茅苍术为菊科多年生草本植物,其根茎作苍术用,具有燥湿健脾、祛风散寒、明目的功效[1],临床上主要用于治疗消化不良[2-3]、关节炎[4]等症。目前,关于茅苍术的研究和应用主要集中在其根茎[5-7],即药用部位。而其地上部分(茎、叶、花)则被简单地焚烧或堆埋,造成了资源的浪费和环境的污染。茅苍术地上部分作为其次生代谢产物产生、运输的重要部位,其所含化学成分与其根茎具有一定的类似性。前期研究发现,茅苍术地上部分含有丰富的黄酮类成分,尤其是茅苍术花部位,总黄酮含量达到了24.01 mg/g[8]。黄酮类成分因具有较好的抗氧化[9]、抗菌[10]、调节动物激素[11]、抗肿瘤[12-13]等生物活性而受到了广泛的关注。孙如意等[14]报道饲料中添加适宜水平槲皮素可提高黄河鲤幼鱼的生长性能、消化酶活性、免疫力和抗氧化功能。高歌等[15]研究发现,在低蛋白饲粮中添加大豆黄酮可以通过提高猪的抗氧化能力、改善激素水平、提高营养物质利用率。可见,植物源性黄酮化合物可以明显促进动物生长、提高其免疫力。鉴于此,本研究采用UPLC-MS/MS对茅苍术花、茎和叶中黄酮类成分进行分析与评价,以期为茅苍术地上部分黄酮类成分在饲料中应用提供参考。1材料与方法1.1试验仪器及试剂UHPLC超高效液相色谱仪、Q-Exactive HF 高分辨质谱(Thermo Fischer Scientific),Zorbax Eclipse C18色谱柱(Agilient technologies),FD-IA-50冷冻干燥机(上海比朗仪器制造有限公司)。甲醇(LC-MS级,Merck KGaA),乙腈(LC-MS级,Merck KGaA),甲酸(LC-MS级,西亚试剂),异丙醇(LC-MS级,Merck KGaA),2-氯苯丙氨酸(LC-MS级,上海源叶生物科技有限公司)。1.2试验方法1.2.1样品提取于2022年11月在茅苍术道地产区江苏句容(N31°79'14.98'',E119°32'19.56'')收集茅苍术花、茎和叶样品。经南京中医药大学谷巍教授鉴定为菊科苍术属植物茅苍术的花、茎和叶。样品45 ℃烘干,粉碎过60目筛,密封,置于棕色干燥器内,保存于阴凉避光处。称取混合均匀的样品100 mg置于2 mL离心管中,加入1 mL 70%甲醇和3 mm规格钢珠,采用全自动样品快速研磨仪(70 Hz)振荡破碎3 min,冷却后低温超声(40 kHz)10 min,4 °C低温下12 000 r/min离心10 min,取上层清液稀释50倍,加入10 μL 100 mg/L内标物(2-氯苯丙氨酸),过0.22 μm PTFE滤头,取续滤液以备上机检测用。1.2.2色谱-质谱分析仪器分析平台为UPLC-MS/MS(Thermo,Ultimate 3000LC,Q Exactive HF)。色谱条件为:C18色谱柱(1.8 μm × 2.1 mm × 100 mm),柱温30 °C;流速0.3 mL/min;流动相组成A:0.1%甲酸水溶液,B:纯乙腈;进样量为2 μL,自动进样器温度4 °C。流动相梯度洗脱程序为:0~2 min,5%B;2~6 min,5%~30%B;6~7 min,30%B;7~12 min,30%~78%B;12~14 min,78% ;14~17 min,78%~95%B,17~20 min,95%B。质谱条件为:采用电喷雾离子源(ESI),加热器温度325 °C;鞘气流速45 arb;辅助气流速15 arb;吹扫气流速1 arb;电喷雾电压3.5 kV;毛细管温度330 °C;S-Lens RF Level 55%。分别在正离子和负离子模式下进行扫描,扫描模式:一级全扫(Full Scan,m/z 100~1 500)与数据依赖性二级质谱扫描(dd-MS2,TopN=10);分辨率:120 000(一级质谱)&60 000(二级质谱)。碰撞模式为高能量碰撞解离(HCD)。1.2.3代谢物鉴定及定量分析使用Compound Discoverer 3.3进行保留时间矫正、峰识别、峰提取等工作,根据二级质谱信息利用Thermo mzCloud在线数据库,Thermo mzValut本地数据库等进行物质鉴定。根据各样品中各化合物的峰面积,计算其在样品中相对浓度。各物质相对浓度=内标浓度/内标峰面积×代谢物峰面积/样品取样量(1)此外,根据各样品中各化合物的峰面积,计算其在样品中相对百分比。各物质相对百分比=鉴定代谢物峰面积/代谢物总的峰面积×100%(2)2结果与分析2.1正离子模式下苍术花、茎和叶黄酮类成分(见图1)10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.021.F001图1正离子模式下的样本总离子流正离子模式的总离子流的峰形对称,无明显重叠现象,表明在该试验条件下,可以较好地测定3种样品的化学成分。此外,苍术叶样品中峰的数目和强度明显少于和弱于苍术花和苍术茎样品,表明该模式下检出的苍术花和苍术茎中的化学成分多于苍术叶中的化学成分。在正离子模式下共鉴定出19种黄酮类物质,包括10个黄酮、5个异黄酮、2个花色素类、1个黄烷醇类和1个二氢黄酮类成分,具体见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.021.T001表1正离子模式下鉴定的黄酮类成分序号名称分子式分类相对浓度/(mg/L)相对百分比/%苍术花苍术茎苍术叶苍术花苍术茎苍术叶1异槲皮苷C21H20O12黄酮类0.270.150.220.060.540.502山柰酚C15H10O6黄酮类22.770.660.325.242.430.723山奈酚-7-O-β-D-葡萄糖苷C21H20O11黄酮类9.990.4602.301.7004野黄芩苷C21H18O12黄酮类11.070.3802.551.3805荭草苷C21H20O11黄酮类11.091.7502.556.4306牡荆素C21H20O10黄酮类4.890.5001.131.8407伞花耳草苷C26H28O14黄酮类19.757.8804.5528.9208异刺苞菊苷C26H28O15黄酮类16.394.6703.7717.1209大花金鸡菊素-6-葡萄糖基-(1-4)-鼠李糖苷C28H32O15黄酮类38.380.2908.831.07010麦黄酮-5-O-β-D-葡萄糖苷C23H24O12黄酮类2.536.3700.5823.38011黄豆黄素C16H12O5异黄酮类40.230.120.539.260.441.1912染料木苷C21H20O10异黄酮类8.690.3802.001.40013葛根素C21H20O9异黄酮类11.070.8502.553.13014黄豆黄苷C22H22O10异黄酮类205.071.64047.206.03015刺芒柄花素C16H12O4异黄酮类002.01004.4916锦葵素C15H10O5花色素类19.210.534.384.421.969.8117芍药素-3-O-β-半乳糖苷C22H22O11花色素类12.950.600.202.982.200.4418表儿茶素C15H14O6黄烷醇类0.09036.710.02082.2219甘草素C15H12O4二氢黄酮类0.0800.280.0200.63苍术花样品中鉴定的成分最多,有18种,包括10个黄酮、4个异黄酮、2个花色素类、1个黄烷醇类和1个二氢黄酮类成分。其中,相对百分比超过5.00%的成分有4种,分别为山柰酚、大花金鸡菊素-6-葡萄糖基-(1-4)-鼠李糖苷、黄豆黄素和黄豆黄苷。与苍术花相比,苍术茎中黄酮类成分种类略少,为16种,包括10个黄酮、4个异黄酮和2个花色素类。其中,相对百分比超过5.00%的成分有5种,分别是荭草苷、伞花耳草苷、异刺苞菊苷、麦黄酮-5-O-β-D-葡萄糖苷和黄豆黄苷。苍术叶样品中所含黄酮类成分最少,仅有8种,包括2个黄酮、2个异黄酮、2个花色素类、1个黄烷醇类和1个二氢黄酮类成分。其中,相对百分比超过5.00%的成分仅有2种,为刺芒柄花素和表儿茶素。2.2负离子模式下苍术花、茎和叶黄酮类成分(见图2)总离子流的峰形对称,无明显重叠现象,说明在负离子模式下,可以较好地测定出3种样品的化学成分。此外,3组样品中峰的数目无明显差别,提示在该模式下,从苍术花、苍术茎和苍术叶中检出的化学成分数量上相差不大。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.021.F002图2负离子模式下的样本总离子流在负离子模式下共鉴定出23种黄酮类物质,包括13个黄酮、5个异黄酮、3个黄烷醇类、1个花色素类和1个二氢黄酮类成分,具体见表2。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.20.021.T002表2负离子模式下鉴定的黄酮类成分序号名称分子式分类相对浓度/(mg/L)相对百分比/%苍术花苍术茎苍术叶苍术花苍术茎苍术叶1芹菜素C15H10O5黄酮类264.964.793.4710.953.530.102木樨草素C15H10O6黄酮类485.3412.096.4420.078.910.183芦丁C27H30O16黄酮类12.5710.3200.527.6004木樨草素-7-葡萄糖醛酸苷C21H18O12黄酮类159.025.5306.574.0805苜蓿素C17H14 O7黄酮类152.5263.7406.3149.9606高车前素C16H12 O6黄酮类274.728.56011.366.3007黄芩苷C21H18O11黄酮类0.600189.410.0205.328山柰酚-7-O-β-D-葡萄糖苷C21H20 O11黄酮类113.08004.68009异鼠李素-3-O-半乳糖苷C22H22 O12黄酮类03.436.4902.530.1810异槲皮苷C21H20O12黄酮类006.53000.1811甘草素C15H12O4黄酮类003.78000.1112芹菜素-7-葡萄糖苷C21H20O10黄酮类00333.15009.3613冠崎黄酮-2C16H10 O6黄酮类001 213.980034.1014染料木苷C21H20O10异黄酮类81.412.6813.483.371.970.38156''-O-乙酰黄豆黄苷C24H24 O11异黄酮类817.478.15033.806.01016葛根素C21H20O9异黄酮类1.060409.160.04011.4917黄豆黄素C16H12O5异黄酮类0067.06001.8818大豆苷元C15H10O4异黄酮类00334.55009.4019原花青素B2C30H26 O12黄烷醇类0062.67001.7620(+)-儿茶素C15H14O6黄烷醇类00593.780016.6821表儿茶素没食子酸酯C22H18O10黄烷醇类00129.87003.6522芍药素-3-O-β-半乳糖苷C22H22 O11花色素类56.0616.4402.3212.11023(S)-柚皮素C15H12O5二氢黄酮类00186.68005.24苍术花样品中鉴定的成分有12种,包括8种黄酮、3种异黄酮成分和1个花色素类成分,其中,相对百分比超过5.00%的成分有6种,分别为芹菜素、木樨草素、木犀草素-7-葡萄糖醛酸苷、苜蓿素、高车前素和6''-O-乙酰黄豆黄苷。苍术茎中黄酮类成分种类略少于苍术花,为10种,包括7种黄酮、2种异黄酮和1个花色素类成分。其中,相对百分比超过5.00%的成分有6种,为木樨草素、芦丁、苜蓿素、高车前素、6''-O-乙酰黄豆黄苷和芍药素-3-O-β-半乳糖苷。苍术叶样品中所含黄酮类成分最多,有15种,包括8种黄酮、4种异黄酮、3个黄烷醇类和1个二氢黄酮类化学成分。其中,相对百分比超过5.00%的成分有7种,分别为黄芩苷、芹菜素-7-葡萄糖苷、冠崎黄酮-2、葛根素、大豆苷元、(+)-儿茶素和(S)-柚皮素。3讨论本试验发现,茅苍术不同部位所含的黄酮类成分数量不同,其具体类型也有一定的区别。苍术花和苍术茎成分类型具有一定的相似性,即黄酮类为最主要成分类型,其次为异黄酮类。而苍术叶成分类型则明显不同于苍术花和苍术茎,具体表现为:在苍术花和茎中几乎没有检测到的黄烷醇类却是苍术叶中主要的成分类型,体现了叶部位化学成分类型的特征性。同一种药材不同部位所含黄酮类成分的种类不同,这一现象在杜仲[16]、圆齿野鸦椿[17]和穿心莲[18]中均有过报道。以木樨草素、山柰酚、苜蓿素、黄芩苷为代表的黄酮类成分已被许多研究证实具有显著的抗氧化、抗菌和抗炎活性,因此,该类成分也成为热门的候选饲料添加剂而被大量研究。蒋光阳[19]报道了木樨草素可以通过IL-17/NF-κB通路缓解鸡毒支原体感染肉鸡导致的免疫损伤,从而能够很好地治疗因鸡毒支原体感染引起鸡慢性呼吸道病。Wohlert等[20]发现,木樨草素具有在体外猪肠道模型中预防大肠杆菌脂多糖-赭曲霉毒素联合引起的炎症和氧化应激的作用,可以用作饲料添加剂。苜蓿素具有提高机体抗氧化水平、降低细胞炎症水平、增强免疫力、促进动物饲料转化率等活性功能,因此,其在动物饲养中的应用越来越受到研究者的重视[21]。孙占武等[22]研究报道了日粮中添加苜蓿素能够提高多项AA肉仔鸡免疫指标,以添加450 mg/kg效果最优。本研究发现,茅苍术地上部分也富含这些具有显著生物活性的黄酮类成分,提示可将茅苍术地上部分开发成为饲料添加剂,以改善动物的健康情况。本研究中共鉴定了5个异黄酮类成分,分别是染料木苷、6''-O-乙酰黄豆黄苷、葛根素、黄豆黄素和大豆苷元。除葛根素外,其余4种成分均属于大豆异黄酮。在饲料中添加大豆异黄酮可以显著促进动物的生长,改善其血浆抗氧化指标,提高生产性能等,这点已经在多种动物,如猪[23-24]、牛[25]、羊[26]、蛋鸡[27]、鱼类[28]、虾[29]中进行了试验研究并且被证实。因此,对于茅苍术地上部分,应该充分利用其所含的大豆异黄酮类成分,积极展开研究,开发成为饲料添加剂,提高其资源利用率。黄烷醇类成分是苍术叶中的特征性成分类型,以表儿茶素和(+)-儿茶素为代表的黄烷醇类成分一般是多种茶叶中的活性成分,具有抗氧化、延缓衰老的作用[30-31]。因此,结合大健康产业背景,可以考虑将苍术叶单独开发成为保健茶饮品,或者与苍术花、苍术茎部位一起利用开发为具有良好市场前景的植物源性动物饲料添加剂。4结论茅苍术地上部分黄酮类有效成分含量较高,且种类较为丰富,具有较好的资源再利用前景,可对目标成分开展研究。将其开发为动物饲料,从而实现茅苍术非药用部位资源的高值化和精细化利用,为常用中药生产过程中所产生废弃物的再利用提供开发思路和可能途径。
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