抗氧化劑（英語：antioxidant）是一種能夠通過直接清除活性氧或抑制活性氧產生來阻止其他分子氧化的物質。抗氧化劑按照來源可以分為人工合成抗氧化劑（如BHA、BHT、PG等）和天然抗氧化劑（如茶多酚、植酸等）。其中天然抗氧化劑難以合成，多從天然產物中進行提取。抗氧化劑能清除自由基阻止或延緩食品氧化，以提高食品的穩定性和延長貯存期。還可以保護人體免受自由基和活性氧的影響，延緩許多慢性疾病的發展以及脂質過氧化。抗氧化劑的各種作用使得其在食品工業、化妝品、醫藥保健等領域具有廣泛的應用。
發現歷史
1797年，貝爾托萊(Berthollet)第一次記錄了關于氧化抑制劑的科學研究。在他們的理論中抗氧化作用被描述為氧化反應中的“催化劑中毒”，這也遠遠早于過氧化自由基理論的提出。迪克洛(Duclax)首次證明大氣中的氧參與了游離脂肪酸的氧化。后來，人們又發現魚油長期暴露在空氣中會發出惡臭是由于魚油中的不飽和脂肪氧化導致的。
早期關于抗氧化劑在生物學和生物化學中的作用研究主要集中在用它們來延緩不飽和脂肪酸的氧化。作為控制食物酸敗的手段。1843年，德尚(Deschamps)研究發現由新鮮豬油制成的軟膏不會像用純豬油制成的軟膏那樣腐爛，這是最早關于使用抗氧化劑來延緩脂肪氧化的研究。1852年，賴特(Wright)發現使用榆樹樹皮可以有效地保存乳脂和豬油，這是第一次使用天然來源抗氧化劑用于保存食品油脂。迪弗賴斯(Dufraisse)首次報道了可以使用酚類化合物等合成化學品來延緩食品脂肪氧化分解。馬蒂爾(Mattill)最早報道了食品中的抗氧化劑協同作用，這對于通過使用抗氧化劑組合來保持食品的氧化穩定性具有重要意義。他們將抗氧化劑稱為抑制劑，并將其分為酸性類、抑制劑類、對苯二酚類和酚類。
自20世紀60年代初以來，隨著分析工具的發展，人們對不飽和脂肪自氧化和抗氧化機制的理解有了很大的進步。在全球范圍內，研究食品中的天然抗氧化劑以及天然抗氧化劑在預防和治療氧化應激及相關疾病方面的研究逐漸增多，研究的重點主要集中在抗氧化劑對與組織損傷和退行性疾病有直接關系的重要生物化學反應的影響。人們對脂質氧化及其預防和控制的探索從歷史時代起就一直在繼續，至今仍在進行。
自由基與氧化應激
自由基是具有不成對電子的原子、分子或離子，它們非常不穩定，化學性質活潑。它是線粒體內正常新陳代謝的一部分，可以通過花生四烯酸途徑、缺血和體育鍛煉等多種途徑產生。同時吸煙、環境污染、輻射和藥物等一些外部因素也會促進自由基的產生。氧化應激是用來描述由于自由基生成和抗氧化防御失衡而導致的氧化損傷狀態，它會對脂質、蛋白質和核酸在內的多種分子造成損害。自由基與人類的心血管疾病、肺炎、酒精性胃損傷、肝炎、糖尿病、艾滋病等疾病有密切關系。
雖然過量的自由基會造成氧化損傷，但適量的自由基仍是人體生命活動所必需的。自由基過程也是許多氧化酶、脫氫酶進行氧化還原反應的中間環節。氧自由基中的NO·是一種神經傳導因子，具有重要的生理作用。此外，自由基在前列腺的合成中也必不可少。因此人體內自由基需要處于不斷產生與消除的動態平衡中才不致于對人體造成損害，抗氧化劑攝入過多或缺乏都可能引起疾病的發生。
自由基和清除自由基已成為人類提高生命質量的一個非常重要的內容，醫學營養學對攝入營養素提出了以下要求:(1)平衡膳食以滿足機體對各種營養素的需求。這是健康防病的需要，也是維持體內氧化和抗氧化良好平衡狀態的基本營養要求。(2)多食用蔬菜水果。蔬菜具有清除氧自由基的能力，但許多蔬菜經加熱后清除氧自由基活力減弱。因此?在衛生安全的前提下?應改進烹調方法?提倡生食。(3)對于老年、體弱、食欲不佳?營養素攝入量不足的人，應適當補充抗氧化營養素保健品。
作用機制
在人類進化過程中，內源性防御逐漸改善，以維持自由基和氧化應激之間的平衡。抗氧化劑可以通過各種不同的機制對自由基發揮保護作用，包括滅氧自由基和單線態氧、清除自由基和過氧化物、降低氧氣濃度、中斷自氧化反應和合金屬離子。
抗氧化劑清除或淬滅自由基主要是通過電子或氫原子來促進反應進行的，下圖中的lnH代表抗氧化劑
抗氧化劑降低氧氣濃度主要是作為酶氧化反應底物或還原劑來消耗過多的氧氣，從而起到減少氧化反應發生的作用。下圖中的XH2是作為酶反應底物，X是作為還原劑。
抗氧化劑能夠與金屬離子螯合，從而減少金屬離子參與氧化反應。
抗氧化劑分類
天然抗氧化劑
內源性抗氧化劑
內源性抗氧化劑是自身存在或通過生化反應產生的具有抗氧化作用的物質，主要分為兩大類，酶類抗氧化劑和非酶類抗氧化劑。
酶類抗氧化劑
酶類抗氧化劑分為初級和次級酶抗氧化系統。初級酶抗氧化系統由谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶三種重要酶組成。谷胱甘肽過氧化物酶是通過生成醇提供兩個電子來還原過氧化物。過氧化氫酶能將過氧化氫轉化為水和分子氧。超氧化物歧化酶能將超氧陰離子轉化為過氧化氫。次級酶抗氧化系統包括谷胱甘肽還原酶和葡糖-6-磷酸脫氫酶。谷胱甘肽還原酶將谷胱甘肽從氧化數還原成還原型，從而循環利用它來繼續中和更多的氧自由基。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶能再生合成代謝反應中的輔酶NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸),并與其他內源性抗氧化劑共同發揮作用。
非酶類抗氧化劑
它們的數量相當多，包括維生素、輔酶因子、含氮化合物和肽。
維生素A
維生素A是由儲存在肝臟中的β-胡蘿卜素分解產生的，其生理活性形式是視黃醇、視黃醛和視黃酸。維生素A的游離醇形式視黃醇可以通過視黃醇脫氫酶在多種組織中可逆地轉化為維生素A的活性形式視黃醛。視黃醛可以轉為視黃醇或進一步在視黃醛氧化酶的作用下轉化為視黃酸。維生素A對皮膚、眼睛和內臟器官有促進作用。維生素A可以作為斷鏈抗氧化劑，通過與過氧化自由基結合切斷自由基在氧化鏈的傳遞，維生素A還能直接被氧化生成5，6-維A酸環氧化物。同時視黃醇也被證明是一種有效的過氧化自由基清除劑。
輔酶Q10
輔酶Q10存在于所有細胞和細胞膜中，它在呼吸鏈和其他細胞代謝中起重要作用。輔酶Q10可以阻止脂質過氧自由基的形成而發揮作用并通過呼吸鏈再生。輔酶Q的另一個功能是再生維生素e的能力，有研究認為這種猜測比維生素c(維生素C)再生維生素E的可能性更大，同時也證明了輔酶Q的抗氧化能力強于維生素E。
尿酸
尿酸是人類嘌呤核苷酸代謝的終產物，一般隨排泄物排除或被身體再吸收。大多數哺乳動物能通過尿酸氧化酶將尿酸降解為尿囊素，但人體缺少尿酸氧化酶無法被機體代謝。因此人體中的尿酸可以作為抗氧化劑防止血色素與過氧化物過量產生的氧合酶氧化劑從而保護紅細胞不會因過氧化而溶解，同時它也是一種單線態氧和羥基自由基的有效清除劑。
谷胱甘肽
谷胱甘肽是一種內源性三肽，它通過提供一個電子來保護細胞免受自由基的侵害。同時它對維生素c等其他抗氧化劑的再生也非常重要。
外源性抗氧化劑
外源性抗氧化劑是人體自身不能合成，只能從動植物或礦物中獲得的物質。一般通過有機溶劑浸提的方法進行提取。
加工方式會對抗氧化活性成分具有重要的影響，水分和高溫會降低蔬菜和水果中抗氧化活性物質的含量，但谷物與水果和蔬菜有所不同，谷物外層（外殼、果皮、種皮和糊粉細胞）中的含量高于其他任何成分，去除外殼和磨碎會降低其活性成分的含量。
維生素C
維生素C是維生素c的通用名。抗壞血酸包括兩種具有抗氧化活性的化合物:L-抗壞血酸和L-脫氫抗壞血酸，它們都可以通過胃腸道吸收，并且可以在體內進行酶促轉換。抗壞血酸可有效清除超氧陰離子自由基、過氧化氫、羥基自由基、單線態氧和活性氮氧化物。
維生素E
維生素E，又稱生育酚。由八種異構體組成，包括四種生育酚(a、β、γ和δ-生育酚)和四種生育三烯酚(a、β、γ和δ-生育三烯酚)，α-生育酚是生物系統中最有效和最豐富的同種型。其結構中的苯并二氫吡喃基賦予生育酚抗氧化活性。維生素E可以通過向過氧化氫自由基提供酚氫來阻止脂質過氧化，形成生育酚自由基，但形成的自由基不能繼續參與氧化鏈式反應。維生素E是血漿、紅細胞和組織中發現的唯一主要脂溶性斷鏈抗氧化劑，對保護體內脂質結構完整性的具有重要作用。研究發現維生素e＋維生素c組合具有協同抗氧化性。原因是維生素E在與自由基作用后生成生育酚羥自由基，這種化合物能被維生素C還原成維生素E再發揮抗氧化的作用。
維生素K
維生素K是一種脂溶性化合物，是各種靶蛋白中蛋白質結合谷氨酸鹽翻譯后轉化為羧基谷氨酸鹽所必需的重要化合物。維生素K的1，4-結構使其具有抗氧化保護作用。維生素K有兩種天然異構體，即維生素K1和維生素K2。研究發現維生素K1的氫醌可以作為一種有效的抗氧化劑。在與苯氧自由基的反應中，氫醌的效力是生育酚的10倍。維生素K氫醌是γ-谷氨羧化酶的活性輔因子。與羧化酶反應偶聯，氫醌被氧化成維生素K環氧化物，還原酶又將環氧化物還原成醌，然后還原成氫醌，由此形成維生素K循環。
黃酮類
黃酮類化合物是由黃酮醇、黃烷醇、花色素苷、異黃酮、黃烷酮和黃酮組成的一組抗氧化劑化合物。所有這類化合物都有相同的二苯基丙(C?C?C?)骨架。黃酮類化合物的抗氧化特性是由連接在環結構上的酚羥基提供的，羥基的構型和總數都會顯著影響抗氧化活性，黃酮類可以作為還原劑、氫供體、單線態氧淬滅劑、超氧化物自由基清除劑，甚至作為金屬螯合劑。能夠激活抗氧化酶，從而減少α-生育酚自由基產生，抑制氧化酶活性，并增加尿酸和低分子量分子的水平。一些重要的黃酮如兒茶素、兒茶素沒食子酸、槲皮素和山萘酚等。
酚酸類
酚酸類主要由羥基肉桂酸和羥基苯甲酸組成。它們在植物材料中普遍存在，常常以酯和糖苷的形式存在。由于它們的自由基清除和螯合特性，可以作為螯合劑和自由基清除劑，對羥基和過氧自由基、臭氧陰離子和過氧亞硝酸鹽具有特殊影響。其中羥基苯甲酸類中最有前途的化合物是沒食子酸，相關的研究較多。
類胡蘿卜素
類胡蘿卜素是一類天然色素，主要由植物和微生物合成。其可以分成兩大類:一類是類胡蘿卜素碳氫化合物，含有特定的端基，如番茄紅素和β-胡蘿卜素。另一類是氧化類胡蘿卜素，如玉米黃質和葉黃素。類胡蘿卜素的抗氧化作用是基于它們的單線態氧淬滅特性和捕獲過氧自由基的能力。類胡蘿卜素的淬滅活性主要取決于分子中共軛雙鍵的數量，并在較小程度上受到類胡蘿卜素環狀或非環狀端基取代基性質的影響。其中番茄紅素是天然類胡蘿卜素中最有效的單線態氧淬滅劑。
礦物質
礦物質只在動物體內痕量存在，是膳食抗氧化劑的小部分，但在它們的新陳代謝中起著重要作用。其中最重要的礦物質是硒和鋅。硒在人體中可以有機形式(硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸)和無機化合物形式(亞硒酸鹽和亞硒酸鹽)存在。它不直接作用于自由基，但卻是大多數抗氧化酶不可或缺的組成部分。鋅作為一種礦物質，其對新陳代謝的各種途徑也是必不可少的。就像硒一樣，它不直接攻擊自由基，但在防止自由基形成方面非常重要。鋅可以作為NADPH氧化酶的抑制劑，抑制NADPH氧化酶利用NADPH作為還原劑催化氧產生單線態氧自由基。鋅還能誘導羥基自由基的清除劑金屬硫蛋白的產生。鋅還能與鐵和銅競爭同細胞壁的結合，從而再次減少羥基自由基的產生。
合成抗氧化劑
合成抗氧化劑由于其化學穩定性能阻止食物氧化并延長食品保質期，今天大多數的加工食品中都在使用合成抗氧化劑。
丁基化羥基甲苯(BHT)
二丁基羥基甲苯(BHT)是白色固體，溶于油脂和大多數的有機溶劑，性質穩定。從結構上看，羥基的兩邊各有一個位阻較大的叔丁基，在羥基釋放一個氫原子后，空間位阻減小有利于形成自由基。此外，羥基鄰位和對位的三個烴基有誘導給電作用使酚羥基的氫原子容易離去。BHT分子間難以形成氫鍵，容易在高溫下揮發。
丁基化羥基茴香醚(BHA)
丁基羥基茴香醚(BHA)容易在空氣中氧化而呈粉紅色，易溶于油脂。BHA的羥基鄰位只有一個叔丁基，空間位阻作用比2,6-二叔丁基對甲酚小。羥基的對位的甲氧基具有供電子作用，對BHA的抗氧化活性有著較大的影響。分子之間能通過首尾相互作用形成氫鍵，其揮發性比BHT小。
丁基化羥基甲苯(BHT)和丁基化羥基茴香醚(BHA)是最廣泛使用的化學抗氧化劑。2011年至2012年間，歐洲食品安全局(EFSA)重新評估了這兩種抗氧化劑的所有可用信息，EFSA將BHT的修訂可接受日攝入量設定為每天0.25毫克/千克，丁基羥基茴香醚設定為每天1.0毫克/千克，并指出成人和兒童的接觸量不可能超過這些攝入量。
2-叔丁基對苯二酚（TBHQ）
2-叔丁基對苯二酚（TBHQ）在空氣中更容易被氧化，一般為米色固體粉末，過度氧化呈褐色。TBHQ的苯環上既有位阻的酚羥基，還有無位阻的酚羥基，TBHQ的抗氧化活性比BHT和BHA的抗氧化活性要高得多，而且分子間極易形成氫鍵，揮發性較小。它是許多食用動物脂肪、不飽和植物油和肉制品的高效防腐劑，能保持和穩定動物食品的新鮮度、營養價值、顏色和風味。此外，它也不會改變其添加材料的味道或氣味。研究發現在合成抗氧化劑中，特丁基對苯二酚比BHA和BHT更有效，是琉璃苣和月見草油中最強的抗氧化劑。
沒食子酸丙酯（PG）
沒食子酸丙酯(PG)為白色固體粉末，微溶于水，難溶于油脂，熱不穩定，在熔點時易分解。能和金屬形成有色配位化合物。它是一種安全的抗氧化劑，可以防止油、脂肪和含脂肪的食物因過氧化物的形成而酸敗。被用于可食用脂肪油、蛋黃醬、起酥油、壓敏粘合劑、烘焙產品、潤滑油添加劑和轉化油的添加劑。
沒食子酸辛酯(OG)
沒食子酸辛酯(OG)被認為是最安全的食品添加劑，因為食用后會水解成沒食子酸和正辛醇，這兩種物質存在于許多植物中，不會對人類健康構成威脅。沒食子酸辛酯除了具有強大的抗氧化活性外，還具有廣譜抗菌性。對釀酒酵母和念珠菌病、黑曲霉真菌和所有革蘭氏陽性菌等都具有殺菌抑制作用。
應用領域
食品工業
在食品工業中，抗氧化劑主要作為食品添加劑來防止食品的腐化變質，延長其保質期。開發利用天然抗氧化劑已成為當今食品科學發展的主要趨勢。目前能夠應用于食品工業生產的抗氧化劑有維生E、迷迭香提取物、茶多酚等。
化妝品
抗氧化劑在化妝品領域具有重要地位，臉上的淺表細紋和皺紋、色素過度沉積和皮膚發炎等都是由于抗氧化劑缺失導致皮膚損傷而引起的。將具有抗氧化作用的黑莓籽加作為原料加入到化妝品中，能提高其抗氧化、嫩膚和美白的功效。同時，天然、安全的抗氧化劑逐漸取代人工合成抗氧化劑成為化妝品化學家們在化妝品原料上的優先選擇，例如在膏霜中添加的超氧化物歧化酶（SOD）和修飾超氧化物歧化酶。
保健食品
在保健食品領域，抗氧化劑主要作為膳食補充劑或保健食品。抗氧化劑可在人體內發揮其巨大的作用，能夠預防癌癥、神經系統疾病、阿爾茲海默癥和促進消化吸收。茶是一種理想的保健食品，有研究表明堅持每天喝1-2杯茶的人，其發生高血壓的風險可降低46%，若每天喝2杯以上，則發生高血壓的風險則可降低65%。在國際上對外源性抗氧化劑的攝入量并沒有確定的標準，缺乏相關的實驗證據去證實過量攝入的危害性。對于健康人群應當適量攝入。一般來說，日常攝入的蔬菜、水果等食物能夠基本滿足人體對抗氧化物質的需求，只有在嚴重缺乏時需要進行補充攝入。
臨床藥物
活性氧與許多疾病的發生相關，在各種與氧化應激相關疾病的預防和保健方面具有一定的效果。姜黃素是一種主要的抗氧化劑，可以作為免疫增強劑，阻斷間質防御以預防癌癥。天然維生素c和生育酚具有抗氧化應激的活性，可恢復皮膚衰老。葉黃素、β-胡蘿卜素和玉米黃質的飲食參與作為治療黃斑糜爛和白內障的策略。天然抗氧化劑如黃酮、維生素、酚酸和類胡蘿卜素能有效預防白內障發生。多酚能預防神經退行性疾病，特別是帕金森病、阿爾茨海默氏病和肌萎縮側索硬化，同時它也可以降低了II型糖尿病（T2DM）的發病率。
注意事項
使用注意
（1）使用標準，各種抗氧化劑除維生素c硬脂肪酸甲酯外，均有使用標準。但異抗壞血酸及其鈉鹽、生育酚作為抗氧化劑使用時，可用于任何食品且用量不受限制。（2）注意抗氧化劑的添加時間，必須在過氧化物生成前添加，一旦過氧化物生成，即使加入大量抗氧化劑也是無效的。（3）注意光熱、氧氣和金屬類的影響，因為它們都會促進氧化反應的進行，從而降低抗氧化劑的作用效果。（4）抗氧化劑的使用量很少，在作為食品添加劑使用時必須與食品充分混合才能發揮作用。
過量與缺乏
體內抗氧化劑的缺乏會嚴重影響機體生理功能，造成機體衰老損傷甚至威脅到生命。例如維生素a的缺乏會引起夜盲癥和皮膚干燥，維生素c的缺乏會引起壞血病和抵抗力下降。國際上對于抗氧化劑的攝入沒有明確的規定，但是有研究發現過量攝入抗氧化劑也會造成機體傷害。例如維生素A攝入過量會引起中毒現象，主要表現為惡心、嘔吐、肌肉無力、坐立不安。維生素C長期大量服用，會引起惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉。若突然減少用量，會比未服藥前更易患壞血病，同時尿液酸化，草酸鹽急增形成腎結石。
參考資料 >