苦蕎殼活性組分的鑒定及其DNA損傷保護研究

楊 旭 呂遠平

（四川大學食品工程系，成都 610065）

苦蕎殼活性組分的鑒定及其DNA損傷保護研究

楊 旭 呂遠平

（四川大學食品工程系，成都 610065）

苦蕎是一種非常重要的食品資源，為了能夠對其有效地利用，以DPPH自由基清除活性為指標，通過極性萃取和柱層析的方法對醇提法得到的苦蕎殼粗提物進行分離純化。采用紫外光譜和HPLC－ESI/MS鑒定純化的苦蕎殼活性組分。結果表明，其主要成分為槲皮素，還包括微量的槲皮素－3－鼠李糖苷和山奈酚。瓊脂糖凝膠電泳試驗中純化的苦蕎殼活性組分顯示出良好的DNA損傷保護作用，并表現出了明顯的濃度依賴性。DNA損傷保護的定量研究中，當濃度為5～15 mg/mL時，純化的苦蕎殼活性組分對羥自由基和雙氧水的清除活性分別為（68.46±0.52）%～（90.32±0.37）%和（72.19±0.42）%～（96.82±0.34）%。因此，純化的苦蕎殼活性組分具有的抗氧化性和DNA損傷保護作用為苦蕎殼在食品、醫藥領域的應用提供了理論參考。

苦蕎 DPPH自由基 HPLC－ESI/MS 抗氧化 DNA損傷

苦蕎為蕎麥屬蓼科植物，它的種植和應用與其他谷類相似。2010年全世界蕎麥的產量超過了151萬t，其主要產地為中國［1］?？嗍w作為一種功能性食品被廣泛關注是由于它能夠預防心腦血管疾病，且長期食用無不良影響［2］。據報道，苦蕎能夠降低血脂和總膽固醇［3－4］、降血糖［5］、降血壓［6］，還具有抗氧化活性［7－9］。

近年來，高血脂、高血壓、心臟病、動脈硬化、糖尿病等慢性疾病的發病率持續升高，而這些慢性疾病的發生大多是由自由基引發的細胞損傷所引起。自由基也同樣會引發DNA損傷，由超氧自由基和過氧化氫產生的羥自由基是最有效的DNA損傷劑，它通過將鳥嘌呤轉化為8－羥基鳥嘌呤來實現對DNA的損傷［10］。DNA的氧化損傷是具有致癌性的，它與癌癥和衰老等多種病理過程相關［11］。有研究表明抗氧化物質能夠控制DNA氧化損傷，并保護DNA免受電離輻射、紫外線以及化學試劑的損害［12］。除此之外，自由基還能引起食品中的脂質過氧化，而這種變化會影響食品最終的可食性、風味、顏色、質地等感官質量。

苦蕎中的高黃酮含量和強抗氧化活性已經被報道［13］。然而，對苦蕎殼提取物的組成和生物活性卻鮮見報道。因此，為了更有效地利用苦蕎殼，研究其組成和生物活性尤為重要。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎：四川西昌。

蘆丁標準品：美國Sigma公司；1，1－二苯基 －2－苦肼基：日本TCI公司；pBR322質粒DNA：美國Promega公司；層析硅膠：四川長威醫藥有限責任公司；Sephadex LH－20填料：美國GE公司；MCICHP 20P填料：日本三菱化學株式會社；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

UV－2000紫外可見分光光度計：上海Unico公司；LC－6AD島津高效液相色譜系統：日本島津公司；TSQ Quantum Ultra高效液相色譜－質譜聯用系統：美國Thermafisher公司；MiniBIS Pro凝膠成像系統：DNR－IS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 苦蕎殼抗氧化組分的提取

將苦蕎清洗烘干后粉碎，分離得到苦蕎殼。稱取60 g放入索氏抽提器中，用960 mL的無水乙醚在60℃下回流6 h以脫脂。脫脂后的原料用70%的乙醇溶液，按1∶15（V/V）的料液比于70℃下回流提取8 h，重復3次［14］。將粗提液過濾，在45℃真空條件下旋轉蒸發，濃縮后得到浸膏。

1.3.2 總黃酮含量的測定

取1 mL樣品液，加入0.3 mL 5%NaNO2，反應5 min，然后再加入0.3 mL 10%AlCl3，混勻。6 min后加入2 mL 4%NaOH，混合液用甲醇定容至10 mL。反應15 min后，在510 nm下測定吸光度。所有的測定均重復3次。通過與蘆丁標準品對照，得到最終的測定結果，以g蘆丁當量/100 g干重表示 （g rutin eq./100 g DW）［15］。

1.3.3 DPPH自由基清除活性的測定

苦蕎殼中抗氧化組分的活性測定采用DPPH自由基清除活性的測定方法。準確稱取5.0mg樣品于25 mL容量瓶中，用甲醇定容，即得0.2 mg/mL樣品液。將樣品液用甲醇分別稀釋至0.1 mg/mL，0.05 mg/mL，0.025 mg/mL，0.012 5 mg/mL和 0.006 25 mg/mL。取不同濃度的樣品液各2mL于10mL比色管中，分別加入2 mL 0.08 mg/mL DPPH·乙醇溶液和1 mL Tris－HCl緩沖液（pH 7.4）。反應在閉光條件下進行30 min后，于517 nm下測定吸光度［16］。同樣條件下，不添加DPPH·作為本底組，不添加樣品液作為空白組。DPPH自由基清除活性按以下公式計算：

式中：As為樣品組的吸光度值；Ab為本底組的吸光度值；Ac為空白組的吸光度值。

1.3.4 苦蕎殼抗氧化組分的分離和純化

將得到的粗提物浸膏混溶于純水中，并分別用等體積的石油醚、乙酸乙酯、正丁醇進行極性萃?。?7］，磁力攪拌30 min后置于分液漏斗中靜置30 min，分離。將得到的乙酸乙酯組分上樣于硅膠柱，用氯仿 －甲醇溶液（100∶1，98∶2，95∶5，85∶15，50∶50，15∶85，5∶95，2∶98，1∶100，每個組分 500 mL）進行洗脫［1］，得到 9個組分（A1－A9）。分別測定9個組分的DPPH自由基清除活性。將組分A4通過Sephadex LH－20層析柱進行分離，用100%甲醇洗脫，將洗脫液每10 mL收集1管，接50管，在350 nm下測定每管的吸光度，繪制洗脫曲線。根據測定結果，將19到32管的洗脫液合并后濃縮。得到的濃縮物再進一步通過MCICHP 20P層析柱進行分離，用甲醇 －水溶液（20∶80，40∶60，60∶40，80∶20，100∶0，每個組分500 mL）進行洗脫，得到5個組分（C1～C5）。將組分C4濃縮后凍干，即為純化的苦蕎殼活性組分（Purified active component of Tartary buckwheat hulls，PAT），并通過高效液相色譜進行分析。

1.3.5 高效液相色譜分析

采用Shimadzu LC－6AD高效液相色譜系統，C18色譜柱（150 mm×2.1 mm i.d.；5μm）；進樣量20μL；柱溫為30℃；流動相A為0.1%的乙酸水溶液，流動相B為甲醇；梯度洗脫程序為：0 min 0%B；10 min 20%B；20 min 40%B；35 min 55%B；50 min 80%B；55min 100%B；60min 100%B；洗脫液流速為1 mL/min；檢測波長為254 nm。

1.3.6 紫外可見光譜分析

對PAT進行紫外可見光譜分析，樣品溶解于甲醇中，光譜掃描范圍為200～400 nm。

1.3.7 HPLC－ESI/MS分析

采用TSQ Quantum Ultra高效液相色譜－質譜聯用系統。選用Hypersil Gold－C18色譜柱（150 mm×2.1 mm i.d.；5μm）；柱溫為30℃；進樣量20μL；流動相A為0.1%的乙酸水溶液，流動相B為甲醇，采用與1.3.5中相同的梯度洗脫程序；流速1 mL/min；檢測波長為254 nm。使用正離子電噴霧電離方式；色譜柱流出組分進入質譜儀的流速為10μL/min；毛細管電壓為3.88 kV，錐孔電壓為53 V；離子源溫度為120℃，霧化溫度為200℃；掃描范圍為100～1 500m/z［18］。

1.3.8 DNA損傷保護作用測定

PAT的DNA損傷保護活性測定是以pBR322質粒DNA為研究對象，通過1%的瓊脂糖凝膠電泳來進行［11－12］。雙氧水在紫外線的照射下產生羥自由基，使質粒DNA被氧化。試驗在10μL的微型離心管中進行，反應混合物包括：3μL由5 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.4）稀釋至172 ng/μL的pBR322質粒DNA，1μL 30%的雙氧水，5μL不同濃度的PAT（0，5，10，15 mg/mL），反應在 254 nm紫外照射下誘發，室溫下持續10 min。未進行處理和只經過雙氧水處理的pBR322質粒DNA為空白對照。然后將反應混合物加入凝膠上樣緩沖液（×6），上樣于1%的瓊脂糖凝膠進行電泳，100 V下持續85 min。電泳結束后，將凝膠浸泡在EB染色液中30 min，在凝膠成像系統下觀察并拍照。

為了定量研究PAT對DNA損傷的保護作用，對PAT清除羥自由基和雙氧水活性進行了測定。

將 1 mL 9 mmol/L的硫酸亞鐵，1 mL 9 mmol/L的水楊酸 －乙醇溶液，1 mL 8.8 mmol/L的 H2O2，和1 mL PAT混合，反應在37℃下持續 30 min，在510 nm下測定其吸光度。在同樣條件下，不添加PAT作為空白對照組［7］。羥自由基清除活性公式：

式中：As為樣品組的吸光度值；Ab為本底組的吸光度值；Ac為空白組的吸光度值。

在清除雙氧水試驗中，將2.5 mL溶于0.2 M磷酸鹽緩沖液的 H2O2（10 mmol/L）與 2.5 mL PAT混合。反應在37℃下持續10 min，在230 nm下測定其吸光度。同樣條件下，不添加 PAT作為空白對照［19］。雙氧水清除活性計算如上。

1.3.9 數據分析

所有數據以均值±標注差表示，每次樣品的測定均重復3次。采用SPSS19.0進行方差分析和最小顯著性差異分析（P＜0.05即為差異顯著）。

2 結果與分析

2.1 苦蕎殼抗氧化組分的提取

苦蕎殼中粗提物的提取率為6.08%（6.08 g粗提物/100 g苦蕎殼）。以蘆丁為標準品，所得到標準曲線的回歸方程為y＝12.091x－0.007 4，R2＝0.999 5，式中：y為吸光度；x為樣品濃度?？嗍w殼總黃酮含量為（1.48±0.01）g rutin eq./100 g DW。

2.2 抗氧化組分的分離和純化

粗提物浸膏混溶于純水中，通過極性萃取得到4個組分：石油醚組分（88.4 mg），乙酸乙酯組分（356.2 mg），正丁醇組分（961.3 mg）和水組分（212.1 mg）。各極性萃取組分DPPH自由基清除活性測定結果如圖1所示，乙酸乙酯組分DPPH自由基清除活性最強。當質量濃度為0～200μg/mL時，清除率變化范圍為0%～（88.85±0.20）%，IC50為（15.00±0.07）μg/mL。

圖1 4種極性萃取組分在不同濃度下的DPPH自由基清除活性

乙酸乙酯組分通過硅膠柱層析分離，得到9個組分：A1（22.0 mg），A2（14.0 mg），A3（43.9 mg），A4（93.4 mg），A5（84.4 mg），A6（59.4 mg），A7（12.5 mg），A8（8.5 mg），A9（7.3 mg）。圖 2為各組分DPPH自由基清除活性的測定結果，A4組分展現了最強的DPPH自由基清除活性。將組分A4上樣于Sephadex LH－20層析柱，用100%甲醇洗脫，得到2個組分：B1（28.0 mg），B2（60.7 mg）。洗脫曲線如圖3所示，圖3中有2個不同的峰，代表2個不同的組分。如圖4所示，B2組分的DPPH自由基清除活性比B1組分強。將B2組分通過MCICHP 20P層析柱洗脫分離，得到5個組分C1－C5，其中組分C4活性最強。

圖2 硅膠柱各洗脫組分DPPH自由基清除活性

圖3 Sephadex LH－20色譜柱洗脫曲線

圖4 Sephadex LH－20各洗脫組分DPPH自由基清除活性

圖5為經過純化的苦蕎殼提取物在254 nm下的高效液相色譜圖。圖5中只出現了1個峰，表明得到的活性組分有較高的純度。

圖5 PAT在254nm下的高效液相色譜圖

2.3 紫外可見光譜分析

PAT紫外可見光譜中強吸收峰分別為211、255和372 nm，根據與槲皮素標準品的紫外可見光譜圖進行比對，推測活性組分的主要化合物可能為槲皮素［20］。

2.4 HPLC－ESI/MS分析

根據HPLC分析，在254 nm下一種主要化合物被檢測出，其保留時間為35.43 min（圖6b）。圖6b中只有1個峰，表明PAT中只含有一種主要物質。圖6a為正離子模式下的總離子流圖。如圖6所示，一些低濃度化合物在15.73，25.38～26.98，59.70 min分別被洗脫出來。

圖6 PAT的HPLC圖

圖7為PAT在正離子模式下的質譜圖。圖7c中m/z303.02為基峰，在正離子模式下其分子質量為302，根據對比文獻，此化合物為槲皮素［21］，m/z249.10是由槲皮素失去2個羰基碳環所形成的碎片離子峰。圖7a中m/z305.13為槲皮素的特征峰，而m/z448.95和m/z146處的2峰是失去糖基部分產生的碎片離子峰，由此推斷此化合物可能為槲皮素－3－鼠李糖苷［22－23］。圖 7d中m/z286.01為山奈酚的特征峰，m/z164.5和m/z222.99的碎片離子峰是由山奈酚分別失去羰基碳環和C4H4O4基團所產生。因此，根據保留時間和質譜圖推斷其為山奈酚［23］。其中，槲皮素－3－鼠李糖苷是第一次在苦蕎殼中被檢出。然而，還需要對苦蕎殼提取物進一步分離純化才能確定槲皮素－3－鼠李糖苷和山奈酚的存在，以及鑒定出未知化合物（圖7b）。

圖7 正離子模式下PAT的質譜圖

2.5 DNA損傷保護作用測定

圖8 PAT存在下紫外和雙氧水處理的pBR322質粒DNA電泳圖

圖8為PAT存在的情況下，DNA經過紫外照射和雙氧水處理后的電泳圖譜。pBR322質粒DNA在瓊脂糖凝膠電泳中產生2條譜帶（lane 1），移動較快的譜帶代表超螺旋環狀DNA（scDNA），移動較慢的譜帶代表開環 DNA（ocDNA）［24］。DNA經過雙氧水處理后，ocDNA譜帶增寬，說明雙氧水能引起scDNA的開環。DNA經過紫外照射和雙氧水處理后（lane 3），scDNA開環，并斷裂為線狀 DNA（linDNA），在瓊脂糖凝膠電泳圖譜中ocDNA譜帶明顯增寬，同時出現新的譜帶。這說明雙氧水在紫外照射條件下產生的羥自由基使DNA發生鏈的斷裂。Lane 4～Lane 6代表的是不同濃度的PAT對DNA氧化損傷的保護作用。與lane 3相比，在5.0 mg/mL PAT存在的條件下，linDNA譜帶已有了明顯的減弱，但仍然能在瓊脂糖凝膠電泳圖譜中觀察到，而lane 5、lane 6表明在 10、15 mg/mL PAT存在的條件下，scDNA和ocDNA被很好地保護起來，代表linDNA的譜帶隨著PAT濃度的增加逐漸消失。在測試濃度下，DNA保護作用表現出了明顯的濃度依賴性。

羥自由基和雙氧水清除活性測定結果如圖9所示。當PAT濃度為5～15 mg/mL時，羥自由基清除活性從（68.46±0.52）%增至（90.32±0.37）%，而雙氧水清除活性從（72.19±0.42）%增至（96.82±0.34）%。

圖9 PAT對羥自由基和雙氧水的清除活性

結果表明苦蕎殼中的抗氧化組分具有明顯的DNA損傷保護作用，可以作為一種潛在的天然DNA保護劑應用于食品、醫藥等領域。其作用機理是純化的活性組分與H2O2紫外處理后產生的羥自由基結合，產生了穩定的物質以終止了自由基的鏈式反應［25］。

3 結論

本試驗對苦蕎殼中活性組分的分離純化、鑒定和DNA損傷保護作用進行研究。結果表明，醇提法得到的粗提物的提取率為6.08%，總黃酮含量為（1.48±0.01）g rutin eq./100 g DW。以DPPH自由基清除活性為指標，采用極性萃取和柱層析法得到純化的活性組分PAT。通過紫外、HPLC－ESI/MS鑒定，其主要化合物為槲皮素，還包括微量的槲皮素－3－鼠李糖苷和山奈酚。在DNA體外損傷保護試驗中，PAT具有顯著的DNA損傷保護作用，保護scDNA在雙氧水和紫外作用下不發生開環和斷裂，且在試驗濃度下顯示出了明顯的濃度依賴性。對其進行定量分析，當濃度為5～15mg/mL時，PAT對羥自由基和雙氧水的清除活性分別為（68.46±0.52）%～（90.32±0.37）%和（72.19±0.42）%～（96.82±0.34）%。本研究為PAT作為一種天然抗氧化劑和DNA損傷保護劑應用于食品、醫藥等領域提供了理論依據。

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Research on DNA Damage Protection and Identification of Active Components from Tartary Buckwheat Hulls

Yang Xu LüYuanping
（Department of Food Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065）

Tartary buckwheat is an important food source.In order to utilize tartary buckwheat effectively，we used amethod for isolating and purifying antioxidantswith strongestactivity by a guided strategy with DPPH free radical.The purified active component of Tartary buckwheat hullswas obtained by polar－solvent extraction and column chromatography and was identified by ultraviolet－visible spectrometry（UV）and high－performance liquid chromatography with electrospray ionisationmass spectrometry（HPLC－ESI/MS）.The results indicated that themain componentwas quercetin，includingmicro quercetin－3－rhamnoside and kaempferol.Agarose gel electrophoresis revealed the potential of the purified active component of Tartary buckwheat hulls as an in vitro protectant against DNA damage，and its does－dependent damage protection was observed at all tested concentrations.At5～15mg/mL，hydroxyl radical inhibition was（68.46±0.52）%to（90.32±0.37）%and the H2O2scavenging activity was（72.19±0.42）%to（96.82±0.34）%in quantitative research.Therefore，ourwork aboutantioxidantand DNA damage protection of Tartary buckwheat hulls provides a theoretical basis for application of tartary buckwheat hulls in food and medicine field.

tartary buckwheat，DPPH radical，HPLC－ESI/MS，antioxidant，DNA damage

TS201.2

A

1003－0174（2015）08－0042－06

2014－03－12

楊旭，女，1989年出生，碩士，食品科學與工程

呂遠平，女，1971年出生，副教授，博士，食品科學與工程