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【第三届原创参赛】浅谈葡萄籽提取物的理化结构(10月)

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    葡萄籽提取物的理化结构

    葡萄是一种世界性水果,其种植面积和产量都居首位,被誉为水果世界的明珠。在我国,葡萄资源也很丰富,每年生产的葡萄达120多万,其中80%以上用于酿造和其他饮料生产,每年下脚料可产葡萄籽4.2t。意大利和法国是世界上生产葡萄酒最多的国家,目前已使70%葡萄籽得到了应用。葡萄籽油脂可以作为婴儿和老年人的高级营养油,高空作业和飞行人员的高级保健油。1997 年,在美国10种植物提取物市场份额中,葡萄籽提取物名列第七位[1]。葡萄籽是原花青素的丰富资源。近年来在提取、分离、药理和临床等方面进行了广泛的研究,表明葡萄籽是开发天然抗氧化剂的新资源。

    葡萄籽提取物(grape seed extract,EGS)中含有大量多酚类、脂质类和矿物类等有益于人体的化学成分,对多种疾病有预防和治疗作用。葡萄籽提取物还用于增强血管功能,治疗炎症、糖尿病并发症如神经病或视网膜病,促进创伤愈合,预防虫牙、癌症、视网膜黄斑变性、夜盲症、肝硬化、过敏以及与胶原病和衰老相关的胶原损坏[2]

    随着时代的发展,各种新的研究设备不断推出,给我们的研究提供了一个很好的平台。使用理论化学、程序模型等各种先进的方法,研究其理化结构,完善各种指纹谱图,对于更好的研究物质结构与功能的关系具有重要的意义和作用。李淑芳等研究发现葡萄籽提取物的化学成分如下:

    1、葡萄籽提取物中的化学成分

    1.1、脂质类及其他化学成分

    葡萄籽中约含有10% ~15%的葡萄籽油,其主要成分为亚油酸、亚麻酸等多种不饱和脂肪酸和甾醇等以及多羟基类(PHS)如白藜芦醇等。葡萄籽油中含矿物元素钾、钠、钙和铁量较高,并含多种维生素。酚酸类主要包括原儿茶酸、香豆酸、没食子酸、咖啡酸和丁香酸等。



    1.1.2、葡萄籽油的组成及理化性质

    葡萄籽的含油量在14g/100g ~17g/100g之间,葡萄籽油含有大量的不饱和脂肪酸,含量高达90g/100g 以上。葡萄籽油的组成成分见表1,葡萄籽油的理化性质见表2

    1 葡萄籽油的组成成分[1]



    由表1 可知,葡萄籽油的脂肪酸主要是以亚油酸为主,其含量在58g/100g~78g,100g之间。亚油酸是人体必需的脂肪酸,曾被命名为维生素F,具有重要的功能特性,可预防动脉粥样硬化、高血压和高胆固醇等疾病,同时,亚油酸是人体合成花生四烯酸的主要原料之一,而花生四烯酸是人体合成前列腺素的主要物质,具有扩张血管、防止血栓形成的作用。

    葡萄籽中含有丰富的维生素,特别是VE含量较高,达35.95mg/100gVE是生物抗氧化剂,又是体内自由基清除剂,其侧链与生物膜的多不饱和脂肪酸,特别是花生四烯酸的相互作用,可抑制不饱和脂质的过氧化。

    从葡萄籽的组成成分看,其脂肪酸组成含量较为合理;此外,油中还含有维生素AEDKP 及多种微量元素,如钙、锌、铁、镁、铜、钾、钠、锰、钴等。因此,葡萄籽油是一种优质的食用油脂。

    2 葡萄籽油的理化性质[1]



    由表2 可知,葡萄籽油的理化指标符合有关国家标准。从碘值可以看出葡萄籽油中含有大量的不饱和双键,因此,葡萄籽油再加工、储存、运输、加热过程中,应注意防止其发生氧化酸败。

    易元芬[3]等利用超临界CO2萃取装置对酿酒后葡萄籽提取了葡萄籽油,并对其挥发性成分和脂肪酸进行了研究,结果表明,葡萄籽中脂肪酸成分以亚油酸为主,含量达81·47%,比一般食用油甚至药用油核桃油和红花油中的亚油酸含量都高。

    刘建华[4]等用正己烷抽提得到葡萄籽油,然后将其皂化、甲醋化后用气相色谱-质谱法测定其中的脂肪酸,共检测出14种脂肪酸,其中亚油酸含量最高,86·48%,其次为棕榈酸6·29%和硬脂酸4·24%

    1.2、多酚类物质

    葡萄籽中含有多酚类物质(GSP),主要有儿茶素类和原花青素类。

    1.2.1、儿茶素类化合物

    儿茶素类化合物包括儿茶素、表儿茶素及其没食子酸酯,是葡萄籽中主要的单聚体,也是原花青素寡聚体和多聚体的构成单位。儿茶素((+)-catechin))和表儿茶素((-)-epicatechin)作为多酚类化合物中的两种重要异构体(结构示意图见图1),由于其分子结构中多个酚羟基的存在,因而具有有效清除氧自由基和脂类自由基的作用。在预防脂质过氧化[5],抗癌及抑制肿瘤[6],抑制DNA氧化损伤[7]等方面引起了广泛的研究兴趣。

    1 儿茶素和表儿茶素的结构示意图[8]



    彭黎黎,郭勇等经过B3LYP/6-311+G(d, p)水平上的完全优化,得到的儿茶素和表儿茶素分子的理论平衡结构(见图2)

    2 儿茶素和表儿茶素的理论优化结构[8]



    由此结构计算所得到的频率没有虚频,说明相应的理论计算几何结构为稳定结构。计算结果还表明,儿茶素和表儿茶素分子均为非平面构型,在两个苯环上共有4OH酚基团,两个苯环通过一个非芳香环连结。有关理论计算和实验测定键长对比列入表3

    3 儿茶素和表儿茶素的理论和实验结构参数(单位,)[8]



    :表中(-)-Epicatechin键长与(+)-catechin相对应,原子编号采用图2所示编号

    从表3中非氢原子的有关键长的实验和理论计算的对比来看,理论计算和实验测定的结果一致。比较表儿茶素的理论计算构型参数和FronczekX射线晶体衍射结果[7],发现键长平均误差为小于0.0344埃。

    1.2.2、原花青素类化合物

    原花青素呈白色粉末,溶于水、乙醇、甲醇、丙酮,也溶于乙酸乙酯,不溶于乙醚、氯仿、

    苯等溶剂,有涩味。UV550mm 处有强吸收。在酸性溶液中加热可降解和氧化形成花色素(Bate-Smith反应)[1]。它是存在于植物中的天然多酚化合物,由不同数量的单体儿茶素(catechin)或表儿茶素(epicatechin)缩合而成[10,11]见表4[12],其化学结构中具有C6C3C6三环结构(3)

    4 从葡萄籽中分离出的原花青素[12]



    3 原花青素的基本结构



    由图3可见,这三个环分别由ABC命名,在两个芳香环(A环、B)之间以一个三碳链(C2C3C4)相连.其中一个碳原子与A8a位置上的氧原子连接成毗喃环(C) [1011]。目前研究最广的主要是由(+)-儿茶素((+)-catechin)(-)-表儿茶素((-)-epicatechin)为单体聚合而成的这类化合物,其最高平均聚合度达十五聚体[13]。二至四聚体称为寡聚体(OPC),五聚体以上称为高聚体(PPC)[14]各聚合体中二聚体抗氧化活性最高,三聚体,单体次之[15],其生物活性随聚合度增大、增强。PC各单元间连接主要由C4→C6C4→C82种方式,由于单体的构象或键合位置的不同,可有多种异构体,且各聚合体和同聚异构体之间极性相近,因此原花青素的分离分析和结构表征非常困难。反相-HPLC能分离单体及二、三聚体的某些异构体[16],但是各成分的定性需要相应的对照品鉴定,且由于异构体繁多复杂,一般液相很难分开,得到的异构体仅有限的几种。电喷雾质谱(ESI-MS)可以提供化合物的结构信息,可与液相色谱联用,作为一种软电离技术,可以根据产生的准分子离子直接定性,见图4[17]

    a:单体选择离子色谱;b:M1ESI-MS质谱图,c:M2ESI-MS质谱图,d:M3ESI-MS质谱图

    4 原花青素单体选择离子图(a)及其ESI-MS质谱图(b,c,d)



    4(a)是任其龙,魏冠红等采用ESI-MS的选择离子监测模式(SIM)对几种低聚体进行选择性的分离检测的结果,是葡萄籽提取物的3种单体CECECG(m/z 289,441)的选择离子色谱,3个色谱峰M1M2M3的保留时间分别为17·021·124·2min。其中峰M1M2(m/z=289·0)应为(+)-儿茶素或(-)-表儿茶素,其对应的ESI质谱图4(b,c)显示两者的质谱信息相似,m/z 289·0的准分子离子[M-H],均有m/z 579的偶合离子[2M-H]。对照标样(+)-儿茶素和(-)表儿茶素的保留时间和质谱碎片离子信息,可以确定M1(+)-儿茶素,M2(-)-表儿茶素。峰M3如图4(d)推测为(-)-表儿茶素没食子酸酯,因为葡萄籽中原花青素除ECG外并没有其他的酯型单体,ESI质谱信息包括其准分子离子(m/z=441·1)、失去没食子酰基形成的离子(m/z =289·0)和其他一些碎片离子信息。从图4可见,单体的ESI质谱图主要产生准分子离子,碎片离子相对较少。

    而在各类原花青素中,二聚体分布最广,研究最多,性质最活跃,是最重要的一类原花青素[18]。二聚体因两个单体构象或键合位置不同,有多种异构体,到目前为止,已从葡萄籽和皮中分离、鉴定了16种原花青素,其中有8个二聚体[19-20],分别命名为BlBS(5)

    5 B型原花青素二聚体的结构



    李春阳,许时婴等为验证葡萄籽原花青素的主要结构单元为原花青定即B—环含有两个羟基,将其进行醇解使之完全转化为花色素(反应式见图6)[21]

    6 原花青素在热酸醇处理下产生花色素的反应



    然后在525 nm波长下对醇解后的产物进行HPLC检测分析,结果见图7

    5 葡萄籽原花青素醇解产物色谱分析



    由图7可见,醇解产物的色谱图只有1个主要的峰,其面积约占总面积的95%以上,说明原花青素醇解产物只含有一种主要的花色素。

    为了对该花色素进一步定性、确定其相对分子质量,采用LC—MS进行了分析,结果见图8

    8 葡萄籽原花青素水解产物的LC-MS图(正、负离子选择离子峰)



    由图8(a)可见,11.95 min出现一主要的峰;对该峰进行波长扫描,发现其在227277536 nm波长处有最大吸收,见图6(b);其正离子(M+)287,负离子(M-)285,见图8(c)和图8(d);通过选择分子离子峰,发现M+287出峰时间为12.10 min,M-285出峰时间为12.07 min.根据以上分析和判断,可以确定该产物为矢车菊素,相对分子质量为286,也就是说葡萄籽原花青素水解产物主要为矢车菊素(cyanidin,见图6和图8),B-环上含有两个羟基,从而证明葡萄籽原花青素主要结构单元为原花青定,正好与葡萄籽原花青素红外光谱图特征峰的推断结果相吻合.

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  • 小卢

    第1楼2010/10/07

    接上文:

    参考文献:
    [1] 李淑芳, 陈晓明.葡萄籽营养保健成分的论述[J]. 山西食品工业,2004,2:24
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  • 青林

    第2楼2010/10/07

    楼主的图片呢?怎么没看见啊

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  • 金月

    第3楼2010/10/07

    够专业的,学习了

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  • 往往外

    第4楼2010/10/10

    应助达人

    文章全部内容在附件中~

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  • 东方逸

    第5楼2010/10/10

    葡萄种类挺多,理化结构都一样吗?

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  • symmacros

    第6楼2010/10/10

    应助达人

    这篇葡萄籽仔的成分综述的文章很详细的讲述了各种成分的化学性质,对人体的作用,谢谢分享。家里正好有一瓶葡萄籽油,看了这篇文章,就吃一下。

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  • belle2001

    第7楼2010/10/11

    我正做这个研究呢,从质谱图上来看,差不多的

    东方逸(uhlan) 发表:葡萄种类挺多,理化结构都一样吗?

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  • shandaminmin

    第8楼2010/10/19

    楼主写的太专业了。下载了附件,再研究~

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  • 土老冒豆豆

    第9楼2010/11/07

    应助达人

    想不到葡萄籽就有这么多成分啊。

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  • 神话

    第10楼2010/11/09

    这篇文章写的还是比较专业的

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