孫鳳婷,許振嵐,朱作藝,張春榮,湯 濤,趙學(xué)平,盛 清,王 強,*

(1.浙江理工大學(xué) 生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院,浙江 杭州 310018; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥殘留檢測重點實驗室,浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營養(yǎng)研究所,浙江 杭州 310021)

鐵皮石斛是蘭科草本植物,收載于《中華人民共和國藥典》,至今已有2 000多年的歷史,其主要分布在貴州、云南和廣西等地,具有明顯的抗腫瘤、降血壓、降血糖、抗氧化、延緩衰老、增強免疫力等藥理作用,在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上有廣泛的應(yīng)用[1-3]。黃酮類化合物是鐵皮石斛中重要的次級代謝產(chǎn)物,也是一類重要的活性物質(zhì)。閆建華等[4]研究鐵皮石斛總黃酮對D-半乳糖所致小鼠衰老模型的影響,研究發(fā)現(xiàn),鐵皮石斛總黃酮可有效調(diào)節(jié)模型小鼠體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、總抗氧化能力(T-AOC)、三磷酸腺苷(ATP)活性,降低過氧化氫酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量,揭示了鐵皮石斛黃酮的抗衰老機制與降低氧化應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。姜一鳴[5]研究發(fā)現(xiàn),鐵皮石斛黃酮化合物,能恢復(fù)小鼠運動后免疫功能。目前,在鐵皮石斛已鑒別出38個黃酮單體成分,主要包括柚皮素、槲皮素和圣草酚等[6],然而,黃酮類含量測定主要采用比色法測定總黃酮含量,不能提供黃酮單體的含量信息。馬旖旎[7]測定了7個產(chǎn)地的鐵皮石斛中的總黃酮含量,含量在0.340%～0.991%。UPLC、UPLC-MS/MS、UPLC-QTOF-MS已被用于石斛中黃酮類成分的分離鑒定和含量檢測。劉莉彬等[8]利用高效液相色譜技術(shù)建立了霍山石斛黃酮組分的UPLC指紋圖譜分析鑒別方法。呂朝耕等[9]測定了不同產(chǎn)地鐵皮石斛中蘆丁、柚皮素和槲皮素等10個黃酮類成分,結(jié)果顯示,不同樣品在黃酮類成分的組成、含量方面存在較大的差異。目前所報道的檢測方法中,均為樣品提取后直接過膜檢測,沒有凈化過程,可能會導(dǎo)致色譜峰共流出、色譜柱柱效降低、儀器污染等問題。因此,需要針對鐵皮石斛中黃酮單體建立精準檢測方法。

目前,文獻報道的鐵皮石斛中黃酮的含量均基于有機溶劑提取后的測定值,無法真實反映鐵皮石斛黃酮在消化過程中的釋放情況,即其生物可及性。體外模擬消化能夠反映活性成分被生物體的利用情況,相對體內(nèi)實驗,具有快捷簡便、成本低和重現(xiàn)性好的特點[10],因此被研究者采用。梅娜娜等[11]利用體外消化模型研究了金釵石斛堿、多糖和多酚類物質(zhì)在消化過程中的變化,發(fā)現(xiàn)多酚類物質(zhì)含量在胃模擬消化液中最高,在模擬腸道消化中降低。張冠亞等[12]研究了體外模擬消化液對于鐵皮石斛中多糖的消化作用,結(jié)果表明在體外模擬胃腸道的消化體系中,鐵皮石斛多糖的分子量減小,糖苷鍵發(fā)生斷裂,但沒有游離單糖的釋放。鐵皮石斛中的黃酮類化合物的體外消化研究鮮有報道,并且在以上研究中采用的模型為胃和小腸消化模型,而食物在結(jié)腸中的停留時間約占食物通過人體消化道的持續(xù)時間的80%,在胃腸中不被消化的黃酮類物質(zhì)可能進入結(jié)腸而被進一步消化釋放,進而被結(jié)腸微生物分解代謝而被生物體利用[13]。

本研究建立固相萃取-超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定鐵皮石斛中17種黃酮單體化合物,收集10批次的鐵皮石斛樣品,測定總黃酮和17個黃酮單體的含量,并比較黃酮類化合物含量的差異。利用體外消化模型研究了鐵皮石斛在胃-小腸消化和結(jié)腸消化中黃酮類化合物的釋放情況,分析消化過程中鐵皮石斛中黃酮類化合物的生物可及性及抗氧化活性的變化,探究黃酮類化合物與抗氧化活性之間的相關(guān)性,為鐵皮石斛黃酮類成分的活性研究和作為一種功能性食品的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

研究所用材料為鐵皮石斛的莖,從不同產(chǎn)地收集了10批次的鐵皮石斛樣品,編號為TP1～TP10,具體信息見表1,所有材料經(jīng)劉宇文副主任中藥師鑒定為蘭科植物鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)的莖。鐵皮石斛干莖和楓斗直接用粉碎機進行粉碎。鐵皮石斛鮮莖先用烘箱在80 ℃的條件下烘烤24 h后粉碎。

表1 鐵皮石斛樣品的具體信息

亞硝酸鈉,杭州高晶細化工有限公司;硝酸鋁,麥克林公司;氫氧化鈉,蘭溪市屹達化工試劑有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)、2,4,6-(2-吡啶基)三嗪(TPTZ)、水溶性維生素E(Trolox)、過硫酸鉀、氯化鐵、醋酸和醋酸鈉,百靈威科技有限公司;胃蛋白酶、胰蛋白酶、豬膽鹽和黏蛋白,美國Sigma公司;柚皮素、芹菜素、木犀草苷、槲皮素、圣草酚、異鼠李素、槲皮苷、蘆丁,橙皮素、異槲皮苷、山柰酚、芹菜苷、金絲桃苷、夏佛塔苷、紫杉葉素和柚皮苷,上海安譜實驗科技股份有限公司;金圣草黃素,上海丁百生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

三重四極桿液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、UV1900紫外分光光度計,日本島津公司;METTLER TOLEDO電子天平,奧豪斯國際貿(mào)易有限公司;KUDOS超聲波清洗機,上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司;TD5A-WS離心機,江蘇省金壇市金南儀器制造有限公司;渦旋振蕩機,泰州諾米醫(yī)療科技有限公司;粉碎機,上海屹立五金工具有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海申勝生物技術(shù)有限公司;pH計,賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;恒溫振蕩器,太倉市實驗設(shè)備廠;真空冷凍干燥機,青島永合創(chuàng)信電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鐵皮石斛中黃酮類物質(zhì)的提取

準確稱取0.2 g鐵皮石斛樣品,加入75%乙腈8 mL,渦旋5 min,超聲提取30 min,5 000 r·min-1離心5 min得上清液備用。

1.3.2 總黃酮含量的測定

鐵皮石斛中總黃酮含量測定采用硝酸鋁-亞硝酸鈉比色法[14],取2 mL提取液加入到試管中,加入0.3 mL 5%(質(zhì)量分數(shù))NaNO2溶液,充分混勻后反應(yīng)6 min,加入0.3 mL 10%(質(zhì)量分數(shù))Al(NO3)3溶液,渦旋混勻,靜置6 min后,再加入4 mL 4%(質(zhì)量分數(shù))NaOH溶液,渦旋混勻后在510 nm處測定吸光度。用蘆丁標準品配置系列濃度的標準溶液,按上述方法測定吸光度,以濃度為橫坐標,吸光度為縱坐標繪制標準曲線Y=0.004 0X-0.008 9(R2=0.998 8),利用標準曲線計算樣品中的總黃酮含量。

1.3.3 17種黃酮單體含量的測定

(1)提取液的凈化

將1.3.1節(jié)得到的上清液全部轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶中,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至1 mL左右,然后用0.1%甲酸水稀釋至5 mL。取2 mL稀釋后的樣品上樣至Oasis HLB(3 mL,60 mg)固相萃取柱(上樣前分別用3 mL甲醇、3 mL純水活化),棄掉流出液,用2 mL 5%甲醇淋洗,最后用4 mL甲醇分2次洗脫,每次2 mL,將洗脫液旋蒸近干后用2 mL甲醇進行定容。

對于柚皮素、蘆丁、夏佛塔苷這3種含量較高的黃酮單體,樣品用甲醇稀釋100倍后過0.22 μm的濾膜用于檢測,對于其他含量較低的黃酮單體,樣品直接過0.22 μm的濾膜后進樣檢測。

(2)儀器條件

液相條件:色譜柱:UPLC HSS T3色譜柱(2.1 mm×100 mm,1.8 μm),流動相:2 mmol·L-1乙酸銨0.1%甲酸水(A)-甲醇(B),梯度洗脫程序:0～0.5 min,0～10% B;0.5～3.0 min,10%～85% B;3～5 min,85%～95% B;5～9 min,95%～95% B;9.00～9.01 min,95%～10% B;流速0.25 mL·min-1,柱溫40 ℃,進樣量2 μL。

質(zhì)譜條件:質(zhì)譜系統(tǒng)配備了電噴霧電離源(ESI)。霧化氣和干燥氣為氮氣(99.95%),流速分別為3.0 L·min-1和10.0 L·min-1。加熱氣為空氣(99.95%),流速為10.0 L·min-1。碰撞氣為氬氣(99.99%),壓力為270 kPa。其他參數(shù)為:接口電壓4.0 kV,接口溫度300 ℃,脫溶劑溫度250 ℃,加熱塊溫度400 ℃,檢測器電壓1.82 kV。采用多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式進行數(shù)據(jù)采集,用于定量和定性的離子對以及碰撞能(collision energy)和保留時間見表2。

表2 黃酮類化合物的MS/MS參數(shù)(電離模式,ESI-)

1.3.4 模擬體外消化及生物可及性分析

參照Cui等[15]的方法模擬人體消化道的3個部分(即胃、小腸和結(jié)腸),測定鐵皮石斛中黃酮類物質(zhì)的生物可及性。各部分消化液的成分見表3。稱取0.2 g鐵皮石斛,置于50 mL離心管中,加入20 mL胃模擬消化液,用2 mol·L-1HCl調(diào)pH值至2.5,混勻,置于37 ℃恒溫振蕩器中80 r·min-1振搖1 h。振蕩結(jié)束后,加入碳酸氫鈉固體調(diào)節(jié)pH值至7.0,加入胰蛋白酶(2 mL,5 g·L-1)和膽鹽(2 mL,17.8 g·L-1),混勻,置于37 ℃恒溫振蕩器中80 r·min-1振搖4 h,4 000 r·min-1離心10 min,上清液為胃-小腸消化后的樣品,殘渣中加入20 mL預(yù)熱的結(jié)腸模擬消化液,用2 mol·L-1HCl調(diào)pH值至6.5,混勻,置于37 ℃恒溫振蕩器中80 r·min-1振搖8 h,4 000 r·min-1離心10 min,上清液為結(jié)腸消化后的樣品。將消化后的樣品冷凍干燥并用甲醇復(fù)溶,用于總黃酮、黃酮單體、抗氧化活性的測定[16]。

生物可及性是指在體外模擬消化過程中釋放的化合物的量與樣品中化合物的量的比值。

1.3.5 DPPH自由基清除能力的測定

DPPH自由基清除能力的測定參照Zhang等[17]的方法。取1 mL樣品溶液,加入5 mL 200 mmol·L-1的DPPH溶液,渦旋混勻,室溫暗反應(yīng)30 min后用紫外分光光度計測定510 nm處的吸光度,記為D1,同時測定空白的吸光度(用1 mL蒸餾水代替樣品溶液),記為D0。DPPH自由基清除能力按照下述公式計算:DPPH自由基清除率(%)=(D0-D1)/D0×100%。以Trolox作為標準品繪制標準曲線Y=1.357 9X-1.433 3(R2=0.997 8),DPPH自由基清除能力以鐵皮石斛干樣中所含Trolox當量表示。

1.3.6 FRAP總抗氧化能力的測定

FRAP總抗氧化能力的測定方法[18]為:將10 mmol·L-1TPTZ溶液、20 mmol·L-1氯化鐵溶液和300 mmol·L-1醋酸鈉緩沖液(pH 3.6)以體積比為1∶1∶10混合得到FRAP工作液。吸取0.2 mL樣品溶液,加入5 mL FRAP工作液,渦旋混勻,37 ℃避光反應(yīng)8 min后用紫外分光光度計測定593 nm處的吸光度。以Trolox作為標準品繪制標準曲線Y=0.006 1X+0.016 8(R2=0.999 1),FRAP總抗氧化能力以鐵皮石斛干樣中所含Trolox當量表示。

1.3.7 統(tǒng)計分析

使用Origin 2018軟件繪圖,SPSS 25.0軟件進行數(shù)據(jù)分析,相關(guān)性分析采用Spearman法,*顯著相關(guān),P<0.05;**極顯著相關(guān),P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)驗證

根據(jù)國際協(xié)調(diào)會議(ICH)和國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的準則對方法進行線性、靈敏度、準確性和精密度的驗證,即ICH《Q2(R2):分析方法驗證》和文獻[19]。

2.1.1 線性范圍、檢測限和定量限

通過配制不同濃度的黃酮單體化合物標準工作溶液建立標準曲線來評估線性,所有化合物的相關(guān)系數(shù)(R2)均大于0.99。以檢出限(LOD)和定量限(LOQ)評價所建立方法的靈敏度,信噪比(S/N)等于3和10時所對應(yīng)的濃度分別為最低檢測限(LOD)和最低定量限(LOQ),黃酮類化合物的LOD為0.62～8.38 μg·kg-1,LOQ為2.05～27.93 μg·kg-1。

2.1.2 回收率和精密度

將17個黃酮類化合物本底值的0.8倍、1倍、1.2倍分別作為低、中、高3個添加水平,用回收率評價其準確性,回收率計算公式為:回收率(%)=(測定量-原始量)/加入量×100%。用相對標準偏差評定日內(nèi)精密度和日間精密度,在同一天進行的回收率試驗(n=5),得到回收率的相對偏差為日內(nèi)精密度;連續(xù)3 d進行回收率試驗(n=15),計算得到回收率的相對標準偏差為日間精密度。該方法的17種黃酮類化合物的回收率為75%～117%,日內(nèi)精密度為4.8%～11.0%,日間精密度為6.1%～12.6%。結(jié)果表明,本方法具有較好的回收率和精密度,可滿足鐵皮石斛黃酮類物質(zhì)的檢測要求。

2.2 鐵皮石斛中總黃酮含量

10批次鐵皮石斛中總黃酮含量如圖1所示,樣品中總黃酮的含量為1.52～4.36 mg·g-1,其中總黃酮含量較高的鐵皮石斛樣品是TP3(廣西巴馬),含量較低的是TP10(浙江樂清)。馬旖旎[7]研究了云南、浙江、廣東和湖南產(chǎn)地的鐵皮石斛中的總黃酮含量,其范圍為0.064%～0.395%,其中廣東產(chǎn)地的含量最高,浙江產(chǎn)地的含量最低,與我們的研究結(jié)果相近。

圖1 鐵皮石斛中總黃酮含量

10批次鐵皮石斛樣品中的17個黃酮單體含量如表4所示。柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷含量較高,分別為11.97～37.89 mg·kg-1、9.87～201.08 mg·kg-1和7.06～278.23 mg·kg-1,蘆丁含量在大多樣品中是最高的。剩余的14個黃酮單體在鐵皮石斛中的含量較低,其含量總和為2.57～14.39 mg·kg-1。Sui等[20]從鐵皮石斛中鑒定出了14種黃酮類化合物,其中蘆丁的含量最高,這與我們的研究基本一致。柚皮素在TP7(云南文山)樣品中含量較高,在TP5(貴州赤水)中含量較低;蘆丁在TP5(貴州赤水)樣品中含量較高,在TP7(云南文山)中含量較低;夏佛塔苷在TP4(福建漳州)樣品中含量較高,在TP10(浙江樂清)中含量較低,其他黃酮單體的含量信息見表4。

表4 鐵皮石斛中黃酮單體的含量

2.3 鐵皮石斛中黃酮的生物可及性

如圖2所示,鐵皮石斛樣品經(jīng)過胃-小腸消化后,總黃酮的釋放量為0.24～0.70 mg·g-1,生物可及性為13.75%～21.45%。樣品經(jīng)過進一步結(jié)腸消化后,總黃酮的釋放量為0.17～0.34 mg·g-1,生物可及性為6.38%～14.13%,結(jié)腸中總黃酮的生物可及性低于胃-小腸,這可能是因為胃-小腸的低pH值有利于鐵皮石斛中黃酮類化合物的釋放。鐵皮石斛中總黃酮的生物可及性在TP6(云南玉溪)中較高,而在TP4(福建漳州)中較低,雖然TP6(云南玉溪)中的總黃酮含量較低,但其生物可及性高。在不同食品中酚類化合物的生物可及性已有報道,蔬菜、谷物和豆類的平均生物可及性分別為26.01%、28.00%和25.47%[21-22]。鐵皮石斛作為一種藥食同源的食物,經(jīng)過胃-小腸-結(jié)腸消化后的總黃酮生物可及性為20.13%～34.62%,與蔬菜、谷物和豆類的生物可及性相當。

GID,胃-小腸消化液;CD,結(jié)腸消化液。

鐵皮石斛中3種主要的黃酮單體化合物的生物可及性見表5。柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷經(jīng)胃-小腸消化后的生物可及性分別為8.23%～18.37%、1.85%～22.87%和24.26%～42.65%,經(jīng)結(jié)腸消化后的生物可及性分別為2.12%～5.67%、1.42%～5.70%和5.34%～13.33%。這3個黃酮單體在胃-小腸中的生物可及性都高于結(jié)腸中的生物可及性,這與總黃酮的生物可及性規(guī)律一致。柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷的生物可及性分別在TP9(云南德宏)、TP7(云南文山)和TP6(云南玉溪)中較高,而在TP3(廣西巴馬)、TP10(浙江樂清)和TP5(貴州赤水)中較低,與總黃酮的規(guī)律不一致,說明產(chǎn)地對黃酮單體生物可及性的影響與單體性質(zhì)有關(guān)。夏佛塔苷的生物可及性大于柚皮素和蘆丁,這可能是由于不同的黃酮單體在消化過程中的釋放和代謝機制不同。蘆丁雖然在鐵皮石斛中的含量高,但其生物可及性較低,一方面可能是其與多糖相互作用,導(dǎo)致釋放量減少[23],另一方面可能是蘆丁在消化液中易降解,導(dǎo)致其在消化液中含量下降[24]。

表5 黃酮單體的生物可及性

2.4 鐵皮石斛在體外消化過程中的抗氧化活性變化

圖3顯示了鐵皮石斛的75%乙腈提取液、胃-小腸消化液和結(jié)腸消化液的抗氧化能力,其75%乙腈提取液的DPPH自由基清除能力為1 379.6～2 338.7 mg·kg-1,FRAP總抗氧化能力為3 723.7～6 392.6 mg·kg-1,胃-小腸消化液的DPPH自由基清除能力為1 336.8～2 111.1 mg·kg-1,FRAP總抗氧化能力為3 426.2～5 065.6 mg·kg-1,結(jié)腸消化液的DPPH自由基清除能力為322.6～1 322.3 mg·kg-1,FRAP總抗氧化能力為2 005.5～2 886.6 mg·kg-1。結(jié)果表明,鐵皮石斛75%乙腈提取液的抗氧化活性>胃-小腸消化液的抗氧化活性>結(jié)腸消化液的抗氧化活性。對不同產(chǎn)地的鐵皮石斛樣品分析,從圖3可以看出,TP9(云南德宏)的鐵皮石斛在體外消化過程中的抗氧化能力較強,TP10(浙江樂清)中的抗氧化能力較弱。

DE,鐵皮石斛提取液;GID,胃-小腸消化液;CD,結(jié)腸消化液。

對鐵皮石斛黃酮類物質(zhì)含量與抗氧化活性進行相關(guān)性分析,結(jié)果如表6所示:鐵皮石斛中總黃酮、柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷的含量與DPPH自由基清除能力和FRAP總抗氧化能力的相關(guān)系數(shù)均大于0.7,黃酮類物質(zhì)含量和抗氧化活性具有顯著的正相關(guān),說明黃酮類成分對于抗氧化能力具有重要作用,胃-小腸消化液的抗氧化活性高于結(jié)腸消化液的原因可能是胃-小腸消化液中黃酮類化合物的含量高。黃琴等[25]研究了鐵皮石斛多酚和黃酮含量與抗氧化活性的相關(guān)性,結(jié)果表明,鐵皮石斛中黃酮含量和抗氧化活性相關(guān)性較強,這與我們的研究一致。

3 結(jié)論

本研究利用固相萃取結(jié)合超高效色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),建立鐵皮石斛中17種黃酮單體含量的測定方法。測定10批次鐵皮石斛樣品中的總黃酮和黃酮單體的含量,其中總黃酮含量為1.52～4.36 mg·g-1,柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷是鐵皮石斛中含量較高的黃酮單體,其中蘆丁含量在80%的樣品中是最高的。通過對鐵皮石斛樣品進行模擬胃-小腸消化和結(jié)腸消化后,總黃酮的生物可及性分別為13.75%～21.45%和6.38%～14.13%,在胃-小腸中總黃酮的生物可及性要低于結(jié)腸中的生物可及性,柚皮素、蘆丁和夏佛塔苷3種黃酮單體的生物可及性也有相近的規(guī)律。抗氧化活性測定結(jié)果表明,鐵皮石斛75%乙腈提取液的抗氧化能力>胃-小腸消化液的抗氧化能力>結(jié)腸消化液的抗氧化能力,黃酮類物質(zhì)含量和抗氧化活性具有顯著的正相關(guān)。本研究將為鐵皮石斛在醫(yī)藥、營養(yǎng)及功能性食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。