芝麻木酚素的抗氧化性及其机制研究

2015-12-26李方方朱宇旌郑丽莉

猪业科学 2015年6期

关键词：抗氧化性抗氧化剂芝麻

张鑫，李方方，朱宇旌，郑丽莉，张勇

（沈阳农业大学畜牧兽医学院，沈阳 110866）

芝麻木酚素的抗氧化性及其机制研究

张鑫，李方方，朱宇旌，郑丽莉，张勇*

（沈阳农业大学畜牧兽医学院，沈阳 110866）

猪在患病、应激或特殊生理条件下，会产生大量自由基导致氧化应激，严重损坏机体健康，因此对抗氧化产品的需求越来越多，合成抗氧化剂食用的安全性还有待考证，寻找安全高效的天然抗氧化剂已经成为一个必然趋势。芝麻油比其他植物油有显著的稳定性，是由于芝麻中木酚素这种活性物质，可以清除机体内多余的自由基，是优良的天然抗氧化剂，并且芝麻在我国产量丰富，研究芝麻木酚素的抗氧化作用有广阔的前景，近几年研究芝麻木酚素在养猪生产上的应用逐渐增加，但是盲目使用抗氧化剂会适得其反。本文对芝麻木酚素抗氧化性及其机制进行简要综述，为芝麻木酚素作为抗氧化剂应用提供更多的理论依据。

1 氧化应激给猪体造成的危害

在养猪生产中经常会产生氧化应激，尤其是断奶仔猪早期，仔猪的消化系统和免疫系统发育还不完善，并且会面临很多的应激源，断奶后饲粮的构成发生改变，颗粒状饲粮代替了母乳，主要的能量来源从脂肪变成碳水化合物；仔猪断奶后到一个新的环境，与母猪和同窝姐妹分开，从产房到保育舍生活，这些变化从心理、营养、环境等多方面刺激仔猪，导致仔猪断奶应激，造成采食量下降，这是生长停滞的主要原因。仔猪肠道也会受到氧化损伤，在氧化应激状态下，仔猪体内自由基稳衡性动态异常，会产生自由基的损伤，如果不能及时修复，就会诱发疾病或引起死亡。当前养猪生产过程中出现的母猪繁殖障碍、仔猪成活率低和发病率高、猪肉品质下降等都与氧化应激有关，开发抗氧化应激的饲料添加剂已成为该领域研究的热点。

2 饲用抗氧化剂的分类

动物生产中使用天然或人工合成抗氧化饲料添加剂可以有效保持机体内氧化平衡，减轻氧化应激的危害。考虑到天然抗氧化剂比合成抗氧化剂副作用低，植物或者其提取物已经广泛地应用于动物中。动物体内有研究前景的抗氧化剂可分为2大类：酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂。酶类抗氧化剂包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POX）等；非酶类抗氧化剂包括人工合成抗氧化剂、维生素抗氧化剂（维生素C、维生素E、β-胡萝卜素等）、微量元素抗氧化剂( Se、Zn、Fe、Cu 等) 、谷胱甘肽( GSH) 、天然植物有效成分（多酚类化合物、多糖类化合物、黄酮类化合物）等。若根据作用机制不同又可将抗氧化剂分为自由基清除剂（乙氧基喹啉、酚类抗氧化剂等通过结合自由基中断氧化过程）、还原保护剂（维生素C等通过自身氧化减缓氧化过程）、螯合剂（柠檬酸、磷酸等通过螯合催化氧化反应的金属离子减缓氧化过程）。

3 芝麻木酚素

3.1 简介

木酚素是存在于芝麻中的一种活性成分，是优质的天然抗氧化剂，属于自由基清除剂。木酚素基本结构是苯丙烷单元二聚体（图1），属于多酚类化合物，是高等植物2个松柏醇形成的耦合的残留，存在于植物细胞壁中，已经鉴定出来芝麻种子中含有许多木酚素化合物，包括芝麻素（C20H18O6）、芝麻林素（C20H18O7）、芝麻素酚（C20H18O8）、芝麻林素酚（C20H20O7）、芝麻酚（C7H6O3）等（图2），其中50%左右是芝麻素。木酚素类物质在芝麻种子中含有0.2%～0.5%，是有脂溶性的白色针状晶体。芝麻素和芝麻林素主要在芝麻种子中，其他在制油过程中产生。

3.2 芝麻木酚素抗氧化的作用机制

3.2.1 芝麻木酚素抗氧化作用

大多数天然抗氧化剂都是酚类化合物，它们的抗氧化活性与其分子结构中芳香环上电子的分散性以及芳香环上的取代基团的结构和性能相关，由于上述功能基团的存在，使得物质具有抗氧化特性。Eklund等采用淬灭2， 2-二苯基-1-苦基肼基（DPPH）自由基的方法测定15种不同的木酚素抗氧化活性，研究木酚素不同的结构对抗氧化能力的影响和清除自由基的能力的结构特点，最终得出含有儿茶酚结构的木酚素清除自由基能力最强，3-甲氧基-4-酚羟基结构表现出稍弱的抗氧化能力，芝麻木酚素类物质具有抗氧化性是由于其分子结构。赵新平试验表明芝麻素有一定的体外清除自由基的能力，在体内通过影响抗氧化酶和非酶系统发挥其抗氧化作用，降低低密度脂蛋白（LDL）同时减少体内氧自由基。金青哲研究纯度为91.2 %的芝麻素的抗氧化性和体外清除自由基的能力，结果表明芝麻素具有一定抗氧化性，对DPPH·、·OH、O2·有消除作用。Kang等也得出芝麻林素及其代谢产物使得芝麻籽具有抗氧化性可以减少小鼠的氧化应激。芝麻木酚素具有调节脂质代谢、稳定血压、保护肝脏等功能，这都与木酚素的抗氧化性有关系。徐朝阳等研究得出芝麻素对肾性高血压伴高血脂大鼠肾脏有保护作用，这与抗氧化应激、清除自由基有关。芝麻素也可以调节高脂血症家兔的血脂和保护肝脏的作用，芝麻素具有保肝作用，保肝作用机制与抗氧化活动有关，降血脂可能与抗氧化作用、抑制LDL氧化修饰、减少LDL生成有关。

图1 木酚素基本结构

图2 芝麻木酚素的化学结构

3.2.2 芝麻木酚素抗氧化的作用机制

芝麻酚、芝麻素酚、芝麻林素酚都具有酚羟基，酚羟基能释放羟基上活跃的氢，成为供氢体使得自由基通过共振杂化被稳定，可与其他自由基结合成稳定的二聚体阻碍自由基的链式反应，发挥抗氧化作用。芝麻林素和芝麻木酚素中含量最高的芝麻素没有酚羟基，但其分子结构上有2个亚甲基二氧基苯基，这种结构的重要特征是遇到酸容易裂变（图3），裂变后甲氧基和羟基的电子云密度由于诱导效应而提高，使得酚羟基变成一个易与自由基产生反应的电子接受体从而形成一个大的共轭体系，使自由基比较分散和稳定，起到抗氧化作用。芝麻素在体外自身没有抗氧化作用，为了进一步了解芝麻素的抗氧化作用机制，Nakai等对芝麻素在大鼠肝脏均浆的反应产物进行了分析，结果显示芝麻素结构中甲基二氧苯基在肝脏酶催化下转化成带有2个羟基的儿茶酚（图4），这种结构是优良的氢供体，有强大的自由基清除活性，负责芝麻素在肝脏对氧化损伤的保护。Mizukuchi等对芝麻素在白鼠体内的分布情况进行研究，摄入的芝麻素主要通过静脉吸收，高效率地转移到肝脏，在肝脏中转变为类儿茶酚体的形式，经甲氧基化后与葡萄醛酸结合经胆汁排出体外，这说明芝麻素主要分布在肝脏，同时说明芝麻素在肝脏中转化成儿茶酚发挥抗氧化作用。

芝麻木酚素不仅可以靠自身结构特点起到抗氧化作用，还可以提高维生素抗氧化剂（维生素C、维生素E）的含量，摄入儿茶酚类结构物质可以大幅度增加血浆和肝脏维生素E的浓度，并且Satko Ikeda等指出摄入低剂量的芝麻木酚素之所以可以提高组织的抗氧化能力，主要是因为提高了维生素C和维生素E的水平，儿茶酚作为氢供体可以与自由基反应生成的脱氢抗坏血酸、生育酚自由基反应，重新生成维生素C和维生素E。生物体在长期的进化过程中，形成了一套完整的保护系统—抗氧化系统来清除体内多余的ROS，芝麻木酚素还可以诱导机体器官或细胞抗氧化酶活性的提高。李先伟等以大鼠为试验动物研究芝麻木酚素对肾性高血压的影响，木酚素高剂量组血清、心肌和主动脉SOD活力明显升高、MDA含量明显降低。郭莉群等探讨芝麻素对肾性高血压大鼠靶器官抗氧化作用测定大鼠心、肝、脑、肾靶器官组织匀浆SOD、MDA、ROS含量，得出芝麻素高中剂量可以明显降低各器官组织均浆的ROS、MDA含量，且具有剂量依赖关系，可以调节氧自由基代谢，提高抗氧化能力。

图3 芝麻素遇酸裂变

图4 芝麻素转化成类儿茶酚体

国外的一些学者通过检测木酚素对抗氧化酶mRNA表达量的影响，探讨了其诱导抗氧化酶活性增强的机制。Tsuruoka等进行了DNA微阵列分析研究肝脏中芝麻素对基因表达影响，得出芝麻素可以显著提高β-氧化相关酶的表达，增加酰基CoA硫酯酶（酰基CoA水解酶和长链酰基CoA硫酯酶）基因表达，同时会诱导酒精代谢酶—醛脱氢酶基因的表达，这些结果都表明芝麻素可以调节脂类代谢、外源性物质和酒精的mRNA水平。Kiso研究发现饲喂芝麻素的大鼠肝脏中β-氧化后期酶（酰基CoA氧化酶，双功能酶，3-酮脂酰-CoA硫解酶）的基因表达水平显著增加，基因编码的酶的转录脂肪酸合成减少，另外饲喂芝麻素的大鼠醛脱氢酶基因表达提高了大概3倍，这些也说明芝麻素摄取过程中会调节肝脂质和酒精代谢酶转录水平。

4 木酚素在养猪生产上的应用

木酚素早已经应用于养猪生产中，但芝麻的提取物芝麻木酚素还亟待研究应用于养猪生产中。王子翊研究芝麻中主要的木酚素在猪的肠道内转化成芝麻素酚而发挥抗氧化性。De Santis Ferreira等通过猪盲肠模型试验，证明了植物提取物木酚素对南美洲克氏锥虫有抑制效应。五味子中的提取物木酚素类物质可以清除肥育猪体内的自由基、增强免疫力和抗应激能力，对猪的生长、健康和肉品质有重要意义。杜仲提取物中也含有木酚素类物质，并且杜仲提取物可以不同程度改善猪胴体品质和肌肉质量。