鱼腥草水提物萃取组分抗氧化、抗糖尿病活性和化学组成分析

梅强根1,张露1,马天新1,谢星1,陈奕熠1,涂宗财1,2*

1(江西师范大学 国家淡水鱼加工技术研发专业中心,江西省淡水鱼高值化利用工程技术研究中心,江西 南昌,330022) 2(食品科学与技术国家重点实验室(南昌大学),江西 南昌,330047)

摘 要 鱼腥草是药食两用的植物资源,且营养价值高,为阐明鱼腥草水提物不同萃取组分的抗氧化、抗糖尿病活性及主要化学组成,该研究比较了鱼腥草水提物及其萃取组分的总酚含量、总黄酮含量、总糖含量和总蛋白含量,抗氧化能力、α-葡萄糖苷酶抑制能力和抗糖基化能力,并用质谱技术测定高活性的化学成分。结果表明,鱼腥草水提物的乙酸乙酯萃取组分(ethyl acetate fraction,EAF)含有最高的总酚含量(440.3 mg GAE/g)、总黄酮含量(103.57 mg QUE/g)和总蛋白含量(2.45 mg BSA/g),但总糖含量(11.32 mg Glu/g)最低。EAF同时具有最高的DPPH自由基清除能力、ABTS阳离子自由基清除能力和α-葡萄糖苷酶活性抑制能力,IC50值分别为71.67、50.00和232.63 μg/mL,其α-葡萄糖苷酶抑制能力是阿卡波糖的3.15倍,鱼腥草水提物的正丁醇萃取组分(n-butanol fraction,nBuF)次之。EAF也具有最强的晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)形成抑制能力,当质量浓度为4.0 mg/mL时,其抑制率超过70%,其次为nBuF。皮尔森相关性分析表明,多酚是鱼腥草中的主要抗氧化和抗糖尿病活性成分。采用高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱技术在EAF和nBuF中共鉴定出40个化合物,酚酸、槲皮素糖苷和山奈酚糖苷是其主要活性成分。因此,鱼腥草在抗氧化和预防糖尿病及其并发症方面有很大的开发潜力,具有进一步研究其体内抗氧化及抗糖尿病作用的价值。

关键词 鱼腥草;化学组成;多酚;抗氧化活性;抗糖尿病活性

糖尿病是严重危害人类健康的慢性代谢疾病之一,2021年全球糖尿病患者已经高达5.36亿,且呈逐年上升的趋势,预测到2040年,全球糖尿病患者将高达6.42亿[1]。机体的长期高血糖会诱导血清和血红蛋白的糖基化,造成晚期糖基化终产物(advanced glycation end products, AGEs)的过度积累,促进活性自由基的形成。研究表明,AGEs是引起糖尿病肾病、视网膜病变、神经病变、心血管病等糖尿病并发症的主要因素之一,减少AGEs的生成量能有效降低糖尿病并发症的发病率[2]。而机体中氧自由基的积累会导致蛋白质、DNA等大分子的功能损伤,许多研究证明氧化应激和糖尿病并发症的发生密切相关[3]。α-葡萄糖苷酶抑制剂可通过降低α-葡萄糖苷酶的活性来减缓葡萄糖的吸收,从而降低餐后和空腹血糖水平,是治疗糖尿病的一线药物[4],但是目前常用的α-葡萄糖苷酶抑制剂如阿卡波糖等有腹胀、腹泻、心绞痛等副作用,甚至可导致肝毒[5]。因此,清除自由基、抑制α-葡萄糖苷酶的活性和AGEs的形成可作为天然植物资源中抗糖尿病活性成分筛选的评价指标,对寻找天然、高效和安全的抗糖尿病药物具有很重要的意义。

鱼腥草又名折耳根、岑草、紫蕺、猪鼻拱,属三白草科蕺菜属,是一种具有腥味的草本植物。药典记载,鱼腥草具有清热解毒、排脓促尿的作用,目前已知鱼腥草中的化学成分包括挥发油、生物碱、酚酸、黄酮类化合物等。药理研究表明,鱼腥草提取物可减少炎症因子的释放,减轻肺损伤,增强阴道、口腔、肠道的免疫屏障,降低病原菌感染[6]。SEKITA等[7]发现鱼腥草膏体乙醇提取物对金黄色葡萄球菌有抗菌作用,且对金黄色葡萄球菌脂磷壁酸诱导的人角质形成细胞产生IL-8和CCL20,具有剂量依赖性的抑制作用,无任何细胞毒性。JU等[8]研究发现鱼腥草水提物有很强的抗氧化活性,能缓解氧化应激引起的肌肉损伤等相关性疾病。HAN等[9]研究表明鱼腥草多糖HCA4S1能显著抑制肺癌细胞A549的增殖,具有显著的抗癌活性。但目前关于鱼腥草水提物中化学成分的研究相对较少,其对糖尿病及其并发症的预防和治疗作用也尚不明确。

本研究以鱼腥草为原料,先用沸水对其进行提取获得水提物,再分别采用乙酸乙酯和正丁醇对水提物进行萃取,再采用无水乙醇对水相进行醇沉处理,最后得到乙酸乙酯相、正丁醇相和乙醇相。采用紫外分光光度计法测定水提物及各组分中总酚、总黄酮、总糖和总蛋白含量,通过DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力、α-葡萄糖苷酶抑制能力和AGEs形成抑制能力实验评价其抗糖尿病应用潜力,并采用高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱(high performance liquid chromatography-quadrupole time of flight tandem mass spectrometry, HPLC-QTOF-MS/MS)技术对其主要化学成分进行初步鉴定,旨在评估鱼腥草作为新型抗糖尿病药物的潜力,为其开发利用提供理论基础。

1 实验与材料

1.1 材料与试剂

鱼腥草,江西省宜春市万载;ABTS、DPPH、阿卡波糖、α-葡萄糖苷酶(>50 U/mg蛋白质)、对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷(p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside,pNPG),美国Sigma公司;乙酸乙酯、正丁醇、乙醇、甲醇,西陇科学股份有限公司;没食子酸、槲皮素、NaHCO3、乙腈、甲酸等其他试剂,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。其中乙腈和甲酸为色谱纯,其他所有使用的试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FA1104N电子分析天平,上海丙林电子科技有限公司;SynergyH1酶标分析仪,美国BioTek公司;F-7000荧光分光光度计,日本Hitachi公司;TGL-10C高速台式离心机,上海安亭科学仪器厂;EYELA旋转蒸发仪,日本EYELA公司;UPLC LC30系统,日本Shimadzu公司;Hybrid Quadrupole-TOF二级质谱仪、Shortcut to Peakview数据处理工作站,美国AB Sciex公司。

1.3 实验方法

1.3.1 活性成分的提取

鱼腥草用自来水冲洗干净后,烘干粉碎,按1∶15(g∶mL)的固液比分散在沸水中,室温提取1 h后过滤,留上清液,残渣在相同条件下再提取2次。将上清液合并,4 000 r/min离心10 min,浓缩冻干,得到水提物(crude extract by water,CE)。将CE溶于少量蒸馏水中,依次用乙酸乙酯和正丁醇对其进行萃取,得到乙酸乙酯相和正丁醇相,水相再用5倍体积乙醇于4 ℃下过夜醇沉,上清液即为乙醇相。将乙酸乙酯相(ethyl acetate fraction,EAF)、正丁醇相(n-bwtanol fraction,nBuF)和乙醇相(ethanol fraction,EF)浓缩至干,放在棕色瓶于-20 ℃下保存备用。

1.3.2 总酚含量的测定

参照TIAN等[10]的方法,采用Folin-Ciocalteau法测定样品的总酚含量。以没食子酸为标准品绘制标准曲线,根据标准曲线计算样品中的总酚含量,实验重复3次,结果用没食子酸当量(μg GAE/mg)表示。

1.3.3 总黄酮含量的测定

采用AlCl3·6H2O方法测定样品中总黄酮的含量[10]。以槲皮素为标准品绘制标准曲线,根据标准曲线计算不同样品中总黄酮含量,实验重复3次,结果用槲皮素当量(μg QUE/mg)表示。

1.3.4 总糖的含量测定

采用苯酚-硫酸法测定样品中总糖含量[11],根据标准曲线计算样品中总糖的浓度,结果以每克干物质中葡萄糖当量 (mg Glu/g)表示。

1.3.5 总蛋白含量的测定

采用双缩脲法测定样品中总蛋白的含量[12],将1.0 mL样品与4.0 mL Biurent试剂混合,室温反应30 min,记录其在540 nm处的吸光度。以牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)作为阳性对照,结果以提取物中牛血清白蛋白的当量(mg BSA/g)表示。

1.3.6 ABTS阳离子自由基清除能力和DPPH自由基清除能力

参照ZHANG等[13] 的方法,采用ABTS和DPPH 2种体外抗氧化模型分析鱼腥草不同组分的自由基清除能力。取50 μL适宜浓度的样品溶液于96孔酶标板,加入150 μL的ABTS阳离子自由基溶液充分混匀,室温避光反应6 min后测定体系在734 nm处吸光值;取50 μL适宜浓度的样品溶液于96孔酶标板,加入150 μL的DPPH自由基溶液充分混匀,避光反应30 min后测定体系在517 nm处吸光值,以槲皮素为阳性对照,结果用百分抑制率表示。清除50%的自由基所需要的样品质量浓度用IC50值表示(μg/mL),所有实验重复3次。

1.3.7 体外抗糖尿病活性分析

1.3.7.1 α-葡萄糖苷酶活性抑制能力

参照XIE等[14]的方法测定样品的α-葡萄糖苷酶活性抑制能力。取50 μL适宜浓度的样品溶液于96孔酶标板,加入50 μL 0.1 U/mL的α-葡萄糖苷酶充分混匀,室温反应6 min,再加入50 μL 5.0 mmol/L的pNPG溶液,37 ℃反应10 min后加入100 μL 0.2 mol/L的Na2CO3溶液终止反应,最后在405 nm测吸光值(Ai)。以不加酶和样品的反应体系为空白,不含酶的反应体系为样品空白(Aj),90%甲醇代替样品的体系为控制组(Acontrol),阿卡波糖为阳性对照。按公式(1)计算样品的α-葡萄糖苷酶抑制率,半抑制浓度(IC50值)。

酶抑制率

(1)

1.3.7.2 抑制AGEs形成能力

采用BSA-MGO模型评价样品抑制AGEs形成的能力[15]。采用pH 7.4,0.2 mol/L的PBS配制20 mg/mL的BSA、60 mmol/L的MGO和氨基胍盐酸盐溶液,将BSA、MGO和样品溶液按照10∶10∶1的体积比混合,37 ℃避光反应3 d后用0.2 mol/L pH 7.4 PBS 10倍稀释,测定其在激发波长370 nm,发射波长为440 nm时的荧光强度(FIs),激发和发射的狭缝宽度均为2.5 nm,扫描速度为1 200 nm/min,电压为400 V。不含MGO的反应体系为样品空白(FIsb),不含样品的反应体系为控制组(FIc),不含MGO和样品的反应体系为空白组(FIb),按公式(2)计算AGEs形成抑制能力:

抑制能力

(2)

1.3.8 化学成分的鉴定

采用UPLC LC30系统对鱼腥草茶中的化学成分进行分离,样品经0.22 μm尼龙膜过滤后进样(10 μL)分析。色谱分析条件为:Tnature C18色谱柱(4.0 mm×250 mm,5 μm);柱温24 ℃;流动相A:0.1%(体积分数)甲酸水;流动相B:乙腈;流速0.4 mL/min;检测波长全波长模式。梯度洗脱程序为:0 min,95% A;12 min,90% A;13 min,90% A;35 min,70% A;36~40 min,5% A。每次进样前,先用5%(体积分数)乙腈平衡色谱柱15 min。

采用Hybrid Quadrupole-TOF Tandem Mass Spectrometer采集化合物的质谱数据。质谱条件为:电喷雾离子源;负离子模式,离子范围:m/z 100~1 500;碰撞气He;辅助气体和屏蔽气体N2;气帘气压35.0 psi;辅助气和喷雾气压50.0 psi;裂解电压-80 V;喷雾电压-4.5 kV;离子源温度550.0 ℃;MS碰撞能-10 eV;MS/MS碰撞能(-30±15) eV。采用AB SCIEX Analyst® 1.6软件采集数据,采用Peak view®1.2软件分析质谱数据。

1.4 数据分析

所有实验均重复3次,实验数据均以平均值±标准偏差表示。采用SSPS 22.0软件对数据进行单因素方差分析(one-way analysis of variance,ANOVA),采用Tukey检验比较进行显著性分析(P<0.05),采用Pearson相关系数进行相关性分析,所有图形采用Origin 8.6绘制。

2 结果与分析

2.1 总酚、总黄酮、总糖和总蛋白含量

如表1所示,鱼腥草水提物乙酸乙酯相(EAF)具有最高的总酚和总黄酮含量,其值分别为440.3 mg GAE/g和103.57 mg QUE/g,正丁醇相(nBuF)次之。经过萃取之后,EAF、nBuF和EF中的总酚含量为水提物中的1.1~5.57倍;除乙醇相之外,其总黄酮含量增加了2.00~9.30倍。这主要是因为酚类和黄酮类化合物以中和低极性成分为主,尤其是黄酮类化合物,更易溶于乙酸乙酯等有机溶剂,在萃取过程中,水提物中大量的多糖和蛋白会保留在水相中,最后在乙醇沉淀过程中被除去。以上结果表明鱼腥草中富含多酚类化合物,通过萃取能有效富集鱼腥草中的酚类和黄酮类化合物,且乙酸乙酯对鱼腥草中多酚的富集效果最好。TIAN等[10]测定了鱼腥草茶萃取组分的总酚含量,EAF和nBuF组分的总酚含量分别为408.6和37.8 μg GAE/mg,其含量显著低于本研究。这是因为植物中的总酚和总黄酮含量与遗传差异、生长环境、采收时间以及提取方法等因素密切相关[6]

表1 鱼腥草提取物中总酚、总黄酮、总糖和总蛋白含量
Table 1 Content of total phenolics, total flavonoids, polysaccharides and total proteins in H.cordata extracts

样品名称总酚含量(mg GAE/g)总黄酮含量(mg QUE/g)总糖含量(mg Glu/g)总蛋白含量(mg BSA/g)水提物(CE)67.01±1.39a10.06±0.13b180.40±3.02d0.92±0.02b乙酸乙酯相(EAF)440.30±3.63d103.57±3.63d11.32±1.13a2.45±0.42c正丁醇相(nBuF)389.50±3.33c30.18±3.44c58.27±1.72c1.17±0.01b乙醇相(EF)74.29±2.30b3.23±0.76a48.34±1.28b0.24±0.01a

注:同一列不同字母表示样品间存在显著性差异(P<0.05)(下同)。

如表1所示,CE的总糖含量最高,其值为180.40 mg Glu/g;EAF的总糖含量最低,其值为11.32 mg Glu/g。EAF的总蛋白含量最高,其值为2.45 mg BSA/g,分别是CE和nBuF的2.66和2.09倍。CE和nBuF之间的总蛋白含量不存在显著性差异(P>0.05)。以上结果表明,萃取能显著降低鱼腥草提取物的总糖含量,而对其蛋白含量的影响较小。因此,我们可通过萃取的方式除去鱼腥草中的糖类物质,提高其中多酚类活性成分的含量。

2.2 ABTS阳离子自由基清除能力

鱼腥草水提物及其萃取组分的ABTS阳离子自由基清除能力如图1-a所示,随着样品浓度的升高,其对ABTS阳离子自由基的清除能力不断增强,呈现明显的剂量效应。由表2可知,EAF(50.00 μg/mL)和nBuF(116.13 μg/mL)的IC50值最低,其活性分别为CE的4.19和1.81倍,但显著低于对照品槲皮素(IC50=10.44 μg/mL)的ABTS阳离子自由基清除能力(P<0.05)。上述结果表明EAF对ABTS阳离子自由基的清除能力最强,这可能是因为EAF含有最高的总酚含量。许多研究表明植物中的多酚和黄酮是优质的抗氧化剂,多酚含量与其抗氧化活性存在很高的相关性。例如,ZHANG等[13]发现藜蒿叶中没食子酸、原儿茶醛和奎宁酸等多酚是主要的抗氧化活性物质,XIE等[14]发现花青素、香兰素和鞣花酸等多酚是马尾松叶片中主要的抗氧化成分。

a-ABTS阳离子自由基清除能力;b-DPPH自由基清除能力
图1 鱼腥草提取物的ABTS阳离子自由基清除能力和DPPH自由基清除能力
Fig.1 The ABTS cationic radical and DPPH radical scavenging ability of H.cordata extracts

表2 鱼腥草水提物(CE)、乙酸乙酯相(EAF)、正丁醇相(nBuF)和乙醇相(EF)的抗氧化和抑制α-葡萄糖苷酶活性的IC50
Table 2 The IC50 values of antioxidant activities and α-glucosidase inhibitory of crude extracts from H.cordata (CE), ethyl acetate fraction (EAF), n-butanol fraction (nBuF) and ethanol fraction (EF)

样品名称DPPH(IC50, μg/mL)ABTS(IC50, μg/mL)α-葡萄糖苷酶(IC50, μg/mL)水提物(CE)887.51±46.06e209.67±4.16d455.34±18.20b乙酸乙酯相(EAF)71.67±6.33b50.00±2.65b232.63±10.80a正丁醇相(nBuF)135.27±7.30c116.13±2.80c256.55±8.80a乙醇相(EF)611.79±38.43d242.67±1.61eND阳性对照19.00±1.37Qa10.44±0.65Qa732.36±58.79Ac

注:Q-槲皮素;A-阿卡波糖;ND-未检出。

2.3 DPPH自由基清除能力

鱼腥草水提物及其萃取组分的DPPH自由基清除能力如图1-b所示,鱼腥草样品的抗氧化活性与其浓度存在显著的剂量效应。由表2可知,鱼腥草水提物(CE)及其萃取组分EAF、nBuF和EF清除DPPH自由基的IC50值分别为887.51、71.67、135.27和611.79 μg/mL,EAF具有最高的DPPH自由基清除能力(P<0.05),这与ABTS阳离子自由基清除能力的结果一致。通过萃取能显著提高鱼腥草提取物的DPPH自由基清除能力,乙酸乙酯是富集鱼腥草中抗氧化剂的最佳溶剂。TIAN等[10]发现鱼腥草乙酸乙酯提取物有最强的DPPH自由基清除能力,其IC50值为41.3 μg/mL。ZHANG等[16]也报道掌叶槭乙酸乙酯提取物的DPPH自由基清除能力显著高于其水提物和正丁醇相萃取组分。皮尔森相关性分析表明,DPPH自由基清除能力与总酚含量、总黄酮含量和总糖含量的相关系数分别为0.930、0.826和0.339,表明多酚和黄酮是其主要的DPPH自由基清除剂,许多研究也发现,多酚与DPPH自由基清除能力高度相关[17-18]

2.4 α-葡萄糖苷酶活性抑制作用

如图2-a和表2所示,EF的α-葡萄糖苷酶抑制活性很弱,其余样品对α-葡萄糖苷酶的抑制能力均呈现出显著的剂量效应。EAF和nBuF的α-葡萄糖苷酶抑制活性最强,其IC50值为232.63和256.55 μg/mL,且两者之间不存在显著性差异;CE次之,其IC50值为455.34 μg/mL。EAF、nBuF和CE的α-葡萄糖苷酶抑制活性分别是阿卡波糖的3.15、2.82和1.59倍。以上结果表明鱼腥草可作为AGIs(alpha-glucosidase inhibitors, AGIs)的天然优质来源。HSU等[19]研究鱼腥草叶水提物对糖尿病小鼠心脏和肾脏的抗糖和抗氧化作用,发现鱼腥草水提物能显著降低糖尿病小鼠的血糖、血尿素氮水平和肌酸磷酸激酶水平,抑制小鼠α-葡萄糖苷酶的活性可能是其降糖途径之一。鱼腥草样品的α-葡萄糖苷酶抑制能力与其总酚含量呈中度相关(r=0.621),而与其总黄酮含量的相关性较低(r=0.28),说明鱼腥草中的多酚是其中主要的AGIs。

a-α-葡萄糖苷酶活性抑制能力;b-AGEs抑制能力
图2 鱼腥草提取物的α-葡萄糖苷酶活性抑制能力和抑制AGEs形成能力
Fig.2 The α-glucosidase inhibition and anti-AGEs abilities of H.cordata extracts
注:不同小写字母代表差异显著(P<0.05)。

2.5 抑制AGEs形成能力

非酶糖基化反应晚期阶段会产生大量的AGEs,通过测定鱼腥草对AGEs形成的抑制能力评估其对糖尿病并发症的预防作用。由于鱼腥草CE的糖含量过高,可能会与蛋白发生糖基化作用,干扰实验结果,因此本文只评价了鱼腥草萃取组分对牛血清白蛋白糖基化过程中AGEs形成的抑制作用。结果如图2-b所示,当鱼腥草样品的质量浓度为2.0 mg/mL时,其AGEs形成的抑制率为37.50%~68.08%,显著高于阳性对照品阿卡波糖。在3个测试浓度下,鱼腥草CE萃取组分的AGEs形成抑制能力均强于阿卡波糖,且EAF的AGEs形成抑制能力最强,其次为nBuF,而EF最弱。LIU等[20]也发现褐藻提取物EAF萃取组分的抗糖基化能力最强。皮尔森相关性分析表明,鱼腥草萃取组分对AGEs形成的抑制能力与DPPH自由基清除能力(r=0.851)、ABTS阳离子自由基清除能力(r=0.839)和α-葡萄糖苷酶抑制能力(r=0.951)呈高度相关,与酚类物质含量呈中度相关,表明鱼腥草中的抗氧化剂和AGIs对其抗糖基化活性有很大的贡献。WANG等[5]研究表明多酚和黄酮是良好的糖基化抑制剂,其在捕获MgO和GO的过程中发挥着重要的作用,可与赖氨酸和精氨酸竞争抑制AGEs,减少AGEs的生成。YOON等[21]也发现槲皮素、芦丁、鱼腥草甲醇提取物对糖基化反应中AGEs的形成有显著的抑制作用,其活性为阿卡波糖的1.5~2.12倍。

2.6 活性成分分析

EAF和nBuF的多酚化合物含量最高且活性最强,因而采用HPLC-ESI-QTOF-MS/MS对其主要成分进行分析。EAF和nBuF的基峰色谱图见图3,通过将检测到的峰的保留时间、母离子、碎片离子等信息与文献和数据库中的信息对比,对化合物的结构进行初步鉴定。共从EAF和nBuF中鉴定出40个化合物,包括6个有机酸、12个酚酸、15个黄酮类化合物、4个脂肪酸和3个其他化合物,其中在EAF和nBuF中分别鉴定出17和23个化合物(表3)。

a-乙酸乙酯相;b-正丁醇相
图3 鱼腥草乙酸乙酯相和正丁醇相总离子流图
Fig.3 Total ion current chromatography of ethyl acetate fraction extract and n-butanol fraction from H.cordata

表3 鱼腥草提取物中主要化学成分鉴定质谱信息
Table 3 The mass information for identifying the major chemical constituents from H. cordata extracts

编号保留时间/min检测值m/z预测值m/z分子式二级质谱碎片化合物名称EAFnBuF有机酸23.84134.050 1134.021 0C4H6O5107.038 8苹果酸-+45.03191.075 9192.026 4C6H8O7117.041 5, 101.047 8柠檬酸-+55.42191.059 6191.055 0C7H11O6127.044 6, 109.034 4奎宁酸-+78.21117.022 0118.026 0C4H6O4100.925 9琥珀酸-+2735.95187.100 9187.096 4C9H15O4169.088 7, 143.109 2, 125.097 1壬二酸-+327.19117.021 8118.026 1C4H6O4100.925 9琥珀酸同系物+-酚酸13.56296.886 2296.052 6C13H12O8296.899 3, 128.963 7香豆酸-+34.81151.064 4152.046 8C8H8O3133.016 2, 108.021 5, 80.024 3香兰素-+814.90353.091 3353.086 7C16H17O9191.064 9, 179.042 8, 135.049 93-O-咖啡酰奎宁酸-+1118.76353.091 7354.094 5C16H18O9191.066 2, 173.054 1, 135.050 6反式3-咖啡酰奎宁酸-+1219.95353.092 3354.094 5C16H18O9191.065 4, 179.043 3, 173.053 7, 135.050 1反式3-咖啡酰奎宁酸同系物-+1522.37177.022 5178.026 0C9H6O4149.024 6, 133.036 2, 105.036 6二羟基香豆素-+1623.03179.037 9180.041 7C9H8O4135.049 7, 134.041 8咖啡酸-+1724.10337.097 1338.099 6C16H18O8173.052 6, 191.064 4, 163.045 5香豆酰奎尼酸-+3311.05153.020 9154.026 0C7H6O4135.051 3, 119.054 4原儿茶酸+-3414.51137.026 5138.031 1C7H6O3109.032 5, 108.024 5原儿茶醛+-3515.27177.020 2178.026 0C9H6O4149.031 7, 133.033 6, 121.031 1,105.038 4二羟基香豆素同系物+-3615.58179.036 4180.041 7C9H8O4135.050 8, 134.043 0咖啡酸同系物+-

续表3

编号保留时间/min检测值m/z预测值m/z分子式二级质谱碎片化合物名称EAFnBuF黄酮917.89595.174 2594.157 9C27H30O15463.117 4, 323.034 2, 301.051 7, 300.445, 271.041 1牡荆素2-葡萄糖苷同系物-+1018.38609.153 4610.152 8C27H30O16463.116 8, 462.109 0, 301.052 9, 299.035 9, 271.039 6芦丁-+1926.27609.153 9610.152 8C27H30O16301.052 9, 300.044 7, 271.038 7芦丁同系物-+2128.25463.093 9464.094 9C21H20O12301.054 5, 300.045 9, 271.040 7, 255.044 4, 151.010 1槲皮素-3-O-己糖苷同系物-+2430.77447.098 5448.100 0C21H20O11284.048 0, 285.054 8, 255.043 0, 227.045 5山柰酚-3-O-己糖苷-+2532.52447.098 5447.092 2C21H19O11301.054 3, 300.046 0, 271.046 0, 255.044 4, 151.010 1槲皮素-3-O-邻鼠李糖苷-+2936.70431.102 0432.105 1C21H20O10285.056 4, 284.048 3, 255.042 9, 227.045 9, 163.013 5山柰酚-3-O-邻鼠李糖苷-+3818.46463.088 9464.094 9C21H20O12301.054 6, 300.046 5, 271.041 0, 255.044 8, 151.010 4槲皮素-3-O-己糖苷同系物+-3920.05447.095 2464.094 9C21H20O12285.055 8, 284.048 4, 255.042 8, 227.045 5, 151.009 0山柰酚-3-O-己糖苷同系物+-4020.48433.078 9434.084 4C20H18O11301.052 8, 300.044 5, 271.039 4, 255.042 4, 179.006 6, 151.008 8槲皮素-3-O-戊糖苷+-4120.81447.095 2447.092 2C21H19O11301.055 7, 300.047 7, 271.042 3,255.045 7, 179.008 2, 151.011 1槲皮素-3-O-邻鼠李糖苷同系物+-4221.50447.095 3447.092 2C21H19O11301.053 4, 300.045 4, 271.040 2, 255.043 9, 179.006 6, 151.009 8槲皮素-3-O-邻鼠李糖苷同系物+-4841.24285.041 7286.068 3C12H14O8223.039 2, 185.070 6, 130.971 9, 108.024 3山柰酚+-脂肪酸4637.04327.218 4328.224 4C18H32O5229.155 6, 221.129 6, 183.147 5, 171.110 1, 167.150 9, 137.101 1, 127.117 2三羟基十八碳二烯酸+-4739.68329.234 7330.240 0C18H34O5299.037 7, 229.155 0, 211.144 1, 193.132 2, 183.147 3, 171.109 9, 139.117 8, 127.117 29,12,13-三羟基十八烯酸同系物+-4942.83309.208 4310.213 8C18H30O4211.165 6, 183.111 1, 171.110 2, 155.114 9, 139.117 3, 107.089 6羟基十八碳三烯酸+-5043.52329.234 0330.240 0C18H34O5311.237 5, 293.228 3, 211.144 2, 199.142 7, 181.130 8, 171.110 2, 155.114 2, 129.096 09,12,13-三羟基十八烯酸同系物+-其他化合物66.01282.088 9218.103 6C10H12N5O173.070 5, 130.973 6, 137.030 2鸟苷-+1320.45431.197 6432.199 0C20H32O10205.133 0,153.097 6,138.072 7未知-+1421.97281.142 9290.038 0C9H10N2O9171.126 1, 121.068 8, 113.087 2天冬酰胺戊糖苷-+1825.41610.425 4610.303 7C37H42N2O6564.452 9, 225.173 0莲心碱-+2027.70723.512 8724.512 0C41H72O10677.549 2未知-+2228.94413.149 5414.149 3C15H22N6O8790.642 3未知-+2329.37583.071 5584.116 0C28H24O14447.122 0, 301.052 7, 300.043 8, 271.040 7未知-+2634.33405.180 8404.131 3C17H24O11-未知-+2836.40493.234 3494.235 7C22H38O12447.253 0, 315.199 2, 161.051 9, 131.040 0未知-+3037.96493.234 7494.235 7C22H38O12447.250 3, 315.198 0, 161.051 7, 131.040 8未知-+

续表3

编号保留时间/min检测值m/z预测值m/z分子式二级质谱碎片化合物名称EAFnBuF3139.98421.212 7421.206 8C19H33O10277.181 9, 161.052 9, 159.036 6, 125.029 4未知-+3717.93723.505 8724.512 0C41H72O10677.498 1, 579.317 7, 509.807 7, 451.330 6, 338.244 4, 320.234 4, 275.333 6未知+-4431.45135.046 3135.044 0C8H7O2-未知+-

2.6.1 有机酸

有机酸裂解会脱去—CO2、—H2O、H2O-CO2和—H2OCO等基团,通过分析特征碎片离子,化合物2、4和27分别被鉴定为苹果酸、酒石酸和柠檬酸。化合物5、7和32含有特征离子碎片127.044 6、109.925 9和109.925 9,表示这些化合物脱去了羟基和羧基,因而其被鉴定为奎宁酸、琥珀酸及其同系物[22]

2.6.2 酚酸化合物

通过与标准品进行对比,化合物1、3和33分别被鉴定为香豆酸、香兰素和原儿茶酸。化合物8、11和12具有相同的特征碎片191和135,表明其存在咖啡酰基和奎宁酸酰基,被初步鉴定为3-O-咖啡酰奎宁酸、Trans 3-咖啡酰奎宁酸及其同系物[23]。化合物15被鉴定为二羟基香豆素,其特征碎片离149.024 6、133.036 2和105.036 6分别表示其脱去1个CO、CO2和CO—CO2[18]。化合物16和36具有特征离子碎片135,表明其母离子在裂解过程中脱去1个CO2,被鉴定为咖啡酸同系物。化合物17被鉴定为香豆酰奎宁酸,碎片离子135表明其存在奎宁酸酰基。化合物34在裂解过程中产生了碎片离子108.025 9,通过与文献对比,其被鉴定为原儿茶醛[24]。化合物35和15具有相同的分子式和特征离子碎片,被初步推测为二羟基香豆素同系物。

2.6.3 黄酮类化合物

芹菜素、槲皮素、山奈酚苷元的特征离子碎片为269、301和285,其衍生物分子质量减少132、162和146分别表示脱去一个戊糖基、己糖基和鼠李糖基[25]。根据特征离子碎片,化合物45和48被鉴定为槲皮素和山奈酚。通过与标准品对比,化合物10被鉴定为芦丁,化合物19与其有相同的离子碎片和分子式,被鉴定为芦丁同系物。化合物9、21、25、38、40、41和42都含有特征碎片离子301,其分子质量相比于槲皮素增加了294、162、146、162、132、146和146 Da,表明其存在戊糖基己糖基、己糖基、鼠李糖基、己糖基、戊糖基、鼠李糖基和鼠李糖基。因此,化合物9、化合物21和38、化合物25、41和42、化合物40分别被鉴定为黄素蛋白异构体、槲皮素-3-O-己糖苷同系物、槲皮素-3-O-鼠李糖苷同系物和槲皮素-3-O-戊糖苷。化合物24和39均被鉴定为山奈酚-3-O-己糖苷同系物,其母离子碎片285.055 8表示其脱去一个己糖基。化合物29和43被鉴定为山奈酚-3-O-鼠李糖苷同系物,特征离子碎片285.056 3说明其存在鼠李糖基[26]

2.6.4 脂肪酸

化合物46被鉴定为三羟基十八碳二烯酸,特征碎片离子229.155 6代表其脱去3个H2O和1个CO2[25]。化合物47和50的分子质量比化合物46高2 Da,表明其多了2个氢原子,因而被鉴定为9,12,13-三羟基十八烯酸同系物[25]。化合物49为十八碳三烯酸的氢过氧化物,特征碎片离子171.110 2表明其在裂解过程中失去了—C9H14O,被鉴定为羟基十八碳三烯酸。

2.6.5 其他化合物

通过与标准品对比,化合物18被初步鉴定为莲心碱。化合物6被鉴定为鸟苷,碎片离子137.030 2表示其在裂解过程中脱去了-ribose-N[27]。化合物14具有特征碎片离子113.087 2,表明其存在天冬氨酸酰基,被鉴定为天冬氨酸戊糖苷[13]

3 结论

本论文对鱼腥草水提物及其萃取组分的总酚含量、总黄酮含量、总糖含量、总蛋白含量、抗氧化活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性和AGEs形成抑制能力进行了测定,并对EAF和nBuF中的活性成分进行了质谱分析。研究发现,EAF的总酚含量[(440.3±3.63) mg GAE/g]、总黄酮含量[(103.57±3.63) mg QUE/g]和总蛋白含量[(2.45±0.42) mg BSA/g]最高,分别是CE的6.57、10.30和2.66倍;但其总糖含量最低[(11.32±1.13) mg QUE/g]。同时,EAF具有最强的抗氧化活性,其DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力的IC50值分别为(71.67±6.33)和(50.00±2.65) μg/mL,清除能力显著高于CE。EAF、nBuF和CE对α-葡萄糖苷酶的抑制能力是阿卡波糖的1.59~3.15倍,其中EAF的IC50值最低,为(232.63±3.63) μg/mL。EAF和nBuF对AGEs形成的抑制能力显著高于AG,表现出显著的抗糖基化作用。从EAF和nBuF中共鉴定出40个化合物,包括6个有机酸、12个酚酸、15个黄酮类化合物、4个脂肪酸和3个其他化合物,酚酸和黄酮是其中的主要活性成分。本研究可为鱼腥草作为多靶点糖尿病药物的开发提供借鉴,促进鱼腥草资源的高值化利用。

参考文献

[1] KAMALRAJ R, NEELAKANDAN S, RANJITH KUMAR M, et al.Interpretable filter based convolutional neural network (IF-CNN) for glucose prediction and classification using PD-SS algorithm[J].Measurement, 2021, 183(9):109804.

[2] KHAN M, LIU H L, WANG J, et al.Inhibitory effect of phenolic compounds and plant extracts on the formation of advance glycation end products:A comprehensive review[J].Food Research International, 2020, 130:108933.

[3] SINGH R, DEVI S, GOLLEN R.Role of free radical in atherosclerosis, diabetes and dyslipidaemia:Larger-than-life[J].Diabetes/Metabolism Research and Reviews, 2015, 31(2):113-126.

[4] ALSSEMA M, RUIJGROK C, BLAAK E E, et al.Effects of alpha-glucosidase-inhibiting drugs on acute postprandial glucose and insulin responses:A systematic review and meta-analysis[J].Nutrition &Diabetes, 2021, 11(1):1-9.

[5] WANG Z C, WANG J, HU J X, et al.A comparative study of acarbose, vildagliptin and saxagliptin intended for better efficacy and safety on type 2 diabetes mellitus treatment[J].Life Sciences, 2021, 274:119069.

[6] WU Z, DENG X Y, HU Q C, et al.Houttuynia cordata Thunb:An ethnopharmacological review[J].Frontiers in Pharmacology, 2021, 12:714694.

[7] SEKITA Y, MURAKAMI K, YUMOTO H, et al.Anti-bacterial and anti-inflammatory effects of ethanol extract from Houttuynia cordata poultice[J].Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2016, 80(6):1 205-1 213.

[8] JU L L, ZHANG J X, WANG F J, et al.Chemical profiling of Houttuynia cordata Thunb.by UPLC-Q-TOF-MS and analysis of its antioxidant activity in C2C12 cells[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2021, 204:114271.

[9] HAN K, JIN C, CHEN H J, et al.Structural characterization and anti-A549 lung cancer cells bioactivity of a polysaccharide from Houttuynia cordata[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 120:288-296.

[10] TIAN L M, SHI X L, YU L H, et al.Chemical composition and hepatoprotective effects of polyphenol-rich extract from Houttuynia cordata tea[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(18):4 641-4 648.

[11] ZHANG W H, WU J, WENG L Y, et al.An improved phenol-sulfuric acid method for the determination of carbohydrates in the presence of persulfate[J].Carbohydrate Polymers, 2020, 227:115332.

[12] 程娟, 刘雯恩, 黄敏菊, 等.双缩脲法测定胶原贴敷料中Ⅰ型胶原蛋白含量[J].中国医疗器械信息, 2019, 25(11):18-20.

CHENG J, LIU W E, HUANG M J, et al.Determination of collagen type Ⅰ in collagen dressing by biuret method[J].China Medical Device Information, 2019, 25(11):18-20.

[13] ZHANG L, TU Z C, WANG H, et al.Metabolic profiling of antioxidants constituents in Artemisia selengensis leaves[J].Food Chemistry, 2015, 186:123-132.

[14] XIE X, TU Z C, ZHANG L, et al.Antioxidant activity, α-glucosidase inhibition, and phytochemical fingerprints of Anoectochilus roxburghii formula tea residues with HPLC-QTOF-MS/MS[J].Journal of Food Biochemistry, 2017, 41(6):e12402.

[15] ZHANG L, ZHU M F, TU Z C, et al.α-Glucosidase inhibition, anti-glycation and antioxidant activities of Liquidambar formosana Hance leaf, and identification of phytochemical profile[J].South African Journal of Botany, 2017, 113:239-247.

[16] ZHANG L, TU Z C, XIE X, et al.Antihyperglycemic, antioxidant activities of two Acer palmatum cultivars, and identification of phenolics profile by UPLC-QTOF-MS/MS:New natural sources of functional constituents[J].Industrial Crops and Products, 2016, 89:522-532.

[17] SUN Y, DENG Z Y, LIU R H, et al.A comprehensive profiling of free, conjugated and bound phenolics and lipophilic antioxidants in red and green lentil processing by-products[J].Food Chemistry, 2020, 325:126925.

[18] AMMAR S, DEL MAR CONTRERAS M, BELGUITH-HADRICH O, et al., et al.Assessment of the distribution of phenolic compounds and contribution to the antioxidant activity in Tunisian fig leaves, fruits, skins and pulps using mass spectrometry-based analysis[J].Food &Function, 2015, 6(12):3 663-3 677.

[19] HSU C C, YANG H T, HO J J, et al.Houttuynia cordata aqueous extract attenuated glycative and oxidative stress in heart and kidney of diabetic mice[J].European Journal of Nutrition, 2016, 55(2):845-854.

[20] LIU H Y, GU L W.Phlorotannins from brown algae (Fucus vesiculosus) inhibited the formation of advanced glycation endproducts by scavenging reactive carbonyls[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(5):1 326-1 334.

[21] YOON S R, SHIM S M.Inhibitory effect of polyphenols in Houttuynia cordata on advanced glycation end-products (AGEs) by trapping methylglyoxal[J].LWT - Food Science and Technology, 2015, 61(1):158-163.

[22] WANG F Y, ZHANG Q Q, LU Z W, et al.Identification of chemical constituents in traditional Chinese medicine formula using HPLC coupled with linear ion trap-Orbitrap MS from high doses of medicinal materials to equivalent doses of formula:Study on Xiang-Sha-Liu-Jun-Zi-Jia-Jian Granules[J].Journal of Separation Science, 2016, 39(9):1 619-1 627.

[23] ZHENG G D, ZHOU P, YANG H, et al.Rapid resolution liquid chromatography-electrospray ionisation tandem mass spectrometry method for identification of chemical constituents in Citri Reticulatae Pericarpium[J].Food Chemistry, 2013, 136(2):604-611.

[24] 刘生生, 韩飞, 许卉, 等.丹酚酸B热解产物化学成分的分离与鉴定[J].中草药, 2011, 42(2):247-250.

LIU S S, HAN F, XU H, et al.Isolation and identification of chemical constituents from thermal decomposition extract of salvianolic acid B[J].Acupuncture Research, 2011, 42(2):247-250.

[25] LI Z, TU Z C, WANG H, et al.Ultrasound-assisted extraction optimization of α-glucosidase inhibitors from Ceratophyllum demersum L. and identification of phytochemical profiling by HPLC-QTOF-MS/MS[J].Molecules, 2020, 25(19):4507.

[26] 张露, 王红红, 杨斯涵, 等.基于UPLC-QTOF-MS/MS技术分析荷叶乙酸乙酯相中主要化学成分[J].食品科学, 2019, 40(22):229-235.

ZHANG L, WANG H H, YANG S H, et al.Characterization of chemical constituents in ethyl acetate fraction of lotus leaves by ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry[J].Food Science, 2019, 40(22):229-235.

[27] LIU M H, TONG X, WANG J X, et al.Rapid separation and identification of multiple constituents in traditional Chinese medicine formula Shenqi Fuzheng Injection by ultra-fast liquid chromatography combined with quadrupole-time-of-flight mass spectrometry[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2013, 74:141-155.

Antioxidant activity, anti-diabetic activity, and chemical composition of Houttuynia cordata water extract and its fraction

MEI Qianggen1, ZHANG Lu1, MA Tianxin1, XIE Xing1, CHEN Yiyi1, TU Zongcai1,2*

1(National R&D Center for Freshwater Fish Processing, Engineering Research Center for Freshwater Fish High-value Utilization of Jiangxi Province, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China) 2(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

ABSTRACT Houttuynia cordata is a food and medicinal plant with high nutritive value. To explore the antioxidant and anti-diabetic activity, and major phytochemical composition of H. cordata water extract, the total content of phenolics, flavonoids, sugar, and protein of H. cordata extracts and its fraction, along with its antioxidant activity, α-glucosidase inhibitory, and anti-glycation ability were evaluated, and the chemical compositions of high bioactivity were identified by mass spectrometry technology. Results indicated that the ethyl acetate fraction of H. cordata water extract (EAF) had the highest total phenolics (440.3 mg GAE/g), total flavonoids (103.57 mg QUE/g), and total proteins (2.45 mg BSA/g) content, but it displayed the lowest total sugar content (11.32 mg Glu/g). Simultaneously, the EAF also showed the strongest α-glucosidase inhibitory, ABTS cationic radical scavenging ability, and DPPH radical scavenging ability with IC50 values of 232.63 μg/mL, 50.00 μg/mL, and 71.67 μg/mL, respectively. The α-glucosidase inhibition activity of EAF was 3.15 times higher than acarbose, followed by the n-butanol fraction of H. cordata water extract (nBuF). When the mass concentration of EAF was 4.0 mg/mL, the percentage inhibition of EAF on AGEs information was over 70%, the nBuF came second. Pearson correlation analysis implied that phenolics were the major compounds with excellent antioxidant and anti-diabetic activities. A total of 40 compounds were identified from EAF and nBuF by HPLC-QTOF-MS/MS. Phenolic acid, quercetin glycoside, and kaempferol glycoside were the main active components. Therefore, H. cordata has great application potential in the antioxidation and prevention of diabetes and its complications and has the value of a further study on antioxidant and anti-diabetes effects in vivo.

Key words Houttuynia cordata; chemical composition; phenolics; antioxidant activity; anti-diabetic activity

第一作者:硕士研究生(涂宗财教授为通信作者,E-mail:Tuzc_mail@aliyun.com)

基金项目:国家自然科学基金地区项目(31860475);国家现代农业产业技术体系建设专项基金项目(CARS-45);江西省重点研发计划项目(20192ACB60005)

收稿日期:2021-12-24,改回日期:2022-02-21

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.030543

引用格式:梅强根,张露,马天新,等.鱼腥草水提物萃取组分抗氧化、抗糖尿病活性和化学组成分析[J].食品与发酵工业,2023,49(11):70-78.MEI Qianggen, ZHANG Lu, MA Tianxin, et al.Antioxidant activity, anti-diabetic activity, and chemical composition of Houttuynia cordata water extract and its fraction[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(11):70-78.