Исследование плодов образцов томата Solanum lycopersicum L., происходящих из разных климато-географических зон, и идентификация метаболитов методом тандемной масс-спектрометрии

Автор: Чунихина Ольга Александровна, Разгонова Майя Петровна, Захаренко Александр Михайлович, Голохваст Кирилл Сергеевич

Журнал: Овощи России @vegetables

Рубрика: Агрохимия

Статья в выпуске: 4 (60), 2021 года.

Бесплатный доступ

Актуальность. Целый ряд научных исследований подтверждает, что потребление фруктов и овощей может снизить риск некоторых хронических заболеваний, таких как рак и сердечнососудистые заболевания, например, потребление свежих помидоров и продуктов из томатов обратно пропорционально развитию некоторых видов рака. Плоды томата Solanum lycopersicum L. содержат большое количество полифенольных комплексов, являющихся биологически активными соединениями. В данной статье авторы впервые попытались представить полный метаболомный состав экстрактов плодов Solanum lycopersicum. Материалы и методы: В качестве объекта исследования были использованы плоды томатов Solanum lycopersicum L. из коллекции Всероссийского института генетических ресурсов им. Н.И. Вавилова, выращенные и собранные на Дальневосточной опытной станции Филиале ВИР в сентябре 2020 года (сорта: к-5351 Ont77 13, Канада; к-3149 Rehovoth, Израиль; 2698 Украина). Для идентификации целевых аналитов в экстрактах, полученных мацерационным методом, использована высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) в комплексе с ионной ловушкой BRUKER DALTONIKS (тандемная масс-спектрометрия). Результаты: Результаты начальных исследований выявили присутствие 36 полифенольных соединений и соединений других классов, из них 22 идентифицировано впервые в Solanum lycopersicum L. Это апигенин, лютеолин, кампферол, таксифолин, мирицетин, кутаровая кислота, кофеилмалевая кислота, кафтаровая кислота, дикаффеоилхиновая кислота, кумарины фраксетин и глюкоронид фраксетина, антоцианин пеларгонидин, сальвианоловая кислота D, розманол, колнеленовая кислота, этил розмаринат, лигнан медиоресинол, сквален и др. Полученные данные помогут интенсифицировать будущие исследования по разработке и производству различных продуктов функционального питания, содержащих целевые экстракты Solanum lycopersicum L.

Еще

Томат, вэжх- мс/мс, тандемная масс-спектрометрия, полифенольные соединения

Короткий адрес: https://sciup.org/140257617

IDR: 140257617 | DOI: 10.18619/2072-9146-2021-4-99-104

Текст научной статьи Исследование плодов образцов томата Solanum lycopersicum L., происходящих из разных климато-географических зон, и идентификация метаболитов методом тандемной масс-спектрометрии

Оригинальные статьи / Originalarticles УД-9К9 6-13054.64:581.1.045:581.13

Настоящая работа рассматривает детальный метаболомный анализ томатов Solanum lycopersicum L., из коллекции Всероссийского института генетических исследований им. Н.И. Вавилова, выращенных и собранных на Дальневосточной опытной станции Филиале ВИР в сентябре 2020 года. В выборке представлен мета-боломный анализ мацерационных экстрактов плодов томатов к-5351 Ont77 13 (Канада), к-3149 Rehovoth (Израиль) и 2698 (Украина).

2. Материалы и методы2.1 Материалы

В качестве объекта исследования были использованы плоды томатов Solanum lycopersicum L., из коллекции Всероссийского института генетиче- ских исследований им. Н.И. Вавилова, выращенные и собранные на Дальневосточной опытной станции Филиале ВИР в сентябре 2020 года (сорта: к-5351 Ont77 13, Канада; к-3149 Rehovoth, Израиль; 2698 Украина).

2.2 Методы 2.1 Дробная мацерация. Для получения высококонцентрированных экстрактов была применена дробная мацерация. При этом общее количество экстрагента (метилового спирта х.ч.) разделено на 3 части и последовательно настояно на плодах Solanum lycopersicum L., с первой частью, затем со второй и третьей. Время настойки каждой части экстрагента составляло 7 дней. 2.2 Высокоэффективная жидкостная хромато-графия.Для выполнения разделения многокомпонентных смесей использовался жидкостный хроматограф высокого давления Shim adzu LC –20 Prominence HPLC (Shimadzu, Япония), оборудованный U V-детектором и обратнофазной колонкой Shodex ODP-40 4E. Программа элюции градиента следующая: 0,0 – 4 мин, 100% CH3CN; 4 – 60 мин, 100% – 25% CH3CN; 60 – 75 мин, 25% – 0 % CH3CN; контрольная промывка 75-120 мин 0% CH3CN. Весь ВЭЖХ-анализ сделан с UV-VIS-детектором SPD-20A (Kanda-Nishikicho 1-chrome, Shimadzu, Chiyoda-ku, Токио, Япония) при длинах волн 230 ηм и 330 ηм; температура 17°С. Объем впрыска составлял 1 мл. 2.3 Тандемная масс-спектрометрия. Масс-спектрометрические данные получены с помощью ионной ловушки a m aZ on SL (производство фирмы «BRU KER D ALTON IKS», Германия), оснащенной источником ионизации электрораспылением ESIв режимах отрицательных и положительных ионов. Оптимизированные параметры получены следующим образом:температура источника ионизации: 70°С, поток газа: 4 л/мин, газ-небилайзер (распылитель): 7,3 psi, капиллярное напряжение: 4500 V, напряжение на изгибе торцевой пластины: 1500 V, фрагментатор: 28 0 V, энергия столкновения: 60 eV.Масс-спектрометр использовался в диапазоне сканирования m /z 100 – 1.700 для M С и МС/МС. Произведена фрагментация 4 порядка.

3. Результаты исследований

Уточнение метаболомного состава – чрезвычайно важный результат в системе биохимического анализа. В данной работе был использован метод ВЭЖХ-MС/MС с дополнительной ионизацией и анализом фрагментированных ионов. Высокоточные масс-спектрометрические данные регистрировались на ионной ловушке AMAZON SL BRUKER DALTONIKS, оснащенной источником ESIв режиме отрицатель-

Рис.1.Распределенный график тандемной масс-спектрометрии анализируемых целевых аналитов экстракта Solanum lycopersicum (к-5351 Ont77 13, Канада), представленный ионной хроматограммой

Fig 1.Chemicalprofilesofthe Solanum lycopersicum (variety к-5351 Ont77 13, Canada)

sample represented totalion chromatogram from MeOH-extract

Рис.2.Распределенный график тандемной масс-спектрометрии анализируемых целевых аналитов экстракта

Solanum lycopersicum (к-3149 Rehovoth, Израиль), представленный ионной хроматограммой

Fig 2.Chemicalprofilesofthe Solanum lycopersicum (variety к-3149 Rehovoth, Israel) sample represented totalion chromatogram from MeOH-extract

Рис.3.Распределенный график тандемной масс-спектрометрии анализируемых целевых аналитов экстракта Solanum lycopersicum (2698 Украина), представленный ионной хроматограммой

Fig 3.Chemicalprofilesofthe Solanum lycopersicum (variety 2698, Ukraine)

sample represented totalion chromatogram from MeOH-extract

ных/положительных ионов. Использовалось четырехступенчатое фрагментирование ионов.

Ниже представлены распределенные графики тандемной масс-спектрометрии анализируемых целевых аналитов экстрактов Solanum lycopersicum (рис.1, 2, 3). Всего на ионных хроматограммах было обнаружено 300 пиков выделенных целевых аналитов.

Для простоты идентификации составлена унифицированная системная таблица молекулярных масс целевых аналитов,выделенных из экстрактов плодов Solanum lycopersicum (табл. 1). В результате масс-спектрометрического исследования выделено 36 метаболомных соединений, из них 22 комплекса идентифицированы в Solanum lycopersicum впервые. Идентификация соединений (значения

Таблица 1. Соединения, идентифицированные в экстракте плодов Solanum lycopersicum Table 1. Identified target analytes in MeOH extracts of Solanium lycopersicum

		Группа соединений	Идентификация соединения	Химическа я формула	Молярная масса	Ион-аддукт [M-H]-	Ион-аддукт [M+H]+	MS/MS фрагментация 1 порядка	MS/MS фрагментация 2 порядка	MS/MS фрагментация 3 порядка
	Коллекционные номера ВИР	Полифенолы
1	2698 Ukraine	Флавон	Apigenin [5,7-Dixydroxy-2-(40Hydroxyphenyl)-4H-Chromen-4-One]	C15H10O5	270.2369	269		179; 119	161; 143; 113
2	2698 Ukraine	Флавон	Luteolin	C15H10O6	286.2363		287	227; 269; 153; 114	153; 130
3	2698 Ukraine	Флавон	5,6-Dihydroxy-7,8,3',4'-tetram-ethoxyflavone	C19H18O8	374.3414	373		341	297; 269; 241; 176; 134	239; 152
4	к-3149 Rehovoth (Israel)	Флавон	Chrysoeriol O-hexoside	C22H22O11	462.4036		463	454; 416; 391; 347; 327; 307	445; 407; 398; 391; 380; 347; 329
5	2698 Ukraine	Флавон	Apigenin-C-hexoside-C-pentoside	C26H28O14	564.4921		565	536; 505;457; 353; 321	457; 430; 329; 273	442; 381
6	2698 Ukraine	Флаванол	Kaempferol	C15H10O6	286.2363		287	185; 268; 215; 154	275
⁷	2698 Ukraine	Флаванол	Quercetin	C15H10O7	302.2357
8	к-3149 Rehovoth (Israel)	Флаванол	Dihydroquercetin (Taxifolin; Taxifoliol)	C15H12O7	304.2516		305	303; 285; 260; 231; 212	274; 260; 217; 174
⁹	2698 Ukraine	Флаванол	Myricetin	C15H10O8	318.2351		319	272; 247; 192; 151	133
10	к-3149 Rehovoth (Israel)	Флаванол	Rutin (Quercetin 3-O-Rutinoside)	C27H30O16	610.5175	609		300; 170	271; 178; 121	270; 199; 163
11	к-3149 Rehovoth (Israel); к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Флаванол	Rutin-O-pentoside	C32H38O20	742.6321	741.11		300; 723; 651; 609; 506; 385; 255	271; 151
12	к-3149 Rehovoth (Israel)	Флаванон	Naringenin [Naringetol; Naringenine]	C15H12O5	272.5228	271		179	163; 119
13	к-3149 Rehovoth (Israel)	Флаванон	Naringenin-O-hexoside	C21H22O10	434.3934	433		271	151; 177; 119.11
14	к-3149 Rehovoth (Israel); к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Фенилпропаноид (производное коричной кислоты)	p-Coumaric acid	C9H8O3	164.16		165	120; 149	120
15	к-3149 Rehovoth (Israel); 2698 Ukraine	Гидроксикоричная кислота	Coutaric acid [Trans-P-Coumaroyltartaric acid]	C13H12O8	296.2296		297.18	147; 204; 237	119
16	к-5351 Ont 77 13 (Canada); 2698 Ukraine	Гидроксикоричная кислота	Caffeoylmalic acid	C13H12O8	296.2296		297.2	279; 266; 239; 218; 195; 167	205.17; 182
17	к-3149 Rehovoth (Israel)	Гидроксикоричная кислота	Caftaric acid [Cis-Caftaric acid; 2-Caffeoyl-L-Tartaric acid; Caffeoyl Tartaric acid]	C13H12O9	312.23		313	120; 177; 283
18	к-3149 Rehovoth (Israel); 2698 Ukraine	Гидроксикоричная кислота	Caffeic acid-O-hexoside [Caffeoyl-O-hexoside]	C15H18O9	342.298	341		281; 251; 179; 135	179; 221
19	к-3149 Rehovoth (Israel)	Фенилпропаноид (производное коричной кислоты)	Chlorogenic acid [3-O-Caffeoylquinic acid]	C16H18O9	354.3087	353		191; 255; 316	173; 127
20	к-3149 Rehovoth (Israel); к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Фенилпропаноид (производное коричной кислоты)	Cryptochlorogenic acid [4-O-Caffeoylquinic acid; Quinic acid 4-O-Caffeate]	C16H18O9	354.3087	353		191	111; 172
21	к-3149 Rehovoth (Israel)	Фенилпропаноид (производное коричной кислоты)	4,5-O-dicaffeoylquinic acid [Isochlorogenic acid C]	C25H24O12	516.4509		517	477; 471; 458; 409; 359; 349; 323; 265; 217; 183; 167
22	к-3149 Rehovoth (Israel); к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Производное гидроксибензойной кислоты	Vanillic acid-O-hexoside	C14H18O9	330.2889	329		229; 212; 183; 171; 153; 247; 273; 293; 311	211; 183; 167; 155	211; 193; 183; 175; 151
23	к-3149 Rehovoth (Israel); к-5351 Ont 77 13 (Canada);.	Гидроксибензойная кислота	Salvianolic acid D	C20H18O10	418.3509	417		373; 347	347; 329; 303	347; 329; 303
24	2698 Ukraine	Антоцианин	Pelargonidin [Pelargonidol chloride]	C15H11O5+	271.2493		271	253; 197; 169; 135	233; 208; 181; 145
25	к-5351 Ont 77 13 (Canada); 2698 Ukraine	Кумарин	Fraxetin	C10H8O5	208.1675	207		179; 161; 136	135
26	к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Кумарин	Fraxetin-7-O-beta-glucuronide	C16H16O11	384.2916		385	342; 317; 293; 235; 227; 209; 177
27	2698 Ukraine	Другие соединения Циклогексанкарбоновая кислота	Perillic acid	C10H14O2	166.217	165		147	119
28	к-5351 Ont 77 13 (Canada); 2698 Ukraine	Трикарбоновая кислота	Citric acid [Anhydrous; Citrate]	C6H8O7	192.1235	191		111; 173; 129	111
29	2698 Ukraine	Омега-3 жирная кислота	Linolenic acid (Alpha-Linolenic acid; Linolenate)	C18H30O2	278.4296		279	260; 233; 207; 166; 120	120
30	к-3149 Rehovoth (Israel)	Оксилипин	Colnelenic acid	C18H28O9	292.4131		293.03	275; 230; 147	257; 229; 147
31	к-3149 Rehovoth (Israel); 2698 Ukraine	Оксилипин	11-Hydroperoxy-octadecatrienoic acid	C18H30O4	310.4284	309		291; 265; 247; 209; 193; 183; 171	273; 223; 211; 193; 178; 167; 151; 137
32	2698 Ukraine	Дитерпеноид	Rosmanol	C20H26O5	346.4174	345		299; 271; 239; 209; 179	271; 226; 179; 125	243; 227; 1 99; 156
33	2698 Ukraine	Бензолпропановая кислота	Ethyl rosmarinate	C20H20O8	388.3680	387		163; 207; 245; 287	164
34	к-5351 Ont 77 13 (Canada)	Тритерпеноид	Squalene (Trans-Squalene; Spinacene; Supraene)	C30H50	410.718	411		203; 393; 351; 338; 291; 249; 231; 185; 166	143
35	к-3149 Rehovoth (Israel)	Тритерпеноид	1-Hydroxy-3-oxours-12-en-28-oic acid	C30H46O4	470.6838		471	461.58; 380.58; 255; 162	453; 347; 309.9; 203; 162
36	к-5351 Ont 77 13 (Canada); 2698 Ukraine	Лигнан	Medioresinol-O-hexoside	C27H34O12	550.6	549		387; 369; 161	163.09; 343.27; 250; 225; 209; 149	147

Список литературы Исследование плодов образцов томата Solanum lycopersicum L., происходящих из разных климато-географических зон, и идентификация метаболитов методом тандемной масс-спектрометрии

Carrillo-Lopez A., Yahia E. HPLC–DAD–ESI–MS Analysis of Phenolic Compounds During Ripening in Exocarp and Mesocarp of Tomato Fruit. J. Food Sci. 2013;78(12):1839-1844.
Chen X., Zhang S., Xuan Z., Ge D., Chen X., Zhang J., Wang Q., Wu Y., Liu B. The Phenolic Fraction of Mentha haplocalyx and Its Constituent Linarin Ameliorate Inflammatory Response through Inactivation of NF-kB and MAPKs in Lipopolysaccharide-Induced RAW264.7 Cells. Molecules. 2017;(22):811.
Cirlini M., Mena P., Tassotti M., Herrlinger K. A., Nieman K. M. Dall’Asta C., Del Rio D. Phenolic and volatile composition of a dry spearmint (Mentha spicata L.). Molecules. 2016;(21):1007.
Dinelli G., Segura-Carretero A., Di Silvestro R., Marotti I., Arraez-Roman D., Benedettelli S., Ghiselli L., Fernandez-Gutierrez A. Profiles of phenolic compounds in modern and old common wheat varieties determined by liquid chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 2011;(1218):7670–7681.
Farah A., Donangelo C.M. Phenolic compounds in coffee. Braz. J. Plant Physiol. 2006;(18):23–36.
Giovannucci E. Tomatoes, tomato-based products, lycopene, and cancer: review of the epidemiological literature. J. Nat. Cancer Inst. 1999;(91):317–331.
Goufo P., Singh R.K., Cortez I. A Reference List of Phenolic Compounds (Including Stilbenes) in Grapevine (Vitis vinifera L.) Roots, Woods, Canes, Stems, and Leaves. Antioxidants. 2020;(9):398.
Jaiswal R., Muller H., Muller A., Karar M.G.E., Kuhnert N. Identification and characterization of chlorogenic acids, chlorogenic acid glycosides and flavonoids from Lonicera henryi L. (Caprifoliaceae) leaves by LC–MSn. Phytochem. 2014;(108):252-263.
Jiang R.-W., Lau K.-M., Hon P.-M., Mak T.C.W., Woo K.-S., Fung K.-P. Chemistry and Biological Activities of Caffeic Acid Derivatives from Salvia miltiorrhiza. Current Med. Chem. 2005;(12):237-246.
Manach C., Scalbert A., Morand C., Remesy C., Jimenez L. Polyphenols: food sources and bioavailability. Am. J. Clin. Nutr. 2004;(79):727–47.
Marzouk M.M., Hussein S.R., Elkhateeb A., El-shabrawy M., Abdel-Hameed E.-S. S., Kawashty S.A. Comparative study of Mentha species growing wild inEgypt: LC-ESI-MS analysis and chemosystematic significance. J. Applied Pharm. Sci. 2018;8(08):116–122.
Minoggio M., Bramati L., Simonetti P., Gardana C., Lemoli L., Santangelo E., Mauri P.L., Spigno P, Soressi G.P., Pietta P.G. Polyphenol pattern and antioxidant activity of different tomato lines and cultivars. Ann. Nutr. Metab. 2003;(47):64–9.
Pandey R., Kumar B. HPLC–QTOF–MS/MS-based rapid screening of phenolics and triterpenic acids in leaf extracts of Ocimum species and their interspecies variation. J. Liquid Chromatogr. & Related. 2016;(39):225-238.
Robards K, Antolovich M. Analytical chemistry of fruits bioflavonoids: a review. Analyst. 1997;122(2):11R–34R.
Rodriguez-Perez C., Gomez-Caravaca A.M., Guerre-Hernandez E., Cerretani L., Garcia-Villanova B., Verardo V. Comprehensive metabolite profiling of Solanum tuberosum L. (potato) leaves T by HPLC-ESI-QTOF-MS. Food Res. Int. 2018;(112):390-399.
Ruiz A., Hermosin-Gutierrez I., Vergara C., von Baer D., Zapata M., Hitschfild A., Obando L., Mardones C. Anthocyanin profiles in south Patagonian wild berries by HPLC-DAD-ESI-MS/MSю=. Food Res. Int. 2013;(51):706-713.
Temple N.J. Antioxidants and disease: more questions than answers. Nutr. Res. 2000;20(3):449–59.
Vallverdu-Queralt A., Jauregui O., Medina-Remon A., Lamuela-Raventos R.M. Evaluation of a Method To Characterize the Phenolic Profile of Organic and Conventional Tomatoes. Agricult. Food Chem. 2012;(60):3373-3380.
Wojakowska A., Perkowski J., Goral T., Stobiecki M. Structural characterization of flavonoid glycosides from leaves of wheat (Triticum aestivum L.) using LC/MS/MS profiling of the target compounds. J. Mass. Spectrom. 2013;(48):329-339.
Willett W.C. Diet and health: what should we eat? Science. 1994;(264):532–537.
Zanotti I., Jia P., Dall Asta M., Mena P., Mele L., Ray S., Del Rio D. Atheroprotective effects of (poly)phenols: a focus on cell cholesterol metabolism. Food & Function. 2015;(6):13-31.
Zhang, Y.; Yan, G.; Sun, C.; Li, H.; Fu, Y.; Xu, W. Apoptosis Effects of Dihydrokaempferol Isolated from Bauhinia championii on Synoviocytes. Hindawi. Evid. -Based Complementary and Alternative Medicine. 2018. Article ID 9806160.

Еще

Статья научная