辽东栎的化学成分与生物活性研究

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辽东栎是壳斗科山毛榉目栎属的常绿落叶乔木或灌木。全世界壳斗科植物共8属900多种,分布于温带、亚热带和热带。我国有7属(青冈属、水青冈属、栲属、石栎属、栗属、三棱栎属、和栎属)。栎属约有300种左右,是温带、暖温带森林植被的主要建群种,其中中国约有51种,南北各地均有,栎类资源丰富,蕴藏量大。常绿类分布于秦岭及以南,主产于西南高山地区。辽东栎在我国华北、西北和东北均有分布,是山西省分布最广的树林种类之一,在海拔约1000-2000 m的阳坡、半阳坡、山脊多呈大面积的混交林或纯林,是很好的防护林和水源涵养林。其木材质地坚硬耐腐、叶片可用于饲蚕、枯木可用于养殖,成树则是城市绿化的新优树种,这使辽东栎具备了重要的环境和经济价值。橡树,是除板栗以外壳斗科植物的统称,橡树的果实称橡子或橡实。在史前时代,橡实就是人们获取食物的重要来源之一。在历史时期,橡实的应用则更加广泛,不仅可在歉收之年作为食物,丰收之年还可作为饲养家畜的原料。橡实自古就有应用的记载,《唐本草》、《新修本草》和《日华子本草》等经典著作均对橡实有收录,其不但在歉收之年作为食物,还具有一定的药用价值,能够补脾和胃,涩肠止泻,止带,止血,敛疮;主治赤白下痢,痔疮出血,痢疾脱肛,肠风下血,牙疳,疮疡,慢性结肠炎等。研究发现,橡实中的营养价值约等于或略低于玉米,但优于稻谷。国外植物学家曾预言橡树可能成为未来的“粮食作物”,所以开发并利用这一宝贵的森林植物资源具有重大的现实意义。橡实作为我国最大的野生木本粮食资源,年产量很大,在600万700万吨左右。但目前我国关于橡实的开发多数集中在对淀粉的加工利用方面,有少数用于纺纱、饲料,还有部分用于出口,事实上大部分橡实的价值都已流失。其提取淀粉之后的废渣废液还有多种营养成分都未被利用,造成资源严重浪费,所以橡实的开发利用还有很广阔的空间。橡实含淀粉50.6%57.7%、蛋白质12.7%15.8%、灰分1.3%2.2%、脂肪2.1%2.6%、单宁10.2%14.1%,还含有一定量的纤维素和维生素,特别是维生素B2的含量,是粮食中含量的27倍。栎属植物中的小分子化合物多分离自该植物的叶片、树皮、木心等部位,主要包含萜类、黄酮、香豆素、生物碱、多酚类物质以及挥发性成分。其中,多酚类的化合物含量很高,且具有多种生物活性,如抗氧化、抑菌、抗癌、抗衰老、清除人体自由基、降脂、降血压、防治心血管疾病等一系列功能,具有很高的保健和药用价值。目前的研究大多是对辽东栎产地分布、生态系统、栎林的生物多样性以及环境适应性等方面的研究,但是关于辽东栎种子的化学成分和药理活性的研究鲜见报道。本论文对辽东栎(Quercus wutaishanica Mayr)的种子的化学成分和活性进行了研究,共分离并鉴定了18个化合物(结构见图1),其中11个化合物是首次从该属中分离得到,1个化合物为新化合物。且在该种植物中存在大量多酚类成分。对大部分化合物进行了抗氧化活性和a-葡萄糖苷酶抑制活性研究之后,发现多酚类化合物尤其是水解单宁类化合物同时具有较强的抗氧化活性和a-葡萄糖苷酶抑制活性,可为其制备a-葡萄糖苷酶抑制剂以及抗氧化抗衰老的食品保健品等方面的用途提供理论依据。辽东栎种子(粉碎成粉末至小颗粒状)共10 kg,取500 g留样。待样品用12 L 95%乙醇浸泡三天之后,将浸泡透的样品滤去浸提液。将样品用95%乙醇加热回流提取,分10批,每批用95%乙醇提取两次,60%乙醇提取一次,每次两小时左右,最后合并60%乙醇提取液与最初浸提液,减压浓缩得到辽东栎醇提物浸膏(1890g)。将辽东栎醇提物浸膏悬浮于水(6L)中,分别用石油醚,乙酸乙酯和正丁醇按照极性依次递增的顺序进行分配,最终得到石油醚萃取部分(QLP)、乙酸乙酯萃取部分(QLE)和正丁醇萃取部分(QLB),其中辽东栎种子正丁醇萃取部分(QLB)再次用大孔吸附树脂进行分离,分别用乙醇:水不同梯度(0:100、30:70、70:30、95:5)进行洗脱,依次得到30%乙醇洗脱部分(QLB30)、70%乙醇洗脱部分(QLB70)、95%乙醇洗脱部分(QLB95)。利用重结晶、硅胶柱色谱、反相柱色谱、大孔树脂色谱、凝胶色谱、聚酰胺色谱、高效液相色谱等方法进行化合物的分离和纯化。用薄层色谱法、1D和2D NMR谱图、质谱、红外光谱、紫外可见光谱法等进行化合物的结构鉴定。已经从石油醚提取物中分离出2个化合物[QLP-1(生育酚,g-Tocopherol),QLP-2(β-谷甾醇,β-Sitosterol)];从乙酸乙酯提取物中分离出13个化合物[QLE-1(没食子酸乙酯,Ethyl gallate),QLE-2(没食子酸,Gallic acid),QLE-4(3,3’,4-三-O-甲基鞣花酸-4’-O-β-D-吡喃半乳糖苷,3,3’,4-Tri-O-methylellagicacid-4’-O-b-D-galactopyranoside),QLE-5(胡萝卜苷,Daucosterol),QLE-6(没食子酸甲酯,Methyl gallate),QLE-7(短叶苏木酚酸乙酯,Ethyl brevifolincarboxylate),QLE-8(短叶苏木酚,Brevifolin),QLE-9((-)-7,7’-二氧代二氢愈创木酸,(-)-7,7’-Dioxodihydroguaia-retic acid),QLE-10((-)-松脂醇,(-)-Pinoresinol),QLE-11((-)-二氢去氢二愈创木基醇,(-)-Dihydrodehydrodiconiferyl alcohol),QLE-12(异落叶松脂醇,(+)-Isolariciresinol),QLE-13(五没食子酰基葡萄糖,Pentagalloylglucose),QLE-14(脱羧鞣花酸,Decarboxylated ellagic acid)]。从正丁醇提取物中分离出3个化合物[QLB30-1(鞣花酸,Ellagic acid),QLB30-2(栗酸乙酯,Ethyl castavaloninate),QLB70-1(鞣花酸-4-O-β-D-吡喃木糖苷,EIlagic acid-4’-O-xylopyranoside)]。其中,化合物QLP-1,QLE-4,QLE-5,QLE-7,QLE-8,QLE-9,QLE-10,QLE-11,QLE-12,QLE-14和QLB70-1是首次从该属中分离得到。化合物QLB30-2为新化合物。1,2-二苯基-2-苦肼基(DPPH)法广泛用于定量测定食品和生物样品等的抗氧化能力,故本文采用DPPH法测定辽东栎种子的粗提物和单体化合物的抗氧化能力,维生素C为阳性对照,IC50(清除率为50%时的样品浓度)代表着样品的抗氧化能力。研究发现,辽东栎种子不同萃取部分及单体化合物都具有一定的抗氧化能力(见表1),其中乙酸乙酯萃取部分(QLE)和正丁醇萃取部分的30%乙醇洗脱部分(QLB30)具有较强的抗氧化活性,这可能与这两个极性较大的部分含有较多单宁类化合物有关,而且测定的单体当中多酚类化合物具有较强的抗氧化活性。本文采用4-硝基苯基-a-吡喃葡萄糖苷(PNPG)法测定辽东栎种子的粗提物和单体化合物的a-葡萄糖苷酶抑制活性,阿卡波糖为阳性对照,IC50(清除率为50%时的样品浓度)代表着样品的a-葡萄糖苷酶抑制能力。研究发现,辽东栎种子不同萃取部分及单体化合物都具有一定的a-葡萄糖苷酶抑制活性(见表1),其中乙酸乙酯萃取部分(QLE)和正丁醇萃取部分的30%乙醇洗脱部分(QLB30)具有较强的a-葡萄糖苷酶抑制活性,这可能与这两个极性较大的部分含有较多单宁类化合物有关,并且测定的单体当中单宁类化合物具有较强的a-葡萄糖苷酶抑制活性。综上所述,通过硅胶柱色谱、反相柱色谱、大孔树脂色谱、凝胶色谱、聚酰胺色谱、高效液相色谱等方法对辽东栎种子进行分离共得到18个化合物,包括2个甾体类化合物[QLP-2(b-谷甾醇,β-sitosterol),QLE-5(胡萝卜苷,Daucosterol)],4个木脂素类化合物[QLE-9((-)-7,7’-二氧代二氢愈创木酸,(-)-7,7’-Dioxodihydroguaiaretic acid),QLE-10((-)-松脂醇,(-)-Pinoresinol),QLE-11((-)-二氢去氢二愈创木基醇,(-)-Dihydrodehydrodiconiferyl alcohol),QLE-12(异落叶松脂醇)],11个多酚类化合物[QLE-1(没食子酸乙酯,Ethyl gallate),QLE-2(没食子酸,Gallic acid),QLE-4(3,3’,4-三-O-甲基鞣花酸-4’-O-b-D-吡喃半乳糖苷,3,3’,4-Tri-O-methylellagicacid-4’-O-b-D-galactopyranoside),QLE-6(没食子酸甲酯,Methyl gallate),QLE-7(短叶苏木酚酸乙酯,Ethyl brevifolincarboxylate),QLE-8(短叶苏木酚,Brevifolin),QLE-13(五没食子酰基葡萄糖,Pentagalloylglucose),QLE-14(脱羧鞣花酸,Decarboxylated ellagic acid),QLB30-1(鞣花酸,Ellagic acid),QLB30-2(栗酸乙酯,Ethyl castavaloninate),QLB70-1(鞣花酸-4-O-b-D-吡喃木糖苷,EIlagic acid-4’-O-xylopyranoside)],1个其它类化合物[QLP-1(生育酚,g-Tocopherol)]。其中,化合物QLP-1,QLE-4,QLE-5,QLE-7,QLE-8,QLE-9,QLE-10,QLE-11,QLE-12和QLE-14是首次从该属中分离得到。化合物QLB30-2为新化合物。在活性评价中,化合物QLE-1、QLE-2、QLE-6、QLE-7、QLE-13、QLE-14、QLB30-1和QLB30-2具有较强的DPPH自由基清除活性即较强的抗氧化活性,化合物QLE-7、QLE-13、QLE-14、QLE-7、QLB30-1、和QLB30-2具有较强的a-葡萄糖苷酶抑制作用。值得注意的是,许多多酚类尤其是单宁类化合物具有很强的抗氧化和a-葡萄糖苷酶抑制作用。经研究证明,许多多酚类化合物都具有邻苯二酚型典型结构,其上的酚羟基可给出质子从而发生脱氢反应,之后与另一个酚羟基之间生成氢键从而生成一个活性更低且更稳定的结构,即邻苯醌结构。自由基活性由强变弱从而终止了链式反应,最终达到了消除自由基的效果,而单宁类化合物通常具有较多的邻苯二酚型结构如没食子酰基和六羟基二苯甲酰基团(HHDP)从而具有更好的自由基消除效果。关于单宁类化合物对a-葡萄糖苷酶的抑制作用,已有文献证明如五没食子酰葡萄糖(PGG)具有很好的缓解胰岛素抵抗、抑制a-葡萄糖苷酶活性和调节肝脏糖代谢的作用。不仅如此,研究表明,橡实中的多酚类化合物还具有对一些癌细胞如乳腺癌细胞、肝癌细胞、结肠癌细胞等的抑制作用;抑菌实验结果表明橡子仁多酚粗提物对大肠杆菌及木霉均有一定程度的抑制作用;对橡子多酚进行抗氧化的研究,发现橡子仁多酚还原力略弱于抗坏血酸,DPPH自由基清除能力与抗坏血酸相当,但OH自由基清除能力显著低于抗坏血酸;多酚类化合物对流感病毒、单纯疱疹病毒和丙型肝炎病毒也有一定的抑制活性。本论文对辽东栎种子的化学成分进行了研究,为明确其药理物质基础提供了理论研究依据,并且为其制备a-葡萄糖苷酶抑制剂以及抗氧化抗衰老的食品保健品等方面的用途提供了科学依据。
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