56 2016,Vo1.37,No.07 良晶科学 ※基础研究 龙葵果花色苷的分离与鉴定 腾飞,郑悦,王萍 (东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040) 摘要:采用硅胶柱层析技术分离制备龙葵果花色苷。分离得到的2个花色苷馏分经紫外一可见光谱、高效液相色 谱-电喷雾串联质谱(high performance liquid chromatography electrosprary ionization—mass spectrometry,HPLC—DAD— ESI.MS/MS)进行结构鉴定,并结合酸水解分析糖苷种类。最终确定馏分I为飞燕草素.3.琥珀酰阿拉伯糖苷,根 据峰面积归一化法计算其纯度为94%;馏分II为矢车菊素.3.半乳糖苷和矢车菊素.3.乙酰半乳糖苷,峰面积归一化 法计算其纯度分别为45.67%和l3.97%。 关键词:龙葵;花色苷;分离;鉴定;高效液相色谱.电喷雾质谱联用;酸水解 Isolation and Identiifcation of Anthocyanins from Solanum nigrum L.Fruits TENG Fei,ZHENG Yue,WANG Ping,l: (College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China) Abstract:The objective of this study was to isolate anthocyanins from Solanum nigrum L.fruits by silica gel column chromatography and identify them by UV—visible spectroscopy and high performance liquid chromatography—-electrospray ionization tandem mass spectrometry(HPLC-DAD·ESI—MS/MS).Acid hydrolysis was applied for the identification of glucosides.Three anthocyanins were identified for the first time in Solanum nigrum L.fruits.Only delphinidin-3一 succinylarabinoside was detected in fraction I(the purity was 94%),while both cyanidin一3一galactoside(the purity was 45.67%)and cyanidin一3一acetylgalactoside(the purity was 13.97%)were found to be present in fraction II.The presented method is simple and reliable to isolate and identify the anthocyanins rom fSolanum nigrum L.fruits. Key words:Solanum nigrum L.;anthocyanins;isolation;identification;high performance liquid chromatography electrosprary ionization—mass spectrometry(HPLC—DAD—ESI-MS/MS);acid hydrolysis DOI:10.7506/spkx1002-6630—201607011 中图分类号:TS201.1 引文格式: 文献标志码:A 文章编号:1002.6630(2016)07—0056—06 腾飞,郑悦,王萍.龙葵果花色苷的分离与鉴定【J】.食品科学,2016,37(7):56.61.DOI:10.7506/spkx1002—6630— 20160701 1.http://www.spkx.net.ca TENGFei,ZHENGYue,WANGPing.Isolation andidentiifcation ofanthocyaninsfromSolanum nigrumL.fruits[J].Food Science, 2016,37(7):56—61.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002—6630—20160701 1.http:#www.spk)(.net.cn 龙葵(Solanum nigrum L.)为一年生草本植物,属 于茄科(Solanaceae)茄属(Solanum),又名黑星星、 目前对龙葵的研究大多集中在对龙葵生物碱和多 糖的研究【5],而对龙葵色素的研究起步较晚。目前已开 展了对该色素提取及稳定性方面的研究,张贺等 通过 正交试验确定龙葵果红色素提取最优工艺,建立了以提 取温度、提取时间为影响因素的提取龙葵果红色素影响 因素统计模型。范翠丽等【1 研究了常温提取、水浴锅热 提取、微波辅助提取和超声波辅助提取对龙葵果色素的 影响,并对龙葵果红色素的浸提条件及浸提方法进行了 系统研究,筛选出龙葵果红色素的最佳提取方法及工艺 黑呦呦、黑天天、野葡萄等。龙葵全草高30~120 cm, 白色聚伞花序,球形浆果,其果实未成熟时为绿色,成 熟后为黑紫色 J。龙葵全草含矿物质、氨基酸、维生素等 营养成分,还含有苷类甾体生物碱、多糖、酯、酚类化 合物和皂苷等活性成分口]。龙葵在全国范围内均有分布, 且已有成熟的栽培技术。成熟的龙葵果含有丰富的红色 素,是一种极具开发价值的资源 ]。龙葵全草均可入药, 研究发现龙葵具有抗肿瘤,抗菌和抗病毒,抗炎与抗休 克等功能,同时还对神经系统和泌尿系统有药理作用 J。 收稿日期:2015—05—11 条件。木合塔尔·吐尔 研究了戈壁野生龙葵果紫红 色素的提取条件和理化性质,得出该色素在酸性条件下 基金项目:黑龙江省卓越农林人才教育培养计划改革试点项目(41 1 1021 1) 作者简介:腾飞(1990一),女,硕士,研究方向为功能食品。E—mail tengfeisiyu@126.com 通信作者:王萍(1964一),女,教授,博士,研究方向为植物活性成分提取及功能。E—mail:wangpingnefu@126.corn ※基础研究 良晶科学 2016,VoL3 ̄,No.07 57 具有较好的稳定性,并且对光、热和常用食品添加剂都 比较稳定。然而对于龙葵花色苷的成分及结构还未见报 道,本实验利用柱层析将龙葵果花色苷分离,并采用高 效液相色谱.电喷雾串联质谱联用仪(high performance liquid chromatography electrosprary ionization-mass spectrometry,HPLC.DAD—ESI.MS/MS)对分离得到的龙 葵果花色苷分子质量和分子结构进行鉴定,为开发和综 合利用龙葵资源提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 龙葵果于2014年9月采于东北农业大学校园内,采摘 的新鲜龙葵果于一18℃冷冻保藏。 甲醇(色谱纯) 美国Fisher公司;纯净水 娃 哈哈集团;D-葡萄糖、D.半乳糖、D.果糖、 .鼠李糖、 D.甘露糖、D.木糖、三.阿拉伯糖(色谱纯) 上海源叶 生物技术有限公司;柱层析硅胶(200 ̄300目) 青岛 海洋化工厂;X.5大孔树脂 南开大学化工厂;其他试 剂均为国产分析纯。 1.2 仪器与设备 Agilentl100型高效液相色谱.电喷雾质谱联用仪、 Agilent1260型高效液相色谱仪(配有示差折光检测 器)、Agilent Plus C1 8色谱柱(1 50 mm×3.0 mm, 1.8 um) 美国安捷伦公司;氨基柱(250 mm× 4.6 mm,5.0 ktm) 美国Waters公司;薄层层析板 (5 cm×20 cm) 青岛海洋化工厂;玻璃层析柱 (1.0 cm×40 cm)、HL.2型恒流泵 上海精科试业有 限公司。 1.3 方法 1.3.1 样品的制备 参考文献[5,9】,准确称取龙葵鲜果,按1:25的料液 比( / )用pH 1.0,体积分数为60%的乙醇室温浸提 3次,每次2 h。合并滤液,真空旋转浓缩除去乙醇,过 X.5大孔吸附树脂,用蒸馏水洗脱以除去糖、氨基酸等物 质,用手持糖量计检测无可溶性固形物后再用pH 2.0,体 积分数为60%的乙醇洗脱,收集洗脱液,减压浓缩后得 龙葵果花色苷精制物,冷藏备用。 1.3.2 展开剂的筛选 分别在11种展开系统中进行薄层层析实验,选择适 合分离龙葵果花色苷的展开剂系统,展开剂系统的组成 见表1。 表1 不同展开荆的组成 Table 1 Composition of diferent developers 展开剂名称 展开剂馏分体积比 BAW, V(正丁醇):V(冰乙酸):V(水)--4:l:1 BAW (正丁醇):V(冰乙酸):V(水)=4:1:2 BAW V(正丁醇):V(冰乙酸):V(水)=4:l:3 B V(正丁醇): (冰乙酸):V(水)---4:l:4(上层) BAW (正丁醇): (冰乙酸): (水)--4:l:5(上层) BAH V(正丁醇):V(冰乙酸):V(盐酸)=1:4:5 BH V(正丁醇):V(盐酸(2mol/L))=1:l EAW V(乙酸乙酯):V(冰乙酸):V(水)=3:1:l MWA V(甲醇):V(水):V(冰乙酸)=11:5:1 BE V(正丁醇):V(乙酸乙酯)=3:1 MH (甲醇): (HC1)=4:1 1-3-3 硅胶柱层析分离龙葵果花色苷 称取25.0 g硅胶湿法装柱,湿法上样后用薄层层析 选择的最佳展开剂进行洗脱,分别收集不同颜色的洗脱 液,利用薄层层析检验相同馏分并合并,40℃条件下减 压旋转蒸发将溶剂旋出【】 。 1.3.4 高效液相色谱条件 将分离得到的馏分真空浓缩后用体积分数为0.1%冰 乙酸甲醇溶液溶解后,过0.45“m滤膜。参照Simirgiosts 等[】 的方法并做适当修改,得到色谱条件为:Agilent Eclipse Plus C1 R色谱柱(150 mm×3.0 mm,1.8 Ixm); 流动相A:0.1%冰乙酸溶液,流动相B:甲醇;洗脱 流速为0.4 mL/min,柱温30℃,进样量5 uL。线性梯 度洗脱条件:0~3 min,10%~50%B;3~5 min, 50%~85%B:5~8 min,85%~10%B;9~12 min, 1O%B等度洗脱。 1-3.5 质谱条件 参照Lee等¨ 的方法并做适当修改,采用HPLC. DAD.ESI.MS/MS技术电喷雾电离离子源(electrospray ionization,ESI),雾化气压35 psi;干燥气体氮气流速 10.0 L/min;干燥气体温度300℃;毛细管电压4 000 V; 碎裂电压110 V;碰撞能量5~45 V;采用正离子模式, 在m/z 1o0~1 000范围内扫描。 1.3.6 花色苷的糖苷类型分析 将分离得到的花色苷馏分溶解于2 mol/L的HC1中, 100℃回流提取2 h,得到棕色溶液后,用异戊醇萃取直 至水层无色【1 。异戊醇层为花色苷苷元,水层则为水解 得到的糖苷。将水解得到的糖苷浓缩后用乙腈溶解并过 0.45 Ixm滤膜。用配有示差折光检测器的Agilent1260型 高效液相色谱仪分析。色谱条件为:Waters氨基柱 (250 mm×4.6 mm,5.0岫),柱温35℃,流动相为乙 腈.水(75:25,11/ ),流速1.0 mL/min,进样量20 L。 用质量浓度均为1O.0 mg/mL的D.葡萄糖、D.半乳糖、 D.果糖、三-鼠李糖、D.甘露糖、D.木糖和 .阿拉伯糖溶 液做标准品[1 。 58 2016,Vo1.37,No.07 食品科孛 ※基础研究 1.3.7 糖苷键位置的测定 取适量分离得到的花色苷馏分,以相应展开剂做 空白,用紫外分光光度仪于200~700 am进行光谱扫 描,测其最大吸收峰和在440 am波长处的吸光度,计算 』 '-q -440nm—×100。 2 结果与分析 2.1 展开剂的筛选结果与分析 实验选择常见花色苷的展开体系对龙葵果花色苷进 行分离,结果如表2所示。 表2 不同展开剂的展开效果 Table 2 Efficiency of diferent developers 展开剂 展开效果 出现1个红斑点,1个蓝斑点,1个黄色斑点拖尾严重 出现1个红斑点,1个蓝斑点,1个黄色斑点拖尾严重 出现1个红斑点,1个蓝斑点,1个黄色斑点清晰无拖尾 出现1个红斑点,1个蓝斑点,1个黄色斑点拖尾严重 出现1个红斑点,1个蓝斑点,1个黄色斑点拖尾严重 未分开 未分开 未分开 未分开 未分开 未分开 由表2可知,BAW (V(正丁醇):V(冰乙酸): V(水)-=4:1:3)为最优展开剂。用薄层色谱法分离龙葵 果花色苷时,用BAW,展开出现3条色带,各色带在色谱 上的比移值(Rf)见表3。 表3 龙葵果花色苷薄层色谱分离的Itf值 Table 3 Rfvalues ofSolanum nigrum L.anthocyanins 由表3可知,中间色带和下色带为主要花色苷,上色 带颜色很浅表现为黄色,经检验为非花色苷物质,因此 不做进一步研究。 2.2 最大吸收波长的确定 将硅胶柱层析分段洗脱得到的馏分薄层层析点样,合 并相同馏分后得到馏分I和馏分II。对馏分I和馏分II做紫 外全波长扫描。由图1、2可知,馏分I的最大吸收波长 在547 nm和321 am处,馏分II的最大吸收波长在525 am 和315 am处。两个花色苷馏分均在300 ̄330 am处有吸收 峰,说明花色苷分子内有酰基【1 。 删Ⅻ明 . 1.0 0.9 }至j姗 O.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 20o 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 波长/nm 图1 馏分I紫外吸收光谱图 rag.1 UV spectrumoffraction I 3.0 2.7 2.4 2.1 1.8 i 0.9 0.6 O-3 0.0 20o 260 320 380 440 5o0 560 620 680 740 8o0 波长/nm 图2 馏分1I鬃外吸收光谱圈 lag.2 UV spectrumoffraction II 2.3 HPLC.DAD—ESI.MS vIS检测结果与分析 馏分I经过HPLC.DAD.ESI.MS/MS分析得到总离子 流图和质谱图。由图3可知,馏分I共有3个峰,峰1和峰2 经质谱分析为非花色苷类物质,峰3为花色苷类物质。 80 蓍60 40 20 0 ^~ ^一.^ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 平衡时间/min 图3 馏分I的总离子流图 Fig.3 Total ion chromatogram of fraction I 由图3可知,馏分1只有一个主要峰(峰3),出峰 时间为2.09 min,峰面积为3 607,峰面积归一化法计算得 出峰3占馏分I含量为94%。由图4a可知,该物质的分子 离子峰[M+H】+的质荷比(m/z)为537,由图4b可知其中 一个碎片离子的m/z为436,二者相差一个质荷比为100的 基团,根据da Silva 研究该基团为琥珀酸。此外图1显 示馏分I在32 1 nm处有一个尖峰,Escribano.Bail6n 研 究认为若花色苷分子有酰化基团,则在300 ̄330 am处会 存在一个尖峰。另一个碎片离子[M+H]十的 /z为304对应 6种花色素中的飞燕草素,与碎片离子m/z 436相比又丢失 了一个m/z为132的基团,即为戊糖苷,由此推断该物质为 飞燕草素的衍生物,可能是飞燕草素.3.琥珀酰戊糖苷 。 ※基础研究 良品科学 2o16,Vo1.37,No.07 59 0 a ^ 一 × 器星 V 鼎 e 暮 枢 』 j葡景.. T loo 2o0 3oo 4OO 5oo 60o 7o0 800 9001 000 m/z 卜 b ’ i ^ × ∞ 嘿 褪 … 季 . 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m/z a.分子离子质谱图:b.碎片离子质谱图。 图4 馏分I的质谱图 Fig.4 Molecular ion and fragment ion mass spectra of fraction I 1 1 3 ▲. ~ i 平衡时间/arin 图5 馏分Ⅱ的总离子流图 Fig.5 Total ion chromatogram of fraction II 馏分II经HPLC.DAD.ESI.MS/MS分析得到总离子 流图和质谱图。由图5可知,该馏分有3种物质,分别为 峰1、峰2、峰3,出峰时间分别为3.05、3.97、6.78 min。 其中峰1经紫外全波长扫描和二级质谱分析后显示为非花 色苷类物质,因此不做进一步的研究。 × 、/ 氍 裰 10o 200 300 4O0 500 60o 700 800 9001 000 mlz 2_3 2.2 0 _n n 荤 q 量 0.0 50 1o0 150 2oo 250 300 350 400 450 m/z 鋈 50 10o 150 200 250 300 350 400 450 50o mlz a.峰2分子离子质谱图;b.峰2碎片离子质谱图;C.峰3碎片离子质谱图。 图6 馏分Ⅱ的质谱图 Fig.6 Molecular ion and fragment ion mass spectra of rfaction II 由图5可知,峰2的出峰时间为3.97 min,峰面积归 一化法计算得出相对馏分II含量为45.67%,由图6a可 知,该物质分子离子峰[M】 的m/z为449,图6b显示其 碎片离子峰[Mr的m/z为287,二者相差162,为己糖 脱去一分子水所得,这是典型的矢车菊素.3一己糖苷的 质谱信息¨ 。峰3的出峰时间为6.78 min,峰面积归一 化法计算得出相对馏分II含量为13.97%,由图6c可知, 此物质分子离子峰[M】 的m/z为492,碎片离子的m/z为 287,表明该物质为矢车菊素的衍生物,二者m/z相差205 为乙酰己糖脱去一分子水所得,因此推断该物质为矢车 菊素.3.乙酰己糖苷n ,在315 am波长处检测的尖峰也证 实了酰基的存在 。 2.4 花色苷糖苷类型的分析 175 15o 震 蓁 25 图7 馏分I糖苷(a)与阿拉伯糖(b)的色谱图 Fig.7 HPLC-RID chromatogram of fraction I(a)and arabinose(b) 市售的花色苷标准品种类不全,此外花色苷的不稳 定性,导致购买标准品分析花色苷的组成可行性不大。 因此,经常采用将其酸水解后,分别分析花色苷的苷元 和糖苷的方法。由图7、8可知,馏分I中糖苷出峰时间 为5.041 min,馏分II中糖苷出峰时间为5.821 min。标准 60 2o16,VoL37,No.07 宦晶科学 ※基础研究 品的出峰时间分别为D.葡萄糖5.643 min、D一半乳糖为 5.858 rain、果糖5.288 min、L.鼠李糖4.442 min、D一甘露 糖5.416 min、D 木糖4.806 min、L.阿拉伯糖5.089 min。 由此推测馏分I携带的糖苷为£.阿拉伯糖,馏分II所携 带糖苷为D.半乳糖。 2000o 0 餐-20 000 40 000 键60 O0O 一80 000 0 10 15 2O 25 30 平衡时间/min 2oo0o0 警150 000 100 000 50000 Il O J L ————————、 0 5 1O 15 2O 25 30 平衡时间/rain 图8 馏分Ⅱ糖苷(a)与半乳糖(b)的色谱图 Fig.8 HPLC-RID chromatogram of fraction II(a)and galactose(b) 2.5 花色苷糖苷键位置的确定 馏分I和馏分II的 4 0 分别为18.5% ̄E125%, 证明糖苷键的位置在C3位[2…。该糖基可与有机酸发生酰 化反应,常见的芳香酸有p.香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、 芥子酸、没食子酸或p.羟基苯甲酸;脂肪酸有丙二酸、 醋酸、苹果酸、琥珀酸或草酸等。这些酸通常与C环3位 上糖基的6位羟基或者少数也与4位羟基发生酰化_2”。因 此,推断馏分I为飞燕草素.3.琥珀酰阿拉伯糖苷,馏分 II包含2种花色苷,分别为矢车菊素.3.半乳糖苷和矢车 菊素.3.乙酰半乳糖苷。 3 结论 花色苷作为替代化学合成的食品着色剂已经受到了社 会各界的高度关注,然而,花色苷在食品加工、运输和贮 藏过程中所表现出的极不稳定性限制了其在食品工业中的 应用。研究显示酰化的花色苷在pH值变化、温度升高和 光照存在时表现出了比非酰化的花色苷更好的稳定性 J。 因此,酰化的花色苷有着更加广泛的应用 】。酰化的花色 苷广泛存在于水萝卜、红薯、紫甘薯、红甘蓝和黑胡萝 卜中。Correa.Betanzo等【2 分析了野生蓝莓中的12种花色 苷,结果仅有2种为酰化的花色苷。wu Xiangyang等 在 桑葚中分离得到4种花色苷,仅有1种为酰化的花色苷。 在草莓和红树莓中则不存在酰化的花色苷【2 26]。而本实验 则找到了一种富含酰化花色苷的来源广泛价格低廉的植 物原料。 经硅胶柱层析分离得到2个花色苷馏分,通过HPLC— DAD.ESI.MS/MS分析,馏分I为单体花色苷,峰面积归 一化法计算得出纯度为94%,推断为飞燕草素一3.琥珀酰 阿拉伯糖苷;馏分II包含2种花色苷分别为矢车菊素.3一半 乳糖苷和矢车菊素.3.乙酰半乳糖苷,峰面积归一化法 计算二者总含量占馏分II的59.64%。此分离方法简便易 行,为龙葵的精深加工提供了实验依据。 参考文献: [1] 卞勇,吕冬霞.龙葵的室内栽培及利用[J].生物学杂志,2003,20(4): 40-43.DOI:10.39698.issn.2095-1736.2003.04.O15. 【2】 季宇彬,王胜惠,高世勇,等.龙葵活性成分的研究[J].哈尔滨商 业大学学报(自然科学版),2004,2O(6):637·641.DOI:1O.3969/ j_issn.1672-0946.2004.06.001. 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