剂，往往只着重于食品的保存和美观，而忽略了食用者的安全。例如： BHA(BuVlatedhydroxyanis01e)是一个常用的食用抗氧化剂，其虽然具有很好的抗脂肪过氧化的能力，但同时也可能导致胃癌并便DNA分子加速氧化造成细胞组织损害。纵观近年来由放人们崇尚自然，追求健康的意识拾头，食物中具有天然抗氧化剂或有效成份者，就成了健康食品市场的宠儿。
在日常的食物中，例如：蔬菜、水果、茶叶、天然草药和香料，甚至肉类中部含有活性的抗氧化物质。而若干植物素(Phytochemi_cals)亦已证实具有防癌、抗老化的功能。例如：蔬菜、水果中的维生素C(Ascorbicacid)、类胡萝卜素(Carotenoid3)、维生素E(Toco_pher01s)、类黄酮素(Flavonoids)、类苫味素(Limonoids)和三帖类(Tnterpenoids)等;小麦胚芽则富含维生素E(Tocopherols＆tocotri_enols)；黄豆则含有大量的异类黄酮素(1sofla_vonoids)；茶叶中的多酚物质(Po1yphenolics)如儿茶素(Catechins)和单宁质(Tannins)，香料中的香豆素(Coumarin3)和姜黄素(Curcu_min)，甚至中药材的成份如当归(AngelicaeSinensisRadix)中的类黄酮素 (F1avonoids)，亦被视为天然抗氧化剂的一员。在动物性食品中，肉类中含有组织胺酸的双肽成分者如Carnosine、 Homocarnosine及Anserine亦具有抗氧化能力，另外如：超氧化双歧酶(SuFeroxidediSmutase；SOD), G1utathioneperoxidase,Catalase和CaerDloplasma等酵素蛋白亦具有清除活性氧化物质(ReaCtiveoxygensFecies；ROS)的能力，亦可归类于天然抗氧化物质.
三．自由基和抗氧化剂的关系
在了解抗氧化剂和自由基的关系之前，首先必须先定义何谓 [抗氧化剂]?狭意来说，[抗氧化剂]是严格的指[食品中用以抑制脂肪过氧化的化合物]'诸如：维生素E(αtocopher01), BHA、 BHT等。然而仔细的探究其在组织细胞中的反应可知抗氧化剂即是用以抑制或减缓自由基或由自由基所产生氧化连锁反应的物质。因此广义的天然抗氧化剂则是[凡经由生物体中自行合成，而且在低浓度下，即具有延迟氧化过程或抑制活性氧化物质(ROS)形成的化合物，即称之为天然抗氧化剂]。
那自由基又是什么呢?自由基则是指一群具有一个或多个不成对电子且可单独存在放极短暂的分子基团，由于此基因带有不成对的电子，因此极易与其它物质产生反应。譬如：细胞膜上的多元不饱和脂肪酸(Po!yunsaturatedfattyacid；PUFA)经由外界的物理或化学刺激所形成带有一个不成对电子的分子基团，而此一活性氧化基团可与其它分子发生连锁反应，造成氧化损害。而活性氧化物质(ROS)则是此类自由基分子的总称。此类活性氧化物质包括以为氧原子中心的分子基团如超氧化物自由基(Superoxide；.O2-)，氢氧化自由基(Hydro_Xyl radical；OH)和过氧化氢(Hydrogenpero_xide；H202)，单电子键氧分子(O2)，次氯酸(HOCl)和臭氧(O3)等。另外活性氮化物质(Reactivenitrogenspecies；RNS)是以氯原子为中心的分子基团，例如：过氧亚硝酸离子(ONO2-)即是此类自由基的一员。而这些自由基分子则可能是身体自然代谢的副产物或由外界环境中有害物质所激发而产生。
如同前面所说，身体的组织细胞由于自然代谢或体外环境中的物理化学因子如：紫外线、生物毒素等所产生的自由基，其主要的攻击目标是细胞中或细胞膜上的蛋白分子，脂质，糖类和核酸分子(DNA， RNA)等。以细胞膜上的脂肪分子为例，游离且具有高激能的自由基可以诱发并加速细胞膜上多元不饱和脂肪酸进行一连串的氧化反应而产生脂肪酸的过氧化物，此物质不仅会破坏细胞中或细胞膜上的蛋白分子，也容易被一些微量的过渡金属离子所激发而产生[脂肪酸自由基过氧化物]的中间体，进而延长了氧化连锁反应(图一)，由此吾人可以大胆推论，要维持一个健康的个体，其身体所产生的活性氧化物质(ROS)必须与组织细胞中的抗氧化系统达成平衡。一旦身体的抗氧化系统失去平衡，细胞组织就处在一个极易被氧化的状态下(Underoxi_dative stress)，如果这样的状态持续出现，细胞中的氧化损害(Oxidative damage)累积到相当程度，细胞就容易老化甚至产生病变.
仔细探究织组细胞处于被氧化的原因可能是因为：
1．细胞中抗氧化成份不足，例如：长期的维生素缺乏导致细胞中抗氧化的维生素和谷胱甘肽(G1utathione)不足。
2．细胞中活性氧化物质浓度升高，例如：环境中的某些药物或毒素的侵入，促使细胞中超氧化物自由基(SuPeroxide radicals)大量产生。
3．可能是局部组织细胞发炎'(1nflammatory)或肿瘤(Tumor)因此，如果前述自由基使组织细胞发生病变的假说足正确的，如何避免暴露在有害因子的环境之中和提高细胞的抗氧化能力，则成为健康保养的基本原则。以下吾人将以不同类别的天然抗氧化剂为主轴，讨论其抗氧化的机理和所存在的食物种类。
四．天然抗氧化剂的作用机制
由于维生素C(Ascorbicacid)'维生素E(αtocopherol)和B_胡萝卜素(βcarotene)同时具有营养素及抗氧化剂的功能，因此在健康食品上已广泛的使用。今就以此 [抗氧化二元]为例，说明其抗氧化基理。
维生素C(Ascorbicacid)：维生素C能与细胞中的过氧化物(Superoxideanion； O2)和氢氧自由基(Hydroxylradlcal； OH-)反应，使氧化连锁反应中止进而保护细胞的完整性。
其反应机转如所示：
图二表示维生素C(Ascorbicacid)去自由基的反应机转(过氧化自由基)AH代表抗坏血酸盐， ROO-代表过氧化自由基，入．代表抗坏血酸自由基， A代表去氢抗坏血酸。另外，维生素C亦可增加白血球的趋化性(Leukocytechemotaxis)'并刺激干扰素(Interteron)的产生为抵抗癌症提供最佳的防御.
维生素E(TocoPher01s)：维生素E除了可以降低细胞膜的过氧化程度外，亦可清除血液中的自由基，以维持细胞的完整性。其终止脂肪过氧化的机转为维生素E的6_Hydroxy_chromane基团，它会释放出一电子。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Tocopheroxyl(chro_manoxyl) radical，此一维生素E和自由基的中间体可再和其它自由基结合形成更稳定的To_copherylquinone,其如下：
类胡萝卜素(Carotenoids)：类胡萝卜素为一群黄色至橙红色的天然脂溶性色素，广泛地存在动、植物体中。截至目前为止至少有600种以上的类胡萝十素被发现。其中大约50种具有维生素A的活性。由于其化学结构中具有9_11个共轭双键，因此亦具有结合自由基的抗氧化功能。现在健康食品消费市场上流行的β胡萝卜素，就是一个最佳的证明β胡萝卜素(βCarotene)是维生素A的先驱物质(Precursor)，可在小肠及肝脏中分解成两个维生素A。除此之外，β胡萝卜素(B_Carotene)亦有消除自由基和单电子氧分子(Singletoxygen，02)的功能。其抗氧化机转如下: βCarotene和自由基反应，产生环氧类胡萝卜素(Carotenoidepoxide)，进而分裂成稳定的醛类(βApoCarotenals)和酮类(βApocarotenones)。如所示：
其他的类胡萝卜素如蕃茄中的蕃茄红素(Lycopene)，虾蟹壳中的虾青素(Astsxanthin和Cantaxanthin)等虽不具有维生素A的活性，但具有较强的抗氧化性质，亦逐渐应用于健康食品中。
以上所得及的天然抗氢化剂，维生素C、E和β胡萝卜素，除了有抗氧化功能外亦是营养素。其他不具营养素性质，但具有抗氢化功能的天然化合物亦受到相当的重视。黄豆的异类黄酮素(1sonavonoids)如Qeuistein除了具有抑制大白鼠皮肤细胞肿瘤的能力，亦可减少44性血球超氧化物(Superoxide)的形成，而异类黄酮素(1sonavonoids)在预防心脏血管疾病似乎扮演着重要的角色。构缘酸水果(Citricfruit)中的类黄酮素(Flavonoids)亦具有抗发炎、抗过敏和抗癌症的能力，类苫味素(Limonoids).例如：Limonin及其衍生物则可减少口腔癌症的发生。绿茶和红酒中，则富含数种多酚物质(P01yphen01ics)如儿茶素(Ca_techin)和单宁酸(Tannins)等，除了具有清除自由基，防止脂质及低密度脂蛋白(Lowden_sitylipoprotein；LDL)氧化外，尚有抑制细胞中Phosspholipase A2，Cyclooxygenase和Lipoxygenase活性的能力。在动物性食品中，共轭的次亚麻油酸(γLinolenicacid； G!A)
具有降低胆固醇及防止粥状动脉硬化的能力。动物骨路肌中合有组织胺酸的双肽化合物如Camosine和Anserine则具有螯合活性金属离子和清除自由基的抗氧化能力。至于广泛存在生物界的水溶性多酚物质Methoxatin、Pyrroloquinolinequinone(PQQ)，具有抑制大白鼠脑细胞脂质过氧化和清除超氧化阴离子(Superoxideanion)的能力，综合以上各例可知，抗氧化剂的功能主要在于清除或抑制自由基的发生成减少低密度血脂蛋白(Lowdensitylipoprotein；LDL)的氧化，进而保持细胞的完整性(Cellintegrity)，因此以保护细胞组织健全的观点，食用天然抗氢化剂有其存在的条件。下表简附各种天然抗氧化剂的种类及食物来源。
五．结语
由以上的讨论可知，具有抗氧化性质的天然化合物，可说是广泛的存在于我们的饮食之中特别是蔬菜，水果，药用植物，豆类及胚芽等。因此许多经纯化的天然抗氧化成份已渐渐应用于健康食品上，也为人类追求 [速食]健康，提供最佳佐证。虽然这些抗氧化剂足自然生成，但是吾人在食用这些经过纯化的抗氧化剂时，也必须考虑其安全剂量和毒性，以让身体健康无虞。
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