基于UPLC-Q TOF-MS和HPLC-QQQ-MS技術(shù)的赤豆酚類化合物定性、定量分析及其抗氧化能力分析

李文婷，頓 倩，李紅艷，鄧澤元，張 兵*

（南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047）

赤豆（Vigna angularis）又名紅小豆、紅豆，是一種重要的豆科類作物。赤豆含有黃酮、皂苷、植物甾醇、赤豆紅色素等生物活性物質(zhì)[1]，作為藥食同源作物，赤豆除供日常食用外，在功能食品和醫(yī)藥領(lǐng)域[2-3]的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。研究表明，赤豆汁可以降低健康年輕女性的血清三酰甘油濃度[4]，赤豆提取物具有減肥[5]、有效減緩血壓升高[6]、抑制血清膽固醇濃度[7]、抑制高血糖[8]等功效，赤豆莢果黃酮提取物對Fe2+導(dǎo)致的大鼠原代肝細(xì)胞氧化損傷具有保護(hù)作用[9]。

豆類植物較高的抗氧化活性與其豐富的多酚、黃酮及花色苷等物質(zhì)含量密切相關(guān)[10-12]。已有研究表明[13-15]，存在于植物中的天然抗氧化劑如多酚、生育酚、類胡蘿卜素等植物化學(xué)物，可以起到保持人體健康、預(yù)防慢性疾病的作用。植物體中的天然多酚類物質(zhì)主要包括酚酸、黃酮和單寧類物質(zhì)[16]。存在于植物中的酚類物質(zhì)主要包括有機(jī)溶劑可直接提取的可溶性酚類和有機(jī)溶劑不可直接提取的結(jié)合態(tài)酚類?？扇苄苑宇愄崛∥镏谐坞x形態(tài)存在以外，還可通過酯鍵、醚鍵、糖苷鍵的形式與其他物質(zhì)結(jié)合[17]。將有機(jī)溶劑提取后的上清液經(jīng)過堿、酸水解處理，并進(jìn)行萃取，可從有機(jī)溶劑提取液中分別提取出游離態(tài)酚類、酯鍵合態(tài)酚類、糖苷鍵合態(tài)酚類。有研究[16,18-19]對紅棗中酚類物質(zhì)進(jìn)行研究，分別提取出游離態(tài)、酯鍵合態(tài)、糖苷鍵合態(tài)和堿解結(jié)合態(tài)酚類。

至今，對于赤豆中不同鍵合形態(tài)酚類物質(zhì)（游離態(tài)、酯鍵合態(tài)、糖苷鍵合態(tài)）的含量及其抗氧化活性方面，鮮見相關(guān)研究報道。因此，基于前人對酚類物質(zhì)及赤豆植物化學(xué)物的相關(guān)研究，本研究的主要目的是評價赤豆中游離態(tài)、酯鍵合態(tài)、糖苷鍵合態(tài)酚類物質(zhì)含量，并進(jìn)行體外抗氧化活性研究，采用超高效液相色譜串聯(lián)四極桿飛行時間質(zhì)譜（ultra performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UPLC-Q TOF-MS）和高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜（high performance liquid chromatography coupled with triple quadruple mass spectrometry，HPLCQQQ-MS）聯(lián)用技術(shù)對赤豆80%甲醇溶液提取物中酚類物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，以更好地了解赤豆的營養(yǎng)保健作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

赤豆，2015年12月購于南昌當(dāng)?shù)爻小?/p>

沒食子酸、兒茶素、原兒茶酸、對羥基苯甲酸、綠原酸、對香豆酸、木犀草素、金絲桃苷、蘆丁、黃豆苷元、黃豆黃素、槲皮素、奎諾二甲基丙烯酸酯（6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromane-2-carbox，Trolox）、2,4,6-三吡啶基三嗪（2,4,6-tripyridine triazine，TPTZ）、2,2’-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS） 上海阿拉丁試劑有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 成都西亞化工股份有限公司；福林-酚試劑 上海荔達(dá)生物科技有限公司；無水甲醇、FeCl3·6H2O、乙酸乙酯、鹽酸、硫酸、冰醋酸、K2S2O8、三水醋酸鈉、NaOH、Na2CO3、NaNO2、FeSO4西隴科學(xué)股份有限公司；乙醚 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；AlCl3天津恒興化學(xué)試劑制造有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HY-2調(diào)速多用振蕩器、N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海比朗儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；AL104電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；TDL-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；酶標(biāo)儀 美國伯騰儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酚類物質(zhì)提取及測定

準(zhǔn)確稱取1.00 g研磨好的赤豆粉末于50 mL離心管中，按1∶15（g/mL）料液比加入15 mL 80%甲醇溶液，室溫條件下超聲提取1 h，4 200×g離心10 min后收集上清液，重復(fù)提取4 次，合并甲醇提取液用于游離態(tài)、酯鍵合態(tài)和糖苷鍵合態(tài)酚類物質(zhì)分析，樣品于-20 ℃冰箱貯藏備用。

1.3.1.1 不同鍵合態(tài)提取液的制備

不同鍵合態(tài)提取液的制備參考文獻(xiàn)[16,18-19]方法，具體提取方法如下：

游離態(tài)酚類的制備：將赤豆80%甲醇提取液于35 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至20 mL，用6 mol/L HCl溶液調(diào)pH 2，該部分酚類物質(zhì)通過加入等體積有機(jī)溶劑（體積比1∶1的乙醚-乙酸乙酯混合溶液）進(jìn)行萃取，重復(fù)萃取5 次。將萃取分離的有機(jī)相合并，35 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干后，復(fù)溶于5 mL 80%甲醇溶液中，即為游離態(tài)酚類提取物，樣品于-20 ℃冰箱貯藏備用。

酯鍵合態(tài)酚類的制備：向上述提取過游離態(tài)酚類的水相中加入10 mL 4 mol/L NaOH溶液，同時充入氮?dú)?，室溫條件下?lián)u床振蕩反應(yīng)4 h后，用6 mol/L HCl溶液調(diào)pH 2，該部分酚類物質(zhì)萃取過程同上。

糖苷鍵合態(tài)酚類的制備：向上述提取完酯鍵合態(tài)酚類的水相中再加入4 mL HCl溶液，85 ℃水解反應(yīng)30 min，該部分酚類物質(zhì)萃取過程同上。

1.3.1.2 酚酸含量的測定

酚酸含量測定采用福林-酚法[20-21]，以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，選用96 孔板進(jìn)行測定。取25 μL樣品或標(biāo)準(zhǔn)品溶液和125 μL 0.2 mol/L福林-酚試劑于室溫反應(yīng)10 min后，加125 μL 10 g/100 mL飽和Na2CO3溶液，在振蕩器上緩慢搖勻后室溫條件下放置反應(yīng)30 min，在765 nm波長處測定吸光度。由沒食子酸系列標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以干質(zhì)量計(jì)算樣品酚酸含量，結(jié)果表示為mg/g。

1.3.1.3 黃酮含量的測定

黃酮的測定采用亞硝酸鈉-三氯化鋁法[20-21]，以兒茶素為標(biāo)準(zhǔn)品，選用96 孔板進(jìn)行測定。取25 μL樣品或標(biāo)準(zhǔn)品溶液與110 μL 0.066 mol/L NaNO2溶液室溫混合反應(yīng)5 min后，加入15 μL的0.75 mol/L AlCl3溶液反應(yīng)6 min，最后加入100 μL 0.5 mol/L NaOH溶液，在振蕩器上緩慢搖勻室溫反應(yīng)10 min后在510 nm波長測定吸光度。由兒茶素系列標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以干質(zhì)量計(jì)算樣品黃酮含量，結(jié)果表示為mg/g。

1.3.1.4 亞鐵離子還原能力（ferric reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP）測定

FRAP測定采用文獻(xiàn)[20-21]測定方法進(jìn)行，具體測定步驟如下：

實(shí)驗(yàn)試劑的配制：40 mmol/L鹽酸溶液：取12 mol/L濃鹽酸 0.1 mL加水至30 mL；20 mmol/L三氯化鐵溶液：稱取0.270 3 g的FeCl3·6H2O，用超純水定容至50 mL；0.3 mol/L醋酸鈉緩沖溶液：稱取三水醋酸鈉0.31 g，加冰醋酸1.6 mL，然后再用超純水稀釋定容至100 mL；10 mmol/L TPTZ溶液：稱取TPTZ樣品31.233 mg，用40 mmol/L鹽酸定容至10 mL，置于4 ℃冰箱中保存；FRAP工作液：醋酸鈉緩沖溶液，三氯化鐵溶液和TPTZ溶液按10∶1∶1的體積進(jìn)行混合，制得質(zhì)量濃度為0.04 mg/mL的工作液，現(xiàn)用現(xiàn)配。

測定方法：加10 μL樣品或FeSO4標(biāo)品溶液和180 μL預(yù)熱至37 ℃的FRAP工作液至96 孔板，在振蕩器上避光搖勻37 ℃反應(yīng)10 min，于593 nm波長處測定其吸光度。以FeSO4系列標(biāo)準(zhǔn)溶液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品抗氧化活性以達(dá)到同樣吸光度所需的FeSO4物質(zhì)的量（mmol/g）表示。

1.3.1.5 DPPH自由基清除能力測定

DPPH自由基清除能力測定采用文獻(xiàn)[20-21]方法進(jìn)行，具體測定步驟如下：

加100 μL 0.065 mmol/L DPPH-甲醇溶液與100 μL樣品或空白溶液于96 孔板中，避光條件下在振蕩器上緩慢搖勻后室溫條件下反應(yīng)30 min，使用酶標(biāo)儀在517 nm波長測定其吸光度。建立Trolox含量與DPPH自由基清除率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品DPPH自由基清除能力以達(dá)到同樣消除率所需的Trolox質(zhì)量（mg/g）計(jì)，DPPH自由基清除率計(jì)算見式（1）：

式中：Ai為樣品溶液加DPPH試劑混合液的吸光度；Aj為樣品溶液加80%甲醇的吸光度；Ac為DPPH溶液加樣品溶劑的吸光度。

1.3.1.6 ABTS陽離子自由基清除能力測定

ABTS陽離子自由基清除能力測定根據(jù)文獻(xiàn)[20,22]的方法進(jìn)行，具體測定步驟如下：

實(shí)驗(yàn)試劑的配制：將5 mL 7.0 mmol/L ABTS儲備液與88 μL 140 mmol/L K2S2O8混勻，靜置12～16 h，配制成ABTS工作液。ABTS工作液用80%甲醇溶液稀釋，使混合溶液在734 nm波長處吸光度為0.7±0.02。

測定方法：200 μL ABTS溶液和20 μL樣品或標(biāo)品溶液分別加入96 孔板中，避光條件下在振蕩器上緩慢搖勻室溫反應(yīng)6 min，在734 nm波長測定吸光度，建立Trolox含量與自由基清除率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品ABTS陽離子自由基清除能力以達(dá)到同樣消除率所需Trolox質(zhì)量（mg/g）表示，ABTS陽離子自由基清除率計(jì)算見公式（2）：

式中：A0為ABTS溶液和樣品溶劑混合液的吸光度；Ai為ABTS溶液和樣品溶液混合液的吸光度；Aj為80%甲醇溶液和樣品溶液的吸光度。

1.3.2 UPLC-Q TOF-MS定性分析

定性分析參考Peng Han等[23]條件，并適當(dāng)調(diào)整，具體實(shí)驗(yàn)條件如下：

UPLC條件：色譜分離采用UPLC系統(tǒng)（Agilent 1290 infinity series），包含脫氣機(jī)、二元泵（Bin Pump SL）、進(jìn)樣器（HiP-ALS）、柱溫箱（TCC SL）、二極管陣列檢測器。使用Agilent Eclipse Plus C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）。流動相：含0.1%甲酸溶液（A）和甲醇溶液（B），梯度洗脫程序：0～10 min，5%～10% B；10～30 min，10%～30% B；30～38 min，30%～50% B；38～43 min，50% B；43～45 min，50%～5% B。進(jìn)樣量5 μL，柱溫35 ℃，流速0.3 mL/min，檢測波長280 nm。

MS條件：采用飛行時間質(zhì)譜儀（Agilent 6538 Q TOF），電子電離源，采用全掃描負(fù)離子模式掃描。全質(zhì)譜數(shù)據(jù)在m/z 50～1 000質(zhì)量范圍下獲得，最佳質(zhì)譜參數(shù)：毛細(xì)管電壓3.5 kV；霧化氣壓力30 psi；干燥氣流速10.0 L/min；干燥氣溫度300 ℃；裂解電壓175 V；母離子MS2碰撞能10～40 V。

1.3.3 HPLC-QQQ-MS定量分析

定量分析參考Peng Han等[23]條件進(jìn)行，并適當(dāng)調(diào)整，具體實(shí)驗(yàn)條件如下：

HPLC條件：色譜分離采用HPLC系統(tǒng)（Agilent 1260 infinity series），包含脫氣機(jī)、二元泵（Bin Pump SL）、進(jìn)樣器（HiP-ALS）、柱溫箱（TCC SL）、二極管陣列檢測器。使用Agilent Eclipse Plus C18色譜柱（2.1 mm×100 mm，1.8 μm）。流動相：0.1%甲酸溶液（A）和甲醇溶液（B），梯度洗脫程序：0～18 min，5%～50% B；18～25 min，50%～95% B；25～28 min，95%～5% B。進(jìn)樣量5 μL，柱溫35 ℃，流速0.3 mL/min。

MS條件：采用三重四極桿質(zhì)譜儀（Agilent 6430 QQQ），電子電離源，采用質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測（multiple reaction monitoring，MRM）負(fù)離子模式用于定量分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 酚酸、黃酮含量及抗氧化能力分析

由表1可知，80%甲醇溶液提取物中酚酸含量為3.44 mg/g，黃酮含量為2.50 mg/g。80%甲醇溶液提取物中以不同鍵存在的酚酸、黃酮含量不同，其中糖苷鍵合態(tài)酚酸含量最高，可達(dá)1.44 mg/g，游離酚類物質(zhì)黃酮含量最高，可達(dá)0.85 mg/g，而以酯鍵合態(tài)形式存在的酚類物質(zhì)酚酸、黃酮含量最低，分別為1.06 mg/g和0.17 mg/g。李思荻等[24]測定出紅小豆提取物中酚酸含量為1.403 9～2.754 8 mg/g，低于本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果；而Gan Renyou等[25]研究表明，總酚、總黃酮含量分別為13.37 mg/g和9.41 mg/g；Sreerama等[26]所測赤豆提取物中總酚、黃酮含量分別為4.89～8.78 mg/g和5.06～5.81 mg/g，均高于本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這可能是由實(shí)驗(yàn)所用原料品種、區(qū)域、提取方法及測定方法差異導(dǎo)致。

表 1 赤豆提取物的酚類含量及其抗氧化能力測定Table 1 Total phenolic content and antioxidant activity of adzuki bean extract

如表1所示，80%甲醇溶液提取物中FRAP、DPPH自由基清除能力、ABTS陽離子自由基清除能力分別為42.04 mmol/g、5.46 mg/g、14.92 mg/g。80%甲醇溶液提取物中不同存在形式酚類提取物的抗氧化能力不同，其中FRAP為糖苷鍵合態(tài)＞游離態(tài)＞酯鍵合態(tài)；酯鍵合態(tài)提取物DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除能力均為最強(qiáng)，而糖苷鍵合態(tài)最弱，酯鍵合態(tài)酚類物質(zhì)DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除能力分別為1.54、3.50 mg/g，糖苷鍵合態(tài)酚類物質(zhì)DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除能力分別為0.79、1.21 mg/g。Gan Renyou等[25]研究表明，赤豆提取物FRAP、ABTS陽離子自由基清除能力分別為139 mmol/g、95.3 mmol/g，高于本研究結(jié)果；Sreerama等[26]所測赤豆提取物FRAP、DPPH自由基清除能力分別為27.39～34.36 mmol/100 g、4.44～5.70 μmol/g，低于本研究結(jié)果，可能是由于原料栽培品種及提取物中所含的酚類物質(zhì)種類及含量不同。

2.2 UPLC-Q TOF-MS定性分析

采用UPLC-Q TOF-MS對80%甲醇溶液提取物中酚類物質(zhì)進(jìn)行鑒定，根據(jù)化合物的保留時間、紫外吸收光譜、質(zhì)譜測定的分子離子峰和碎片離子峰數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間等信息，結(jié)合參考文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫（Metlin）對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步鑒定。其總離子流色譜如圖1所示、280 nm波長色譜如圖2所示。鑒定結(jié)果見表2，初步鑒定出25 種化合物，包括3 種有機(jī)酸、6 種酚酸和16 種黃酮。王海棠等[1]通過化學(xué)檢識、紙色譜、薄層色譜和紫外、紅外、核磁共振、質(zhì)譜等技術(shù)鑒定出赤豆提取物中含有蘆??；Amarowicz等[35]從赤豆粗提物中鑒定出原兒茶酸、對香豆素、槲皮素、兒茶素、表兒茶素衍生物、楊梅素糖苷、山奈酚糖苷、原花青素等物質(zhì)；Takahama等[36]從赤豆提取物中鑒定出兒茶素、表兒茶素、花旗松素、蘆丁、槲皮素；Bai Yan等[37]從赤豆提取物中鑒定出異槲皮素、蘆丁、綠原酸、異木犀草素己糖苷。本實(shí)驗(yàn)在赤豆80%甲醇溶液提取物中新鑒定出對羥基苯甲酸、茵芋苷、金絲桃苷、黃豆苷元、黃豆黃素、芹菜素衍生物6 種酚類物質(zhì)。

圖 1 80%甲醇溶液提取物負(fù)離子模式下總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of 80% methanol extract in negative ion mode

圖 2 80%甲醇溶液提取物負(fù)離子模式下280 nm波長色譜圖Fig. 2 DAD chromatogram at 280 nm of 80% methanol extract in negative ion mode

表 2 赤豆80%甲醇溶液提取物中酚類化合物鑒定Table 2 Characterization of phenolic compositions of 80%methanol extract

續(xù)表2

2.3 HPLC-QQQ-MS定量分析

表 3 酚類化合物負(fù)離子模式下的定量條件及其在80%甲醇溶液提取物中的含量Table 3 Quantitative analysis conditions for phenolics in negative ion mode and their contents in 80% methanol extract

對所鑒定成分中11 種酚類物質(zhì)進(jìn)行定量分析，由表3可以看到，赤豆80%甲醇溶液提取物中蘆丁、兒茶素類物質(zhì)含量最高，分別為327.40 μg/g和210.70 μg/g，其次為原兒茶酸、對香豆酸，黃豆苷元、槲皮素、金絲桃苷、綠原酸，而對羥基苯甲酸、木犀草素、黃豆黃素含量最低，分別為0.52、0.16 μg/g和0.09 μg/g。Amarowicz等[35]對赤豆提取物進(jìn)行定量分析，測得原兒茶酸、對香豆素、槲皮素、兒茶素、楊梅素糖苷、山奈酚糖苷含量分別為67.6、31.3、36.2、688.0、212.0 μg/g和38.2 μg/g；Gan Renyou等[25]對赤豆皮提取物進(jìn)行定量分析得到赤豆皮蘆丁含量為（0.42±0.02）mg/g；Bai Yan等[37]對赤豆提取物進(jìn)行定量分析，測得異槲皮素、蘆丁、綠原酸、異木犀草素己糖苷含量分別為0.8、4.1、14.0 mg/g和1.3 mg/g。上述研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于本研究結(jié)果，可能是因?yàn)樵掀贩N提取方法及定量分析方法等存在差異。

3 結(jié) 論

赤豆作為一種藥食同源的豆科植物，所含的豐富營養(yǎng)素和植物化學(xué)物成分受到許多研究者的關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)對80%甲醇溶液提取的上清液及其中以不同鍵合態(tài)存在的酚類物質(zhì)進(jìn)行分離提取，結(jié)果表明，糖苷鍵合態(tài)酚類物質(zhì)酚酸含量最高，可達(dá)1.44 mg/g，游離酚類物質(zhì)黃酮含量最高，可達(dá)0.85 mg/g，而以酯鍵合態(tài)形式存在的酚類物質(zhì)酚酸、黃酮含量最低，分別為1.06 mg/g和0.17 mg/g；比較3 種存在形式酚類提取物抗氧化能力，糖苷鍵合態(tài)提取物FRAP最強(qiáng)，可達(dá)15.76 mmol/g，而DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除能力最弱，分別為0.79、1.21 mg/g，酯鍵合態(tài)提取物DPPH自由基、ABTS陽離子自由基清除能力最強(qiáng)，分別為1.54、3.50 mg/g，而FRAP最弱，為9.19 mmol/g。本實(shí)驗(yàn)采用UPLC-Q TOF-MS對赤豆80%甲醇溶液提取物進(jìn)行定性分析，共鑒定出3 種有機(jī)酸、6 種酚酸、16 種黃酮；并使用HPLC-QQQ-MS對其中11 種酚類物質(zhì)進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明赤豆中含有豐富的兒茶素和蘆丁類化合物，本研究可為赤豆的進(jìn)一步高值化開發(fā)利用提供科學(xué)數(shù)據(jù)。