基于比较植物化学谱与生物活性的部分可食用水果及蔬菜提取物的抗氧化与神经保护潜力分析

【字体: 时间:2026年03月10日 来源:Plants 4.1

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  本研究为一项比较性实验研究,通过整合抗氧化(ABTS、DPPH、FRAP)与抗乙酰胆碱酯酶(AChE)活性测定、超高效液相色谱(UHPLC)定量酚类分析、效应导向薄层色谱(HPTLC)生物自显影等方法,系统评估了杏、欧芹、李和无花果四种地中海饮食中常见植物提取物的功能特性,揭示了其各自独特的植物化学谱与其抗氧化、神经保护活性之间的关联,为开发协同增效的功能性食品提供了科学依据。

  
本研究旨在探究并比较三种水果(杏、李、无花果)及一种蔬菜(欧芹)提取物的体外抗氧化与神经保护潜力,并将其与各自的植物化学成分谱相关联。
2. 研究结果
2.1. 抗氧化能力
四种提取物的抗氧化能力通过ABTS、DPPH(两者结果以半数抑制浓度IC50表示)和铁离子还原抗氧化能力(FRAP)三种方法进行评估,结果表明物种间存在显著差异。
在ABTS实验中,李提取物显示出最强的自由基清除能力,其IC50为1.733 ± 0.079 mg/g,显著低于欧芹(13.740 ± 0.672 mg/g)、杏(23.850 ± 1.126 mg/g)和无花果(29.190 ± 1.358 mg/g)。同样,在DPPH实验中,李提取物再次表现出最强的活性(IC501.593 ± 0.069 mg/g),而欧芹(15.750 ± 0.766 mg/g)、无花果(14.630 ± 0.383 mg/g)和杏(12.670 ± 0.365 mg/g)的活性显著较弱。FRAP实验进一步凸显了李提取物异常高的还原能力(23.161 ± 1.094 mM Fe2+当量),是欧芹(4.880 ± 0.110 mM Fe2+)的四倍以上,是杏(1.021 ± 0.041 mM Fe2+)和无花果(0.822 ± 0.030 mM Fe2+)的二十多倍。这些结果综合表明,在四种提取物中,李是最强大的抗氧化剂来源。
2.2. 以抗乙酰胆碱酯酶活性评估的神经保护潜力
乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制实验突出了欧芹是最有效的神经保护剂,其IC50为0.825 ± 0.026 mg/g,显著低于杏(7.359 ± 0.197 mg/g)和李(5.401 ± 0.120 mg/g)。在测试浓度范围内,无花果提取物未显示出可测量的抑制活性,因此无法确定其IC50值。这些发现表明,欧芹的酚类谱赋予了其相比于可食用水果卓越的AChE抑制活性。然而,在水果中,李显示出最高的抗AChE活性。
2.3. 总酚与总黄酮含量
分光光度分析揭示了四种提取物在植物化学成分丰度上的主要差异。李提取物的总酚含量(TPC)最高(5.443 ± 0.198 mg 没食子酸当量(GAE)/g),这与其优越的抗氧化性能一致。另一方面,欧芹提取物的类黄酮总含量(TFC)远远高于其他物种(12.874 ± 0.534 mg 槲皮素当量(QE)/g)。杏(0.679 ± 0.019 mg GAE/g TPC; 0.790 ± 0.035 mg QE/g TFC)和无花果(0.763 ± 0.018 mg GAE/g TPC; 0.263 ± 0.007 mg QE/g TFC)提取物的含量显著较低。Wilcoxon检验比较了FRAP与TFC,未发现显著关联,表明这些提取物中的还原能力并非仅由类黄酮含量驱动,也与非类黄酮酚类物质有关。
2.4. 酚酸谱
通过UHPLC分析,在四种提取物中鉴定出了八种酚酸,并呈现了物种特异的分布模式。
杏含有高水平的丁香酸(6.804 ± 0.333 mg/g)和绿原酸(6.768 ± 0.252 mg/g),其含量显著高于对香豆酸、阿魏酸、原儿茶酸和咖啡酸。杏是唯一检出含有没食子酸(1.118 ± 0.446 mg/g)的样品。
欧芹以阿魏酸(7.154 ± 0.321 mg/g)为主,其含量显著高于所有其他酸。对香豆酸(3.213 ± 0.134 mg/g)、丁香酸(2.695 ± 0.061 mg/g)和香草酸(2.684 ± 0.132 mg/g)的含量适中,而绿原酸几乎不存在(0.861 ± 0.023 mg/g)。
李富含绿原酸(8.059 ± 0.332 mg/g),其含量显著高于对香豆酸(3.854 ± 0.168 mg/g)、咖啡酸(3.603 ± 0.109 mg/g)和原儿茶酸(3.378 ± 0.084 mg/g)。未检出丁香酸和香草酸。
无花果呈现出更均衡的酚酸谱,其中丁香酸(2.550 ± 0.077 mg/g)、咖啡酸(2.448 ± 0.057 mg/g)和原儿茶酸(1.814 ± 0.067 mg/g)浓度适中。
2.5. 相关性分析
斯皮尔曼等级相关性分析揭示了显著的趋势。总酚含量(TPC)与对香豆酸含量呈正相关趋势(ρ = 1.0, p = 0.083),表明对香豆酸是总酚含量的主要贡献者。DPPH活性与丁香酸和香草酸呈正相关(ρ = 1.0, p = 0.083),支持了它们作为自由基清除剂的作用。总黄酮含量(TFC)与咖啡酸、绿原酸和原儿茶酸呈负相关(ρ = ?1.0, p = 0.083),反映了类黄酮与羟基肉桂酸积累之间存在此消彼长的权衡关系。抗AChE活性与没食子酸(ρ ≈ 0.775, p = 0.5)和阿魏酸(ρ = 0.4, p = 0.75)呈正相关,与FRAP也呈正相关(ρ = 0.4, p = 0.75)。与ABTS、DPPH、丁香酸和香草酸呈负相关(ρ 从?0.4 到?0.6,不显著)。尽管由于样本量较小,大多数关联未达到统计学显著性,但这些模式突显了独特的化合物-活性关系。
2.6. 高效薄层色谱指纹图谱与效应导向分析
高效薄层色谱(HPTLC)指纹分析定性地证实了UHPLC的发现。在紫外光下,欧芹显示出最丰富的谱带,其中许多与咖啡酸和绿原酸标准品共迁移。李提取物也显示出对应于这些酸的强谱带,而杏提取物显示微弱的绿原酸谱带,无花果提取物总体上显示出较少、较弱的谱带。效应导向的DPPH生物自显影将抗氧化活性定位在对应于绿原酸的谱带上,特别是在李子中,这为该化合物是自由基清除活性的功能贡献者提供了直接证据。杏、欧芹和无花果在起始区域仅显示出弱活性区。
3. 讨论
本研究提供了杏、欧芹、李和无花果提取物抗氧化和神经保护潜力的比较评估,显示了与它们酚类组成相关的活性差异。
李在抗氧化方面始终表现最突出。其在ABTS和DPPH实验中极低的IC50值,以及出色的FRAP活性,归因于其羟基肉桂酸(尤其是绿原酸)的丰富含量。HPTLC-DPPH生物自显影直接证实了这种关系。此外,花青素也可能间接贡献了观察到的抗氧化效应。
杏虽然在抗氧化能力方面表现平平,但以其高含量的没食子酸而引人注目。该化合物已知兼具抗氧化和AChE抑制活性。本研究中观察到的没食子酸与抗AChE活性之间的中度正相关支持了其在杏的神经保护谱中的作用。
无花果虽然在ABTS和DPPH清除方面较弱,且未检测到抗AChE活性,但其富含原儿茶酸和丁香酸。这些化合物与抗炎和血管保护活性相关,这可能解释了无花果在民族药理学中的应用,尽管在本研究的抗氧化和神经保护实验中评分较低。
欧芹虽然在自由基清除实验中效果不如李,但表现出非凡的AChE抑制能力,其IC50值比杏或李低一个数量级。这可归因于其独特的组成,主要由香草酸、对香豆酸和丁香酸主导,同时其类黄酮含量异常高。丁香酸和香草酸是甲氧基化的酚酸,先前报道可调节氧化应激和AChE活性,这为欧芹的神经保护作用提供了机制基础。丁香酸、香草酸与DPPH清除之间的相关性进一步强调了它们的功能相关性。
相关性分析初步揭示了化合物与活性之间的潜在关系。总酚含量主要由对香豆酸驱动,其对香豆酸在欧芹中特别丰富。相反,类黄酮积累与羟基肉桂酸呈负相关,表明物种可能将资源分配到不同的生物合成途径。这些发现强调需要同时评估总含量和单个化合物的贡献。
HPTLC分析显示被测提取物具有相对简单的酚类模式。在紫外线下和衍生化后,观察到一个对应于绿原酸的清晰谱带,证实了其作为主要酚类标志物的存在。效应导向的DPPH生物自显影证实抗氧化活性定位于绿原酸谱带,而起始点观察到的强烈猝灭表明,不迁移的组分也有助于自由基清除活性。这些发现为植物基神经保护这一新兴领域做出贡献,阐释了不同酚类在饮食中的多样性如何支持对氧化应激和胆碱能功能障碍的多靶点调节,这两者都是神经退行性疾病的核心机制。
3.1. 局限性
本研究存在若干局限性。生物学重复次数少且只包含四个物种,限制了相关性分析的统计效力。所使用的实验提供了体外抗氧化和神经保护潜力的估计,但未考虑体内的生物利用度、代谢或协同相互作用。最后,虽然酚酸被确认为主要贡献者,但次要化合物和复杂多酚(如单宁或花青素)的作用仍有待探索。
3.2. 未来展望
抗氧化和神经保护数据的整合为未来的配方设计提供了概念框架。虽然互补的植物化学分布暗示了协同相互作用的可能性,但本研究未进行组合实验。因此,配方开发仍然是一个假设驱动的研究方向,需要混合物设计实验和相互作用模型。
4. 材料与方法
4.1. 植物材料
植物材料(可食用水果和欧芹叶)于2025年7月从罗马尼亚西南部不同生态区的认证本地生产商处获得。可食用水果经冷冻干燥处理,欧芹叶阴干后粉碎过筛,粉末储存于琥珀色玻璃容器中备用。
4.2. 化学品与试剂
实验使用了多种溶剂、化学试剂和标准品,包括用于UHPLC分析的八种酚酸标准品(咖啡酸、绿原酸、对香豆酸、阿魏酸、没食子酸、原儿茶酸、丁香酸、香草酸)以及用于HPTLC分析的硅胶板。
4.3. 提取流程
采用超声波辅助提取法,以70%乙醇为溶剂,在50°C下处理20分钟。提取液过滤后用于后续分析。
4.4. 标准品制备
配制了八种酚酸标准品的储备液(1 mg/mL),并稀释用于UHPLC分析校准。
4.5. 抗氧化活性测定
4.5.1. DPPH抗氧化实验
在96孔板中,将样品与DPPH溶液混合,避光孵育30分钟后,在517 nm处测量吸光度,计算IC50值。
4.5.2. ABTS抗氧化实验
在96孔板中,将样品与ABTS工作液混合,在620 nm处测量吸光度,计算IC50值。
4.5.3. FRAP抗氧化实验
将样品与新鲜配制的FRAP试剂混合,孵育30分钟后,在595 nm处测量吸光度。结果以μM Fe2+当量表示。
4.6. 神经保护活性测定
在96孔板中使用浓度梯度的样品进行AChE抑制实验。反应以1-萘基乙酸酯为底物,乙酰胆碱酯酶催化,加入固蓝B盐显色。在595 nm处测量吸光度,计算IC50值。以利斯的明(1 mg/mL)作为阳性对照。
4.7. 总酚含量测定
采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量。在96孔板中将样品与Folin-Ciocalteu试剂和碳酸钠溶液混合,避光孵育2小时后,在620 nm处测量吸光度。使用没食子酸标准曲线计算总酚含量,结果以μg GAE/mL提取物表示。
4.8. 总黄酮含量测定
采用AlCl3比色法测定总黄酮含量。在96孔板中将样品与AlCl3溶液、乙醇和醋酸钠混合,避光孵育40分钟后,在410 nm处测量吸光度。使用槲皮素标准曲线计算总黄酮含量,结果以μg QE/mL提取物表示。
4.9. 用于抗氧化和神经保护活性评估的HPTLC指纹图谱分析
使用HPTLC对植物提取物进行抗氧化能力评估。将提取物和标准品点样于硅胶板上,以乙酸乙酯:甲酸:水(90:6:9, v/v/v)为流动相展开。先在254 nm和366 nm下观察,衍生化后在366 nm下用NP-PEG试剂观察,DPPH实验在白光下观察,以鉴定具有抗氧化特性的生物活性化合物。
4.10. 酚酸的UHPLC分析
使用配备光电二极管阵列检测器和质谱检测器的Waters Acquity Arc系统进行UHPLC分析。色谱柱为CORTECS C18柱,采用梯度洗脱。在265 nm和325 nm两个波长下进行检测,并使用质谱在负离子模式下对目标化合物进行确证。
4.11. 统计分析
所有统计分析均使用GraphPad Prism 9.0.1软件进行。数据首先通过Shapiro-Wilk检验评估正态性。对符合正态分布的数据集采用双因素方差分析(ANOVA),随后进行Tukey多重比较检验。对非正态分布的数据集使用Wilcoxon检验。使用斯皮尔曼等级相关系数进行各参数间的相关性分析。显著性阈值设定为p < 0.05。所有实验均进行三次重复。
5. 结论
本研究对杏、欧芹、李和无花果进行了综合的植物化学和生物活性比较,表明每个物种都展现出与特定酚类谱相关的独特抗氧化和神经保护特征。李因其高含量的绿原酸和咖啡酸而成为最强效的还原剂。欧芹则表现出显著的抗AChE活性和中等的自由基清除能力,这与它的高类黄酮含量以及高水平的阿魏酸和香草酸有关。无花果虽然整体活性较低,但提供了丁香酸、咖啡酸和原儿茶酸的平衡谱,贡献了中等的抗氧化能力。
相关性分析指出了特定的化合物-活性关联:丁香酸和香草酸与DPPH清除相关,对香豆酸与总酚含量相关,没食子酸和阿魏酸与抗AChE活性相关。HPTLC指纹图谱和效应导向实验通过将抗氧化活性直接定位到酚酸谱带,证实了这些关联。
总之,这些发现强调了这些天然产物的互补作用。它们不同的酚类组成转化为特化的生物活性,表明在日常饮食中多样化摄入这些物种可以提供协同的抗氧化和神经保护益处。通过在一个比较框架内整合色谱、分光光度、酶学和相关性分析,这项工作推进了评估植物源神经保护资源的方法学,并支持了功能性食品研究中未来的体内和组合研究。
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