菠萝蜜不同颜色果肉中类黄酮物质分析

岑怡 程俊 丁元昊 吴刚 伍宝朵 范睿 谭乐和 胡丽松

摘  要：为分析不同色泽菠萝蜜果肉中类黄酮物质的差异，以红色和黄色菠萝蜜果肉为材料，基于超高效液相色譜串联三重四级杆质谱平台，定性和定量分析类黄酮物质。结果表明：菠萝蜜果肉中共鉴定出82种类黄酮物质，包括27种黄酮、24种黄酮醇、12种黄烷酮、11种黄酮碳糖苷以及8种其他类型类黄酮物质;定性定量分析的整体结果表明，红色果肉中类黄酮物质的种类和总含量要明显优于黄色果肉;红色果肉和黄色果肉之间差异组分的统计结果表明，在红色果肉中优势积累的类黄酮物质有19个，仅3个黄酮碳糖苷在黄色果肉中优势积累。研究结果揭示了红色果肉中类黄酮总含量和种类的优势，为菠萝蜜品种选育提供了数据和材料参考。

关键词：菠萝蜜;果肉;颜色;类黄酮

中图分类号：S667.8      文献标识码：A

Abstract： Flavonoids are important pigments and active substances in plants. Here， the composition and content of flavonoids in jackfruit were investigated based on the ultra performance liquid chromatography-electrospray ioniza-tion–tandem mass spectrometry system. 82 flavonoids with differential accumulation were identified， including 27 flavones， 24 flavonol， 12 flavanone， 11 flavone C-glycosides and eight others. The overall  quantitative and qualitative analysis showed that the composition and content of flavonoids in red fruit were significantly super to that of yellow fruit. The comparative analysis between red and yellow fruit showed that there were 19 flavonoids predominantly accumulated in the red fruit， and only 3 flavanones accumulated in yellow fruit， the differential accumulated flavonoids in red flesh was also super to that of yellow flesh.

Keywords： jackfruit; different fleshed fruit; flavonoid

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.11.032

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.），又名木菠萝，是桑科（Moraceae）木菠萝属（Artocarpus）热带园艺作物，在东南亚、太平洋岛国及中南美洲热带、亚热带地区广泛种植[1]。我国引种栽培已有一千多年历史，海南是我国菠萝蜜最大的主产地。随着海南旅游业的发展及生活水平的提高，人们对各种名优稀特水果的需求日益增加，菠萝蜜果实味甜、香气独特，含有丰富的糖类、萜类、维生素和矿物质等，深受大众欢迎。近年来菠萝蜜产业迅速发展，种植面积以每年20%左右的速度增长，目前已经接近1.4万hm2，已经成为热带地区人民创收致富的新途径，具有广阔的发展应用前景[2]。果肉色泽是菠萝蜜果肉重要的品质性状，相比于普通的品种，红肉品种的营养价值、外观品质、风味口感更具市场优势。红肉菠萝蜜果肉粉红色至红色，色泽均匀，有特殊香味，品质优、商品性好已成为育种研究和市场消费的新焦点。

黄酮类物质和类胡萝卜素是植物中两大主要的呈色物质，在植物组织呈色、逆境响应以及人类健康饮食方面具有广泛的功能，有关黄酮类物质和类胡萝卜素合成途径及其相关基因的遗传操作调控得到了广泛的研究[3]。类胡萝卜素普遍存在于高等植物中，是由异戊二烯骨架构成的C40或C30萜类化合物，目前已鉴定出1000多种，是植物花、果实及根呈现黄色、橙红色至红色的原因[4]。前期研究发现，脂溶性类胡萝卜素是菠萝蜜果肉的呈色物质，其组分和含量的差异导致果肉呈现红色和黄色2种颜色[5]。项目组前期通过液相色谱法建立了菠萝蜜类胡萝卜素分析方法，鉴定出16种不同的类胡萝卜素组分。通过不同色泽果肉组分定量定性分析发现，红色果肉中类胡萝卜素总含量高于黄色果肉。其中，β-柠乌素是红色果肉的呈色组分，紫黄质是黄肉果肉主要的呈色组分，紫黄质合成前体的裂解反应及下游异构化反应是造成果肉色泽差异的潜在原因[6]。关于菠萝蜜果肉中类黄酮物质的分析尚未见报道。

类黄酮物质由1分子香豆酰辅酶A和3分子的丙二酰辅酶A缩合生成，具有典型的C6（A环）-C3-C6（B环）结构。根据中间三碳键结构的成环与否和氧化程度、B环位点修饰形式，黄酮类物质可以分为黄酮类（flavone），黄酮醇类（flavonol），黄烷酮类（Flavanone），花色素类（anthocyanidins）等，目前植物界已经鉴定出超过8000种类黄酮物质[7]。类黄酮一般呈黄色至橙黄色，不同类型组分、液泡pH、B环的修饰形式等使得组织呈现五彩缤纷的颜色。除了参与形成植物组织的色泽外，类黄酮物质在人体中具有广泛的生理活性，如抗氧化、保护神经元、血管舒张等[8]。本研究以不同色泽的菠萝蜜果肉为材料，基于高效液相色谱串联三重四级杆质谱平台，分析不同色泽果肉中类黄酮物质的差异，为菠萝蜜优质资源的筛选和新品种选育提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

选取盛产期内两组不同果肉顏色的菠萝蜜为材料，红肉品种/系为‘R-M5’‘R-珍珠果’‘R-四季红’，黄肉品种/系为‘Y-QY1’‘Y-XYS8’‘Y-XYS11’。所有果实取自中国热带农业科院香料饮料研究所菠萝蜜种质资源圃，按照菠萝蜜果肉发育周期，取开花后110 d果肉，–80 ℃保存，取样时间控制在0.5 h内，每个品系/种从3个不同单株取样作为生物学重复[9]。

1.2  方法

1.2.1  样品提取  菠萝蜜果肉冷冻干燥后研磨成粉。取0.1 g粉末溶解于1.0 mL70%甲醇提取液中，4 ℃过夜提取。离心（转速10000 ×g，10min），吸取上清，用0.22 μm微孔滤膜过滤样品并保存于进样瓶中，用于超高效液相色谱（UPLC，Shim-pack UFLC Shimadzu CBM30A，日本岛津）串联三重四级杆质谱（MS/MS， Applied Biosystems 6500 QTRAP， 美国Applied Biosystems）分析。

1.2.2  色谱质谱分析条件  代谢组分析样品处理、物质提取、上机检测等方法参考Chen等[10]开发的广泛靶向代谢组学研究方法。分析方法分为超高效液相色谱和串联三重四级杆质谱两部分。色谱柱为C18柱（1.8 µm，2.1 mm×100 mm），流动相A相为超纯水（含0.04%乙酸），B相为乙腈（含0.04%乙酸）。洗脱条件为：0 min，A-B（95∶5，V/V）;11.0 min，A-B（5∶95）;12.0 min，A-B（5∶95）;12.1 min，A-B（95∶5）;15.0 min，A-B（95∶5）。流速0.4 mL/min;柱温40 ℃;进样量5 μL。质谱电喷雾离子源（electrospray ionization， ESI）温度设为500 ℃，质谱电压5500 V，帘气25 psi。基于迈维代谢自建数据库MWDB（metware database）的物质信息进行物质定性。利用三重四级杆质谱的多反应监测模式（multiple reaction monitoring， MRM），根据特征碎片离子的峰面积进行代谢物定量[11]。

1.3  数据分析

根据峰面积统计鉴定出的物质种类和含量，其中检测不出的物质面积统一计为9。物质种类和面积的差异显著性采用t检验。

根据（log10峰面积+1）的值绘制热图，热图采用R语言绘制。

2  结果与分析

2.1  类黄酮物质鉴定与分析

选取3个红色果肉品系/种（‘R-M5’‘R-珍珠果’‘R-四季红’）和3个黄色果肉品系/种（Y-QY1’‘Y-XYS8’‘Y-XYS11），开展类黄酮代谢组分析，果肉色泽如图1所示。6个品系/种果肉中共鉴定出82种类黄酮物质，包括27种黄酮类（flavone）、24种黄酮醇类（flavonol）、12种黄烷酮类（flavanone）、11种黄酮碳糖苷（flavone C-glycosides）、4种异黄酮类（isoflavone）以及2种黄酮-木脂素（flavonolignan）和2种原花青素（proanthocyanidins）。

红色果肉材料中，‘R-M5’含有类黄酮物质75种，‘R-珍珠果’含有75种，‘R-四季红’含有73种;黄色果肉材料中，‘Y-XYS8’含有类黄酮物质71种，‘Y-QY1’含有69种，‘Y-XYS11’含有68种（表1）。t检验结果表明，红肉材料中类黄酮种类显著多于黄肉材料（P<0.05）。根据每个样品中所有类黄酮物质的峰面积计算总含量，‘R-M5’总峰面积值为456000，‘R-珍珠果’总峰面积值为299000，‘R-四季红’总峰面积值为287000，‘Y-XYS11’总峰面积值为182000，‘Y-QY1’‘Y-XYS8’的总峰面积值均为174000。t检验结果表明，红肉材料类黄酮总含量也显著高于黄肉材料（P<0.05）。定性和定量分析的结果表明，红色果肉中类黄酮物质的种类和总含量要明显优于黄色果肉。

2.2  差异类黄酮物质分析

根据定量分析结果，将类黄酮物质分为3类：（1）在红色果肉中大量积累的物质;（2）在黄色果肉中大量积累的物质;（3）在红色和黄色果肉间积累无显著差异的物质。结果表明，在红色果肉中大量积累的类黄酮物质有19个，包括黄酮醇类7个、黄酮类6个、黄烷酮类3个、原花青素2个、黄酮碳糖苷1个;在黄色果肉中优势积累的类黄酮物质仅有3个黄酮碳糖苷;其他60个类黄酮物质在红肉和黄肉中无明显的积累差异趋势（图2）。差异组分的统计结果同样表明，在红色果肉中优势积累的类黄酮组分要多于黄色果肉。

2.3  类黄酮差异组分代谢关联分析

为进一步解析红色果肉和黄色果肉中类黄酮代谢差异，本研究初步分析了差异类黄酮物质之间的代谢关联。首先，整体上数量和含量的优势表明，红色果肉中类黄酮物质的合成要优于黄色果肉。差异组分覆盖黄烷酮、黄酮、黄酮醇3个主要的代谢分支，而黄色果肉中高量积累的为3种黄酮糖苷（flavone C-glycosides）。4，5，7-三羟黄烷酮（naringenin）是类黄酮代谢不同分支途径的关键中间体。三羟黄烷酮B环2位或3位碳原子经过羟基化修饰后进入异黄酮代谢支路。三羟黄烷酮A环7位糖基化修饰和B环4位甲基化修饰后进入黄烷酮代谢支路，在此基础上对A环7位和B环4位点进行第二轮糖基化修饰，则进入黄酮途径。其他黄烷醇、原花青素等支路途径的差异同样基于碳环上不同位点，不同的修饰类型。由此可见，红色果肉中类黄酮代谢支路的活性差异是造成物质种类和含量的内在原因（图3）。其中，麦黄酮O-鼠李糖苷（tricin o-rhamnoside），紫杉叶素（dihydroquercetin），橙皮素（hesperetin），原花青素B2（procyanidin B2），原花青素B3（procyanidin B3）等物质提供了黄色、红色和粉色组分，尽管类黄酮物质的呈色与细胞内pH、外界环境刺激等因素相关，但总体来讲，数量和含量上的优势使得红色果肉比黄色果肉拥有更加鲜艳的色泽。

3  讨论

菠萝蜜是典型的热带园艺作物，除了果实鲜食外，在东南亚还是一种重要的民间用药，被应用在保护皮肤、促进消化、预防贫血等方面。类黄酮物质因其广泛的生理活性和多变的颜色，一直是园艺研究的热点[12]。菠萝蜜类黄酮物质的鉴定，前期主要以核磁共振技术为主，已报道的物质包括artoindonesianin P，artelastoxanthone，artonin衍生物等[13-17]。江西中医药大学任刚团队采用四级杆飞行时间串联线性四极离子阱质谱从菠萝蜜的根中鉴定出47种类黄酮物质，该研究为类黄酮物质的高通量鉴定提供了重要的物质信息和技术参考[18]。本研究基于高效液相色谱串联三重四级杆质谱平台，利用已有数据库中的代谢物信息，从不同色泽的菠萝蜜果肉中鉴定出82种类黄酮物质，研究结果是对菠萝蜜果肉中类黄酮物质信息的重要补充，同时也为后续物质鉴定研究提供了技术参考。

类黄酮物质含量和组分的不同，影响了果实的色泽和生理活性，对感官和营养品质的形成具有重要的作用。本研究通过对比发现，红色果肉中类黄酮物质种类和总含量均优于黄色果肉。基于相同的材料，前期研究[6]结果表明红色果肉中类胡萝卜素种类和总含量同样优于黄色果肉。因此，我们认为类黄酮物质和类胡萝卜素共同参与了菠萝蜜果肉的色泽和风味的形成。然而，在代谢途径上二者具有明显的差异，类黄酮物质起始于莽草酸途径的香豆酰辅酶A和脂肪酸代谢途径的丙二酰辅酶A缩合反应，高等植物的类胡萝卜素则起源于质体中的 2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸（MEP）途径。在实际的研究中，类黄酮和类胡萝卜素一般作为2个独立的性状进行遗传改良，如富含类胡萝卜素的“黄金大米”和富含花青素的“紫晶米”，DE-ETIOLATED1是唯一一个可以同时提高组织中类黄酮和类胡萝卜素的基因，关于同时提高类黄酮和类胡萝卜素的调控机制有待进一步深入研究[19-21]。菠萝蜜红色果肉中类黄酮和类胡萝卜素同时表现出优势积累，该特征为研究同时提升果实营养和感官品质的新途径提供了理想材料。

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責任编辑：崔丽虹