芝麻木酚素的抗氧化性及其機制研究

張 鑫，李方方，朱宇旌，鄭麗莉，張 勇

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，沈陽 110866）

芝麻木酚素的抗氧化性及其機制研究

張 鑫，李方方，朱宇旌，鄭麗莉，張 勇*

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，沈陽 110866）

豬在患病、應(yīng)激或特殊生理條件下，會產(chǎn)生大量自由基導(dǎo)致氧化應(yīng)激，嚴(yán)重?fù)p壞機體健康，因此對抗氧化產(chǎn)品的需求越來越多，合成抗氧化劑食用的安全性還有待考證，尋找安全高效的天然抗氧化劑已經(jīng)成為一個必然趨勢。芝麻油比其他植物油有顯著的穩(wěn)定性，是由于芝麻中木酚素這種活性物質(zhì)，可以清除機體內(nèi)多余的自由基，是優(yōu)良的天然抗氧化劑，并且芝麻在我國產(chǎn)量豐富，研究芝麻木酚素的抗氧化作用有廣闊的前景，近幾年研究芝麻木酚素在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用逐漸增加，但是盲目使用抗氧化劑會適得其反。本文對芝麻木酚素抗氧化性及其機制進行簡要綜述，為芝麻木酚素作為抗氧化劑應(yīng)用提供更多的理論依據(jù)。

1??氧化應(yīng)激給豬體造成的危害

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中經(jīng)常會產(chǎn)生氧化應(yīng)激，尤其是斷奶仔豬早期，仔豬的消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)發(fā)育還不完善，并且會面臨很多的應(yīng)激源，斷奶后飼糧的構(gòu)成發(fā)生改變，顆粒狀飼糧代替了母乳，主要的能量來源從脂肪變成碳水化合物；仔豬斷奶后到一個新的環(huán)境，與母豬和同窩姐妹分開，從產(chǎn)房到保育舍生活，這些變化從心理、營養(yǎng)、環(huán)境等多方面刺激仔豬，導(dǎo)致仔豬斷奶應(yīng)激，造成采食量下降，這是生長停滯的主要原因。仔豬腸道也會受到氧化損傷，在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，仔豬體內(nèi)自由基穩(wěn)衡性動態(tài)異常，會產(chǎn)生自由基的損傷，如果不能及時修復(fù)，就會誘發(fā)疾病或引起死亡。當(dāng)前養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的母豬繁殖障礙、仔豬成活率低和發(fā)病率高、豬肉品質(zhì)下降等都與氧化應(yīng)激有關(guān)，開發(fā)抗氧化應(yīng)激的飼料添加劑已成為該領(lǐng)域研究的熱點。

2??飼用抗氧化劑的分類

動物生產(chǎn)中使用天然或人工合成抗氧化飼料添加劑可以有效保持機體內(nèi)氧化平衡，減輕氧化應(yīng)激的危害?？紤]到天然抗氧化劑比合成抗氧化劑副作用低，植物或者其提取物已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于動物中。動物體內(nèi)有研究前景的抗氧化劑可分為2大類：酶類抗氧化劑和非酶類抗氧化劑。酶類抗氧化劑包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POX）等；非酶類抗氧化劑包括人工合成抗氧化劑、維生素抗氧化劑（維生素C、維生素E、β-胡蘿卜素等）、微量元素抗氧化劑( Se、Zn、Fe、Cu 等) 、谷胱甘肽( GSH) 、天然植物有效成分（多酚類化合物、多糖類化合物、黃酮類化合物）等。若根據(jù)作用機制不同又可將抗氧化劑分為自由基清除劑（乙氧基喹啉、酚類抗氧化劑等通過結(jié)合自由基中斷氧化過程）、還原保護劑（維生素C等通過自身氧化減緩氧化過程）、螯合劑（檸檬酸、磷酸等通過螯合催化氧化反應(yīng)的金屬離子減緩氧化過程）。

3??芝麻木酚素

3.1 簡介

木酚素是存在于芝麻中的一種活性成分，是優(yōu)質(zhì)的天然抗氧化劑，屬于自由基清除劑。木酚素基本結(jié)構(gòu)是苯丙烷單元二聚體（圖1），屬于多酚類化合物，是高等植物2個松柏醇形成的耦合的殘留，存在于植物細(xì)胞壁中，已經(jīng)鑒定出來芝麻種子中含有許多木酚素化合物，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（圖2），其中50%左右是芝麻素。木酚素類物質(zhì)在芝麻種子中含有0.2%～0.5%，是有脂溶性的白色針狀晶體。芝麻素和芝麻林素主要在芝麻種子中，其他在制油過程中產(chǎn)生。

3.2 芝麻木酚素抗氧化的作用機制

3.2.1 芝麻木酚素抗氧化作用

大多數(shù)天然抗氧化劑都是酚類化合物，它們的抗氧化活性與其分子結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)上電子的分散性以及芳香環(huán)上的取代基團的結(jié)構(gòu)和性能相關(guān)，由于上述功能基團的存在，使得物質(zhì)具有抗氧化特性。Eklund等采用淬滅2， 2-二苯基-1-苦基肼基（DPPH）自由基的方法測定15種不同的木酚素抗氧化活性，研究木酚素不同的結(jié)構(gòu)對抗氧化能力的影響和清除自由基的能力的結(jié)構(gòu)特點，最終得出含有兒茶酚結(jié)構(gòu)的木酚素清除自由基能力最強，3-甲氧基-4-酚羥基結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出稍弱的抗氧化能力，芝麻木酚素類物質(zhì)具有抗氧化性是由于其分子結(jié)構(gòu)。趙新平試驗表明芝麻素有一定的體外清除自由基的能力，在體內(nèi)通過影響抗氧化酶和非酶系統(tǒng)發(fā)揮其抗氧化作用，降低低密度脂蛋白（LDL）同時減少體內(nèi)氧自由基。金青哲研究純度為91.2 %的芝麻素的抗氧化性和體外清除自由基的能力，結(jié)果表明芝麻素具有一定抗氧化性，對DPPH·、·OH、O2·有消除作用。Kang等也得出芝麻林素及其代謝產(chǎn)物使得芝麻籽具有抗氧化性可以減少小鼠的氧化應(yīng)激。芝麻木酚素具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、穩(wěn)定血壓、保護肝臟等功能，這都與木酚素的抗氧化性有關(guān)系。徐朝陽等研究得出芝麻素對腎性高血壓伴高血脂大鼠腎臟有保護作用，這與抗氧化應(yīng)激、清除自由基有關(guān)。芝麻素也可以調(diào)節(jié)高脂血癥家兔的血脂和保護肝臟的作用，芝麻素具有保肝作用，保肝作用機制與抗氧化活動有關(guān)，降血脂可能與抗氧化作用、抑制LDL氧化修飾、減少LDL生成有關(guān)。

圖1 木酚素基本結(jié)構(gòu)

圖2 芝麻木酚素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3.2.2 芝麻木酚素抗氧化的作用機制

芝麻酚、芝麻素酚、芝麻林素酚都具有酚羥基，酚羥基能釋放羥基上活躍的氫，成為供氫體使得自由基通過共振雜化被穩(wěn)定，可與其他自由基結(jié)合成穩(wěn)定的二聚體阻礙自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，發(fā)揮抗氧化作用。芝麻林素和芝麻木酚素中含量最高的芝麻素沒有酚羥基，但其分子結(jié)構(gòu)上有2個亞甲基二氧基苯基，這種結(jié)構(gòu)的重要特征是遇到酸容易裂變（圖3），裂變后甲氧基和羥基的電子云密度由于誘導(dǎo)效應(yīng)而提高，使得酚羥基變成一個易與自由基產(chǎn)生反應(yīng)的電子接受體從而形成一個大的共軛體系，使自由基比較分散和穩(wěn)定，起到抗氧化作用。芝麻素在體外自身沒有抗氧化作用，為了進一步了解芝麻素的抗氧化作用機制，Nakai等對芝麻素在大鼠肝臟均漿的反應(yīng)產(chǎn)物進行了分析，結(jié)果顯示芝麻素結(jié)構(gòu)中甲基二氧苯基在肝臟酶催化下轉(zhuǎn)化成帶有2個羥基的兒茶酚（圖4），這種結(jié)構(gòu)是優(yōu)良的氫供體，有強大的自由基清除活性，負(fù)責(zé)芝麻素在肝臟對氧化損傷的保護。Mizukuchi等對芝麻素在白鼠體內(nèi)的分布情況進行研究，攝入的芝麻素主要通過靜脈吸收，高效率地轉(zhuǎn)移到肝臟，在肝臟中轉(zhuǎn)變?yōu)轭悆翰璺芋w的形式，經(jīng)甲氧基化后與葡萄醛酸結(jié)合經(jīng)膽汁排出體外，這說明芝麻素主要分布在肝臟，同時說明芝麻素在肝臟中轉(zhuǎn)化成兒茶酚發(fā)揮抗氧化作用。

芝麻木酚素不僅可以靠自身結(jié)構(gòu)特點起到抗氧化作用，還可以提高維生素抗氧化劑（維生素C、維生素E）的含量，攝入兒茶酚類結(jié)構(gòu)物質(zhì)可以大幅度增加血漿和肝臟維生素E的濃度，并且Satko Ikeda等指出攝入低劑量的芝麻木酚素之所以可以提高組織的抗氧化能力，主要是因為提高了維生素C和維生素E的水平，兒茶酚作為氫供體可以與自由基反應(yīng)生成的脫氫抗壞血酸、生育酚自由基反應(yīng)，重新生成維生素C和維生素E。生物體在長期的進化過程中，形成了一套完整的保護系統(tǒng)—抗氧化系統(tǒng)來清除體內(nèi)多余的ROS，芝麻木酚素還可以誘導(dǎo)機體器官或細(xì)胞抗氧化酶活性的提高。李先偉等以大鼠為試驗動物研究芝麻木酚素對腎性高血壓的影響，木酚素高劑量組血清、心肌和主動脈SOD活力明顯升高、MDA含量明顯降低。郭莉群等探討芝麻素對腎性高血壓大鼠靶器官抗氧化作用測定大鼠心、肝、腦、腎靶器官組織勻漿SOD、MDA、ROS含量，得出芝麻素高中劑量可以明顯降低各器官組織均漿的ROS、MDA含量，且具有劑量依賴關(guān)系，可以調(diào)節(jié)氧自由基代謝，提高抗氧化能力。

圖3 芝麻素遇酸裂變

圖4 芝麻素轉(zhuǎn)化成類兒茶酚體

國外的一些學(xué)者通過檢測木酚素對抗氧化酶mRNA表達量的影響，探討了其誘導(dǎo)抗氧化酶活性增強的機制。Tsuruoka等進行了DNA微陣列分析研究肝臟中芝麻素對基因表達影響，得出芝麻素可以顯著提高β-氧化相關(guān)酶的表達，增加酰基CoA硫酯酶（?；鵆oA水解酶和長鏈?；鵆oA硫酯酶）基因表達，同時會誘導(dǎo)酒精代謝酶—醛脫氫酶基因的表達，這些結(jié)果都表明芝麻素可以調(diào)節(jié)脂類代謝、外源性物質(zhì)和酒精的mRNA水平。Kiso研究發(fā)現(xiàn)飼喂芝麻素的大鼠肝臟中β-氧化后期酶（酰基CoA氧化酶，雙功能酶，3-酮脂酰-CoA硫解酶）的基因表達水平顯著增加，基因編碼的酶的轉(zhuǎn)錄脂肪酸合成減少，另外飼喂芝麻素的大鼠醛脫氫酶基因表達提高了大概3倍，這些也說明芝麻素攝取過程中會調(diào)節(jié)肝脂質(zhì)和酒精代謝酶轉(zhuǎn)錄水平。

4??木酚素在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用

木酚素早已經(jīng)應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)中，但芝麻的提取物芝麻木酚素還亟待研究應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)中。王子翊研究芝麻中主要的木酚素在豬的腸道內(nèi)轉(zhuǎn)化成芝麻素酚而發(fā)揮抗氧化性。De Santis Ferreira等通過豬盲腸模型試驗，證明了植物提取物木酚素對南美洲克氏錐蟲有抑制效應(yīng)。五味子中的提取物木酚素類物質(zhì)可以清除肥育豬體內(nèi)的自由基、增強免疫力和抗應(yīng)激能力，對豬的生長、健康和肉品質(zhì)有重要意義。杜仲提取物中也含有木酚素類物質(zhì)，并且杜仲提取物可以不同程度改善豬胴體品質(zhì)和肌肉質(zhì)量。

5??小結(jié)

芝麻在我國產(chǎn)量豐富，居于世界首位，但芝麻的加工利用僅僅是芝麻香油、芝麻醬等初級產(chǎn)品，芝麻并沒有很好的被利用。芝麻中木酚素這種天然活性物質(zhì)，具有極強的抗氧化性，亟待開發(fā)運用到豬飼料中作為添加劑來提高豬的抗氧化性。本文對芝麻木酚素的抗氧化作用機制及提取進行綜述，為芝麻木酚素開發(fā)利用提供更多理論依據(jù)。

略。

2015-03-13)

國家自然科學(xué)基金（31440082；31101253）

張鑫（1990-）女，河北張家口人，碩士研究生，從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究。

張勇，教授，碩士生導(dǎo)師。E-mail：syndzhy@126.com