藤茶(Ampelopsis grossedentata)中新型植物化学物质的分离、鉴定、特性及其抗菌活性的研究

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藤茶(Ampelopsis grossedentata Hand.-Mazz.)通常被认为是一种有药用价值且可食用的植物,是葡萄科蛇葡萄属显齿蛇葡萄科的一种,主要生长在中国中部及南部,同时也存在于一些东南亚国家。植物始终为天然化学新物质、活性化合物和治疗药物的重要来源。据报道,藤茶中含有大量的黄酮类化合物,具有多种生物活性,如降糖、抗氧化、抗血栓作用、抗肿瘤消炎和抗菌活性等。在黄酮类化合物中,二氢杨梅素、杨梅苷和杨梅素已被证实为该草本植物的主要生物活性成分。本研究旨探索藤茶中的新型植物化学物质及其功能特性,为开发新型食品添加剂和功能性保健食品提供理论依据。1.藤茶中新型植物化学物质的分离和特性研究及其对蜡样芽孢杆菌(AS1.1846)抗菌机制的研究利用LH-20葡聚糖凝胶柱,使用溶剂萃取法从藤茶萃取物中分离出了六种化合物。并且利用反向高效液相色谱法对这些化合物进行分离纯化,同时使用基质附助激光解吸电离和LC/MS-MS对其分子量,相对分子质量进行了进一步的检测,化合物1-6的分子式分别为(1)杨梅素(C15H10O8)、(2)杨梅素3-O-鼠李糖苷(C21H20O12)、(3)5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮(C15H10O7)、(4)二氢槲皮素(C15H12O7)、(5)6,8-二羟基山奈酚(C15H10O8)和(6)鞣花酸葡萄糖苷(C20H16O13)。分析了这些化合物对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和三种真菌抑菌效果后,我们发现除了峰值(4)所对应的物质,所有的化合物均对革兰氏阳性和阴性菌以及真菌有抗菌活性。此外、物质3,5和6是第一次从藤茶中发现和报道,而其他物质1,2和4已经有了相关的研究报道。在这些新物质中,物质3具有最明显的抗菌性。因此,本研究的目的是分析从Ampelopsis grossedentata叶片中分离的生物活性峰3的理化性质,并对其体外抑制蜡样芽孢杆菌(AS1.1846)的作用进行检测,并通过扫描电镜对抑制蜡样芽孢杆菌(AS1.1846)和大肠杆菌(ATCC 25922)的作用机理进行探索。结果显示5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮(C15H10O7)对蜡样芽胞杆菌(AS1.1846)具有较好的抑菌活性,其抑菌圈和最低抑菌浓度的最小值分别为25.42±0.12(mm),32μg/ml和 32μg/ml,而对照四环素仅为 14.12±0.67(mm),64μg/ml和64μg/ml。此外,我们还提出了峰(3)由带正电荷的胍基的静电吸引作用与带负电荷的细胞膜磷脂集团相互作用,另外,峰(3)的疏水残基与疏水膜核结合,形成通道,导致重要的细胞质组分(如蛋白质、核酸、钾离子)泄漏,从而导致细菌死亡。2.藤茶提取物5,7,8,3,,4’五羟基异黄酮对大肠杆菌ATCC25922的抑菌及其抗菌性能和作用方式的研究通过抑多重耐药菌金黄色酿脓葡萄球菌ATCC 25923实验,研究了从藤茶提取物中分离出的新型芳香二羟化代谢产物新型化合物5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮的抗菌性能,并对其进行了评价。抗菌活性是由测量抑菌圈(ZOI),最低抑制浓度(MIC)、最低杀菌浓度(MBC)和时间-杀菌试验曲线分析;抗菌机制的研究则是由扫描电子显微镜试验,结晶紫试验,耗氧率、氨基酸之间的相互作用,膜损伤分析,细胞成分泄漏检测、隔离和量化肽聚糖。结果显示具有防腐潜力的新芳香二羟代谢物对金黄色葡萄球菌(ATCC 25923)具有最好的抑菌圈ZOI和最低的MBC值,分别为 22.20±0.17(mm),32μg/ml 和 32μg/ml。结果还显示了 5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮可能的抗菌机制是由于渗透率的变化和细胞膜的完整性破坏,导致核酸的泄漏,进而致使其生存必需营养素有所损失,最终导致细胞的死亡。此外,我们还通过不同的实验对这些发现进行了确认及验证。利用结晶紫对膜损伤进行了分析,细胞膜本身穿透性很差,完整的细胞膜可以抑制结晶紫的进入。而该实验中,结晶紫可以很容易地进入损坏膜,结晶紫从的检测量从27%增加到80%以上,这显然代表细胞膜遭到了破坏。氧耗试验表明,微生物数量显著降低,氧耗率也显著降低。在氨基酸之间相互作用的情况下,有一些氨基酸如色氨酸(Trp)、酪氨酸(Try)和苯丙氨酸(Phe)可以在膜蛋白中发出荧光,可与5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮强烈反应形成沉淀的氨基酸是Lys、Arg和His等氨基酸。但在本研究中发现,5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮不与任何这些荧光性氨基酸相互作用,这也证实了细胞膜蛋白的兴奋机制。悬浮液中细胞成分的浓度(OD 260nm)在1h、分别增加了 6.5倍和8.9倍,在2h增加了 6.2倍和9.1倍,在3h增加了 5.7倍和7.1倍,在4h增加了 5.4倍和6.3倍。这代表了细菌细胞壁的兴奋机制导致细菌细胞成分的释放,盐酸氨基葡萄糖含量代表肽聚糖含量,随着时间的推移,5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮的肽聚糖含量降低。研究结果表明,从藤茶中分离出来的5,7,8,3’,4’五羟基异黄酮是一种前景广阔的抗菌剂。因此,研究这些植物化学物质的提取和优化工艺是非常重要的,而且这些提取变量对这些植物化学物质的生理功能的影响也很重要。3.提取变量对藤茶提取物生物活性的影响探索和研究这些化学物质的提取和纯化非常重要,而且提取变量的差异对化学物质的生理功能有很大影响。因为藤茶(Ampelopsis grossedentata)可能具有多种功能活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗氧化、肝保护和抗高血压功能。但这些萃取变量如萃取极性、提取时间和温度对这些生物活性化合物的回收作用及其药理活性的影响尚未得到报道。因此,在本研究中,提取变量的研究重点在于藤茶提取物中功能性和多酚类化合物的纯化和分离,及其生理活性。因此,采用单因素试验,对提取变量(时间、温度、极性)对总酚含量(TPC)、总黄酮含量(TFA)和缩聚单宁含量(CTC)的影响进行分析。测试了抗自由基能力和自由基清除能力,并利用2,2-二苯基-1-吡啶酰肼(DPPH)对藤茶粗提物抗氧化活性进行分析。结果显示,提取极性、提取时间和温度对产量和抗自由基活性有显著影响(p<0.05)。TFA和CTC最优的提取参数为:40%的乙醇水溶液45℃,50℃TPC,180min。然而,最高产量40.01μg儿茶素相当于每克TFA(CE/g)的干重(DW),15.12μg没食子酸相当于DW(GAE/g)每克TPC的干重和12.70μg CTC(CE/g)的干重。乙醇浓度对酚类化合物的提取及其药理活性特别是抗氧化能力和DPPH测定有显著影响(p<0.05)。这项研究表明,提取变量极大地影响了藤茶粗提物中总酚含量(TPC)、总类黄酮含量(TFA)和缩合单宁含量(CTC)。此外,本研究可以作为中心旋转组合设计(CCRD)和响应面法(RSM)优化提取条件的初始关键信息。该方法也可用于确定影响功能化合物的重要因素。4.利用响应曲面法对中国藤茶中的二氢杨梅素提取工艺的优化该研究提供了一种最优的提取方法,目的是最大限度地从中国的藤茶中提取二氢杨霉素(DHM)。采用Box-Behnken实验设计(BBD)作为响应面方法(RSM),研究了特定提取参数如:时间、温度、溶剂组成/乙醇(%)对DHM最终产量的影响。首先,我们设计了单因素实验来检验上述因素(温度、时间和溶剂组成)的作用,然后再进行三因素三水平Box-Behnken实验设计,得到17个实验组合,以评估多因素处理对DHM回收率的影响。结果显示,独立变量(温度、溶剂组成和时间)分别为60℃,60%乙醇水溶液,180min处理可以显著影响DHM回收率,使其产量最高。从以往经验上来看,上述优化的提取组合可以极大地提高产率。5.对藤茶两种黄酮物质结构的鉴定及其食品防腐效果的研究通过对紫外-可见光谱分析、电喷雾质谱分析、核磁共振谱分析和高效液相色谱(HPLC)-ESI/MS的分析,发现溶剂萃取分离出的化合物为(+)-二氢杨梅素(DHM),从再结晶中收集了(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体。以标准品为对照,用HPLC法对这些元素定量分析,结果显示,(+)-二氢杨梅素(DHM)和(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体的含量分别为37.69±1.18%和74.14±1.98%。各种抗氧化试验(DPPH),还原能力表明,(+)-二氢杨梅素(DHM)和(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体的抗氧化活性可与叔丁基对苯二酚的抗氧化活性相媲美。对E.coli ATCC25922失活动力学检测表明,(+)-二氢杨梅素(DHM)和(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体在食品中具有可与四环素媲美的防腐性能,但是抗氧化性和抗菌性(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体优于(+)-二氢杨梅素(DHM)。从藤茶叶中提取的(+)-二氢杨梅素(DHM)和(-)-二氢杨梅素(DHM)的同分异构体,有望成为一种在不影响食用品质的同时具有良好抗菌效果的新型的天然抗菌药物,具有潜力十足的食品工业应用前景。
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