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吉林农业大学文连奎教授团队在国际期刊JAFC发表封面论文揭示锦葵花色

花匠小妙招
2024-09-05 15:40

2021年11月，吉林农业大学食品科学与工程学院文连奎教授团队在国际期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry发表封面论文《Ultra-high pressure facilitates the acylation of malvidin and chlorogenic acid to increase the stability and protective effect of malvidin derivatives on H2O2-induced ARPE-19 cells》，揭示锦葵花色苷衍生物对H2O2诱导的ARPE-19细胞的保护作用。文章以吉林农业大学为第一通讯单位，刘新瑶博士为第一作者，贺阳博士和文连奎教授为通讯作者。

研究背景

锦葵花色苷 (MV)稳定性较差，在加工和储存过程中易受温度、pH、光、氧和金属离子等理化因素而影响功能作用。因此，研究人员试图修改其结构以增加其稳定性和抗氧化活性。大多数涉及花青素结构修饰的研究集中在母环结构的羟基化、甲氧基化、酰化和酯化，尤其是酰化可以增强花青素的稳定性。多项研究表明，添加有机酸、阿拉伯胶、k-角叉菜胶、大豆蛋白、香豆素、金属离子或酵母可使花色苷酰基化并提高稳定性和抗氧化活性。此外，在本课题组之前研究中发现，将咖啡酸或阿魏酸与 MV 混合通过超高压可改变其结构，同时增加其稳定性和色泽。因此本研究通过超高压辅助绿原酸改变其结构来进一步提高 MV 的热稳定性和抗氧化能力。

最新研究发现，花色苷可以改善夜视力、刺激视红紫质的再生从而改善视力、抑制晶状体混浊、减少视网膜色素上皮细胞 (RPE) 凋亡和抑制血-视网膜屏障破坏，其对于眼部疾病的治疗作用引起国内外学者极大的兴趣。RNA转录组测序（RNA-seq）是一种在RNA水平上作对比，研究样本的差异基因表达从而获得转录组相关信息。近年来，通过RNA-seq技术已经深入探索了一些抗氧化剂对RPE细胞的凋亡通路。本试验通过RNA-seq技术深入研究MV衍生物介导的ARPE-19细胞通路，探究其抑制ARPE-19细胞的氧化应激损伤机制。随着研究的不断深入，作为新型抗氧化剂的MV衍生物在医药和功能食品领域将具有更广阔的应用前景。

研究方法

探讨超高压技术和绿原酸对锦葵素 (MV) 颜色稳定性和构效关系的影响。首先通过单因素实验和响应面法优化稳态化MV工艺，探究其稳定性和体外抗氧化活性。随后通过X射线衍射、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱、高效液相色谱和质谱等方法确定了MV衍生物的结构。最后基于H2O2诱导的ARPE-19细胞模型，通过RNA转录组测序技术和qPCR技术评价锦葵-3-O-6-(丙烯酸-(2-羟基，4-羧基-环己醇)酯)-愈创木酚(Mv3ACEC)参与调控哪些细胞信号通路。

研究结果

研究发现，通过单因素实验和响应面分析优化稳态化MV工艺为MV与绿原酸的质量比1:3.64，压力300 MPa，时间5 min。与MV相比，MV衍生物表现出更高的热稳定性和体外抗氧化活性。超高压促进了绿原酸和MV的酰基化，并产生了四种新的MV衍生物，通过X射线衍射分析、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱、高效液相色谱和质谱等方法确定了MV衍生物的结构，其中锦葵-3-O-6-(丙烯酸-(2-羟基，4-羧基-环己醇)酯)-愈创木酚含量较高。基于H2O2通诱导的细胞氧化应激模型，通过RNA转录组测序分析锦葵-3-O-6-(丙烯酸-(2-羟基，4-羧基-环己醇)酯)-愈创木酚可同时抑制多种炎症和凋亡信号转导通路发挥协同作用，并主要通过MAPK信号通路部分抑制细胞凋亡（图1）。

图1 稳态化锦葵花色苷衍生物的制备及其功能特性

结论

研究制备了稳态化的MV衍生物并成功提高其辅色率、热稳定性及其体外抗氧化活性。探明了MV衍生物的结构。同时发现Mv3ACEC可同时抑制多个信号转导通路发挥协同作用，并主要通过MAPK信号通路部分缓解细胞凋亡。这项研究提供了关于使用 Mv3ACEC 预防 ARPE-19 细胞早期氧化应激的见解。为预防和治疗与年龄相关的黄斑变性及相关疾病提供了策略。未来，Mv3ACEC 可以添加到滴眼液和功能性食品中。

创新点/应用前景

本试验采用超高压处理绿原酸使MV辅色率、热稳定性和抗氧化活性提高，这有助于克服MV的不稳定性。超高压技术的应用减少了稳定所需的时间，为进一步工业化生产奠定了基础。此外，通过超高压技术促进了将MV和绿原酸的酰基化反应，制备了四种新的MV衍生物，并分析了四种MV衍生物的结构。最后，RNA转录组测序研究表明Mv3ACEC通过多种炎症信号通路和凋亡信号通路调节ARPE-19细胞凋亡和免疫机制。上述研究表明，MV 衍生物可用于预防和治疗与年龄相关的黄斑变性，同时促进人类眼睛健康事业的发展。

学者简介

刘新瑶

博士研究生

刘新瑶，中共党员，吉林农业大学食品科学与工程学院，食品科学专业博士研究生。主要研究方向为食品加工新技术与新资源利用。在《Food & Function》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》等Top学术刊物上发表题目为“Ultra-high pressure facilitates the acylation of malvidin and chlorogenic acid to increase the stability and protective effect of malvidin derivatives on H2O2-induced”等SCI研究论文2篇，其总影响因子达到10.675。参与已授权中国发明专利题目为花青素复合酸稳定剂及超高压辅助稳定方法1项。

贺阳

讲师、硕士生导师

贺阳，中共党员，吉林农业大学食品科学与工程学院食品科学专业工学博士，讲师，硕士生导师。主要研究方向为长白山野生植物资源开发利用，采用现代食品工程技术，以山葡萄、人参、五味子等为原料进行功能食品研究与开发。主讲“农产品贮藏与物流”、“园艺产品贮藏加工学”、“食品工艺学”等课程。曾荣获食品学院青年教师讲课大赛一等奖。在《Food Chemistry》、《Food & Function》、《Food Science and Human Wellness》、《食品科学》等权威学术刊物上发表研究论文10余篇，包括SCI 11篇。申请中国发明专利10项，已授权发明专利ZL201510922100.4一种玫瑰鲜人参蜜片及其生产方法等3项。主持省级等科研项目3项，参加省部级科研项目5项。2019年以副主编出版《果品保鲜贮藏加工技术》教材1部；2018年参编“十三五”国家重点出版物出版规划项目《中国传统发酵食品地图》图书1部。

文连奎

教授，博士生导师

文连奎，中共党员，工学博士，吉林农业大学食品科学与工程学院教授，博士生导师，吉林省教学名师，农产品加工及贮藏工程学科带头人，酿酒工程专业学术带头人。中国食品科学技术学会传统酿造食品分会理事，吉林省食品学会副理事长。现从事果蔬保鲜与加工的教学、科研与推广工作，研究方向为食品加工新技术与新资源利用。主讲“果蔬贮藏加工学”、“食品新产品开发”、“蒸馏酒与配制酒工艺学”等本科生课程，“农产品贮藏加工进展”、“食品工程高新技术”、“科技写作” 等研究生课程。

近年来，作为主要参加人参与完成国家863计划项目和农业部成果转化项目两项；主持完成省科技厅7项；完成省教育厅4项。“山葡萄酒降酸菌的筛选及降酸效应研究”获省自然科学学术成果二等奖。获得授权国家发明专利5项。现主持省科技厅重点研发项目“山葡萄花青素结构鉴定、稳态化关键技术研究及产业化应用”等3项，转让成果十余项。近年来，在“食品科学”、“Food Chemistry”等学术期刊发表论文八十余篇，其中SCIEI收录二十余篇。主编出版《食品新产品开发》、《果蔬加工工艺学》、《食品发酵设备与工艺》等统编教材3部，主编《果蔬贮藏保鲜与加工技术》、《酿酒技术》等专业著作4部。获国家高等教育教学成果二等奖等教学成果奖3项，“食品工程类大学生创新教育体系的研究与实践”通过省教委验收。培养学术型、专业型硕士及博士研究生130余名。