银杏（Ginkgo biloba L.）种子中4′-O-甲基吡哆醇及其糖苷的热水降解机理与动力学

《Food Research International》：Hydrothermal degradation mechanism and kinetics of 4′- O-methylpyridoxine and its glucoside in Ginkgo biloba L. seeds

　　

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  热处理通过醚键断裂将MPN和MPNG水解为无毒的PN、PNG和甲醇。
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  MPN和MPNG的降解遵循一级动力学，其在180°C下的半衰期分别为10.0分钟和7.1分钟。
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  在180°C下，PNG被识别并量化，其半衰期为30.0分钟。
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  食品基质成分对银杏内酯的热降解影响较小。

引言

银杏叶籽（GBSs）在中国、韩国和日本被传统食用，因其丰富的营养成分而受到全球重视，这些成分有助于改善血液循环和具有神经保护作用（Boateng & Yang, 2022; Wang et al., 2025）。然而，过量摄入可能导致神经毒性作用，包括抽搐，在严重的情况下甚至会导致死亡（Wada & Haga, 1997）。这些毒性作用归因于几种生物活性成分，尤其是银杏酸、氰化氢、银杏内酯（4′-O-甲基吡哆醇（MPN）和银杏内酯-5′-葡萄糖苷（MPNG）。在这些化合物中，MPN和MPNG被认为是主要的有毒物质。毒理学研究表明，MPN具有较高的急性毒性，口服剂量为0.2 mmol/kg体重时会导致所有实验小鼠出现抽搐。此外，MPNG在籽中的积累量可高达1699 nmol/g干重，并且在0.8 mmol/kg体重剂量下表现出明显的致死性（Kobayashi et al., 2011; Scott et al., 2000; Zhang et al., 2024）。作为维生素B₆的衍生物，MPN和MPNG会竞争性抑制吡哆醛激酶，干扰维生素B₆转化为其生物活性辅酶形式——吡哆醛5′-磷酸（PLP）。由此导致的PLP缺乏会损害γ-氨基丁酸（GABA）的生物合成，从而降低抑制性神经传递并引发神经元过度兴奋（Leistner & Drewke, 2010; Zhu et al., 2021）。

为了降低食用GBSs的相关风险，已经采用了多种加工技术进行解毒，包括烘焙、煎炸、微波加热、种子提取物热处理、吸附-膜过滤和发酵（Boateng, 2022; Boateng & Yang, 2021; Boateng & Yang, 2022; Gong et al., 2020; Lim & Kim, 2018b; Zhang et al., 2021; Zou et al., 2021）。尽管这些方法在降低毒性方面表现出不同程度的效果，但其背后的降解机制仍不甚清楚，观察结果往往缺乏机制上的解释。例如，Lim和Kim报告称，在150°C下热处理60分钟后，GBSs提取物中的MPN含量从371.56 mg/kg降低到76.84 mg/kg，而吡哆醇（PN）的含量随温度和处理时间的增加而增加（Lim & Kim, 2018a）。然而，这些观察结果来自一个复杂的提取系统，其他籽成分的作用尚未得到解决。Zhang等人提出，在加工过程中内源性β-葡萄糖苷酶催化MPNG水解为MPN；然而，高温处理会导致β-葡萄糖苷酶失活，从而使MPNG积累并降低MPN含量（Zhang et al., 2019）。值得注意的是，这种机制无法解释在β-葡萄糖苷酶失活的热条件下MPNG含量的降低，表明实际的降解途径仍有待阐明。新证据表明水和热条件在促进毒素降解方面起着独特的作用。Bai证明水从根本上改变了吡啶的热解机制（Bai et al., 2022）。这一观察结果得到了Kobayashi等人的支持，他们报告说市场上可买到的热处理GBSs中的银杏内酯含量较低（Kobayashi et al., 2011）。进一步的证据表明，热处理能有效将聚合物链裂解为低分子量化合物（Saravana et al., 2018），并在亚临界条件下有效降解顽固污染物（如全氟丁烷磺酸盐，Cai et al., 2025），并显著改变多酚含量和抗氧化活性（Chao & Fan, 2023）。尽管有这些有希望的发现，但热处理对MPN和MPNG降解行为的影响仍不清楚。此外，GBSs基质成分对热降解的潜在影响尚未进行系统研究。

因此，本研究旨在系统地研究热处理和籽基质成分对MPN和MPNG稳定性的影响，以填补这些知识空白。首先，使用高效液相色谱结合离子阱飞行时间质谱（HPLC-IT-TOF-MS）和气相色谱（GC）鉴定了MPN和MPNG的热降解产物，并对其进行了表征，以明确转化途径。随后，利用ReaxFF分子动力学模拟阐明了MPN和MPNG在热条件下的原子级降解机制，为提出的键断裂途径提供了直接证据。然后通过动力学建模量化了温度和时间对毒素降解效率的影响。此外，还评估了主要籽基质成分（包括淀粉、葡萄糖、抗坏血酸和多酚）对MPN和MPNG热稳定性的影响。最后，通过分析毒素和降解产物含量的变化，验证了所提出的热降解机制。总体而言，这项工作阐明了MPN和MPNG的热降解途径，并为优化食品加工策略提供了理论基础，以提高基于GBS产品的安全性。

部分摘要

化学物质

MPN和MPNG是使用Harris的方法合成的（Harris, 1940; Yoshimura et al., 2006），纯度超过98%。可溶性淀粉、葡萄糖、大豆蛋白、抗坏血酸和芸香素购自Sigma-Aldrich Chemical Co.（美国密苏里州圣路易斯）。实验中使用的色谱级乙腈和磷酸购自江天化学（天津，中国）。所有其他试剂均为分析级。

热反应器系统

使用了两种类型的密封热反应器

MPN和MPNG的热降解产物的鉴定

为了确定MPN和MPNG在热条件下是否发生键断裂（如PN和芸香素等结构相关化合物所报告的（Bai et al., 2022; Ravber et al., 2016）），首先分别使用HPLC分析了它们的降解产物。MPN和MPNG的水溶液分别在160°C下热处理30分钟。对于MPN，色谱图中最早洗脱的峰（图1A）通过与标准品的比较被鉴定为PN

结论

本研究为GBSs中MPN和MPNG的热解毒提供了全面的机制和动力学框架。关键的创新在于确定醚键断裂途径是主要的降解路径，它将神经毒性母体化合物转化为有益的营养成分PN和PNG，而次要副产品甲醇在热处理过程中容易蒸发。ReaxFF分子动力学进一步强化了这一机制解释

CRediT作者贡献声明

Yu Kong：撰写——初稿，数据管理，概念化。Yanhua Wang：数据管理。Fumin Li：数据管理。Yaping Wang：数据管理。Jiaguo Li：数据管理。Shuqin Zhang：数据管理。Siyu Pang：数据管理。Qing Kang：撰写——审阅与编辑，概念化。Xinjun Du：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFF1103900）和国家自然科学基金（32472322）的支持。作者感谢现代分析技术研究中心（TUST）在仪器支持方面的帮助。

Yu Kong|Yanhua Wang|Fumin Li|Yaping Wang|Jiaguo Li|Shuqin Zhang|Siyu Pang|Qing Kang|Xinjun Du