专利名称：评价待测物质抗氧化能力的电化学方法
技术领域：
本发明涉及检测液态物质的抗氧化能力的方法，提供检测液态物质抗氧化能 力的新技术途径用电化学方法取代当前各类光学分析方法，本方法可测出各类 抗氧化物的纯度并可显示出在不同电压下所释放电子的情况，本技术对待测物的 抗氧化作用的评价是十分重要的。
背景技术：
抗氧化物对人体细胞、组织和器官起着非常重要的保护作用，人体在各种正 常生命活动过程中不断产生副产品——有害的单态氧亦称自由基，它会随时伤害 人体任何部分而引起种种的病变包括炎症、癌变、代谢障碍、免疫性疾患，衰老 等等，虽然人体有自我抵御自由基的能力如某些基因能合成抗氧化酶来中和这 些高活性型分子，减轻自由基对人体的损害，这种抵御自由基的能力亦称抗氧化 能力。为了提高机体的抗氧化能力，预防各种疾病的产生，延缓衰老，人们常需 要从饮食中摄取更多的抗氧化物，这些抗氧化物能在自由基未伤害细胞之前就能 急速中和单态氧急速遏止其对机体的伤害。出于对这种需求，种类繁多的各种抗 氧化的药物，食品及饮料被广泛开发生产，这种采用食疗方式增加了人体抗氧化 能力，减少疾病和减缓衰老的方式己被大众所接受，因此对各种抗氧化物的抗氧 化能力的检验技术的建立是非常重要的前提。迄今所发表的各类监测抗氧化物的 抗氧化能力主要限于光学测试技术，该技术中能在一个容器中检测待测物的抗氧
化能力，如通用的ABTS， FRAP, 0RAC (1-11) 。 ABTS (2， 2'-亚氯、3-乙基苯 并联唑啉磺酸盐)(作为自由基来源)与巨珠蛋白的溶液，使之在过氧化氢溶液 中的待检样品竞争，并比较出待检样品与过氧化氢之间的抗氧化能力差异。但后 者是一种稳定性很差的组合物，因此限制了该方法的使用。另外，美国专利 6613577号描述了化学方法，待测物质在硫酸铜溶液中与亚铜试剂竞争。将结果 与具有己知浓度的尿酸在水溶液或a-生育酚的油溶液中还原作用相比较，得出以
微摩尔数/升表示的数值(抗氧化物质的量)。但由于采用的是竞争比较法，这 些方法对并不能明确地表现出物质的抗氧化难易程度，而只能给出被测物质抗氧 化能力相对值(与亚铜试剂比较)。并且，这些化学方法都相对比较复杂，而且 成本也较高，不适合于大面积的推广使用。这些技术对待测物要求是需要透明无 色或浅色，同时只能测试出单个数据，这对单一结构的抗氧化物可行，但需要研 发和评价的抗氧化物大都取自复合的物质，如某种植物，这些抗氧化物含有各种 成分，而这些成分在测试中有的成分是具有强抗氧化作用但被其他成分所掩盖而 未能被测试出其实际的抗氧化能力，因此难以对开发的抗氧化营养品有较全面和 准确的评价。本专利技术可避免光学检测技术的局限性可在电场上显示出在不 同电压下释放电子的各个峰值， 一般在0 _ 0.4V电压下就能释放电子的抗氧化 物持有生物利用价值，在0. 4V以上电压才能释放电子的成分是难以产生及时中
和自由基的作用。本专利技术的另一优势是待测物可带色的液体也可用混悬液样 品检测，这对各类食品、饮料的测试带来极大的方便，同时本专利技术在研发各
种抗氧化食品时可观察到各组分之间的消长情况如Gx或Gz两种芦荟如与另一 种AB植物混合，其抗氧化功能可提高50%以上而另一芦荟G20与AB混合则抗氧 化能力降低30%以上(图IO， 11)。因此本专利技术对开发各类抗氧化产品是十 分重要的。本领域迫切需要建立一种更为快速、简便，有效而且成本低廉的检测 方法，本发明正是提供了这样的一种方法。
发明内容
本发明提供了一种电化学手段检测液态或溶液态样品的抗氧化能力的方法 及其应用。该方法简便、快速，能同时有效地检测物质的抗氧化难易程度和抗氧 化物质相对量。
物质的抗氧化能力，通常包含该物质的抗氧化难易程度和该物质抗氧化水 平。抗氧化的过程是一个化学反应的过程，从化学反应的角度看，当一种物质的 电位低于氧自由基的电位时，反应就能发生，也就是说抗氧化过程就能完成，当 这种物质的电位越低与氧自由基电位差距越大，抗氧化反应就越容易发生，抗氧 化容易程度就高，抗氧化能力就越大，中和自由基的能量就越大，抗氧化能力就 越强。电化学测定主要是通过在不同的测试条件下，对电极电势和电流分别进行 控制和测量，并对其相互关系进行分析而实现的，其反应某物质抗氧化能力的真
实性方面比当前所发表的和通用的光化学分析方法更全面。
采用本发明的电化学方法，液态或溶液状态下的任何具有抗氧化的待测物质 均可在不同电位下产生特定的氧化还原电流峰，根据这些特定的电位值和氧化还 原电流峰(或峰面积)的大小等参数便可以确定各待测物质的抗氧化能力，包括 抗氧化的反应电位值(抗氧化难易程度)和氧化还原电流峰值(抗氧化水平)。
可以使用常规电化学分析装置，以电化学方法，例如方波伏安法(SWV)、 线性扫描伏安法(LSV)或差分脉冲伏安法(DPV)等已知的扫描方法检测液态 或溶液态待测物质的氧化还原电位，结合物质的浓度，检测待测样品的抗氧化能 力。
因此，本发明方法的特征在于所说的抗氧化能力是使用常规电化学分析方法 和装置检测物质的电子释放峰电位和峰型，并根据所检测得的不同峰电位条件下 峰的大小来评价物质的抗氧化能力。
根据本发明的方法，其中所说的峰电位体现被测物质抗氧化的难易程度。 根据本发明的方法，其中所说的峰的大小包括峰值和峰型，借以判断被测物 质的抗氧化能力。
本发明的抗氧化能力检测方法适用于检测的被检测物可以是液态或悬浮态 的有机或无机物质或生物材料，包括动、植物或微生物等的组织或细胞及其它亚 结构或提取物。如果待检物是固态物质，则可以先将其溶解和悬浮在水中。如果 待检物不含亲水基团，可以将其溶解在醇、醚、二氯甲烷、二甲基亚砜(DMSO) 等脂质溶剂中。然后进行检测。
可使用常规电化学检测装置，以方波伏安法(SWV)、线性扫描伏安法(LSV) 或差分脉冲伏安法(DPV)等已知方法检测待检物的氧化还原电位，并根据工作 电极上检测到的电位，计算出被检物释放电子的数量和峰值，并借以评价被检物 的抗氧化能力。
一般说来，通常只有在低电压下物质释放的电子数(峰)才代表该物质的抗 氧化能力。而在高电压下释放的电子数(峰) 一般并不代表物质的抗氧化能力， 该物质也不具有生物可利用价值。因此，所用起始电压一般选择-0.2伏(V)， 而终止检测电压为1-1.2伏。从使用价值说，最好的抗氧化物质应该在0-0.4伏
之间出现电子释放，即为能快速中和单态氧的主要抗氧化的成分。
本发明的方法不仅可以检测不同待测物在不同电压下的电子释放能力，而且 可以检测同一种待测物在不同种植条件(例如土壤和施肥)、不同采集季节、保 藏条件(例如低温、冷冻或冻干)或不同加工或后处理条件(例如加热、炮制或 去除某些成分)下的氧化电位值的改变。甚至还可检测出样品因纯度不同或样品 内加入防腐剂等添加剂或植物因品种不同对其氧化电位即释放电子能力的影响。 因此， 一方面，对各种不同被检物，或对同一种待检物在不同的特定条件下 的氧化电位的检测和对这些物质的抗氧化能力的评价，将有助于发现和筛选那些 具有强抗氧化能力的抗氧化剂药物、食品和饮料。同时，也将有助于发现和筛选 那些各抗氧化物质之间的相互能力叠加或拮抗的物质或成分，从而为抗氧化药物 或食品等产品的开发和利用提供重要帮助。本发明的方法简便易行、成本低廉， 而且具有普遍的适用性。
图1显示对药用植物芦荟叶中的粗提物的抗氧化能力在通用电化学检测装 置中，以DPV、 LSV、 SWV等三中方法检测的结果.图中可见三个相近似的电子 释放波型。
图2显示具有强抗氧化作用的合成药物#1 (用DMSO溶解并稀释后再在生 理盐水中稀释到浓度为2.5mg/ml),检测结果可见在0.26V处出现一个单纯的电 子释放峰(3.78-6A)。
图3显示对目前国际市场上销售的三种营养品(Tahitian公司的健康饮料Noni; American health products公司的美容和生发产品AB3; Melaleuca公司的葡萄籽产 品Provex plus)的检测结果。其中可见AB3在0.28V以上有2.86e-6A的抗氧化能 量释放；饮料Noni在0.6V才有电子量释放；而产品Provex plus在较低电压下 只有较低水平的电子释放。
图4显示在不同时间采集得AB1样本的电子释放峰。可见于秋季(9月份) 采集的AB1的电子释放峰明显高于夏季(7月份)采集的同一产品的电子释放峰。
图5显示4'C下放置45天的红小豆提取液在微波炉内加热5分钟前后记录 的电子释放峰的变化.可见经过微波炉加热处理5分钟后，红小豆提取液的电子释放峰约下降为处理前的1/3。
图6显示平行检测的两种茶叶绿茶和普洱红茶在低电压下的不同强度的 电子释放峰。可见绿茶的电子释放峰显著高于普洱红茶。
图7显示咖啡豆在去除咖啡因前后电子释放峰的改变。可见，咖啡除去咖啡 因后的电子释放峰显著下降。
图8显示同时检测并记录的四种(1-2、 2-2、 3-2、 4-2)具有抗氧化、抗辐 射作用的化学合成药物的电子释放曲线。可见其中2-2在零电压下即可释放 1.52e-5A的高能量电子。
图9显示不同品种的芦荟植物具有十分相似的电子释放峰峰型。.其中可见, 外观挺立高大的GMS型戸荟与伏地丛生的G10型声荟具有十分相似的电子释 放峰。
图IO显示两种营养产品按1:1比例相互混合后，在低电压下的电子释放曲 线。可见当AB3与AVG混合时，电子释放可达4.2e-6A;而当AB3与GX混合时, 电子释放的峰值电位仅为1.5e-6A。
图11显示单独检测芦荟提取物G10时，其表现有较高的电子释放峰，但将卢 荟提取物G10与AB#5混合后，可见电子释放峰明显下降。
具体实施例方式
实施例1:使用常规电化学分析装置，分别以SWV、 LSV、 DPV法检测并分析 芦荟叶粗提物的抗氧化能力
使用常规电化学分析仪(CHI 830型,上海辰华仪器厂生产)，设置起始电位
—0.2V:终止电位1.2V;增幅0.004V;调幅0.025V;频率15Hz;静置时
间2秒；量程1E -6 A/V。取戸荼叶抽提物置于电极表面，然后按照以上参 数开始以方波伏安法(SWV)进行电化学分析。
然后，再使用同一装置，分别以线性扫描伏安法(LSV)和差分脉冲伏安法 (DPV)对同一样品进行相似分析。三次分析完成后，得出如图l所式的结果。 从图1所示曲线可以看出，无论使用SWV或LSV或DPV等扫描方法测得的芦 荟叶提取物的氧化还原电位均具有相似的电子释放波型，即该提取物在电压为 0.4-0.5V时出现有电子释放，并且在0.8V是出现较强的电子释放(参见图1)。
实施例2:使用常规电化学分析装置检测并分析合成药物#1的抗氧化能力 使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析脂溶性合成药物#1的抗氧化 能力。
首先将合成药物#1溶解在DMSO中并在生理盐水中稀释到浓度为 2.5mg/ml。然后进行常规检测。结果可见，该药物在0.26V处出现一个单纯的电 子释放峰，峰值达3.78-6A(参见图2)。
实施例3:使用常规电化学分析装置检测并分析三种市售抗氧化产品的抗氧 化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析目前国家市场上销售的三种抗 抗氧化产品的氧化能力。
结果可见，Tahitian公司的健康饮料Noni在0.6V才有较强电子释放；； American health products公司的美容和生发产品AB3在0.28V以上有2.86e-6A 的抗氧化能量释放；而Melaleuca公司的葡萄籽产品Provex plus在较低电压下 只有较低水平的电子释放(参见图3)。
实施例4:使用常规电化学分析装置检测并分析不同季节采集的植物AB1 的抗氧化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析不同季节采集的植物AB1的 抗氧化能力。
分析结果可见，秋季(9和10月份)采集的AB1的电子释放峰明显高与夏季 (7月份)采集的同一产品的电子释放峰。这样，使用本发明方法评价的物质抗氧 化能力就可以为抗氧化产品的生产，特别是产品原料的选择提供重要参考(参见 图4)。
实施例5:使用常规电化学分析装置检测并分析微波处理前后的红小豆提取 液的抗氧化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析红小豆提取液在微波处理前后 抗氧化能力的改变。
检测和分析结果可见，普通红小豆的提取液在经过微波炉内加热处理3分钟 后，其在0.2V条件下的电子释放量约减少3倍(参见图5)。
实施例6:使用常规电化学分析装置检测并两种不同茶叶的抗氧化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析绿茶和普洱茶的抗氧化能力比较。
检测结果发现，在0.2V电压条件下,绿茶的电子释放能力为云南普洱茶的两 倍.因此，作为具有抗氧化功能的健康相关饮料，绿茶比普洱茶更有价值(参见图 6).
实施例7:使用常规电化学分析装置检测咖啡饮料在去除咖啡因前后抗氧化 能力的改变
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析在除去其这样成分后对咖啡饮 料的抗氧化能力的影响。
检测结果可见，咖啡饮料在去除咖啡因之后，其抗氧化能力下降近1倍
(0.3V)(参见图7)。
实施例8:使用常规电化学分析装置检测四种具有抗氧化、抗辐射作用的化
学合成药物的抗氧化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析四种具有抗氧化、抗辐射作用
的化学合成药物(1-2、 2-2、 3-2、 4-2)的电子释放曲线。
结果可见，其中药物2-2在零电压下即可释放1.52e-5A的高能量电子，药物 4-2也表现有相对较强的抗氧化能力；同时，从图中还可以看出,药物2-2和1-2是 混合物(参见图8)。
实施例9:使用常规电化学分析装置检测两种不同品种的芦荟的抗氧化能力
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析两种不同品种芦荟(GMS和 G13弁)的抗氧化能力。
结果可以看出，大型挺拔生长的芦荟(GMS)和低矮匍匐生长的戸荟(G13弁)在 低电压(0.2-0.4V)下，两者具有十分相似的电子释放峰.可见，尽管品种不同，但 同类植物的电子释放峰型是相似的。因此，在某些情况下，有可能借助对待检物 的电子释放图型的分析，判断植物或微生物的分类(参见图9)。
实施例10:使用常规电化学分析装置检测AB3与两种不同的物质混合后混 合物抗氧化能力的改变
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析AB3与AVG或GX两种不同 物质混合后所产生的不同的抗氧化能力。
从扫描图中可以看出，当AB3与AVG混合时，电子释放可达4.2e-6A;而当 AB3与与另一种物质GX混合时，电子释放的峰值电位仅为1.56-61表明在物质 的抗氧化能力上,前两者的混合具有作用叠加效果，而后两者混合则具有作用拮 抗的效果(参见图10)。
实施例11:使用常规电化学分析装置检测芦荟提取物G10与其他成分混合 对抗氧化能力的影响
使用实施例1给出的装置和条件，检测并分析提取物G10与AB5弁混合后对 抗氧化能力的影响。
从扫描图中可以看出，当单独检测芦荟提取物G10时，其表现有较高的电子 释放峰，而将芦荟提取物G10与AB存5混合后，混合物的电子释放峰则明显下降, 表明两者在抗氧化能力上有拮抗作用(参见图11)。
权利要求
1、评价物质的抗氧化能力的方法，特征在于所说的抗氧化能力是使用常规电化学分析方法和装置检测物质的电子释放峰电位和峰型，并根据所检测得的不同峰电位条件下峰的大小来评价物质的抗氧化能力。
2、 根据权利要求1的方法，其中所说的峰电位体现被测物质抗氧化的难易 程度。
3、 根据权利要求1的方法，其中所说的峰的大小包括峰值和峰型，借以判 断被测物质的抗氧化水平。
4、 根据权利要求1的方法，其中所说的电化学分析方法包括方波伏安法、 线性扫描伏安法或差分脉冲伏安法等分析方法。
5、 根据权利要求l的方法，其中所说的物质是有机物或无机物。
6、 根据权利要求l的方法，其中所说的物质是液态或溶液态或悬浮态的。
全文摘要
本发明涉及评价待测物质抗氧化能力的电化学方法，提出一种检测液态物质的抗氧化能力的方法，特别是一种检测各类抗氧化药物、食品和饮料的抗氧化能力的电化学方法。
文档编号G01N27/26GK101377471SQ20071014861
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月27日 优先权日2007年8月27日
发明者王凯华 申请人:英科新创(厦门)科技有限公司