逯紅林,趙亞蕓,王 強(qiáng),沈海濤,徐文斌,何大俊
(石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,石河子大學(xué)分析測試中心,新疆石河子 832000)
天山茶藨(Ribesmeyeri)是虎耳草科茶藨屬小灌木,主要分布于新疆阿勒泰、布爾津、瑪納斯等地[1]。據(jù)《晶珠本草》記載:茶藨屬植物能排毒、除黃水,收斂各種脈管病等[2]。茶藨的芽、花和嫩葉可代茶用,具有潤肝、利尿、強(qiáng)心、抗菌等功能,果實(shí)可以藥食兩用,具有解表之功能[3]。
高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-MS)發(fā)展迅速,已經(jīng)成為一種重要的對天然產(chǎn)物進(jìn)行分析的手段,它整合了近年來快速發(fā)展的化學(xué)計(jì)量學(xué)、化學(xué)物質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)鑒定手段及相關(guān)數(shù)據(jù)庫的最新的分析手段,使其能夠快速、準(zhǔn)確地對植物中多組分及生物復(fù)雜成分中的化合物進(jìn)行分離、解析和鑒定。相比于其他方法,液質(zhì)聯(lián)用高效快速、靈敏度高、樣品處理簡單、用量少,因此在植物化學(xué)成分分析中具有重要地位[4-6]。
目前對天山茶藨化學(xué)成分和生物活性的研究較少,本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)天山茶藨中黃酮類含量較高,但其中具體的化學(xué)成分尚不明確[7]。黃酮類成分具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗糖尿病等多種活性[8-10]。植物中的黃酮類化合物主要以糖苷的形式存在,其中一些黃酮苷元的生物活性要優(yōu)于黃酮糖苷[11-13]。本研究利用UPLC-MS/MS法同時(shí)測定了天山茶藨莖中木犀草素、槲皮素、芹菜素、山奈酚、異鼠李素5種黃酮苷元的提取率,優(yōu)化了其黃酮苷元酸水解提取工藝,測定了天山茶藨酸水解提取物及5種黃酮苷元的α-葡萄糖苷酶抑制活性和抗氧化活性,為從天山茶藨中提取分離具有潛在生物活性的黃酮苷元化合物奠定基礎(chǔ)。
天山茶藨莖 采自新疆瑪納斯南山林場,經(jīng)石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐文斌老師鑒定為茶藨屬植物天山茶藨(Ribesmeyeri)的莖,室溫陰干后,粉碎并過60目篩,保存?zhèn)溆?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)、VC、阿卡波糖 上海Adamas公司;α-葡萄糖苷酶(19 U/mg)、4-硝基酚-α-D-吡喃葡糖苷(PNPG) 美國Sigma-Aldrich公司;對照品:芹菜素(批號 P1480873)、異鼠李素(批號 P1481188)、山奈酚(批號 P1423390)、木犀草素(批號 P1423382)、槲皮素(批號 P1423384) 純度≥98%,上海同田生物科技有限公司;甲醇、甲酸、乙腈 質(zhì)譜純,美國Fisher Scientific公司;Acrodisc針頭式過濾器(0.2 μm) 美國Waters公司。
ACQUITY UPLC超高效液相色譜儀-XEVO、TQS三重四級桿質(zhì)譜儀配有電噴霧離子源、MassLynx4.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 美國Waters公司;Centrifuge 5427R冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司;Heidolph旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國Heidolph公司;十萬分之一電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多儀器公司;SpectraMax M2多功能酶標(biāo)儀 美國Molecular Devices公司。
1.2.1 黃酮苷元UPLC-MS/MS定量方法的建立
1.2.1.1 對照品溶液的制備 精確稱取對照品山奈酚、槲皮素、木犀草素、芹菜素、異鼠李素適量,用甲醇溶解成1.0 mg/mL的儲備液。精密量取上述儲備液適量,用甲醇分別稀釋成1、5、10、25、50、75、100、150、200 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)液。
1.2.1.2 供試品溶液的制備 取天山茶藨粉末100 mg,精密稱定,準(zhǔn)確加入25 mL甲醇(含4%鹽酸),置恒溫水浴鍋中80 ℃加熱提取90 min,提取后冷卻至室溫,在8000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min,將上清液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶,用甲醇定容至25 mL,搖勻,用0.22 μm微孔濾膜過濾,即得供試品溶液。
1.2.1.3 色譜條件 色譜柱:ACQUITY UPLC BEH C18柱(5.0 mm×50 mm,1.7 μm),柱溫30 ℃,流速0.3 mL/min,進(jìn)樣量1.0 μL。為優(yōu)化分離效果,考察了甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-0.2%甲酸水以及乙腈-0.1%甲酸水溶液、乙腈-0.2%甲酸水4種流動(dòng)相對于這5種黃酮苷元的分離效果,最終優(yōu)化流動(dòng)相如下:0.1%甲酸-水(A),乙腈(B),梯度洗脫:0~2.5 min,14% B;2.5~3.5 min,14%~30% B;3.5~4.5 min,30%~42% B,4.5~5.5 min,42%~95% B,5.5~6 min,95%~14% B;最后平衡2 min。
1.2.1.4 質(zhì)譜條件 離子源為電噴霧離子化源(ESI),采用多反應(yīng)檢測模式(MRM)進(jìn)行含量測定,脫溶劑氣溫度:450 ℃,離子源溫度150 ℃,脫溶劑氣體流速750 L/h,錐孔氣150 L/h,毛細(xì)管電壓3 kV。以100 μg/L黃酮苷元的單標(biāo)溶液進(jìn)行質(zhì)譜參數(shù)優(yōu)化,確定特征母離子和子離子,優(yōu)化后5種成分的質(zhì)譜參數(shù)見表1。
表1 5種黃酮苷元的質(zhì)譜參數(shù)Table 1 Mass spectrometric parameters of 5 flavonoid aglycones
1.2.2 天山茶藨莖黃酮苷元酸水解提取條件的單因素實(shí)驗(yàn)
1.2.2.1 甲醇濃度對天山茶藨莖黃酮苷元提取率的影響 稱取6份100 mg天山茶藨莖粉末,分別在20 mL不同濃度(50%、60%、70%、80%、90%、100%)甲醇(含5%鹽酸)中于70 ℃提取100 min,按“1.2.1”中方法測定提取液中5種黃酮苷元的含量。
1.2.2.2 鹽酸濃度對天山茶藨莖黃酮苷元提取率的影響 稱取6份100 mg天山茶藨莖粉末,在70 ℃、20 mL甲醇(其中鹽酸濃度分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%)中分別提取90 min,按“1.2.1”中方法測定提取液中5種黃酮苷元的含量。
1.2.2.3 水解時(shí)間對天山茶藨莖黃酮苷元提取率的影響 稱取6份100 mg天山茶藨莖粉末,在70 ℃、甲醇(含5%鹽酸)條件下,分別提取60、70、80、90、100、110 min,按“1.2.1”中方法測定提取液中5種黃酮苷元的含量。
1.2.2.4 水解溫度對天山茶藨莖黃酮苷元提取率的影響 稱取5份100 mg天山茶藨莖粉末,在20 mL甲醇(含5%鹽酸)中分別于50、60、70、80、90、100 ℃下提取100 min,按“1.2.1”中方法測定提取液中5種黃酮苷元的含量。
1.2.3 天山茶藨莖黃酮苷酸水解提取的正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素考察結(jié)果,甲醇濃度為90%,以鹽酸濃度(A)、時(shí)間(B)、溫度(C)為影響因素,每個(gè)因素3個(gè)水平,按正交設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn)(見表2)。
表2 正交設(shè)計(jì)因素水平表Table 2 Levels and factorsTable of orthogonal design
1.2.4 5種黃酮苷元生物活性的研究
1.2.4.1α-葡萄糖苷酶抑制活性的測定 參考文獻(xiàn)[14]方法,在96孔板中分別加入20 μL不同濃度(0.6、1.2、2.5、5.0、10.0、20.0 mg/L)5種黃酮苷元、天山茶藨莖甲醇提取物和甲醇鹽酸提取物,再加入20 μL 0.19 U/mLα-葡萄糖苷酶(用0.1 mol/L pH6.8磷酸緩沖液溶解)溶液,隨后加入140 μL磷酸鹽緩沖液,在37 ℃水浴鍋中放置20 min后加入10 mmol/L PNPG溶液 50 μL,37 ℃恒溫放置20 min,再加入80 μL 0.4 mol/L的碳酸鈉溶液終止反應(yīng),于405 nm波長下測定其吸光度A1。阿卡波糖為陽性對照。計(jì)算公式如下所示:
式中:A1-表示20 μL樣品液與20 μLα-葡萄糖苷酶的吸光度值;A2-緩沖液代替α-葡萄糖苷酶液;A3-甲醇代替樣品溶液;A4-甲醇代替樣品溶液,用緩沖液代替酶液。
1.2.4.2 抗氧化活性測定 DPPH法參考文獻(xiàn)[15-16]的方法,分別取1 mL不同濃度(0.18、0.36、0.72、1.50、3.00、6.00 mg/L)VC溶液與4 mL DPPH(0.2 mol/L DPPH)溶液混合,在試管中避光放置 30 min,取240 μL轉(zhuǎn)移至96孔板中,在517 nm 波長下測定吸光度Aa。清除率(%)=1-[(Aa-Ab)/Ac]×100;Ab-1 mL VC與4 mL無水乙醇混合測得吸光度;Ac-1 mL蒸餾水與4 mL DPPH溶液混合測得吸光度;以清除率為縱坐標(biāo)(Y),VC溶液濃度為橫坐標(biāo)(X),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得VC清除DPPH自由基的線性方程為Y=16.18X+2.25,R2=0.9981,說明VC在測定的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。再分別取1 mL不同濃度(0.18、0.36、0.72、1.50、3.00、6.00 mg/L)5種黃酮苷元、天山茶藨莖甲醇提取物、甲醇鹽酸提取物,按照上述方法測定它們的DPPH自由基清除率,結(jié)果用IC50值表示。
ABTS法參考文獻(xiàn)[14-15]的方法,稱取 0.41 g ABTS,用乙酸鈉緩沖液(pH4.5)溶解并定容至100 mL,配制成ABTS儲備液。稱取0.0703 g過硫酸鉀,加水溶解定容至100 mL,配制成過硫酸鉀儲備液。在測定時(shí)將配置好的ABTS儲備液等體積與過硫酸鉀儲備液混合,在黑暗環(huán)境中放置12 h,再用乙酸鈉緩沖液(pH4.5)稀釋,以乙酸鈉緩沖液(pH4.5)為空白對照,使ABTS工作液在734 nm下的吸光值為0.70±0.02,以VC為陽性對照。分別取不同濃度(0、0.6、1.2、2.5、5.0、10.0、20.0 mg/L)VC溶液各1 mL,加入4 mL ABTS工作液振蕩以混勻,轉(zhuǎn)移240 μL于96孔板中,在734 nm波長下測得吸光值A(chǔ)k,Al-用乙酸鈉緩沖液代替ABTS工作液測的吸光值,Am-用無水乙醇代替VC液測的吸光值,清除率(%)=1-[(Ak-Al)/Am]×100。以ABTS自由基清除率為縱坐標(biāo)(Y),VC溶液濃度為橫坐標(biāo)(X)。得VC清除ABTS自由基的線性方程為Y=5.70X+2.80,決定系數(shù)R2=0.9960,說明VC在測定的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。再分別取不同濃度(0.6、1.2、2.5、5.0、10.0、20.0 mg/L)5種黃酮苷元、天山茶藨莖甲醇提取物及甲醇鹽酸提取物各1 mL,按照上述方法測定它們的ABTS自由基清除率,結(jié)果用IC50值表示。
各處理均進(jìn)行3次重復(fù),所得數(shù)據(jù)表示為平均值±SD。采用SPSS19.0對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差(one-way ANOVA)統(tǒng)計(jì)分析,采用DUCAN多重分析比較方法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。
2.1.1 線性關(guān)系考察 將上述配制好的5種不同濃度(1、5、10、25、50、75、100、150、200 μg/L)黃酮苷元混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液,采用上述優(yōu)化的色譜和質(zhì)譜條件測定,以峰面積(Y)為縱坐標(biāo),對照品質(zhì)量濃度(X)為橫坐標(biāo),計(jì)算回歸方程,以信噪比(S/N)為3和10確定各成分的檢測限(LOD)、定量限(LOQ),5種黃酮苷元的多反應(yīng)檢測色譜圖見圖1。5種黃酮苷元在相應(yīng)的濃度范圍類具有良好的線性關(guān)系,決定系數(shù)R2均大于0.9962,檢測限、定量限的范圍分別為0.8~1.6、2.9~5.4 μg/L,結(jié)果見表3。
圖1 5種黃酮苷元的MRM色譜圖Fig.1 Multiple reaction monitoring(MRM)chromatogram of 5 flavonoid aglycones注:1:木犀草素;2:槲皮素;3:芹菜素;4:山奈酚;5:異鼠李素。
表3 5種黃酮苷元的線性回歸方程、檢測限、定量限Table 3 Linear regression equations,limit of detection and limit of quantification about 5 flavonoid aglycones
2.1.2 精密度 按“1.2.1.1”項(xiàng)下方法制備的混合標(biāo)準(zhǔn)液,按“1.2.1.3”和“1.2.1.4”項(xiàng)下色譜和質(zhì)譜條件測定。連續(xù)進(jìn)樣6次,測定并計(jì)算得到5種黃酮苷元峰面積的RSD值。結(jié)果表明,5種成分木犀草素、山奈酚、槲皮素、異鼠李素、芹菜素峰面積的RSD分別為1.7%、3.5%、2.4%、4.3%、3.8%,均小于5%,表明儀器精密度良好。
2.1.3 重復(fù)性 精密稱取天山茶藨莖樣品6份各100 mg,采用“1.2.1.2”方法制備供試品溶液,按“1.2.1.3”和“1.2.1.4”項(xiàng)下色譜和質(zhì)譜條件進(jìn)樣分析,測定并計(jì)算得到上述5個(gè)成分峰面積的RSD值。結(jié)果5個(gè)成分的RSD值分別是1.6%、2.2%、3.8%、2.8%、4.4%,表明方法重復(fù)性良好。
2.1.4 穩(wěn)定性 精密稱取天山茶藨莖粉末,采用“1.2.1.2”方法制備供試品溶液,按“1.2.1.3”和“1.2.1.4”項(xiàng)下色譜和質(zhì)譜條件分別于0、2、4、6、8、12、24 h進(jìn)樣,測定并計(jì)算得到上述5個(gè)成分的峰面積RSD值。結(jié)果5個(gè)成分的峰面積RSD分別為2.6%、3.0%、3.3%、4.4%、3.7%,表明供試品溶液在室溫放置24 h穩(wěn)定性良好。
2.1.5 加樣回收率 稱取天山茶藨莖樣品600 mg,分成6等份,采用“1.2.1.2”方法制備供試品溶液,分別按1∶1的量加入對照品,計(jì)算加樣回收率及其RSD值。結(jié)果見表4,加樣回收率在88.00%~109.30%,RSD值3.17%~3.97%。
表4 5種黃酮苷元加樣回收率(mg/g,n=3)Table 4 Recovery rates of the 5 flavonoid aglycones(mg/g,n=3)
2.2.1 甲醇濃度的影響 如表5所示,隨著甲醇濃度的升高,5種黃酮苷元的含量相應(yīng)增加,但增加到一定濃度后提取率基本保持不變,說明高濃度的甲醇更適合5種黃酮苷元的提取。本實(shí)驗(yàn)中,確定90%甲醇為合適的提取溶劑。
表5 甲醇濃度對5種黃酮苷元提取率的影響(mg/g,n=3)Table 5 Effect of methanol concentration on 5 flavonoid aglycones content(mg/g,n=3)
2.2.2 鹽酸濃度的影響 結(jié)果見表6,隨著鹽酸濃度的升高,5種成分提取率相應(yīng)升高,說明較高濃度鹽酸會提高酸水解提取效率,當(dāng)鹽酸濃度為4%~5%時(shí),總提取率保持在較高水平。
表6 鹽酸濃度對黃酮苷元提取率的影響(mg/g,n=3)Table 6 The effect of hydrochloric acid concentration on flavonoid aglycone content(mg/g,n=3)
2.2.3 提取時(shí)間的影響 結(jié)果如表7所示,隨著提取時(shí)間的延長,5種黃酮苷元的提取率相應(yīng)增加。當(dāng)提取時(shí)間到100 min時(shí),它們的提取率達(dá)到最高,說明在100 min時(shí),黃酮苷元的水解和提取最為充分,基本達(dá)到飽和。
表7 水解時(shí)間對黃酮苷元提取率的影響(mg/g,n=3)Table 7 Effect of hydrolysis time on flavonoid aglycone content(mg/g,n=3)
2.2.4 提取溫度的影響 結(jié)果如表8所示,隨著提取溫度的提高,5種黃酮苷元的提取率相應(yīng)增加。溫度達(dá)到70 ℃時(shí),5種黃酮苷元的提取率基本達(dá)到飽和。
表8 水解溫度對黃酮苷元提取率的影響(mg/g,n=3)Table 8 Effect of hydrolysis temperature on flavonoid aglycone content(mg/g,n=3)
2.2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果 將正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入“正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)助手lain軟件”進(jìn)行分析處理。結(jié)果(如表9)顯示:RA>RC>RB,即3種影響因素的次序?yàn)辂}酸濃度>水解溫度>水解時(shí)間,說明鹽酸濃度是影響酸水解提取程度的主要因素,比較K值得最佳的酸水解提取工藝為A2B2C2,即含5%鹽酸的甲醇在70 ℃提取100 min。
表9 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Experimental results of orthogonal design
為了確定影響5種黃酮苷元總提取率的主要因素,對結(jié)果進(jìn)行方差分析。結(jié)果如表10,鹽酸濃度(A)對5種黃酮苷元總提取率的影響最顯著(P<0.05)。
表10 方差分析結(jié)果Table 10 The result of variance analysis
2.2.6 正交試驗(yàn)的驗(yàn)證 為進(jìn)一步驗(yàn)證上述優(yōu)化工藝條件,按最佳工藝條件A2B2C2(90%甲醇中鹽酸濃度為5%,提取時(shí)間為100 min,溫度為70 ℃)平行重復(fù)3次試驗(yàn),制備天山茶藨莖甲醇鹽酸提取物。同時(shí),為考察鹽酸對于黃酮苷元酸水解提取率的影響,按照上述最佳條件,溶劑為90%甲醇(不添加鹽酸),提取時(shí)間為100 min,溫度為70 ℃,平行重復(fù)3次試驗(yàn),制備天山茶藨莖甲醇提取物。按“1.2.1”項(xiàng)下方法測定其中的黃酮苷元含量。結(jié)果見表11,甲醇鹽酸提取物中總黃酮苷元提取率為4.06 mg/g,RSD<5.0%,表明正交試驗(yàn)優(yōu)化的提取條件穩(wěn)定可行,可作為5種黃酮苷元的提取工藝。天山茶藨莖甲醇提取物(甲醇中未添加鹽酸)的黃酮苷元含量為0.11 mg/g,明顯低于甲醇鹽酸提取物中的含量,說明鹽酸可以將黃酮糖苷水解為相應(yīng)的黃酮苷元,顯著提高黃酮苷元的提取效率。
表11 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(mg/g,n=3)Table 11 Verification experiment results(mg/g,n=3)
2.3.1α-葡萄糖苷酶的抑制活性 結(jié)果如表12,按照上述最佳條件制備的甲醇鹽酸提取物與5種黃酮苷元的α-葡萄糖苷酶抑制活性均高于陽性對照阿卡波糖。天山茶藨莖甲醇鹽酸提取物的活性要高于甲醇提取物,可能是經(jīng)過酸水解提取后,黃酮苷元含量升高,其活性也相應(yīng)提高。
表12 α-葡萄糖苷酶抑制活性(mg/L,n=3)Table 12 α-Glucosidase inhibitory activity(mg/L,n=3)
2.3.2 抗氧化活性 按照上述方法測定樣品的DPPH、ABTS自由基清除率,結(jié)果如表13所示,5種黃酮苷元均表現(xiàn)出一定的活性,其中槲皮素的DPPH自由基清除活性最好,木犀草素、山奈酚的ABTS自由基清除能力高于陽性對照VC。天山茶藨莖甲醇提取物和甲醇鹽酸提取物的抗氧化活性均低于陽性對照抗壞血酸,甲醇鹽酸提取物的活性要高于甲醇提取物,可能是酸水解提取后黃酮苷元含量升高,其活性也相應(yīng)提高,提示黃酮苷元可能是其中主要的抗氧化活性成分。
表13 抗氧化活性(IC50,mg/L,n=3)Table 13 Antioxidant activity(IC50,mg/L,n=3)
流動(dòng)相的選擇影響化合物在色譜柱中的保留效果、離子化效率等,進(jìn)而影響分離效果及峰形。實(shí)驗(yàn)中考察了甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-0.2%甲酸水以及乙腈-0.1%甲酸水溶液、乙腈-0.2%甲酸水4種流動(dòng)相對于這5種黃酮苷元的分離效果,結(jié)果表明:乙腈-0.1%甲酸水溶液為流動(dòng)相時(shí),各成分的分離效果最好,最終確定該流動(dòng)相體系為最佳流動(dòng)相。本試驗(yàn)建立的UPLC-MS/MS方法,可以在8 min內(nèi)同時(shí)對木犀草素、槲皮素、異鼠李素、山奈酚、芹菜素進(jìn)行定量分析,具有靈敏度高、分析速度快的優(yōu)點(diǎn)。
植物中的黃酮類成分分為游離苷元和結(jié)合型糖苷兩類,且主要以糖苷形式存在,酸水解能使提取物中多種黃酮糖苷轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的苷元[17-18]。本研究中利用單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化了天山茶藨莖的酸水解提取方法,結(jié)果表明:鹽酸濃度是影響酸水解提取程度的主要因素,最佳的酸水解提取工藝為:含5%鹽酸甲醇溶液在70 ℃提取100 min,該條件下,山奈酚、木犀草素的提取率達(dá)到1.23、1.25 mg/g,與甲醇提取物(甲醇中未添加鹽酸)相比較,5種黃酮苷元的提取率明顯提高,說明提取過程中黃酮糖苷類水解成了相應(yīng)的苷元,天山茶藨莖黃酮類化合物主要是以山奈酚和木犀草素為苷元的糖苷。木犀草素、槲皮素、異鼠李素、山奈酚、芹菜素這5種黃酮苷元均表現(xiàn)出明顯的抗氧化及α-葡萄糖苷酶抑制活性,這與前期研究結(jié)果一致[19-22]。天山茶藨莖甲醇鹽酸提取物和甲醇提取物相比較,其抗氧化及α-葡萄糖苷酶抑制活性均明顯提高,可能是由于其中黃酮苷元含量升高,其活性也相應(yīng)提高,提示這些黃酮苷元可能是天山茶藨中主要的活性成分,這些結(jié)果將為深入研究天山茶藨黃酮類的結(jié)構(gòu)和活性提供參考依據(jù)。