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文章簡(jiǎn)介
木酚素是一類重要的植物次生代謝產(chǎn)物，因其潛在的健康益處而受到廣泛關(guān)注，涉及預(yù)防卵巢癌、心血管疾病、氧化應(yīng)激和炎癥等。植物中木酚素的含量通常低于2 mg/100 g，然而亞麻籽 （Linum usitatissimum L.）中的木脂素高達(dá)9~30 mg/g。開環(huán)異落葉松樹脂酚二葡萄糖苷（SDG）是亞麻籽中主要的木酚素，通常以聚合物形式存在，稱為亞麻籽木酚素大分子（FLM）。研究表明，F(xiàn)LM的抗氧化活性在很大程度上受其結(jié)構(gòu)和組成的影。由于缺乏準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)解析，包括多組分的比例、位置和聚合程度，關(guān)于其組成、結(jié)構(gòu)和抗氧化活性之間的相關(guān)性的信息仍然有限。在本研究中，利用高效液相色譜-電噴霧電離-四極桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜（HPLC-ESI-QTOF-MS/MS）和超高效液相色譜（UPLC）技術(shù)對(duì)FLM進(jìn)行了定性和定量分析，進(jìn)一步通過化學(xué)測(cè)定（DPPH、ABTS、鐵還原抗氧化能力（FRAP））和人肝癌細(xì)胞抗氧化活性測(cè)定（HepG2-CAA）進(jìn)一步綜合評(píng)價(jià)FLM的抗氧化活性。結(jié)合凝膠層析分離制備不同聚合度的FLM組分，深入分析了FLM抗氧化活性與組成結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
將FLM完全皂化水解后的產(chǎn)物通過UPLC-ESI-MS/MS進(jìn)行多酚廣靶分析，共鑒定出構(gòu)成FLM的酚類化合物64種，其中木酚素13種，酚酸31種，黃酮8種，黃酮醇12種，香豆素5種。進(jìn)一步通過半制備RP-HPLC分離制備后使用UPLC-ESI-MS/MS定性鑒定出13種酚類化合物（表1）和3種低聚體（表2），結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)譜信息和文獻(xiàn)對(duì)比確定FLM組成。FLM中主要木酚素為SDG，此外還鑒定出酚酸葡萄糖苷（CouAG、FerAG和咖啡酸等）和其他酚類化合物。通過未完全皂化水解釋放的低聚物組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在二聚體、三聚體中，CouAG通常和SDG同時(shí)存在，而FerAG通常和HDG同時(shí)出現(xiàn)，因此可推測(cè)歸納酚酸連接規(guī)律，即SDG與CouAG相連、HDG和FerAG相連。
表1 完全皂化后，UPLC-QTOF-MS/MS表征游離FLM的多酚類成分
表2 不完全皂化后，UPLC-QTOF-MS/MS對(duì)游離FLM多酚類成分的負(fù)離子/正離子模式表征
通過GPC色譜對(duì)FLM混合物進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果表明F1~F8的保留時(shí)間發(fā)生有規(guī)律的延遲現(xiàn)象（圖1B），進(jìn)一步證明了FLM是由不同分子量的鏈組成的混合物。通過計(jì)算獲得F1~F8的摩爾比例（圖1C），隨著保留時(shí)間的增加，SDG的相對(duì)摩爾比例從32%增加到56%（P＜0.05），CouAG的相對(duì)摩爾比例從32%降低到12%（P＜0.05）。而其他酚類化合物的相對(duì)摩爾比在F1~8之間無顯著變化進(jìn)一步計(jì)算了CouA與CouAG、ferAG與FerA、PDG與PDM、（+,-）SDG與（-,-）SDG等組分的摩爾比，其中咖啡酸葡萄糖苷（CarfG）和（-,-）SDG的摩爾濃度計(jì)算以Carf或（+,-）SDG相對(duì)摩爾濃度計(jì)算。根據(jù)上述結(jié)果很容易證明SDG和CouAG是FLM的主要成分，且SDG是FLM的骨架的主要組分。此外結(jié)合圖1D結(jié)果發(fā)現(xiàn)CouAG + CouA的摩爾比例與SDG比例隨著FLM分子量增加而降低，表明FLM鏈長越長CouAG占比越低，這說明CouAG最可能可能位于FLM的尾端并控制FLM合成過程中的鏈延長。
圖1 （A）半制備反相高效液相色譜法制備FLM的F1~F8；（B）UPLC對(duì)F1-F8的再檢測(cè)；（C）F1~F8中酚類化合物的摩爾比；（D）不同組分主要酚類化合物摩爾比的比較；（E）根據(jù)不同組分中酚類化合物的摩爾比從亞麻籽殼中提取的木脂素大分子示意圖
通過化學(xué)法DPPH、ABTS?+自由基清除活性、FRAP等多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)FLM抗氧化活性進(jìn)行了深入分析。圖2A-B為FLM清除DPPH、ABTS?+自由基的活性能力，在相同濃度范圍內(nèi)，F(xiàn)LM、SDG和SECO清除DPPH自由基能力的EC50值分別為284.77、40.71和20.21 μg/mL，對(duì)ABTS?+自由基活性清除能力EC50值分別為510.67、103.44和37.05 μg/mL。當(dāng)三者濃度為50 μg/mL時(shí)，F(xiàn)LM、SDG和SECO的FRAP值分別為18.1、100.6和158.4 μg TE/mL。以上結(jié)果表明，以上三種形態(tài)木酚素的抗氧化能力大小為：FLM < SDG < SECO。細(xì)胞抗氧化實(shí)驗(yàn)表明，添加FLM和DCFH的HepG2細(xì)胞未經(jīng)PBS沖洗時(shí)，F(xiàn)LM的EC50值為（644.22 ± 3.88）μg/mL。由此可知，F(xiàn)LM在HepG2中可通過破壞過氧自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)降低DCFH誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化應(yīng)。但經(jīng)PBS沖洗后，F(xiàn)LM的EC50顯著降低（P＜0.05），表明去除HepG2細(xì)胞膜和細(xì)胞外的FLM后，F(xiàn)LM對(duì)過氧誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的抑制作用顯著降低。該結(jié)果證明FLM主要位于HepG2細(xì)胞膜表面和膜外破壞過氧自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而達(dá)到抑制細(xì)胞氧化的效果。
最后，對(duì)分離的各餾分抗氧化能力與其組成成分相關(guān)性分，分析結(jié)果表明SDG、HDG和PDG（PMG）的濃度和各餾分的抗氧化特性（DPPH和ABTS自由基清楚能力）呈正相關(guān)，其他酚酸類化合物對(duì)FLM各餾分的抗氧化特性無顯著相關(guān)性。也意味著FLM組成、分子量和鏈長都是影響其抗氧化活性的主要因素。FLM的抗氧化活性與組成結(jié)構(gòu)相關(guān)性存在如下相關(guān)性：1）隨著鏈長增加，F(xiàn)LM的抗氧化活性增加；2）HDG和/或PDG是測(cè)定FLM抗氧化活性的關(guān)鍵多酚；3）由于苯酚羥基暴露有限，SDG對(duì)FLM抗氧化活性的提高影響有限；4）FerAG可能會(huì)基于葡萄糖苷的空間位阻作用而限制FLM對(duì)自由基的清除作用，導(dǎo)致FLM的抗氧化活性降低。
第一作者
程晨，武漢輕工大學(xué)講師，研究領(lǐng)域：食品營養(yǎng)與安全，活性成分穩(wěn)態(tài)化遞送研究。主持國家自然科學(xué)基金1 項(xiàng)，以第一作者在Food Chemistry、JAFC、FSHW、FOOD & FUNCTION等食品科技領(lǐng)域國際頂尖雜志發(fā)表SCI論文6 篇，中文核心3 篇，科研成果申請(qǐng)國內(nèi)外專利1 項(xiàng)。針對(duì)我國 n-3 PUFA生物利用率低、穩(wěn)定性差等產(chǎn)業(yè)問題，構(gòu)建了高效亞麻籽油乳液遞送體系，通過引入亞麻木酚素提升了必需脂肪酸ALA體內(nèi)外穩(wěn)定性及消化吸收特性，實(shí)現(xiàn)了亞麻籽的高值化利，豐富了乳液界面PUFAs氧化和多酚類物質(zhì)體內(nèi)膠束化吸收理論，并為基于“全攝入鏈?zhǔn)秸{(diào)控”實(shí)現(xiàn)植物來源ALA高效攝入及轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù)。
通信作者
鄧乾春，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，全國人大代表，民革中央委員，民革湖北省委會(huì)副主委，國家特色油料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院“農(nóng)科英才領(lǐng)軍人才”，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所副所長、油料品質(zhì)化學(xué)與加工利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)常務(wù)執(zhí)行首席，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，國家健康油脂產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長。入選中組部“國家萬人計(jì)劃科技領(lǐng)軍人才”、科技部“創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“神農(nóng)青年英才”?，F(xiàn)任湖北省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)副理事長、中國人體健康科技促進(jìn)會(huì)臨床營養(yǎng)專委會(huì)副主任委員，《Food Science and Human Wellness》、《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》編委，《中國油料作物學(xué)報(bào)》副主編，《食品科學(xué)》、《輕工學(xué)報(bào)》編委。主要從事特色油料加工與營養(yǎng)學(xué)研究，先后主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、新疆自治區(qū)重大科技專項(xiàng)課題、武漢市應(yīng)用基礎(chǔ)前沿項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研合作課題等20余項(xiàng)，重點(diǎn)以亞麻籽、核桃、油茶、芝麻、紫蘇、火麻仁、沙棘等特色油料為研究對(duì)象，開展全組分提質(zhì)加工和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，創(chuàng)制了適于不同人群的國產(chǎn)保健食品、植物乳、營養(yǎng)健康油脂等新產(chǎn)品20余個(gè)，獲授權(quán)國家發(fā)明專利30余件，以第一作者、通信作者在《Prog. Lipid Res.》、《Compr. Rev. Food Sci. Food Saf.》、《Food Hydrocoll》、《Food Chem.》、《食品科學(xué)》等國內(nèi)外期刊發(fā)表收錄論文100余篇，以第二完成人獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)3 項(xiàng)。
許淑芳，醫(yī)學(xué)博士，主任醫(yī)師，營養(yǎng)學(xué)博士后，中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)首批注冊(cè)營養(yǎng)師。原武漢市中心醫(yī)院臨床營養(yǎng)科主任，現(xiàn)深圳前海泰康醫(yī)院臨床營養(yǎng)科主任。中國抗癌協(xié)會(huì)腫瘤營養(yǎng)分會(huì)常務(wù)委員兼副秘書長、中國食品科技學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)食品分會(huì)秘書長、中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)臨床營養(yǎng)專業(yè)委員會(huì)委員、中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)腫瘤營養(yǎng)分會(huì)常務(wù)委員、中華醫(yī)學(xué)會(huì)腸外腸內(nèi)營養(yǎng)學(xué)分會(huì)腎病學(xué)組委員、中國老年學(xué)和老年醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)營養(yǎng)食品分會(huì)常務(wù)委員等。國內(nèi)外公開發(fā)表論文20余篇，SCI論文10余篇，主持及參與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3 項(xiàng)，橫向課題10余項(xiàng)。作為副主編、編委等參編《臨床營養(yǎng)學(xué)》、《營養(yǎng)免疫學(xué)》、《營養(yǎng)與臨床》、《腫瘤微生態(tài)學(xué)》等6部教材、專著。參與2022年《腫瘤患者特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品使用指南》、2023年《營養(yǎng)療法CACA指南》、2023《血脂異常醫(yī)學(xué)營養(yǎng)管理專家共識(shí)》、2024《老年肌肉減少癥患者篩查診斷與營養(yǎng)干預(yù)指南》等編寫。榮獲“全國腫瘤營養(yǎng)青年精英獎(jiǎng)”、“全國腫瘤營養(yǎng)先進(jìn)個(gè)人”、“全國臨床營養(yǎng)優(yōu)秀青年”、“湖北省營養(yǎng)學(xué)會(huì)優(yōu)秀個(gè)人” 等多項(xiàng)榮譽(yù)。
Structural identification and antioxidative activity evaluation of flaxseed lignan macromolecules: structure-activity correlation
Chen Chenga,1, Lei Wanga,1, Xiao Yua,b, Fenghong Huanga, Jing Yanga, Fang Gengc, Xiaoyang Xiaa, Xia Xianga, Shufang Xud,*, Qianchun Denga,*
a Oil Crops Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences, Oil Crops and Lipids Process Technology National & Local Joint Engineering Laboratory, Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, and Key Laboratory of Oilseeds Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062, China
b College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China
c Key Laboratory of Coarse Cereal Processing (Ministry of Agriculture and Rural Affairs), School of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China
d Clinical Nutrition Department, the Central Hospital of Wuhan, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430014, China
1 Both authors contributed equally.
*Corresponding author.
Abstract
Flaxseed lignan macromolecules (FLM) are a class of important secondary metabolites in flaxseed, which have been widely concerned due to their biological and pharmacological properties, especially for their antioxidative activity. For the composition and structure of FLM, our results confirmed that ferulic acid glycoside (FerAG) was directly ester-linked with herbacetin diglucoside (HDG) or pinoresinol diglucoside (PDG), which might determine the beginning of FLM biosynthesis. Additionally, p-coumaric acid glycoside (CouAG) might determine the end of chain extension during FLM synthesis in flaxseed. FLM exhibited higher antioxidative activity in polar systems, as shown by its superior 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging capacity compared to the 2,2’-azinobis(3-ehtylbenzothiazolin-6-sulfnic acid) (ABTS) cation free radical scavenging capacity in non-polar systems. Moreover, the antioxidative activity of FLM was found to be highly dependent on its composition and structure. In particular, it was positively correlated with the number of phenolic hydroxyl groups (longer FLM chains) and inversely related to the steric hindrance at the ends (lower levels of FerAG and CouAG). These findings verified the potential application of FLM in non-polar systems, particularly in functional food emulsions.
Reference:
LU Y S, QIN R B, WANG J, et al. The impact of the novel starch-lipid complexes on the glucolipids metabolism, inflammation, and gut dysbiosis of type 2 diabetes mellitus rats[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3210-3223. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250008.
本文編譯內(nèi)容由作者提供
編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇
封面圖片：圖蟲創(chuàng)意
為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用各界的交流合作，由北京食品科學(xué)研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局技術(shù)創(chuàng)新中心（動(dòng)物替代蛋白）及中國食品雜志社《食品科學(xué)》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院、四川旅游學(xué)院烹飪與食品科學(xué)工程學(xué)院、四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院、成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院、成都醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院、四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所、四川大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工研究院、西昌學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院、宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院、大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北京聯(lián)合大學(xué)保健食品功能檢測(cè)中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創(chuàng)新國際研討會(huì)”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。
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