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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。
结果与分析
2 UPLC-QTOF-MS/MS成分分析
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
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Km和Vmax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 和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
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。