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杜仲雄花化學成分的液相色譜-電噴霧三重四極桿飛行時間質譜分析

2018-03-20 08:37:26鄒立思劉訓紅王勝男華愉教
食品科學 2018年6期
關鍵詞:途徑

嚴 穎,趙 慧,鄒立思,劉訓紅*,柴 川,王勝男,華愉教

(南京中醫藥大學藥學院,江蘇 南京 210023)

杜仲(Eucommia ulmoides Oilv.)為我國特有的名貴藥用植物,其樹皮和葉為2015版《中國藥典》所收載[1]。杜仲雌雄異株,杜仲雄花即為杜仲雄樹開的花,現代研究表明,杜仲雄花中富含與杜仲皮、葉類似的木脂素類、環烯醚萜類、苯丙素類、黃酮類等藥效成分,具有降壓、降血脂、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗疲勞、保肝利膽等多方面藥理作用[2];同時還含有豐富的粗蛋白、氨基酸、多糖以及礦質元素等營養成分,具有很高的營養價值。杜仲雄花目前被批準為新食品原料,現以杜仲雄花為原料已開發出茶制品、保健品、功能飲料等產品,在市場上備受關注[3]。近年來國內外對杜仲的研究多集中在杜仲皮、葉方面,對杜仲雄花研究較少,從杜仲雄花中分離鑒定出10 種黃酮和9 種三萜類成分,并作抗氧化、抗腫瘤活性評價[4-5],測定杜仲雄花中環烯醚萜類、苯丙素類和黃酮類等多種有效成分作質量評價[6],探究杜仲雄花氨基酸多樣性及營養價值評價[7],以杜仲雄花8 種活性成分為指標綜合評價杜仲雄花品質[8],鮮見用液相色譜-質譜聯用技術研究杜仲雄花化學成分的文獻報道。本實驗采用液相色譜-電噴霧三重四極桿飛行時間質譜(liquid chromatography coupled with electrospray ionization-triple quadrupole-time of flight-tandem mass spectrometry,LC-ESITriple TOF-MS/MS)技術對杜仲雄花中化學成分進行分析鑒定,根據高分辨質譜獲得的化合物精確分子質量、碎片離子峰、色譜保留時間及對照品信息,結合參考相關文獻數據,初步鑒定出木脂素類、環烯醚萜類、苯丙素類和黃酮類等32 種成分,并推測其可能的裂解途徑,為進一步探究杜仲雄花的功效物質基礎及深度開發利用提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

松脂醇二葡萄糖苷(批號:111537-200501)、桃葉珊瑚苷(批號:111761-200601)、京尼平苷酸(批號:111828-201102)、綠原酸(批號:110753-200413)、京尼平苷(批號:110749-200714)、咖啡酸(批號:110885-200102)、蘆丁(批號:111521-200303)、紫云英苷(批號:11092001)、槲皮素(批號:100081-200406)、山柰酚(批號:110861-201310)(純度均大于99%) 中國食品藥品檢定研究院;新綠原酸(批號:12112712)、隱綠原酸(批號:12112605)、異綠原酸A(批號:12022803)(純度均大于98%)成都普瑞法科技開發有限公司;異綠原酸B(批號:YLYB2014041901)(純度大于98%) 南京春秋生物工程有限公司;異槲皮苷(批號:BCBB2943)(純度大于98%) 美國Sigma公司。

杜仲雄花樣品于2016年4月21日采自陜西省略陽縣郭鎮北河溝李家溝(東經105°42’53”,北緯33°23’6”),摘取杜仲雄樹(樹齡23 a)的花,殺青蒸煮后自然晾干。經南京中醫藥大學藥學院劉訓紅教授鑒定為杜仲科植物杜仲(Eucommia ulmoides Oilv.)的雄花。留樣憑證保存于南京中醫藥大學中藥鑒定實驗室。

甲醇(色譜純) 江蘇漢邦科技有限公司;乙腈、甲酸(均為色譜純) 德國Merck公司;實驗用水為Milli-Q超純水。

1.2 儀器與設備

Triple TOFTM5600 System-MS/MS電噴霧飛行時間高分辨質譜儀(配有ESI及Peakview 1.2數據處理工作站)美國AB Sciex公司;SIL-20A XR型超快速液相色譜儀 日本Shimadzu公司;AnkeTGL-16B型離心機 上海安亭科學儀器廠;BSA224S型電子天平 德國賽多利斯公司;KQ-500B型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;Milli-Q超純水制備儀 美國Millipore公司。

1.3 方法

1.3.1 色譜條件

色譜柱:Agilent ZORBAX SB-C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動相:A為0.1%甲酸溶液,B為乙腈,梯度洗脫;洗脫程序為:0~10 min,5%~10% B;10~12 min,10%~15% B;12~22 min,15%~20% B;22~35 min,20%~30% B;35~42 min,30%~60% B;42~55 min,60%~85% B;55~57 min,85%~5% B;57~60 min,5%~5% B;柱溫30 ℃;流速1.0 mL/min;進樣量10 μL。

1.3.2 質譜條件

ESI負離子模式下采集數據;質量掃描范圍m/z 50~1 500;氣簾氣壓力40 psi;霧化氣壓力55 psi;輔助氣壓力55 psi;離子源溫度550 ℃;噴霧電壓-4 500 V;解簇電壓-100 V。

1.3.3 對照品溶液制備

分別取各對照品適量,精密稱定,置10 mL量瓶中,加甲醇溶液溶解制成對照品溶液。再分別取0.2 mL各對照品溶液,置10 mL量瓶中,用50%甲醇溶液制成混合對照品溶液。

1.3.4 供試品溶液制備

精密稱取0.6 g杜仲雄花粉末,精密加入30 mL 50%甲醇溶液,密閉,稱定質量,超聲處理(功率250 W,頻率30 kHz)20 min,放置冷卻,再次稱定質量,用50%甲醇溶液補足質量損失,過濾,濾液以12 000 r/min離心10 min,取上清液,過0.22 μm微孔濾膜濾過,即得供試品溶液。

2 結果與分析

2.1 杜仲雄花化學成分色譜峰的鑒定

按色譜和質譜條件對杜仲雄花化學成分進行分離和分析,負離子模式下的總離子流色譜圖如圖1所示。本實驗從杜仲雄花中共鑒定出32 個化合物。將供試品的色譜保留時間、質譜準分子離子峰和碎片離子峰信息,與對照品比對,確定15 個化學成分峰。匯總與杜仲相關化學成分的文獻報道,根據質譜提供的準確分子質量計算化合物的分子式,再依據碎片離子信息,與相關文獻數據比對,并結合HMDB數據庫和METLIN數據庫檢索,共推斷出17 個化學成分峰,如表1所示。

圖1 杜仲雄花50%甲醇溶液提取物中負離子模式總離子流圖Fig. 1 Total ion current (TIC) chromatogram of 50% methanol extract from male flowers of Eucommia ulmoides in negative ion mode

表1 LC-ESI-Triple TOF-MS/MS鑒定杜仲雄花中化學成分Table 1 Identification of the compounds in male flowers of Eucommia ulmoides by LC-ESI-Triple TOF-MS/MS

2.2 化合物的質譜解析

2.2.1 木脂素類

圖2 松脂醇二葡萄糖苷的裂解途徑Fig. 2 Fragmentation pathways of pinoresinol-di-O-β-D-glucopyranoside

共鑒定了2 個木脂素類化合物,分別為圖1中的化合物16和24。化合物16的保留時間為17.98 min,在MS中給出了m/z 681.237 0 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 519、357、151,其裂解過程為準分子離子峰直接失去1~2 個葡萄糖中性碎片得到苷元碎片,苷元碎片則進一步裂解得到碎片m/z 151,松脂醇二葡萄糖苷的裂解途徑如圖2所示,通過與對照品比對,并結合文獻[10,20-21]數據確定其為松脂醇二葡萄糖苷。

化合物24的保留時間為26.53 min,在MS中給出了m/z 519.187 0 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 357、151,裂解途徑與松脂醇二葡萄糖苷相似,結合文獻[10,17]數據推斷其可能為松脂醇單葡萄糖苷。

2.2.2 環烯醚萜類

共鑒定了9 個環烯醚萜類化合物,分別為圖1中的化合物1、2、3、6、7、9、13、14和27。

化合物1的保留時間為4.35 min,在MS中給出了m/z 349.148 9 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 187、169、151、89、59,結合文獻[9]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 187,苷元碎片離子失去一分子H2O得到碎片m/z 169,結合文獻數據推斷其可能為杜仲醇苷。

化合物2的保留時間為5.35 min,在MS中給出了m/z 345.117 6 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 183、165、139,結合文獻[10]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片,苷元碎片離子失去一分子H2O得到m/z 165離子,與對照品比對,結合文獻數據確定其為桃葉珊瑚苷。

化合物3的保留時間為5.55 min,在MS中給出了m/z 389.107 3 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 227、209、183、165、147、121,結合文獻[12]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 227,苷元碎片m/z 227進一步裂解,可丟失一分子H2O得到碎片m/z 209或丟失一分子CO2得到碎片m/z 183,碎片m/z 183離子相繼失去兩分子H2O得到碎片m/z 165和m/z 147,結合文獻[11-12]數據推斷其可能為去乙酰車葉草苷酸。去乙酰車葉草苷酸裂解途徑如圖3所示。

圖3 去乙酰車葉草苷酸的裂解途徑Fig. 3 Fragmentation pathways of deacetyl asperulosidic acid

化合物6的保留時間為8.45 min,離子峰m/z 747.232 3 [2M-H]-豐度較高,在MS/MS中給出m/z 373、211、193、167、149、121,結合文獻[14]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為碎片離子峰373 [M-H]-失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 211,對苷元碎片進行二級質譜分析,苷元碎片m/z 211失去一分子H2O得到碎片m/z 193或先失去一分子CO2得到碎片m/z 167,再相繼失去兩分子H2O得到碎片m/z 149和m/z 121,與對照品比對,結合文獻[10,14]數據確定其為京尼平苷酸。

化合物7的保留時間為8.71 min,在MS中給出了m/z 405.139 1 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 359、225、179,結合文獻[15]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰可失去一分子H2O和甲基得到碎片m/z 359或失去葡萄糖中性分子m/z 180得到碎片m/z 225,碎片離子m/z 179則可能為葡萄糖分子失去H得到的碎片離子,結合文獻數據推斷其可能為乙酰哈巴苷。

化合物9的保留時間為13.80 min,在MS中給出了m/z 431.119 5 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 269、251、225、165,結合文獻[18]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片,苷元碎片m/z 269可進一步失去一分子H2O得到碎片m/z 251或失去一分子CO2得到碎片m/z 225,結合文獻[12,14,18]數據推斷其可能為車葉草苷酸。

化合物13的保留時間為15.80 min,在MS中給出了m/z 413.107 7 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 191、147,結合文獻[18]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去整個葡萄糖分子和乙酰基得到碎片m/z 191,再失去一分子CO2得到碎片m/z 147,結合文獻[12,14,18]數據推斷其可能為車葉草苷。

化合物14的保留時間為16.69 min,在MS中給出了m/z 433.134 5 [M+HCOO]-,在MS/MS中給出m/z 225、207、147、123、101,結合文獻[14]以及碎片離子質量推測提裂解途徑為準分子離子峰葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 225,碎片m/z 207則是苷元碎片離子失去一分子H2O得到,苷元碎片可失去中性碎片離子得到m/z 147 [M-G-CH3COOH]-,也可于1,4位斷開,得到相應的碎片離子m/z 123 [C7H7O2-H]-、m/z 101 [M-GC7H7O2-H]-。質譜數據顯示碎片離子m/z 123、101較m/z 207、147豐度更高,認為苷元碎片于1,4位斷開的裂解方式更易發生。與標準品比對,結合文獻數據確定其為京尼平苷。

化合物27的保留時間為29.69 min,在MS中給出了m/z 187.097 4 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 169、125,結合文獻[9]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去一分子H2O得到碎片m/z 169,或失去兩分子CH2OH得到碎片m/z 125,結合文獻數據推斷其可能為杜仲醇。

2.2.3 苯丙素類

共鑒定了8 個苯丙素類化合物,分別為圖1中的化合物4、5、8、11、12、15、26和28。

化合物4的保留時間為6.53 min,在MS中給出了m/z 213.077 2 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 165、121、97、93、89,結合文獻[13]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,準分子離子峰失去一分子甲氧基和一分子H2O可得到碎片m/z 165,丙三醇和苯環斷開分別得到碎片m/z 121 [M-H-C3H7O3]-和m/z 89 [C3H7O3-H]-,碎片m/z 121可以失去甲氧基得到m/z 93,碎片m/z 97可能為碎片m/z 121苯環斷裂得到,結合文獻數據推斷其可能為愈創木基丙三醇。

化合物5的保留時間為7.90 min,在MS中給出了m/z 331.102 1 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 169、153,結合文獻[13]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,其準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 169,再失去一個氧得到碎片m/z 153,結合文獻數據推斷其可能為寇布拉苷。

化合物8、化合物11和化合物12保留時間分別為11.10、14.92、15.41 min,在MS中給出了m/z 353.087 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 191、179、135,由于三者質譜數據相同,無法通過質譜分辨,通過與對照品比對,結合文獻[17]質譜數據確定化合物8為新綠原酸,化合物11為綠原酸,化合物12為隱綠原酸。綠原酸裂解規律如圖4所示,新綠原酸、隱綠原酸裂解規律與綠原酸相似。

圖4 綠原酸的裂解途徑Fig. 4 Fragmentation pathways of chlorogenic acid

化合物15的保留時間為16.74 min,在MS中給出了m/z 179.035 8 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 135,結合文獻[18]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去一分子CO2得到碎片m/z 135,與對照品比對,結合文獻[10,17,19]數據確定其為咖啡酸。

圖5 異綠原酸A的裂解途徑Fig. 5 Fragmentation pathways of isochlorogenic acid A

化合物26、28的保留時間分別為28.11 min和29.92 min,在MS中給出了m/z 515.12 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 353、191、179、173、135,結合文獻[17,27-28]數據推測化合物26和化合物28可能為異綠原酸,但用質譜技術無法確定它們是哪個同分異構體。與對照品比對,確定化合物26為異綠原酸A,化合物28為異綠原酸C。根據文獻及MS/MS給出的碎片離子質量,以異綠原酸A為例,可能的裂解方式如圖5所示。

2.2.4 黃酮類

共鑒定了12 個黃酮類化合物,分別為圖1中的化合物10、17、19、20、21、22、23、25、29、30、31和32。杜仲雄花中所含黃酮類成分主要為以槲皮素、山柰酚為苷元連接單個或多個糖形成黃酮苷類成分,其裂解途徑主要為準分子離子峰失去糖基碎片得到苷元碎片,以苷元碎片峰豐度較高。

化合物10的保留時間為14.08 min,在MS中給出了m/z 757.184 2 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 595、463、301,結合文獻[6]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,其準分子離子峰先失去葡萄糖中性碎片得到碎片m/z 595,失去一分子阿拉伯糖碎片m/z 132得到碎片m/z 463,碎片m/z 463與碎片m/z 301相差162,應為失去葡萄糖殘基碎片得到槲皮素苷元碎片,結合文獻數據推斷其為一槲皮素苷類成分,連有兩分子葡萄糖和一分子阿拉伯糖,無法確定連接方式。

化合物17的保留時間為18.37 min,在MS中給出了m/z 335.076 1 [M+HCOO]-,在MS/MS中給出了m/z 179、161、135,推測其裂解途徑為準分子離子峰失去二羥基苯基碎片,得到m/z 179 [M-C6H5O2]-,繼續失去一分子H2O得到m/z 161,m/z 135則為吡喃環斷開得到。結合文獻[22]數據推斷其可能為表兒茶酸。

化合物19的保留時間為19.04 min,在MS中給出了m/z 625.142 2 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 463、301、271、255、179,結合文獻[6]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,其準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到碎片m/z 463,再失去一分子葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 301,碎片m/z 271,m/z 255符合槲皮素苷元裂解規律,推斷其可能為一槲皮素苷類成分,苷元連有兩分子葡萄糖。有研究表明杜仲雄花中含有槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖基(1→2)-β-D-葡萄糖苷,是否為該化合物需進一步確定。

化合物20的保留時間為20.79 min,在MS中給出了m/z 595.131 3 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 301、271、255、179,結合文獻[6]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,其準分子離子峰失去二糖中性碎片得到苷元碎片m/z 301,碎片m/z 271,m/z 255符合槲皮素苷元裂解規律,推測化合物17可能為一槲皮素苷類成分,苷元連有一分子阿拉伯糖和一分子葡萄糖,研究表明杜仲雄花中含有的槲皮素-3-O-α-L-阿拉伯糖基(1→2)-β-D-葡萄糖苷,質譜數據與該化合物相符,但連接方式需進一步確定。

化合物21的保留時間為22.85 min,在MS中給出了m/z 609.144 1 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 301、271、255,結合文獻以及碎片離子質量推測其裂解途徑,其準分子離子峰失去鼠李糖和葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 301,文獻[25]表明苷元碎片裂解方式較多,可得到碎片m/z 255。與對照品比對,結合文獻數據確定其為蘆丁,由實驗所得質譜碎片信息,蘆丁可能的裂解方式如圖6所示。

圖6 蘆丁的裂解途徑Fig. 6 Fragmentation pathways of rutin

化合物22的保留時間為23.68 min,在MS中給出了m/z 593.148 6 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 285、255、227,結合文獻[26]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為準分子離子峰失去蕓香糖中性碎片得到山柰酚苷元碎片m/z 285,結合文獻數據推斷其可能為煙花苷。

化合物23的保留時間為24.39 min,在MS中給出了m/z 463.086 0 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 301、271、255,結合文獻[26]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為其準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 301,苷元碎片裂解方式與蘆丁相同,可得到碎片m/z 271和m/z 255,與對照品比對,結合文獻數據確定其為異槲皮苷。

化合物25的保留時間為27.81 min,在MS中給出了m/z 447.092 3 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 285、255、227,結合文獻[26]以及碎片離子質量推測其裂解途徑為其準分子離子峰失去葡萄糖中性碎片得到苷元碎片m/z 285,與對照品比對,結合文獻數據確定其為紫云英苷。

化合物29的保留時間為30.34 min,在MS中給出了m/z 489.101 6 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 285、255、227,其準分子離子峰與苷元碎片m/z 285相差204,可能為乙酰基葡萄糖碎片,有報道[29]杜仲雄花中分離得到化合物山柰酚-3-O-β-D-(6”-O-乙酰基)-β-D-葡萄糖苷,質譜數據與該化合物相符,是否為該化合物需進一步確定。

化合物30的保留時間為37.93 min,在MS中給出了m/z 301.035 1 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 273、179、151,與對照品比對,結合文獻[25]數據確定其為槲皮素。

化合物31的保留時間為40.68 min,在MS中給出了m/z 271.061 2 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 177、151、119,結合文獻[30]以及碎片離子質量推測其裂解途徑,m/z 177是[M-H]-失去B環后得到的碎片離子,碎片m/z 151和m/z 119是黃酮母體結構在C環發生RDA反應(Retro-Didls-Alder)的結果,分別產生兩個碎片離子(m/z 119,—C8H5O和m/z 151,—C8H5O4),結合文獻數據推斷其可能為柚皮素。

化合物32的保留時間為41.07 min,在MS中給出了m/z 285.040 1 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 239、229、211、185,質譜數據顯示除其準分子離子峰外,碎片離子峰豐度均較低。根據文獻[30]報道,碎片離子m/z 185為特征碎片離子,與標準品比對,結合文獻數據確定其為山柰酚。

2.2.5 酚苷類

化合物18的保留時間為18.88 min,在MS中給出了m/z 491.140 9 [M-H]-,在MS/MS中給出m/z 283、161、121、101,質譜數據顯示除其m/z 283的碎片離子豐度較高,推測為準分子離子峰失去一分子甲基和一分子木糖中性碎片得到,碎片離子m/z 283可繼續失去一分子葡萄糖中性碎片得到m/z 121,m/z 161則為葡萄糖碎片離子,可裂解得到m/z 101。結合文獻[23]數據推斷其可能為冬綠苷。

3 結 論

LC-ESI-Triple TOF-MS/MS技術可以提供高分辨、高精度的多級質譜數據,用于分析化合物的元素組成和裂解途徑分析,在中藥復雜組分的鑒定中具有廣闊的應用前景;但該技術仍有其局限性,比如難以通過質譜數據區分化合物多種同分異構體,也無法確認苷類成分中糖基連接方式,在裂解規律研究文獻數據較少的情況下難以確認化合物的裂解途徑等,因此采用質譜數據進行化合物結構鑒定的工作還需要進一步深入研究,通過總結不同類型化合物裂解特點,為中藥化學成分的結構解析提供更可靠的依據。

本實驗采用LC-ESI-Triple TOF-MS/MS技術對杜仲雄花中化學成分進行分析,通過高分辨質譜獲得的化合物精確分子質量、碎片離子峰、色譜保留時間及對照品信息,結合參考相關文獻數據,初步鑒定出木脂素類、環烯醚萜類、苯丙素類、黃酮類和酚苷類32 種成分,其中冬綠苷和柚皮素為首次在杜仲雄花中鑒定出。本實驗通過MS/MS數據及文獻報道對鑒定的成分進行裂解方式的推測,實驗鑒定的成分多數為環烯醚萜、苯丙素及黃酮類,可從中歸納出此類化學成分的主要裂解途徑,如杜仲雄花中的黃酮類成分有著相似的裂解規律。實驗表明杜仲雄花化學成分與杜仲相似,但成分存在差異,如在杜仲中含量較高的木脂素類成分在杜仲雄花中含量較少,黃酮苷類成分較杜仲更多。杜仲雄花具有很高的醫療保健價值,本研究期為進一步探究杜仲雄花的功效物質基礎及深度開發利用提供基礎資料。

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