J. Future Foods | 多酚类物质的抗氧化活性检测方法

2023-11-06 21:29:03

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Introduction

多酚是植物次生代谢产物，广泛存在于水果和蔬菜之中。根据结构的差异，多酚物质可分为黄酮、酚酸、木脂素、单宁、芪类等（图1）。研究表明，人类每天通过各种途径摄入酚类化合物的平均含量约为1 g。抗氧化是多酚类物质的主要生物活性，相关检测方法的开发趋于多元化，现可大致分为化学方法、细胞方法和体内检测方法。研究人员可以根据各类抗氧化检测方法的特点，如反应体系的水溶性或脂溶性、操作简单、检测迅速、结果准确及与生物反应密切相关等，在特定条件下选择合适的方法对多酚的抗氧化活性进行测定。沈阳农业大学李斌教授和郎宇曦老师总结了多酚抗氧化能力的常用评估方法，并分析典型方法的优势和局限性，从而帮助研究人员在进行相关实验时做出适应性选择，同时对创制更全面、更具有特异性的多酚抗氧化活性测定方法提出期望。

Traditional chemical methods

检测多酚抗氧化活性传统的化学方法包括DPPH、ABTS、FRAP、ORAC和PSC。这类化学方法的优势为检测过程快速简便，并可获得即时结果。然而，这些方法的原理差别较大，反应体系不统一，无法实现代表性。最重要的是，化学方法的原理与体内清除自由基的实际反应过程不匹配。因此，采用化学方法测定多酚抗氧化活性时，应同时执行几种方法，并进行全面的比较和分析。

表1 多酚抗氧化活性化学测定方法原理

Cell assays

采用细胞模型检测多酚抗氧化活性的方法主要分为两种，一种是由美国康奈尔大学刘瑞海教授实验室研发的细胞抗氧化方法（CAA）；一种是通过刺激诱导细胞氧化应激产生过量的ROS，通过测定多酚清除ROS的能力及各项抗氧化指标，从而反应多酚的抗氧化活性。就与实际生物体内抗氧化反应的关联程度而言，细胞模型检测方法优于化学检测方法。CAA分析因其检测过程简单迅速和高度生物一致性而被广泛认可；氧化应激细胞模型也被认为是准确、特异地检测多酚抗氧化机制的合适模型。因此，细胞分析方法对于进一步研究多酚的抗氧化能力是可选的。然而，细胞方法没有将多酚类物质在胃或肠的消化和吸收考虑在内，在一定程度上仍然具有局限性。

图1 多酚细胞模型的抗氧化测定机制（①细胞抗氧化试验；②氧化应激试验）

In vivo assays

现阶段，应用于体内抗氧化活性检测比较成熟的动物模型为秀丽隐杆线虫模型和小鼠模型。秀丽隐杆线虫模型应用于体内多酚抗氧化能力的探索非常理想，因为其体内的氧化反应与人体内常见的氧化反应非常相似，并且培养和检测过程相对较简易。而小鼠模型与人体正常的机能反应更加契合，结果更令人信服。与化学和细胞检测方法相比，尽管体内抗氧化检测方法的实验过程更复杂，实验周期也更长，但其能够将多酚的消化、代谢和吸收考虑在内，是最全面最准确的多酚抗氧化能力检测方式。

图2 采用动物模型检测多酚抗氧化活性的机制（秀丽隐杆线虫模型和小鼠模型）

Conclusion

多酚主要分为黄酮（花青素、儿茶素、黄酮醇等）、酚酸、芪类化合物、木脂素和单宁等，是具有代表性的抗氧化剂。多酚的结构特征决定了其清除自由基的能力，其中氢键的数量和位置起着重要作用。常用检测多酚抗氧化能力的方法包括化学、细胞和体内试验，其中采用秀丽隐杆线虫模型和小鼠模型进行的体内试验能够真实反映多酚的抗氧化活性，尽管方法操作复杂，实验周期长，但其反应机制与人体内的氧化与抗氧化反应相符，结果最具说服力。检测多酚抗氧化能力的方法在的不断发展和创新，更加快速、简单且准确的新方法仍有待开发，并且针对多酚类化合物特异性的抗氧化方法值得探索。本综述通过对现有多酚抗氧化能力检测方式优点和局限性的分析，希望能够为检测多酚抗氧化活性方法的发展和创制提供新的思路和启发。

第一作者

郎宇曦，女，满族，中共党员，讲师，硕士研究生导师，沈阳农业大学食品学院健康食品营养与创制团队成员，2021年6月毕业于沈阳农业大学食品科学与工程专业，现就职于沈阳农业大学动物科学与医学学院，主要从事果蔬功能活性成分及果蔬废渣营养饲料开发的研究。现主持国家自然科学青年基金一项，获得辽宁省自然科学学术成果奖三等奖一项，以第一作者在Food Research International、LWT-Food Science and Technology、Food Chemistry、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Journal of Future Foods等 SCI期刊上发表学术论文6 篇，在《食品科学》EI杂志发表综述1 篇、以第三作者获得国家发明专利1 项。

通信作者

李斌，男，汉族，中共党员，博士，三级教授，博士生导师，美国康奈尔大学博士后。现任沈阳农业大学副校长、食品学院党委副书记、院长，食品科学与工程一级学科带头人，农业农村部神农中华农业优秀创新团队带头人，国家林业和草原局小浆果工程技术中心主任，国家葡萄产业体系蓝莓沈阳试验站站长，辽宁省健康食品营养与创制重点实验室主任。入选国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才、百千万人才工程国家级人选、国家有突出贡献中青年专家。学术兼职中国食品科学技术学会青年工作委员会委员，中国食品科学技术学会果蔬加工分会副主任委员，中国园艺学会小浆果分会副理事长，辽宁省预制菜产业协会副会长，沈阳市预制菜重点实验室主任。主要从事浆果（花色苷）加工技术与营养功能领域研究，已发表论文140多篇，其中SCI收录100余篇，担任Food Innovation and Advances副主编、Journal of Future Foods、《食品科学》、《食品工业科技》等期刊编委。申请和授权发明专利70余件。主持国家自然科学基金区域联合基金重点项目、面上、国家重点研发计划等省部级项目10余项。成果先后获国家科技进步二等奖、辽宁省科技进步一等奖等。

Classification and antioxidant assays of polyphenols: a review

Yuxi Lang^a,b, Ningxuan Gao^a, Zhihuan Zanga, Xianjun Meng^a, Yang Lin^c, Shufang Yang^d, Yiyun Yang^d, Zhufeng Jin^d, Bin Li^a,*

^a College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China

^b College of Animal Science and Veterinary Medicine, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China

^c Key Laboratory of Marine Fishery Resources Exploitment & Utilization of Zhejiang Province, Hangzhou 310014, China

^d Zhejiang Lanmei Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China

*Corresponding author.

Abstract

Polyphenols are widely recognized as the effective antioxidants, which are divided into flavonoids, phenolic acids, stilbenes, lignans, tannins and so on. They could regulate internal functions and protect the body from diseases related to oxidative damage. Due to the fact that their antioxidant capacity is influenced by the structure, stability and bioavailability, the detection of their bioactivity should be considered comprehensively. Currently, the methods for measuring the antioxidant capacity of phenolic compounds are divided into chemical, cell-based and in vivo assays. The chemical assays include 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2′-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), ferric reducing /antioxidant power (FRAP), oxygen radical absorbance capacity (ORAC), peroxyl radical scavenging capacity (PSC), which are rapid identification method, but their reaction mechanism has a great gap with the internal body response. The cell-based assays are more consistent with biological reaction, but still do not take the bioavailability into consideration. The in vivo assays, which commonly utilized Caenorhabditis elegans or rats as models, are more representative, but these methods are more complex and spend longer. This review summarizes the antioxidant evaluation methods of phenolic compounds and discusses their advantages and limitations comparatively, which could help discriminate and select the appropriate assay in the actual operation, and facilitate the development of comprehensive approaches as well.

Reference:

LANG Y X, GAO N X, ZANG Z H, et al. Classification and antioxidant assays of polyphenols: a review[J]. Journal of Future Foods, 2024, 4(3): 193-204. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.07.002.

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