基于UPLC-QQQ-MS/MS和循环伏安法的猕猴桃疏果多酚鉴定及功能特性研究

摘要

猕猴桃疏果是果园在疏果过程中产生的一种副产物，数量庞大，产量可达当年幼果挂果量的30%。这些疏果通常直接被丢弃，不仅造成大量的资源浪费，还容易传播病菌，产生环境压力。对猕猴桃疏果的合理开发和利用，既可以变废为宝，提高猕猴桃产业的经济附加值，又可以从根源上消除污染，确保产业健康发展。从资源、环境、经济等方面来看，猕猴桃疏果资源的回收利用具有重要的现实意义。 基于此，本研究分别使用传统分光光度法和电化学中的循环伏安法对猕猴桃疏果和成熟果中的酚类物质含量及其抗氧化活性进行解析，利用新建立的UPLC-QQQ-MS/MS方法对猕猴桃疏果和成熟果中的单酚类化合物进行了定性定量，并在此基础上对猕猴桃疏果多酚在牛肉冷藏过程中的保鲜应用价值进行了评估。研究结果揭示了猕猴桃疏果中蕴含的大量酚类物质及表儿茶酸在猕猴桃多酚中的主导地位，明确了疏果多酚在牛肉冷藏中的抗氧化保鲜作用。研究结果为猕猴桃疏果在食品、农业和医药等领域的应用奠定了理论基础，为天然抗氧化剂开发增添了新型来源。主要研究结果如下： （1）使用分光光度法明确了猕猴桃提取物中酚类含量及其抗氧化活性具有生长阶段特异性、品种特异性和组织分布特异性。对于生长阶段特异性，猕猴桃中酚类含量以及抗氧化活性表现出第一批疏果＞第二批疏果＞成熟果的趋势，第一批疏果中的总酚、总黄酮、总黄烷醇含量以及ABTS、DPPH、FRAP抗氧化活性分别是成熟果全果的7.9、17.5、10.1、10.4、8.7和8.3倍，揭示了猕猴桃疏果，尤其是第一批疏果中，含有的大量酚类化合物和抗氧化剂。对于品种特异性，‘Zesy002’和‘Zesh004’两个猕猴桃品种成熟果果肉和果皮中的总酚、总黄酮、总黄烷醇含量以及ABTS、DPPH、FRAP三种抗氧化活性均显著高于传统‘Hayward’，凸显了‘Zesy002’和‘Zesh004’在酚类和抗氧化活性水平上的新品种优势。对于组织分布特异性，三个猕猴桃品种成熟果果皮的平均总酚、总黄酮、总黄烷醇含量以及ABTS、DPPH、FRAP抗氧化活性分别是果肉的3.3、28.4、42.1、3.3、2.5和1.6倍，明确了果皮中存在的大量酚类物质和抗氧化活性。相关性分析表明猕猴桃提取物中的抗氧化活性与其总酚、总黄酮、总黄烷醇含量之间存在极显著相关（p＜0.01），说明酚类化合物是猕猴桃疏果和成熟果中强大抗氧化性的主要来源。 （2）优化并建立了一种快速、高效、灵敏的UPLC-QQQ-MS/MS系统MRM模式的酚类定量方法，成功实现22min运行时间内对15种酚类化合物的有效分离和精确定量。该方法的检测限在0.010-0.240mg/L之间，定量限在0.041-0.480mg/L之间，保留时间和质谱响应峰面积的日内和日间相对标准方差（RSD）均低于6.79%，回收率在93.60-102.22%之间，证实该方法具有良好的重复性和精确度。利用新建的UPLC-QQQ-MS/MS方法对猕猴桃提取物中的15种单酚化合物进行表征和定量，结果表明表儿茶酸是猕猴桃疏果和成熟果中含量最高的酚类化合物，含量高达2989.23μg/g FD（‘Zesy002’第一批疏果），并与样品中总酚、总黄酮、总黄烷醇含量以及ABTS、DPPH、FRAP抗氧化活性极显著相关（p＜0.01），证明表儿茶酸是猕猴桃疏果和成熟果中抗氧化活性的主要贡献剂。槲皮苷是猕猴桃提取物中测定到的第二大酚类化合物，最高含量587.61μg/g FD（‘Hayward’第二批疏果）远低于表儿茶酸。猕猴桃疏果中黄烷醇、黄酮醇、羟基苯甲酸和羟基肉桂酸四大类酚类物质在三个品种中的总含量分别是其成熟果中的3.8、27.6、1.2和7.7倍，进一步明确了猕猴桃疏果中存在的大量酚类化合物。 （3）使用循环伏安法对16种酚类化合物和抗坏血酸标准品的氧化还原性为进行解析，并利用该方法测定了猕猴桃疏果和成熟果中的抗氧化剂成分。其中，标准品抗氧化剂的电化学行为具有特异性，表现出显著的结构活性关系，具有邻二酚或三酚结构的化合物，如儿茶素类、槲皮素、没食子酸和咖啡酸，拥有较强的供电子能力，表现出较低的氧化电势；而香草酸、丁香酸、阿魏酸和对香豆酸等具有孤立苯酚集团的化合物，氧化过程由少数电子参与完成，具有较弱的还原能力，表现出更高的氧化电势；槲皮苷、金丝桃苷和芦丁作为槲皮素的衍生物，也拥有邻苯二酚结构，但它们的C-3位置被取代基取代，表现出比槲皮素更高的氧化电位。猕猴桃疏果和成熟果中抗氧化剂的循环伏安法测定结果也体现出猕猴桃中酚类物质和抗氧化活性的生长阶段、品种和组织分布特异性，其定量结果与分光光度法测定的猕猴桃样品中总酚、总黄酮、总黄烷醇含量以及ABTS、DPPH、FRAP抗氧化活性极显著相关（p＜0.01），与UPLC-QQQ-MS/MS定量的包括表儿茶酸在内的8种单酚化合物含量也极显著相关（p＜0.01）。此外，样品循环伏安图表明表儿茶酸是猕猴桃样品中重要的抗氧化剂，其结果也与UPLC-QQQ-MS/MS定量结果一致。据此，验证了循环伏安法在预测猕猴桃中酚类和还原力方面的有效性，为猕猴桃中抗氧化剂分析提供了一种高效、快速、简便的新途径和新方法。 （4）通过对‘Hayward’猕猴桃第一批疏果中的酚类物质进行乙醇提取和大孔树脂纯化，得到猕猴桃疏果多酚。疏果多酚的总酚含量为0.53g EE/g，ABTS、DPPH和FRAP抗氧化活性分别为10.60mmol TE/g,6.76mmol TE/g和2.89mmol TE/g。HPLC分析纯化物中主要酚类化合物为表儿茶酸、槲皮苷和儿茶酸，含量分别为139.57mg/g、36.00mg/g和5.86mg/g。将该纯化的猕猴桃疏果多酚应用于7天的牛肉保鲜试验（4℃），与表儿茶酸、山梨酸钾以及空白对照组牛肉样品相比，猕猴桃疏果多酚可以显著降低牛肉冷藏过程中的TBARS值、抑制TVB-N形成、阻止牛肉中多不饱和脂肪酸氧化、稳定牛肉亮度、质构和纤维结构特性。感官试验表明，经猕猴桃疏果多酚处理的牛肉样品各指标在冷藏前期与对照组差异不大，冷藏后期其气味、味道和质地得分均优于对照组。据此表明，猕猴桃疏果多酚可以在不影响牛肉感官特性的情况下，显著抑制牛肉冷藏过程中脂质和蛋白质氧化，稳定牛肉理化特性，有效提高牛肉品质，延长货架期；结合它纯天然、来源丰富、价格低廉的优点，可知猕猴桃疏果多酚是一种比合成抗氧化剂更具优势的潜在天然食品保鲜剂。

目录

第一章 文献综述

1.1.1 产业历程与现状

1.1.2 品种发展及分布

1.1.3 猕猴桃与健康

1.2.1 多酚的生理功能与结构分类

1.2.2 多酚的抗氧化特性

1.2.3 猕猴桃多酚及其抗氧化性研究进展

1.2.4 猕猴桃疏果及其潜在应用价值

1.3.1 氧化反应与肉类品质恶化

1.3.2 食品中天然抗氧化剂的开发

1.3.3 酚类抗氧化剂的肉制品保鲜功能

1.4.1 抗氧化性测定机制

1.4.2 传统的抗氧化性测定方法

1.4.3 抗氧化性的电化学分析

1.5.1 质谱的发展及应用

1.5.2 三重四级杆质谱

1.5.3 多反应监测模式

1.5.4 超高效液相色谱

1.5.5 电离源

1.6.1 研究的目的与意义

1.6.2 研究内容

1.6.3 技术路线

第二章 猕猴桃疏果及成熟果中酚类和抗氧化性研究

2.1 前言

2.2.1 试验材料

2.2.2 仪器设备和试剂

2.2.3 样品处理及多酚提取

2.2.4 总酚测定

2.2.5 总黄酮测定

2.2.6 总黄烷醇测定

2.2.7 ABTS试验

2.2.8 DPPH试验

2.2.9 FRAP试验

2.2.10 数据分析

2.3 结果与分析

2.3.1 猕猴桃疏果及成熟果中总酚定量

2.3.2 猕猴桃疏果及成熟果中总黄酮定量

2.3.3 猕猴桃疏果及成熟果中总黄烷醇定量

2.3.4 猕猴桃疏果及成熟果中ABTS抗氧化性定量

2.3.5 猕猴桃疏果及成熟果中DPPH抗氧化性定量

2.3.6 猕猴桃疏果及成熟果中FRAP抗氧化性定量

2.3.7 酚类含量与抗氧化性的相关性分析

2.4 讨论

2.4.1 猕猴桃中酚类和抗氧化性的生长阶段特异性

2.4.2 猕猴桃中酚类和抗氧化性的品种特异性

2.4.3 猕猴桃中酚类和抗氧化性的组织分布特异性

2.4.4 猕猴桃中酚类与抗氧活性的关系

2.5 小结

第三章 基于UPLC-QQQ-MS/MS的猕猴桃疏果及成熟果单酚定量

3.1 前言

3.2.1 试验材料

3.2.2 仪器设备和试剂

3.2.3 样品处理及酚类提取

3.2.4 UPLC-QQQ-MS/MS方法建立

3.2.5 方法有效性验证

3.2.6 数据处理

3.3 结果与分析

3.3.1 UPLC-QQQ-MS/MS方法的建立

3.3.2 UPLC-QQQ-MS/MS方法的有效性

3.3.3 猕猴桃疏果及成熟果中15种单酚定量

3.3.4 单酚含量与抗氧化活性之间的相关性

3.4讨论

3.4.1 UPLC-QQQ-MS/MS方法的高效性

3.4.2 猕猴桃疏果及成熟果中单酚含量分析

3.4.3 猕猴桃疏果中的酚类资源及其应用

3.5 小结

第四章 基于循环伏安法的猕猴桃酚类和抗氧化性解析

4.1 前言

4.2.1 试验材料

4.2.2 仪器设备和试剂

4.2.3 样品处理及酚类提取

4.2.4 抗氧化活性的循环伏安法测定

4.2.5 数据分析

4.3 结果与分析

4.3.1 抗氧化剂标准品的循环伏安法测定结果

4.3.2 猕猴桃样品中抗氧化剂的循环伏安法测定结果

4.3.3 相关性分析

4.4.1 抗氧化剂标准品的循环伏安法测定有效性

4.4.2 猕猴桃样品中抗氧化剂的循环伏安法测定有效性

4.4.3 抗坏血酸的电化学行为分析

4.5 小结

第五章 猕猴桃疏果多酚对牛肉脂肪氧化和理化特性的影响

5.1 前言

5.2.1 试验材料

5.2.2 仪器设备和试剂

5.2.3 猕猴桃疏果多酚的提取和纯化

5.2.4 猕猴桃疏果多酚中酚类含量及抗氧化活性测定

5.2.5 牛肉样品的处理

5.2.6 冷藏牛肉中脂肪氧化的TBARS测定

5.2.7 冷藏牛肉中蛋白质降解的TVB-N测定

5.2.8 冷藏牛肉中25种脂肪酸的GC-MS测定

5.2.9 冷藏牛肉pH值、颜色、质构和纤维结构的测定

5.2.10 感官分析

5.2.11 数据分析

5.3 结果与分析

5.3.1 猕猴桃疏果多酚中总酚、单酚和抗氧化性定量结果

5.3.2 猕猴桃疏果多酚对冷藏牛肉脂质氧化的影响

5.3.3 猕猴桃疏果多酚对冷藏牛肉脂肪酸变化的影响

5.3.4 猕猴桃疏果多酚对冷藏牛肉蛋白质降解的影响

5.3.5 猕猴桃疏果多酚对冷藏牛肉理化特性的影响

5.3.6 猕猴桃疏果多酚对牛肉感官特性的影响

5.4 讨论

5.4.1 天然抗氧化剂在食品保鲜中的应用

5.4.2 猕猴桃疏果多酚对牛肉脂质的抗氧化效果

5.4.3 猕猴桃疏果多酚对牛肉蛋白降解和理化特性的影响

5.5 小结

第六章 结论、创新点和展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

个人简历