文献解读

当代谢组学邂逅“中国风”——玉兰花开,科研之美

前言

 

2020年3月,韩国大学课题组在Food Research International杂志发表题为“UPLC-QTOF-MS/MS screening and identification of bioactive compounds in fresh, aged, and browned Magnolia denudata flower extracts”的研究论文。

 

该研究使用超高效液相色谱和混合四极杆正交飞行时间质谱仪(UPLC-Q-TOF/MS/MS)非靶向代谢组学技术对新鲜、陈酿和棕色的玉兰花提取物进行了表征,确定了黄酮类化合物、苯乙醇苷衍生物(PhGs)、咖啡酰奎宁酸(CQAs)等16种化合物的主要化学成分。这些观察结果可为研究未发酵和发酵的白玉兰的生理效应提供依据。

 

 

中文标题:UPLC-QTOF-MSMS法筛选和鉴定新鲜、老化、褐变的白玉兰提取物中的生物活性成分

研究对象:白玉兰

发表期刊:Food Research International

影响因子:4.972

运用生物技术:非靶向代谢组学

研究背景

 

玉兰花在亚洲国家被用作治疗过敏性鼻炎、鼻窦炎和头痛的传统药物。其中含有多种化合物,这些化合物具有抗氧化、抗炎、抗癌、降血脂等多种生物活性,为此作者对在不同的条件下的白玉兰进行了发酵研究。采用超高效液相色谱结合混合四极正交飞行时间质谱仪(UPLC-Q-TOF/MS/MS)对新鲜、老化和褐变的白玉兰提取物(分别为FMFE、AMFE和BMFE)的成分进行了详细分析。

 

对选定的FMFE、AMFE和BMFE质量离子进行了样本t检验和多元统计分析,包括主成分分析(PCA)、正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)和S图。利用代谢组学数据库和相关文献对所选质量离子的MS/MS裂解模式进行了分析。因此,对三种不同类型的提取物(MFE)进行了表征,以获得有关老化和褐变过程诱导的转化的详细信息。

研究思路

 

 

实验方法

 

1.样品采集

 

①白玉兰是从Mururang Draerang公司(韩国)获得的。这些花是在一个农场里从许多树上采集的。采用随机抽样的方法进行实验。花在25°C(老化)和90°C(褐变)下研磨和贮藏7天。使用过饱和氯化钠(NaCl)溶液将密封室内的湿度调节到75%。

 

②白玉兰的提取

将新鲜、老化和棕色的花样品在90°C蒸馏水(DW)中浸泡15分钟提取代谢物。剔除花瓣,并将花的提取液在8000g下离心10分钟,取离心后的提取液上清,使用0.22μm微孔抽吸过滤器过滤提取液。将新鲜、陈年、褐黄色的花卉提取液冻干,得到提取物粉末。

 

2.检测方法

 

本研究中基于HPLC-Q-TOF-MS代谢组学技术从7个新鲜、老化以及褐变的21个样品进行检测。

 

3.数据处理

 

数据处理和校准:峰值检测使用MassLynx软件(Waters)进行,所有色谱图中的质谱峰进行校准输出一个数据集,包含1340个和661个离子,分别表示为正模式和负模式下的保留时间和质量电荷比(RT-m/z对);

 

多元数据分析:用SIMCA-P+软件对MFEs代谢产物的强度进行Pareto标度;利用MassLynx软件对MFEs中的化合物进行了识别和检索,并根据母体离子的元素组成提出了分子式。使用代谢组学数据库和人类代谢组学数据库对潜在化合物的质谱和质谱/质谱谱中的主要片段离子进行了搜索。

 

实验结论

 

1.光电二极管阵列分析,MFE化学成分

 

使用UPLC分析MFE的化学成分。在270nm处获得的光电二极管阵列色谱图显示了16个主峰,对应于化合物3、6、9、18、19、21、23、24、29、32、37、39、40、42、43和49(图1)。

图1 | 木兰花提取物色谱图

 

6种化合物的特性和编号如表1所示。随着发酵程度的增加,花的化学成分发生了变化。这种花是在温度范围内老化的,这种温度范围通常用来储存和陈酿农场里的作物。换句话说,在老化过程中,光电二极管阵列色谱显示AMFE的化学成分没有显著变化(图1A和B)。然而,BMFE的剖面与新鲜和老化的样品有很大的不同。例如,一些峰值出现在BMFE剖面中,其他峰值的强度显著增加(图1C)。

 

表1 | 新鲜、老化和棕色的白玉兰花提取物代谢组学鉴定

 

 

2. 白玉兰化学成分的化学分析

 

基峰色谱图(BPCs):FMFE、AMFE和BMFE的UPLC-Q-TOF/MS分析的基本色谱图和主成分分析如图2所示。基峰色谱图的结果与光电二极管阵列色谱图不同。AMFE的许多不同的基峰色谱图(图2A和B)表明,花的化学成分受室温发酵的影响。与AMFE相比,BMFE的光电二极管阵列和基峰色谱图的变化更大,表明热处理和湿度改变了BMFE的化学组成。

 

 

图2 | 代谢物色谱图及主成分分析

 

主成分分析与S图:用1340和661离子分别在阳性(ESI+)和阴性(ESI-)模式下获得PCA得分图。在图2C和D中,各组之间观察到明显的分离趋势。图2显示,81.8%的ESI+模式变量和71.6%的ESI-模式变量可以区分FMFE、AMFE和BMFE。确定了选择MFE离子的三个标准:用第一组分(图3)提取的OPLS-DA的Splot上| p(corr)|>0.6的相关系数,独立双样本t检验p<0.05的统计显著性,以及>2倍的强度变化。与FMFE、AMFE和BMFE的比较是在ESI+模式下FMFE与AMFE(755质量离子)、FMFE与BMFE(1089质量离子)、AMFE与BMFE(1055质量离子)以及在ESI-模式下FMFE与AMFE(286质量离子)、FMFE与BMFE(355质量离子)以及AMFE与BMFE(306质量离子)之间进行的。随后,获得了非纯ESI+(1223个质量离子)和ESI-(458个质量离子)模式,以及ESI+(35个质量离子)和ESI-(40个质量离子)模式的MS/MS光谱。

图3 | 代谢组学分析

 

3.基于MS和MS/MS谱的MFEs的表征与鉴定

 

利用代谢组学数据库和中性损失对质谱中选定的未知质量离子碎片进行了鉴定和分析,16种主要鉴定化合物的MSMS、化学结构和裂解产物离子如图4所示。MFE化合物分为七个结构类:CQAs、PhGs、黄酮类、寡糖衍生物、核苷酸和“其他”。

1)CQAs的识别:在MFEs谱中检测到3个CQA。

2)PhG衍生物的鉴定:在MFEs谱中检测到12个phG衍生物。

3)黄酮类化合物的鉴定:在MFEs谱中检测到5种黄酮醇。

4)低聚糖衍生物的鉴定:MFEs中鉴定出5种低聚糖衍生物。

5)核甘酸鉴定:在MFEs谱中检测到3种核苷酸。

6)其他。

图4 | 化合物的MS/MS光谱、化学结构和产物离子

 

4.发酵过程中化合物的变化

 

在这项研究中,作者使用非靶向代谢组学方法来比较FMFE和每个发酵提取物的代谢谱。通过控制发酵过程中的温度和湿度,可以显著地改变白玉兰中CQAs、黄酮类化合物、PhG衍生物和其他化合物的含量。AMFE与FMFE相比略有变化,然而BMFE却有显著的变化(表2)。与AMFE相比,BMFE的提取组分转化更为广泛,这可能是前者在较高温度下发酵的结果。

 

表2 | 新鲜、陈化和褐化白玉兰花提取物中主要成分的含量

 

研究结果

 

该研究采用一种新的发酵方法代替一般的发酵方法。作者认为,由于化学成分(如低分子量酚类化合物)和同分异构体(如异马鞭草苷和异acteoside)的变化,白玉兰成分的热诱导转化可导致生物活性谱的改变。研究结果表明,在今后的研究中,应特别关注花的衰老程度和褐变程度,以评价花的生理活性。

 

小编推荐

 

本文采用超高效液相色谱-四极正交飞行时间质谱联用仪(UPLC-Q-TOF/MS/MS)对新鲜、老化和褐化的白玉兰提取物进行了表征,鉴定到三种提取物的化学成分和含量不同。这些观察结果可为研究未发酵和发酵的白玉兰的生理效应提供依据。

 

文章看点

 

本文运用非靶向代谢组学技术对黄酮类化合物的鉴定:在MFEs谱中检测到5种黄酮醇。针对黄酮酚类的化合物鉴定,鹿明生物也推出了精准靶向代谢组学包。详情请见下图:

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部分参考文献:

 

[1]Bastos, D. H., Saldanha, L. A., Catharino, R. R., Sawaya, A. C., Cunha, I. B., Carvalho, P.O., & Eberlin, M. N. (2007). Phenolic antioxidants identified by ESI-MS from yerba mate (Ilex paraguariensis) and green tea (Camelia sinensis) extracts. Molecules, 12(3),423–432.

[2]Cho, K., Kim, Y., Wi, S. J., Seo, J. B., Kwon, J., Chung, J. H., ... Nam, M. H. (2012).Nontargeted metabolite profiling in compatible pathogen-inoculated tobacco(Nicotiana tabacum L. cv. Wisconsin 38) Using UPLC-Q-TOF/MS. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(44), 11015–11028.

[3] Forino, M., Tenore, G. C., Tartaglione, L., Carmela, D., Novellino, E., & Ciminiello, P.(2015). (1S,3R,4S,5R)5-O-Caffeoylquinic acid: Isolation, stereo-structure characterization and biological activity. Food Chemistry, 178, 306–310.

 

 

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