华南理工大学扶雄教授等:海蒿子多酚组分的化学成分、抗氧化和降血糖活性分析

2023-08-24作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

海蒿子(Sargassum pallidum)又名“大叶海藻”,属于褐藻门马尾藻科,海蒿子多酚的活性研究集中于抗氧化活性,其能显著清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)阳离子自由基。多酚根据其存在形式可分为游离酚和结合酚,研究表明结合酚的生物利用度更高且具有多种生物活性。前期研究发现海蒿子多酚提取物有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性,6-姜酚和槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸是其主要的高活性α-葡萄糖苷酶抑制剂,含量可达1.38 mg/g和1.02 mg/g。然而,目前关于海蒿子结合酚的抗氧化和降血糖活性还尚不清楚。

江西师范大学的谢星,王思宇、扶雄*等研究以海蒿子为原料,从中提取游离酚、酯和糖苷结合酚,首先采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱(UPLCQTOF-MS/MS)技术鉴定海蒿子各多酚组分的化学成分;其次,采用DPPH自由基、ABTS阳离子自由基、氧自由基吸收能力(ORAC)、细胞抗氧化、α-葡萄糖苷酶抑制活性等方法评价海蒿子各多酚组分的体外抗氧化能力和降血糖活性;最后,分析海蒿子游离酚和结合酚组分的α-葡萄糖苷酶的抑制动力学参数,旨在为海蒿子多酚的开发和利用提供理论依据。

结果与分析

1 总酚与总黄酮分析
如图1所示,糖苷结合酚(GP)的总酚含量最高,其值为68.30 mg/g,其次为游离酚FP和游离酯EP。海蒿子3 个多酚组分的总黄酮含量范围为23.14~83.49 mg/g,EP的黄酮含量是FP的3.6 倍。海蒿子中富含多糖,这可能是其中GP含量偏高的原因。


2 UPLC-QTOF-MS/MS成分分析

采用UPLC-QTOF-MS/MS技术对FP、EP和GP中的化学成分进行分析,结果见图2和表1。通过与文献和数据库比对分子质量、质谱碎片和分子式,从海蒿子多酚组分中共鉴定出22种化合物,包括3种有机酸、3种酚类化合物、1种萜类化合物、4种黄酮、2种酚酸、4种脂肪酸和5种其他化合物,在FP、EP和GP中分别鉴定出13、18种和8种化合物。

有机酸

化合物1的母离子为m/z 191,其有特征碎片离子m/z 111,被鉴定为柠檬酸。化合物3被鉴定为酒石酸,因其裂解过程中产生了特征碎片离子m/z 165和m/z 193。化合物12含有碎片离子m/z 125,表明其含有—COOH,被鉴定为壬二酸。

酚类化合物

化合物4的分子式为C18H12O9,其含有特征碎片离子m/z 124、149和246,推测为鹅掌菜酚。化合物20被鉴定为6-姜酚。化合物27有碎片离子m/z 162、277和321,表示其含有2 个—OH、—CH3和—C4H9,被推测为2,2′-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。

萜类化合物

化合物9含有特征碎片离子m/z 225、433和451,被鉴定为茯苓酸A。

黄酮类化合物

化合物10含有m/z 301的碎片离子,被鉴定为槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸。化合物16通过和Massbank数据库比对而被鉴定为芒柄花黄素。化合物23产生了碎片离子m/z 275(C17H23O3)、161(C9H5O3)、151和137,表明其含有—C9H16和—C9H15—CH3,被鉴定为次苦参黄素。化合物20的分子质量比化合物23的分子质量高16 Da,表示其比化合物42多一个羟基,被鉴定为苦参醇N。

酚酸类化合物

化合物 1 1 有 m/z 562 (-162 Da ) 、 546(-180 Da)、383(-359 Da)和365(-18 Da)等特征碎片离子,表示该化合物脱去了一分子咖啡酰基、水和二十六烷,被鉴定为咖啡酸二十六酯己糖。根据文献报道的特征离子碎片,化合物17被鉴定为二羟基苯甲酸衍生物,其特征碎片离子m/z 151表明其有二羟基苯甲酸结构。

脂肪酸

化合物13含有脂氧化物特征离子碎片m/z 171和m/z 211,因而被鉴定为三羟基十八碳二烯酸。化合物14的分子式为C18H34O5,含有特征离子碎片m/z 171、211和229,它被推测为三羟基十八烯酸。化合物28和29是饱和脂肪酸,其含有特征碎片离子m/z 255(C16H32O2)和m/z 283(C18H36O2),因此它们分别被鉴定为棕榈酸和硬脂酸。

其他化合物

化合物5被推测为1,5-二甲基柠檬酸盐,其产生的碎片离子m/z 173表示在裂解过程中失去一个—OOCH3。化合物6被鉴定为2,4-二羟基丙酮,其特征碎片离子m/z 109和m/z 135分别表示在裂解过程中失去一个—OH和—COCH3。经过Chemspider数据库分析,化合物15被鉴定为6-乙酰-7-羟基-4-甲基喹啉-2-酮。化合物18被推测为双氢青蒿素乙醚I,特征碎片离子m/z 267表示其存在双氢青蒿素结构。通过对比分析,化合物26被鉴定为1,4-二甲氧基-2-(2-羟基癸基)苯。

3 海蒿子多酚的体外抗氧化活性分析


如图3A所示,海蒿子提取物各多酚组分对DPPH自由基的清除能力均随质量浓度的提高而不断增强,呈现出明显的剂量效应。GP的DPPH自由基清除能力最强,其IC50值为84.60 μg/mL,略高于抗坏血酸。FP和EP的IC50值分别为187.91 μg/mL和128.1 μg/mL,两者之间存在显著性差异。上述结果表明海蒿子提取物的3 个多酚组分均有很好的DPPH自由基清除能力,且结合酚组分活性显著强于游离酚组分,这可能是因为GP和EP的总酚和总黄酮含量更高。

如图3B所示,FP、EP和GP对ABTS阳离子自由基清除能力的IC50值分别为262.15、220.55 μg/mL和127.01 μg/mL,显著高于槲皮素(19.46 μg/mL)。海蒿子提取物3 个多酚组分对ABTS阳离子自由基和DPPH自由基清除能力的强弱顺序一致。

如 图 3C 所示,海蒿子提取物各多酚组分均有很强的氧自由基吸收能力。EP的ORAC值最高,为5322.85 μmol/g;FP次之,为2890.84 μmol/g;GP最弱,为1446.36 μmol/g。EP的总黄酮含量显著高于其他2 个组分,从其中共鉴定出4个黄酮,而FP和GP均只有1个黄酮,表明海蒿子中黄酮对氧自由基清除能力可能有较大的贡献。

3 种体外抗氧化实验表明海蒿子提取物的3个多酚组分均具有很好的抗氧化活性。Pearson相关性分析表明海蒿子多酚的总酚含量与DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力有很高的相关性,其r值分别为-0.729和-0.759。多酚是海蒿子中最主要的抗氧化剂。槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸、咖啡酸衍生物和6-姜酚均已被报道具有很强的抗氧化活性,且这些化合物在海蒿子多酚组分中均具有很高的响应值,其可能对胞外抗氧化活性有较大的贡献。

4 海蒿子多酚的细胞抗氧化活性分析

由图4可知,当FP和EP的质量浓度低于0.5 mg/mL时,细胞存活率均高于80%,表明这2个组分对细胞基本没有毒性。当GP质量浓度达到1 mg/mL时,细胞存活率仍然接近80%,表明其质量浓度低于1 mg/mL对HepG2细胞基本没有毒性。同样,槲皮素在低质量浓度的条件下对HepG2细胞也没有毒性。因此,细胞抗氧化实验中FP、EP和GP的质量浓度范围分别为0~0.5、0~0.5 mg/mL和0~1 mg/mL。


如表2所示,GP的CAA值最高,为18.18 μmol/g;FP和EP组分次之,分别为13.70 μmol/g和14.08 μmol/g,且两者之间不存在显著性差异(P>0.05)。海蒿子各多酚组分的CAA值与总酚含量、DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力的相关性系数分别为0.904、-0.941和-0.958,表明多酚是海蒿子中主要的细胞抗氧化剂,且胞外抗氧化活性也能反映细胞抗氧化活性的强弱。6-姜酚、苯甲酸衍生物和槲皮素的糖苷衍生物均已被发现对HepG2细胞有很好的抗氧化活性,这些化合物在海蒿子多酚组分中的峰响应值均较高,其可能起到主要的作用。


5 海蒿子多酚的α-葡萄糖苷酶抑制活性分析

如图5所示,海蒿子中的3 种多酚组分均具有很强的α-葡萄糖苷酶抑制活性,且都呈剂量依赖性。3 种多酚组分的α-葡萄糖苷酶抑制活性均显著强于阿卡波糖。EP的活性最强,IC50值为27.09 μg/mL,是阿卡波糖活性的19.7 倍,其次是FP组分(IC50=78.75 μg/mL),GP组分则较弱(IC50=302.58 μg/mL)。因此,α-葡萄糖苷酶是海蒿子多酚降血糖的重要靶点。先前的研究发现海蒿子多酚提取物中的高活性α-葡萄糖苷酶剂包括6-姜酚、槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸和咖啡酸二十六酯己糖,这些化合物在3 个多酚组分质谱图中均具有较高的响应值,表明其是海蒿子多酚中主要的降血糖成分。


5 海蒿子多酚对α-葡萄糖苷酶抑制动力学分析

由图6可知,海蒿子多酚组分的Lineweaver-Burk曲线呈现出很好的线性关系,均交于第2象限,表明其对α-葡萄糖苷酶的抑制类型均属于混合型,即海蒿子多酚组分既可与α-葡萄糖苷酶结合,又可与α-葡萄糖苷酶-底物结合。如表3所示,当反应体系中不存在海蒿子多酚组分时,α-葡萄糖苷酶的KmVmax值分别为0.174 mmol/L和0.207ΔA405/min。随着海蒿子多酚组分质量浓度的提高,α-葡萄糖苷酶的Vmax值不断降低。当FP、EP和GP的质量浓度分别达到60、20 μg/mL和160 μg/mL时,α-葡萄糖苷酶的Vmax’值分别下降至0.034、0.040 ΔA405/min和0.034ΔA405/min。FP、EP和GP的Ki 值分别为9.872、1.444 μg/mL和24.491 μg/mL,其Kis值分别为15.012、27.09 μg/mL和28.817 μg/mL。Ki 值小于Kis值,表明海蒿子多酚组分与α-葡萄糖苷酶的结合能力强于α-葡萄糖苷酶-底物复合物。Ki Kis值越低表示抑制剂对α-葡萄糖苷酶的抑制活性越强。因此,从中也可得出EP对α-葡萄糖苷酶的抑制能力最强。

结论

明确了海蒿子中FP、EP和GP组分的化学组成,并对比分析了3 个多酚组分的抗氧化能力及其α-葡萄糖苷酶的抑制活性,结果表明海蒿子中可溶性结合酚的含量高于游离酚,GP和EP分别具有最高的总酚(68.30 mg/g)和总黄酮含量(83.49 mg/g)。从FP、EP和GP中共鉴定出22 种化合物,包括3种有机酸、3种酚类化合物、1种萜类化合物、4种黄酮、2种酚酸、4种脂肪酸和5种其他化合物。GP的细胞抗氧化活性、DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力最强,其半抑制浓度分别为18.18 μmol/g、84.6 μg/mL和127.01 μg/mL,且与其总酚含量呈高度相关;EP的ORAC值最高(5322.85 μmol/g),黄酮对氧自由基吸收能力具有很大贡献。FP、EP和GP均能够以混合型的抑制类型显著抑制α-葡萄糖苷酶活性,其中EP的活性最强(IC50=27.09 μg/mL),其次是FP(IC50=78.75μg/mL),GP组分则较弱(IC50=302.58μg/mL)。因此,海蒿子中结合酚具有良好的抗氧化及α-葡萄糖苷酶抑制活性,可作天然抗氧化剂和降血糖剂的优质来源。本研究对促进海蒿子多酚的高值化利用具有重要的指导意义。

本文《海蒿子多酚组分的化学成分、抗氧化和降血糖活性分析》来源于《食品科学》2023年44卷第10期281-290页,作者:谢星,扶雄等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220801-006。