原生態(tài)紅糖的體外抗氧化性研究進(jìn)展

李明星，李美玲，黎慶濤，代宇超，王卓琳

(廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004)

原生態(tài)紅糖是甘蔗經(jīng)過破碎、提汁、澄清處理后，不添加化學(xué)助劑，經(jīng)過濃縮、結(jié)晶、澄清甘蔗汁而制得的產(chǎn)物，因其未經(jīng)過分蜜處理，故其自身含有的營養(yǎng)活性成分較多，如酚類化合物、蛋白質(zhì)、維生素等[1]。其不僅具有抗氧化性和抗毒性等，還可以促進(jìn)免疫應(yīng)答，預(yù)防貧血，增加鐵攝入量，對緩解高血壓和糖尿病等慢性疾病也有一定的功效[2]。原生態(tài)紅糖的功效，與它所含的營養(yǎng)活性成分密切相關(guān)，其中酚類化合物發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[3]。

酚類化合物是一種存在于多種植物體內(nèi)的天然抗氧化劑，其抗氧化性可以通過絡(luò)合游離的金屬離子、轉(zhuǎn)移氫原子、直接與體內(nèi)抗氧化酶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、與體內(nèi)抗氧化劑發(fā)生協(xié)同反應(yīng)以及使機(jī)體免疫力增強(qiáng)等多種方式發(fā)揮抗氧化性[4]。本文旨在結(jié)合最新的資料對原生態(tài)紅糖的抗氧化活性評價進(jìn)行綜述，為原生態(tài)紅糖抗氧化性的深入研究提供參考。

1 原生態(tài)紅糖簡介

1.1 原生態(tài)紅糖的營養(yǎng)成分

原生態(tài)紅糖是采用物理方法，不添加任何助劑，經(jīng)過甘蔗提汁、澄清、煮制、結(jié)晶等工序完全手工熬制、冷卻定型的產(chǎn)品。因此，甘蔗汁中的大部分營養(yǎng)成分在原生態(tài)紅糖中均可以體現(xiàn)[5]。經(jīng)查閱資料得到的原生態(tài)紅糖的營養(yǎng)成分見表1。

表1 原生態(tài)紅糖的營養(yǎng)成分Table 1 Nutritional components of raw brown sugar

蔗糖含量在原生態(tài)紅糖中所占的比重最大，其含量在76.55%～89.48%之間，其次是還原糖(3.69%～10.50%)，此外，原生態(tài)紅糖中還存在多酚類化合物等天然抗氧化劑，對人體的營養(yǎng)健康大有裨益。

1.2 原生態(tài)紅糖的酚類化合物

原生態(tài)紅糖的抗氧化能力主要?dú)w因于其酚類化合物。酚類化合物通常是指化學(xué)方程式中包含多個酚性羥基的物質(zhì)，通常以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)兩種形式存在。酚類化合物不僅可以使植物保持新鮮顏色，而且可以促進(jìn)植物的生長和分裂[11]。查閱國內(nèi)外資料所獲得的原生態(tài)紅糖中的多酚見圖1。

圖1 原生態(tài)紅糖中常見的酚類物質(zhì)[12-14]Fig.1 Common phenolic substances in raw brown sugar

原生態(tài)紅糖多酚中含有酚酸、黃酮類、單寧等成分，其中酚酸類包括羥基苯甲酸衍生物，如沒食子酸、奎尼酸、香草酸等；羥基肉桂酸衍生物，如阿魏酸、香豆素等，黃酮類包含花青素、木犀草素、芹菜素等。此外，原生態(tài)紅糖的品種及分布地區(qū)廣泛，也使得酚類化合物種類繁多。

2 原生態(tài)紅糖的體外抗氧化活性

2.1 氧化損傷對機(jī)體的危害

在正常情況下，機(jī)體可以利用產(chǎn)生的自由基發(fā)揮生理作用，但是隨著機(jī)體器官的老化或者外部環(huán)境的干擾，會破環(huán)機(jī)體內(nèi)的抗氧化機(jī)制，使機(jī)體內(nèi)的自由基增加或抗氧化成分下降，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)而損傷機(jī)體。研究表明，機(jī)體內(nèi)的自由基失衡會導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，見圖2。

圖2 氧化應(yīng)激對機(jī)體組織器官的損傷Fig.2 Oxidative stress damage to tissues and organs of the body

抗氧化研究是為了緩解機(jī)體氧化應(yīng)激造成的機(jī)體損傷，氧化應(yīng)激反應(yīng)對生命活動具有雙重影響：一方面為機(jī)體的新陳代謝傳遞信號、運(yùn)輸能量，保護(hù)機(jī)體免受病毒、微生物等的攻擊，在生命活動中具有不可代替的地位；另一方面非正常情況下的氧化應(yīng)激又會引發(fā)機(jī)體病變，如生物體內(nèi)細(xì)胞的凋亡、組織的損傷等，導(dǎo)致不同類型疾病發(fā)生[15]。研究表明，原生態(tài)紅糖中存在多種酚類化合物，其對清除機(jī)體自由基有積極的作用，許多學(xué)者已根據(jù)抗氧化評價機(jī)制對其抗氧化性進(jìn)行了研究[16]。

2.2 酚類化合物的抗氧化機(jī)理

酚類化合物的抗氧化機(jī)理通?？梢愿爬橐韵?種。

2.2.1 氫原子轉(zhuǎn)移機(jī)理

自由基奪取抗氧化劑基團(tuán)中的氫原子，結(jié)合生成苯氧自由基，利用這一機(jī)理的酚類化合物包括表兒茶酸、咖啡酸、維生素E以及五倍子酸等。

2.2.2 電子伴隨質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理

首先，由于抗氧化劑中的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移形成正離子自由基，然后轉(zhuǎn)移質(zhì)子生成苯氧自由基，其通過共振作用逐漸穩(wěn)定,結(jié)果使自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)減慢或終止,如堪非醇、白黎蘆醇等物質(zhì)。

2.2.3 絡(luò)合機(jī)理

由于機(jī)體中存在如Fe2+等游離金屬離子，其可以利用Fenton反應(yīng)將H2O2催化生成羥自由基，結(jié)果損傷生物體內(nèi)的分子，如槲皮素分子絡(luò)合鐵離子的位點(diǎn)有3個[17]。

2.3 抗氧化活性評價

清除自由基實(shí)驗(yàn)通常被用來測定原生態(tài)紅糖的抗氧化活性強(qiáng)弱，其主要檢測方法見表2。

表2 原生態(tài)紅糖的抗氧化能力Table 2 Antioxidant capacity of raw brown sugar

盡管這些測定方式的檢測方法和測量標(biāo)準(zhǔn)有所不同，導(dǎo)致測量結(jié)果難以相互比較，但很明顯，原生態(tài)紅糖具有抗氧化能力。原生態(tài)紅糖的抗氧化性歸因于它的多酚含量，Bertrand，Alain等的研究表明，抗氧化活性與總酚含量之間存在顯著的相關(guān)性[18]。此外，顏色較深的原生態(tài)紅糖的抗氧化性較強(qiáng)，這可能是由于顏色相對比較深的原生態(tài)紅糖的總酚含量較顏色淺的原生態(tài)紅糖的含量高[19,20]。

2.3.1 FRAP測定法

FRAP測定法是利用游離鐵離子的還原性測定原生態(tài)紅糖的抗氧化能力。該方法具有操作簡便、數(shù)據(jù)處理簡便、結(jié)果清晰、實(shí)驗(yàn)儀器簡單易得等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)反應(yīng)混合物吸光度的增減表明還原性的強(qiáng)弱。Phillips等[24]將樣品糖溶液混合于鈉磷酸鹽緩沖液(pH為6.8)和鐵氰化鉀溶液中，恒溫水浴一段時間后，加入檸檬酸，在一定波長處測量吸光度的變化，通過對鐵離子的還原性進(jìn)行定量，從而得出原生態(tài)紅糖的抗氧化值。Feng等[25]以一定比例混合乙酸緩沖液(pH為3.6)、TPTZ以及氯化鐵試劑用來配制FRAP試劑，取一定量的原生態(tài)紅糖和FRAP試劑混合，恒溫水浴后，在一定波長處觀察吸光度的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明原生態(tài)紅糖中存有抗氧化性。

2.3.3 ABTS自由基清除法

ABTS法是評價抗氧化劑抗氧化活性的常用方法之一，通常用于水溶性的抗氧化劑。ABTS法的檢測原理見圖3。

圖3 ABTS自由基清除能力的檢測原理Fig.3 Detection principle of ABTS free radical scavenging ability

ABTS與高硫酸鉀氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，失去一個電子生成化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的將反應(yīng)物過氧化后生成穩(wěn)定的ABTS+·藍(lán)色陽離子，ABTS+·遇到原生態(tài)紅糖會發(fā)生褪色反應(yīng)，因此，可以根據(jù)褪色程度來評價抗氧化劑的活性。

原生態(tài)紅糖對ABTS自由基也存在一定的清除活力，不同國家原生態(tài)紅糖的清除活性也存在較大的差異。Payet B等通過對比7種不同品種的甘蔗糖，采用LC-UV-ESI-MS對紅糖提取物進(jìn)行定量分析，通過原生態(tài)紅糖對ABTS自由基具有清除活性的現(xiàn)象，表明原生態(tài)紅糖具有抗氧化性。Lee J S等對比來自4個不同國家的原生態(tài)紅糖，研究結(jié)果表明4種來源不同的原生態(tài)紅糖均具有抗氧化性，但是對ABTS自由基清除活力存在差異，而這種差異可能是原生態(tài)紅糖中多酚類化合物的種類、含量不同而引起的。

2.3.2 DPPH自由基清除法

評價原生態(tài)紅糖的抗氧化活性有多種方法，DPPH法是其中常用方法之一。DPPH自由基并非是天然自由基，而是一種人工合成的自由基，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式中含有孤對電子且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定[26]。DPPH 自由基結(jié)構(gòu)及其與自由基清除劑相互作用原理見圖4。

圖4 DPPH自由基結(jié)構(gòu)及其與自由基清除劑相互作用原理Fig.4 DPPH free radical structure and its interaction principle with free radical scavengers

原生態(tài)紅糖與DPPH自由基溶液混合時，該天然抗氧化劑可以為DPPH自由基提供電子使之飽和，此時反應(yīng)體系的顏色會變淺，顏色變化的程度與配對電子呈正相關(guān)，因此可以通過變色程度評價待測物的抗氧化能力[27]。

Lee J S等通過對比韓國(AUTO sugar)、泰國(sugar cane sugar)、日本(black sugar)、中國(brown raw sugar)4個國家的原生態(tài)紅糖發(fā)現(xiàn)原生態(tài)紅糖具有高營養(yǎng)品質(zhì)和抗氧化能力，其中韓國(AUTO sugar)的原生態(tài)紅糖中可以檢測出多酚類化合物，可以為DPPH自由基中的氮原子提供電子，消除自由基，表現(xiàn)出較高的抗氧化活力。Feng S等研究紅皮甘蔗和綠皮甘蔗中酚類化合物的抗氧化性結(jié)果表明，紅皮甘蔗中的酚類化合物對DPPH自由基的清除率為93.32%，而綠皮甘蔗中的酚類化合物對DPPH自由基的清除率為73.66%，結(jié)果表明兩者均具有相對較高的抗氧化性。Lucía Seguí[28]研究原生態(tài)紅糖與12種精制糖之間的抗氧化性發(fā)現(xiàn)，原生態(tài)紅糖具有明顯的清除DPPH自由基的能力，并且精制的程度決定總酚含量以及抗氧化能力。研究表明雖然不同國家原生態(tài)紅糖抗氧化活性的檢測結(jié)果存在差異，但是均顯示具有明顯的抗氧化活性，其中的差異可能是甘蔗生長的環(huán)境、氣候、品種以及原生態(tài)紅糖的制作工序等導(dǎo)致的[29]。

2.3.4 活性氧自由基清除法

活性氧自由基含有的不飽和電子容易奪取生物體內(nèi)大分子物質(zhì)的電子進(jìn)行配對，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)的生物大分子發(fā)生損傷，而抗氧化劑可以使活性氧自由基發(fā)生配對化學(xué)反應(yīng)，自由基接受抗氧化劑提供的電子就會飽和，避免損傷機(jī)體內(nèi)的生物大分子，起到保護(hù)細(xì)胞的作用[30]?；钚匝鹾谐蹶庪x子(O2-·)、羥自由基(·OH-)以及過氧化氫(H2O2)等，其中羥自由基是化學(xué)性質(zhì)最活潑的活性氧自由基，它不僅能損傷如核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物大分子，還可以在細(xì)胞膜上發(fā)生過氧化反應(yīng)，如不飽和脂肪酸。原生態(tài)紅糖中可以由酚類化合物提供電子和氫原子與羥自由基結(jié)合發(fā)生還原反應(yīng)，或者通過與金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)來降低Fenton反應(yīng)速率，起到拮抗作用[31]。通過NBT評定方法評估糖的細(xì)胞超氧陰離子的清除能力，結(jié)果表明原生態(tài)紅糖具有顯著高的超氧陰離子抑制能力[32]。清除氧自由基的途徑見圖5。

圖5 清除氧自由基的途徑Fig.5 Pathways of scavenging oxygen free radicals

3 展望

原生態(tài)紅糖粉相比其他分蜜糖(白砂糖、赤砂糖等)具有很多優(yōu)點(diǎn)，目前對于原生態(tài)紅糖粉的研究還有很大的發(fā)展空間。

目前原生態(tài)紅糖的抗氧化性研究大部分停留在體外抗氧化性的研究水平，關(guān)于體內(nèi)抗氧化性的研究鮮有報道，因此應(yīng)該加強(qiáng)體內(nèi)抗氧化性水平的研究。

原生態(tài)紅糖中生物活性化合物的起源及其在生產(chǎn)和儲存過程中的化學(xué)變化的認(rèn)識尚不全面。此外，原生態(tài)紅糖具有良好的醫(yī)用價值和保健功能，具有良好的應(yīng)用潛力，但目前其化學(xué)成分和生物活性的出版物較少。

目前國內(nèi)原生態(tài)紅糖的抗氧化物研究并不深入，不少研究集中在總體的研究水平上，如總酚酸類、總黃酮類、總抗氧化活性等，只有較少的研究與具體酚類物質(zhì)抗氧化活性相關(guān)。因此，原生態(tài)紅糖酚類物質(zhì)的深層次研究前景廣闊。