酚酸是存在于全谷物中的重要植物化学物质,具有抗氧化保护功能等生物活性特性。本研究旨在报道一种通用方法,用于谷物和豆类中酚酸的高效液相色谱鉴定、总酚含量测定以及抗氧化能力的确定。
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酚酸是存在于全谷物中的重要植物化学物质,具有抗氧化保护功能等生物活性特性。本研究旨在报道一种通用方法,用于谷物和豆类中酚酸的高效液相色谱鉴定、总酚含量测定以及抗氧化能力的确定。
酚酸是一类同时含有酚基和羧基的有机化合物。它们存在于谷物中,主要集中于谷物的麸皮或豆类的种皮中。酚酸具有抗氧化特性,近年来因其潜在的抗氧化保护健康功能而受到广泛研究关注。本研究介绍了一种从全谷物中提取游离可溶性酚酸并分析其抗氧化能力的通用方法。实验选用了五种全谷物样品,包括两种谷类(小麦和黄玉米)和三种豆类(豇豆、肾豆和大豆)。将谷物研磨成粉后,使用甲醇水溶液提取其中的游离可溶性酚酸。随后采用高效液相色谱法(HPLC)对化合物进行鉴定。采用福林-酚法测定总酚含量,通过DPPH自由基清除能力、Trolox当量抗氧化能力(TEAC)和氧自由基吸收能力(ORAC)三种检测方法评估其抗氧化能力。鉴定出的酚酸包括香草酸、咖啡酸、p-香豆酸和阿魏酸。其中,香草酸仅在豇豆中检出,咖啡酸仅在肾豆中检出;p-香豆酸在黄玉米、豇豆和大豆中均有检出,而阿魏酸在所有样品中均被检出,且为最主要的酚酸成分。各样品中酚酸总浓度的递减顺序为:大豆 > 豇豆 > 黄玉米 = 肾豆 > 小麦。总抗氧化能力(DPPH、TEAC和ORAC测定值之和)的递减顺序为:大豆 > 肾豆 > 黄玉米 = 豇豆 > 小麦。本研究表明,HPLC分析以及DPPH、TEAC和ORAC测定方法可为全谷物中酚酸组成及其抗氧化特性提供有价值的信息。
酚酸是植物中研究最为重要的植物化学物质之一,因其在植物抵御食草动物和真菌感染方面发挥关键作用,同时维持植物组织的结构支撑与完整性1,2。它们广泛存在于谷物的麸皮和豆类的种皮中3。从结构上可分为两类:羟基苯甲酸(图1)和羟基肉桂酸(图2)。谷物和豆类中常见的羟基苯甲酸包括没食子酸、p-羟基苯甲酸、2,4-二羟基苯甲酸、原儿茶酸、香草酸和丁香酸,而常见的羟基肉桂酸则包括咖啡酸、p-香豆酸、阿魏酸和芥子酸3。酚酸还具有抗氧化特性,因其能够清除导致脂肪氧化酸败以及在生理系统中引发并传播自由基诱导的氧化应激的自由基4,5。由于其作为抗氧化剂的重要生理功能,酚酸已成为近期研究的焦点。这是因为当作为植物性食物的组成部分被摄入时,它们可提供抗氧化保护作用。
谷物及其制品是全球人类和动物主要的碳水化合物食物来源6。谷物包括小麦、水稻、玉米(玉蜀黍)、大麦、小黑麦、小米和高粱。其中,玉米的利用量最高,2019/2020年度全球利用量估计为11.357亿吨,其次是小麦,同期全球利用量估计为7.575亿吨7。谷物食品为消费者提供了丰富的能量,因其富含碳水化合物,同时还提供一定量的蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素和矿物质6。除营养价值外,谷物也是植物化学抗氧化剂的良好来源,尤其是酚酸类物质,具有保护生理系统免受自由基诱导的氧化损伤的潜力3。豆类同样富含营养成分,通常其蛋白质含量高于谷物,还含有多种维生素和矿物质,广泛用于各类食品的制备8。此外,豆类也是多种植物化学抗氧化剂的良好来源,包括酚酸、黄酮类、花青素和原花青素9,10。不同品种的谷物和豆类可能具有不同的酚酸组成。因此,有必要研究谷物、豆类及其品种的酚酸组成,以了解其在酚酸类抗氧化剂方面的潜在健康益处。
已有多种检测方法用于测定谷物和豆类籽粒中酚酸的含量及其抗氧化活性。全谷物酚酸分析最常用的方法是分光光度法和液相色谱法11。本研究旨在展示一种通用的高效液相色谱法,用于测定部分全谷物谷物和豆类中游离可溶性酚酸的组成,以及采用分光光度法测定其总酚含量和抗氧化能力。
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1. 样本类型
2. 样品制备


3. 酚类成分
4. 总酚含量
注意:使用 F. B. Apea-Bah 等人13所述的福林-酚法(Folin-Ciocalteu 法)测定提取物的总酚含量。
5. 抗氧化活性检测
注意:使用以下三种方法测定谷物提取物的抗氧化能力:2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)自由基清除能力;2,2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)自由基清除能力,也称为Trolox当量抗氧化能力(TEAC);以及氧自由基吸收能力(ORAC)。
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表2 显示了在谷物和豆类籽粒中鉴定出的酚酸。根据现有的标准品,样品中鉴定出四种酚酸,分别为:香草酸、咖啡酸、p-香豆酸和阿魏酸。香草酸属于羟基苯甲酸,其余三种属于羟基肉桂酸。香草酸仅在黑眼豇豆中被检出,而咖啡酸仅在肾豆中被检出。p-香豆酸在黄玉米、豇豆和大豆中均有检出,其浓度范围为7.57至12.48 µg/g面粉(以干重计),其中黄玉米含量最低,大豆含量最高。阿魏酸是唯一在所有样品中均被检出的酚酸,其浓度范围为5.69至41.76 µg/g面粉(以干重计)。在各样品中,阿魏酸含量以大豆最高,其次为豇豆,而小麦、黄玉米和肾豆的含量相近(表2)。当将各样品中所有酚酸浓度加总后,其总含量按以下顺序递减:大豆 > 豇豆 > 黄玉米 = 肾豆 > 小麦。
表3展示了谷物和豆类籽粒的总酚含量(TPC)及抗氧化能力。抗氧化能力包括DPPH自由基清除能力、TEAC和ORAC。因此,这三项数值的总和即为样品的总抗氧化能力。为便于比较,TPC以阿...
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全谷物被选为具有广泛食品应用的代表性谷物和豆类。尽管每种谷物的不同栽培品种之间可能存在差异,但本研究的重点是展示一种适用于全谷物的游离酚酸提取与分析的通用方法。该提取方法经过改进,显著减少了样品和溶剂的用量,从而在进行此类实验时降低释放到环境中的化学物质数量。该改进还使得能够从毫克量级的全谷物样品中进行酚类物质的提取。
高效液相色谱(HPLC)分析可生成样品中各酚酸组分的色谱图。通过将每个代表酚酸的色谱峰在预设波长下的保留时间与标准品酚酸的保留时间进行比较,即可鉴定其种类。通常使用紫外(UV)检测器在紫外波长范围内鉴定酚酸。羟基苯甲酸类通常在254–280 nm波长范围内鉴定,而羟基肉桂酸类通常在300–330 nm波长范围内鉴定15。光电二极管阵列检测器可用于扫描整个紫外-可见光波长范围,对于确定从未研究过的样品中所含化合物的紫外-可见吸收光谱特别有用。R. J. Robbins 和 S. R. Bean15 报道了香草酸、咖啡酸、p-香豆酸和阿魏酸的最大吸收波长分别...
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作者声明无利益冲突。
作者们衷心感谢 Alison Ser 女士和 Hannah Oduro-Obeng 女士提供的技术支持,以及 Janice Fajardo 女士和 Miguel del Rosario 先生在视频剪辑方面给予的帮助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 15 mL Falcon 锥形离心管 | Fisher Scientific | 05-527-90 | |
| 2 mL 棕色玻璃 ID Surestop 瓶 | Thermo Scientific | C5000-2W | |
| 2 mL 棕色微量离心管 | VWR | 20170-084 | |
| 2,2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐 (AAPH) | Sigma-Aldrich | 440914-100G | |
| 2,2'-偶氮双[3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸] (ABTS) (C18H18N4O6S4) ≥98% | Sigma Aldrich | A1888-2G | |
| 2,2-二苯基-1-苦肼基 (DPPH) (C18H12N5O6) | Sigma Aldrich | D913-2 | |
| 6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸 (Trolox) (C14H18O4),≥98% | Fluka Chemika | 56510 | |
| 9 mm 自动进样瓶螺纹盖 | Thermo Scientific | 60180-670 | |
| 96 孔平底板 | Fisher Scientific | 12565501 | |
| Agilent BioTek ELx800 微孔板读板仪 | Fisher Scientific | BT-ELX800NB | |
| Agilent BioTek Precision 2000 96/384 自动化微孔板移液系统 | Fisher Scientific | N/A | |
| Agilent BioTek FLx800 微孔板荧光读板仪 | Fisher Scientific | N/A | |
| 分析天平 SI-114 | Denver Instrument | SI-114.1 | |
| 自动进样器,Waters 717 Plus | Waters | WAT078900 | |
| BD 3 mL 带鲁尔锁头式注射器 | BD | 309657 | |
| Bransonic 超声清洗器,Branson 5510 | Millipore Sigma | Z245143 | |
| Corning LSE 涡旋混合器 | Corning | 6775 | |
| Durapore 滤膜 (0.45 µm PVDF 膜) | Merck Millipore Ltd | HVLP04700 | |
| Durapore 膜滤器 (0.45 µm HV) | Merck Millipore Ltd | HVHP04700 | |
| Eppendorf Research plus,0.5–10 µL | Eppendorf | 3123000020 | |
| Eppendorf Research plus,0.5–5 mL | Eppendorf | 3123000071 | |
| Eppendorf Research plus,100–1000 µL | Eppendorf | 3123000063 | |
| Eppendorf Research plus,10–100 µL | Eppendorf | 3123000047 | |
| 乙酸乙酯,HPLC 级 | Fisher Chemical | E195-4 | |
| 阿魏酸标准品 | Sigma Aldrich | 128708-5G | |
| 荧光素 | Fisher Scientific | AC119245000 | |
| 福林-酚试剂 (Folin & Ciocalteu 酚试剂) | Sigma Aldrich | F9252 | |
| 甲酸,99% | Acros Organics, Janssen Pharmaceuticalaan 3a | 27048-0010 | |
| 没食子酸标准品 | Sigma | G7384 | |
| 高效液相色谱仪 (HPLC),Waters 2695 | Waters | 960402 | |
| 甲醇,HPLC 级 | Fisher Chemical | A452-4 | |
| 微量移液器吸头,0.5–10 µL | Fisherbrand | 21-197-2F | |
| 微量离心机 Sorvall Legend Micro 21 离心机 | Thermo Scientific | 75002435 | |
| 多通道移液器,Proline Plus,30–300 µL | Sartorius | 728240 | |
| 光电二极管阵列检测器,Waters 2996 | Waters | 720000350EN | |
| 移液器吸头,1000 µL | VWR | 83007-382 | |
| 移液器吸头,1–5 mL | VWR | 82018-840 | |
| 过硫酸钾 (K2S2O8),≥99.0% | Sigma Aldrich | 216224-100G | |
| 无水磷酸氢二钾 (K2HPO4) | Fisher Scientific | P288-500 | |
| 磷酸二氢钾 (KH2PO4) | Fisher Scientific | P285-500 | |
| PYREX 250 mL 短颈圆底烧瓶 | Corning | 4321-250 | |
| 反相 C18 分析柱 (100 × 3 mm) Accucore aQ | Thermo Scientific | 17326-103030 | |
| 旋转蒸发仪,IKA RV 10 | IKA | 0010005185 | |
| 无水碳酸钠 (NaCO3) | Fisher Chemical | S263-1 | |
| 氯化钠 (NaCl) | Mallinckrodt AR® | 7581 | |
| 无水磷酸氢二钠 (Na2HPO4) | Fisher Scientific | BP332-500 | |
| 无水磷酸二氢钠 (NaH2PO4) | Fisher bioreagents | BP329-500 | |
| 标准化移液器吸头 0–200µL | Fisherbrand | 02-681-134 | |
| 注射器式滤器单元 (0.22 µm) | Millex®-GV | SLGVR04NL | |
| Target 微量内插管 (400 µL) | Thermo Scientific | C4011-631 | |
| 超纯水 (Direct Q-3 UV 系统配泵) | Millipore | ZRQSVP030 |
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