《Journal of Food Composition and Analysis》：Comparative profiling of glucosinolate and isothiocyanate contents across various edible vegetables of the
Brassicaceae and order
Brassicales superfamilies
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为了阐明不同可食用蔬菜中具有生物活性的异硫氰酸盐(ITCs)的生成潜力，研究人员对十字花科(Brassicaceae)和白花菜目(Brassicales)超家族的多种蔬菜中的芥子油苷(GLs)和ITCs含量及其黑芥子酶(myrosinase)诱导的生物转化率进行了系统性的鉴定与定量分析。研究发现不同蔬菜的GLs和ITCs谱存在显著物种特异性差异，且ITC的产量不仅取决于GLs前体的丰度，也受内源黑芥子酶活性的调控。该研究为评估这些蔬菜在健康促进和疾病预防策略中的营养价值提供了新的生化见解。
想象一下，餐桌上常见的西兰花、菜花、卷心菜，它们不仅是我们日常饮食的一部分，还蕴藏着强大的健康密码。这类十字花科蔬菜，以及木瓜所属的白花菜目植物，其营养价值的一个重要来源是一类含硫的次生代谢物——异硫氰酸盐(ITCs)。ITCs被誉为“蔬菜界的化学防卫兵”，在对抗癌症、神经退行性疾病和微生物感染方面展现出巨大潜力。然而，这些“士兵”并非直接存在于完整的植物细胞中，它们是由其前体物质芥子油苷(GLs)在植物组织受损（例如被我们切割、咀嚼或消化时）时，被一种名为黑芥子酶(myrosinase)的内源酶“激活”后转化而来的。这就引出了一个核心问题：我们吃的不同蔬菜中，究竟含有多少GLs“原料”？它们被自身的“钥匙酶”——黑芥子酶转化为有活性的ITCs“成品”的效率又如何？不同蔬菜品种之间是否存在显著差异？目前，虽然对单个物种的研究已有不少，但系统地、可比较地评估这些可食用蔬菜超家族在GLs组成、ITC产量以及关键转化酶效率方面的差异，仍然是一个知识缺口。
为了解决这些问题，来自塞浦路斯神经与遗传学研究所的研究团队开展了一项系统性的比较研究。他们选取了十字花科（菜花、抱子甘蓝、西兰花、萝卜、卷心菜、大白菜）和白花菜目（木瓜）共七种常见可食用蔬菜，旨在鉴定和定量其中的GLs和ITCs，并确定其黑芥子酶诱导的生物转化率，最终评估GLs含量、黑芥子酶活性与ITC产量之间的相关性，为理解其营养和生化重要性提供新见解。这项研究成果发表在《Journal of Food Composition and Analysis》上。
研究人员运用了多项关键技术来达成研究目标。首先，他们建立了基于超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-QqQ-ESI(±)-MS/MS)的分析方法，用于高灵敏度、高选择性地同时鉴定和定量多种GLs和经巯基乙醇预柱衍生化处理的ITCs（以增加其稳定性）。其次，利用分光光度法测定了总GLs和总ITCs的含量。最后，通过动力学监测（监测特定波长下底物浓度的下降）来评估内源黑芥子酶对不同外源GLs底物的水解活性，从而量化其酶活。所有蔬菜样本在分析前均经过液氮速冻、冻干和低温研磨处理，以最大程度保留代谢物并控制内源酶的提前激活。
研究结果：
3.1. 色谱和质谱条件的优化
研究首先优化了色谱分离和质谱电离条件。通过使用含0.1%甲酸的水溶液作为流动相，并将色谱柱温度维持在30°C，获得了最佳的峰形和电离效率。GLs主要在负离子(ESI-)模式下检测，而衍生化的ITCs则在正离子(ESI+)模式下检测，并通过多反应监测(MRM)模式实现精准定量，确保了方法的高灵敏度与准确性。
3.2. 方法的线性、准确度和精密度
建立的分析方法在线性、检测限(LoD)、定量限(LoQ)以及日内、日间精密度方面均表现良好，回收率令人满意（GLs为85-102%，衍生化ITCs为90-98%），证明了该方法的可靠性和重现性，适合用于不同蔬菜基质中目标化合物的比较分析。
3.3. GLs含量的测定
研究人员成功鉴定并量化了各种蔬菜中20多种GLs。结果显示，不同蔬菜的GLs谱存在显著差异：
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菜花积累了最高含量的萝卜硫苷(glucoiberin)及其对应的ITC产物iberin(IBN)。
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抱子甘蓝和卷心菜含有最高含量的黑芥子苷(sinigrin)和吲哚-3-甲基芥子油苷(glucobrassicin)。
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西兰花、萝卜和大白菜则富含萝卜硫素的前体——萝卜硫苷(glucoraphanin)。
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木瓜中几乎只检测到苄基芥子油苷(glucotropaeolin)。
从总GLs含量看，抱子甘蓝最高，木瓜最低。研究还根据GLs侧链的化学结构对其进行了分类（如硫氧化物、甲基硫酸盐、饱和脂肪族、甲基硫化物、烯丙基类、芳香族和吲哚基类），并展示了各类GLs在不同蔬菜中的比例分布。[](@replace=1)
3.4. 黑芥子酶诱导的ITCs产生
研究人员在模拟生理条件下（PBS缓冲液，pH 7.0，37°C，加入抗坏血酸作为辅因子）激活内源黑芥子酶，监测了GLs水解为ITCs的过程。反应在10-20分钟内基本完成。生成的ITCs根据不同极性用不同溶剂（如二氯甲烷、乙醚等）萃取，并经巯基乙醇衍生化后用于UPLC-MS/MS分析。主要发现包括：
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菜花中IBN含量最高。
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抱子甘蓝和卷心菜产生的烯丙基异硫氰酸酯(AITC)和吲哚-3-甲醇(I3C, 来自glucobrassicin的不稳定ITC的降解产物)含量最高。
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西兰花、萝卜和大白菜的萝卜硫素(SFN)含量最高。
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木瓜几乎只产生苄基异硫氰酸酯(BITC)。
利用环缩合反应测定总ITC含量显示，西兰花中总ITC含量最高，木瓜最低。研究还计算了主要GLs转化为对应ITC的百分比产率，范围在42%至93%之间，表明转化并非定量，且存在物种和底物特异性差异。[](@replace=2)
3.5. 生物转化产率与黑芥子酶活性
研究者评估了各蔬菜内源黑芥子酶对不同外源GLs底物的水解活性。结果表明，黑芥子酶的活性因蔬菜种类和所用底物不同而有很大差异，反映了潜在的酶亚型特异性或调控机制的多样性。[](@replace=3)
随后的皮尔逊相关性分析揭示了GLs含量、ITCs产量和黑芥子酶活性之间复杂的关系。例如，在菜花和西兰花中，GLs含量与ITC产量呈强正相关，表明底物转化效率高。然而，在抱子甘蓝、萝卜和木瓜中，却观察到强负相关，意味着高GLs含量并不总导致高ITC产量，可能涉及酶饱和、底物特异性偏好或竞争性降解途径。总体而言，GLs的可利用性是ITC形成的主要贡献因素，而物种依赖性的酶学和基质相关因素进一步调节了整体的生物转化效率。[](@replace=4)
研究结论与讨论：
本研究的系统性对比分析清晰地描绘了十字花科和白花菜目可食用蔬菜在GLs和ITCs谱方面的物种特异性差异。研究确认，西兰花和萝卜是GLs和ITCs（特别是SFN）的丰富来源，而菜花和卷心菜则含有更均衡的吲哚基和脂肪族类分子。木瓜的代谢物谱则非常独特，几乎专一性地产生BITC。
讨论部分深入剖析了这些发现的深层含义。首先，在方法学上，研究采用的基于UPLC-MS/MS的“无损”GLs分析（无需脱硫）和基于巯基乙醇的ITCs稳定化衍生策略，为同时、精准分析这类复杂、不稳定的植物代谢物提供了可靠方案。其次，关于组成谱，研究结果与已知的十字花科蔬菜化学型基本一致，但通过跨物种定量比较，更精细地揭示了每种蔬菜的独特“代谢指纹”。例如，菜花中IBN含量最高，但AITC却是其最丰富的ITC，这可能归因于黑芥子酶对烯丙基类底物（如黑芥子苷）更高的催化偏好性，以及IBN自身较高的化学挥发性和不稳定性。
最关键的是，研究强调了“黑芥子酶活性与生物转化效率”这一核心环节的重要性。GLs到ITCs的转化并非自动或定量的，其产率（42-93%）受到内源黑芥子酶活性、酶亚型组成、底物特异性、以及pH、温度、辅因子等条件的综合调控。相关性分析中观察到的正、负相关模式，正说明了在不同蔬菜中，从GLs“库存”到ITCs“产出”的“生产线效率”各不相同，是底物丰度、酶动力学特性以及潜在竞争性副反应途径共同作用的结果。
从营养与健康角度看，该研究具有重要启示。ITCs如SFN、BITC、PEITC和I3C，因其在调节II相解毒酶、抗氧化防御、抗炎和表观遗传调控等方面的作用，被认为是这些蔬菜健康益处的关键介质。本研究提供的详细代谢物谱和转化效率数据，为精准评估不同蔬菜的健康促进潜能（例如，针对神经保护、抗癌或抗菌等不同健康目标选择优势蔬菜）提供了科学依据。同时，研究结果也指向了通过优化采后处理、食品加工和烹饪方式（旨在保护黑芥子酶活性或促进其与底物的接触）来最大化膳食ITCs摄入量的可能性。此外，该研究也为旨在通过农艺学或生物技术手段（如育种或基因工程）改良蔬菜功能成分的“生物强化”策略提供了重要的靶点信息和评价基础。
综上所述，这项研究不仅填补了关于不同可食用十字花科及近缘蔬菜中活性成分及其转化效率系统性比较的知识空白，还深化了我们对植物次生代谢物“从合成到功能”这一链条的理解，为从生化角度阐释和利用这些蔬菜的营养价值，从而支持疾病预防和健康促进策略，提供了坚实的数据支撑和理论洞见。
