复合化学组成与营养解析：Samh（Mesembryanthemum cryptanthum）面粉的酚类、代谢组学、脂肪酸谱及抗菌活性整合研究

《Foods》：Compositional and Nutritional Analyses of Samh (Mesembryanthemum cryptanthum) Flour: Integrated Phenolic, Metabolomic, Fatty Acid, and Antimicrobial Activity Profiling

　　

对Samh面粉（SF）进行了营养组成、植物化学谱、抗氧化能力、矿物质含量、脂质成分、多糖富集组分及抗菌活性评价，该面粉为沙特阿拉伯一种未充分利用的传统食品。采用己烷、乙酸乙酯、丁醇和水对SF进行分馏。近似分析表明，碳水化合物（63.38 g/100 g）和蛋白质（22.69 g/100 g）为主要营养组分，同时水分含量低、脂肪含量中等。靶向LC–MS/MS分析显示，乙酸乙酯组分中多种酚酸和黄酮类化合物的测定浓度最高，尤其是3,4-二羟基苯甲酸、阿魏酸、柚皮素和山奈酚。与其他SF组分及儿茶素标准品（9.23 ± 1.83 μg/mL）相比，该组分还显示出最低的DPPH IC50数值（6.22 ± 0.72 μg/mL）。ICP–OES分析表明，常量元素包括P、K、Mg、Na和Ca以及微量元素如Fe、Mn和Zn的浓度可观，而所分析的有毒元素在受检样品中检出浓度较低。对乙酸乙酯、丁醇和水组分的通用LC–MS筛查提供了若干代谢物类别的初步注释，包括氨基酸、有机酸、核苷、酚类衍生物和黄酮糖苷。对经水解和衍生化的多糖富集组分进行GC–MS分析，获得了以三甲基硅烷化糖衍生物为主的暂定谱图。对甲基化可皂化组分的GC–MS筛查揭示了若干暂定归属为脂肪酸甲酯的峰，包括棕榈酸、硬脂酸和亚油酸衍生物，而不皂化组分含有烃类和一暂定注释的蜡酯。挥发性组分含有若干不饱和醛和中链烃。初步抗菌试验证明对选定细菌和真菌菌株具有抑制活性，并测定了活性组分的MIC、MBC和MFC终点。总体而言，本研究提供了SF的全面化学和生物学表征，支持其作为功能食品和生物活性化合物有前景来源的潜力。

研究背景：Samh面粉（SF）源自samh（Mesembryanthemum cryptanthum）种子，该植物为中东半干旱地区重要栽培植物，在沙特阿拉伯Al-Jouf地区及约旦备受重视，其种子在雨季植物干燥后收获。营养学上，samh种子富含氨基酸、脂肪酸和碳水化合物，并提供钠、钙、钾、镁、铁、锌、锰和铜等必需矿物质。植物化学上，samh种子被视为天然产物和生物活性次生代谢物的重要来源，已有研究报道其含有抗氧化酶、生物碱、酚类化合物、黄酮类和单宁。该科植物具有多种药理特性，包括抗高脂血症、解热、利尿、抗氧化、抗癌、杀幼虫、镇痛、抗风湿、抗霍乱、催吐、泻药、抗炎和抗菌活性。传统上，samh种子经烘烤磨粉后用于制作面包或与椰枣和黄油混合制成名为Pakilla的当地菜肴；近期应用中，SF已被纳入食品加工，如替代30%小麦粉制作饼干、替代3.5%豆粕制作牛肉饼，15%SF加入焙烤食品与较低肌酐水平和改善的脂质谱相关。其营养成分包括20.5%蛋白质、63.05%碳水化合物、4.8%脂肪和10.6%膳食纤维。此外，SF中植物甾醇与降胆固醇效应和潜在抗真菌活性相关，并据报道可降低甘油三酯和葡萄糖水平。种子还含有有机酸（如柠檬酸、苹果酸和草酸）和具有健康促进特性的多元醇。近期研究进一步强调了samh种子的营养和技术潜力：Alkaltham等证明微波加热结合热风可改善蛋白质溶解度、功能特性和糊化特性；Alanazi等报道了沙特阿拉伯Al-Jouf和Qassim地区samh种群植物化学谱的差异，强调地理来源对化学组成的潜在影响。植物化学表征通常依赖互补分析技术，如气相色谱–质谱联用（GC–MS）和液相色谱–质谱联用（LC–MS），这些技术对检测广泛植物代谢物具有高灵敏度和选择性。GC–MS特别适用于挥发性、半挥发性和衍生化化合物，而LC–MS更适合极性、非挥发性和热不稳定成分。本研究通过靶向酚类分析和探索性LC–MS及GC–MS谱分析，对市售samh面粉进行整合化学表征，以补充现有研究。本研究旨在：(i) 使用ICP–MS、LC–MS/MS和GC–MS表征samh面粉的矿物质和次生代谢物谱；(ii) 提取固定油并通过脂肪酸甲酯（FAME）分析测定其相对脂肪酸组成；(iii) 提取多糖组分并在水解和衍生化后表征其糖相关组成；(iv) 比较不同溶剂组分的抗氧化活性；(v) 使用MIC、MBC/MFC和时间–杀菌动力学分析研究这些组分对选定细菌和真菌病原体的抗菌活性。

研究人员开展的研究：研究人员对来自沙特阿拉伯Al-Jouf地区当地市场的单一市售samh种子面粉样品进行了系统分析。样品经85%甲醇提取，超声30 min并离心，重复三次，合并上清液过滤后减压浓缩，重新溶于蒸馏水，随后依次用等体积正己烷、乙酸乙酯和正丁醇分配，残余水相保留为水组分。各组分减压浓缩至干，4 °C保存待分析。营养分析按AOAC指南进行：水分含量通过105 °C干燥测定；总蛋白采用凯氏定氮法，氮–蛋白换算系数6.25；灰分通过100 °C干燥后550 °C马弗炉灼烧测定；粗纤维采用Weende法经1.25% H₂SO₄酸水解和1.25% NaOH碱水解测定；碳水化合物按差减法计算，排除粗纤维。酚类化合物采用LC–ESI–MS/MS分析，使用ExionLC? AC系统耦合SCIEX Triple Quad 5500+质谱仪，Poroshell 120 EC-C18柱分离，正负离子模式分别采集，靶向定量采用多反应监测（MRM）负离子模式，外标法定量。抗氧化活性采用DPPH自由基清除试验，浓度范围2.5–10 μg/mL，517 nm测定吸光度，计算IC50。总酚含量（TPC）采用Folin–Ciocalteu法，以没食子酸当量表示；总黄酮含量（TFC）采用AlCl₃比色法，以芦丁当量表示。矿物质采用密闭微波辅助消解（HNO₃和H₂O₂，200 °C，20 min）后ICP-OES分析。多糖按Luo等方法提取纯化，经乙醇沉淀、Sevag法脱蛋白，得率3.2%；水解后经三甲基硅烷化衍生化，GC–MS分析。固定油采用索氏提取（己烷，60 °C，6 h），得率5.35%；经皂化、甲酯化后进行GC–MS分析。挥发油采用Clevenger型装置水蒸气蒸馏提取3 h，GC–MS分析。抗菌活性采用琼脂孔扩散法初筛，微量肉汤稀释法测定MIC，亚培养法测定MBC/MFC。统计分析使用IBM SPSS Statistics 29.0，三重复结果以mean ± SD表示。

研究结果：

3.1 营养分析：SF样品总固形物含量高（96.57 g/100 g），反映水分含量低，提示良好储藏稳定性。灰分3.35 g/100 g，脂肪5.95 g/100 g，蛋白质22.69 g/100 g，粗纤维较低（1.20 g/100 g），碳水化合物按差减法计占最大比例（63.38 g/100 g），表明碳水化合物为主要宏量营养素。总体表明样品具有高碳水化合物和高蛋白、低水分的营养密集组成。

3.2 DPPH试验：乙酸乙酯组分IC50数值最低（6.22 ± 0.72 μg/mL），低于儿茶素标准品（9.23 ± 1.83 μg/mL）；丁醇组分IC50为30.12 ± 0.42 μg/mL，己烷组分IC50较高（63.40 ± 0.28 μg/mL），水组分在测试条件下未能确定IC50。乙酸乙酯组分IC50数值最低，可能与其较高的酚类和黄酮含量相关。

3.3 总酚和总黄酮含量：TPC和TFC随提取溶剂不同而变化。乙酸乙酯提取物TPC（33.61 mg GAE/g提取物）和TFC（21.90 mg RE/g提取物）最高；丁醇提取物中等（TPC 19.56 mg GAE/g，TFC 5.11 mg RE/g）；己烷提取物较低（TPC 7.20 mg GAE/g，TFC 3.60 mg rutin/g）；水提取物TPC最低（5.75 mg GAE/g）且未检出黄酮。结果表明乙酸乙酯是提取SF酚类和黄酮类化合物的最有效溶剂。

3.4 ICP分析：样品富含多种营养重要常量元素，以磷（3000 mg/kg）、钾（1700 mg/kg）、镁（975 mg/kg）、钠（700 mg/kg）和钙（300 mg/kg）为主。硼含量显著（64 mg/kg）。必需微量元素中铁（48 mg/kg）、锰（75 mg/kg）、锌（15 mg/kg）和铜（10 mg/kg）检出量可观。镍（1.25 mg/kg）、钴（0.05 mg/kg）、铬（0.05 mg/kg）和硒（0.05 mg/kg）浓度较低。铝（6.25 mg/kg）在天然植物组织常见范围内。重金属镉（<0.05 mg/kg）、砷（<0.05 mg/kg）、铅（<1 mg/kg）浓度较低。

3.5 LC–MS/MS酚类定量分析：乙酸乙酯组分对多数检测化合物表现出最高浓度，3,4-二羟基苯甲酸（2732.14 μg/g）、阿魏酸（410.36 μg/g）、香豆酸（102.09 μg/g）、柚皮素（248.39 μg/g）、山奈酚（225.54 μg/g）和槲皮素（67.91 μg/g）在该组分中高度富集；没食子酸（12.36 μg/g）、咖啡酸（80.63 μg/g）、香草醛（77.66 μg/g）、肉桂酸（111.66 μg/g）和丁香酸（69.02 μg/g）也以较高水平存在。丁醇组分中柚皮素含量最高（305.37 μg/g），其次为香草醛（55.80 μg/g）、肉桂酸（51.70 μg/g）、3,4-二羟基苯甲酸（30.20 μg/g）和山奈酚（25.78 μg/g）。水组分总体浓度最低，大多数化合物缺失或仅痕量检出，例外包括芦丁（7.37 μg/g）、3,4-二羟基苯甲酸（35.5 μg/g）、绿原酸（2.93 μg/g）和槲皮素（1.12 μg/g）。结果表明乙酸乙酯提取酚酸和黄酮效率最高，其次为丁醇，水提取效率最低。

3.6 LC–MS代谢物谱分析：乙酸乙酯、丁醇和水提取物的LC–MS谱分析揭示了与溶剂极性和植物化学溶解性一致的 distinct 代谢指纹。

3.7 多糖GC–MS分析：多糖提取物经酸水解和三甲基硅烷基衍生化后，GC–MS谱以单糖及相关糖化合物的TMS衍生物为主。最显著峰暂定归属为五-O-三甲基硅烷基吡喃己糖及葡萄糖、塔罗糖和甘露糖的TMS衍生物。三甲基硅烷化蜜二糖和核糖衍生物信号提示二糖和戊糖相关成分存在。还检测到次要酚类衍生物（包括二甲氧基酚）和有机酸衍生物（如TMS己烯酸酯）。

3.8 固定油组成：皂化和甲醇解后GC–MS谱显示若干暂定注释为FAME的峰。亚油酸甲酯为最丰富的选定FAME相关峰（19.81%），其次为棕榈酸甲酯（5.73%）和硬脂酸甲酯（1.39%）。十四烷酸、十五烷酸、十七烷酸和二十烷酸甲酯以较低相对峰面积检出。支链和环丙烷衍生物提示脂质组分额外多样性，但注释仍为暂定。不皂化组分含暂定注释为十四烷和二十二烷的烃类；RT 51.59 min处显著峰 library 匹配置信度低（SI = 635），保留为未鉴定高沸点组分。

3.9 挥发油：GC–MS分析显示复杂混合物，包括醛类、烃类、酮类和酯类。谱图以不饱和醛为主，包括(E)-2-癸烯醛、2,4-癸二烯醛(E,E)和2-十一烯醛，合计占挥发谱主要部分。中长链烷烃（癸烷、十一烷、十二烷、十四烷和十九烷）作为背景成分持续检出。少量含氧化合物包括1-十二醇、2-壬烯醛和2-十五烷酮，提示脂质来源挥发性物质通过高级脂肪酸氧化裂解形成。

3.10 抗菌研究：琼脂孔扩散试验中，乙酸乙酯和丁醇组分（50 mg/mL，每孔75 μL，即3.75 mg提取物/孔）对革兰阴性和革兰阳性菌产生可测抑菌圈。大肠杆菌抑菌圈直径21–22 mm，铜绿假单胞菌也有活性，芽孢杆菌属和金黄色葡萄球菌中度抑制。抗真菌活性明显，尤其对黄曲霉。MIC结果显示丁醇组分MIC值较低，尤其对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌。MBC和MFC结果表明在测试条件下具有杀菌和杀真菌活性，丁醇组分需要较低浓度即可在无提取物琼脂亚培养后不产生可见生长。MBC/MIC比值≤4与杀菌活性一致。

讨论部分总结：营养谱方面，SF碳水化合物丰富、蛋白质含量可观（22.7%），与扁豆、玉米和水稻等高蛋白食物相当；低水分和高总固形物（>96%）表征了所分析批次，但储藏稳定性需进一步评价；粗纤维含量（1.2%）低于Alrugaie等报道的约10%，可能源于SF或测定方法差异。从食品工业角度，SF可作为复合面粉的部分配料用于焙烤产品，但其对加工特性、产品质构、感官品质和储藏稳定性的影响需进一步研究。抗氧化活性方面，DPPH试验表明各组分具有体外自由基清除活性，乙酸乙酯组分IC50最低（6.22 ± 0.72 μg/mL），数值低于儿茶素标准品，提示中等极性酚类化合物为主要抗氧化贡献者；丁醇提取物活性中等，己烷提取物活性弱，水组分未能确定IC50。矿物质谱方面，所分析有毒元素浓度低于本研究考虑的FAO/WHO参考限值；铅（1 mg/kg）低于植物种子和草药材料常用最大限值（≤2 mg/kg），镉（0.05 mg/kg）和砷（0.05 mg/kg）也远低于推荐阈值（Cd ≤0.3 mg/kg，As ≤1 mg/kg）。化学组成与抗氧化活性整合方面，LC–MS/MS结果表明酚类成分在不同溶剂组分中的分布差异可能与其极性相关；乙酸乙酯组分酚类浓度和化学多样性最高，归因于其介电常数有利于含芳环且羟基取代有限的酚类化合物分配；3,4-二羟基苯甲酸、阿魏酸、香豆酸及槲皮素和山奈酚等主要黄酮的富集尤为重要，这些酚类化合物的结构特征（酚羟基和共轭芳香系统）促进苯氧自由基共振稳定，可能贡献于观察到的DPPH自由基清除活性；丁醇组分中柚皮素浓度高于乙酸乙酯组分，糖基化通常降低抗氧化活性，因空间位阻限制参与自由基清除的羟基可及性，这可能解释丁醇组分的中等抗氧化活性；水组分含核苷、氨基酸衍生物和糖磷酸等极性代谢物，靶向LC–MS/MS检测到芦丁和选定酚酸，但总体定量酚谱不同于乙酸乙酯组分。GC–MS分析方面，皂化组分中若干峰暂定解释为FAME，包括长链饱和和不饱和脂肪酸衍生物；亚油酸甲酯相对峰面积最高（19.81%），棕榈油酸甲酯峰仅占0.28%；挥发性谱包括暂定归属为2,4-癸二烯醛和2-十一烯醛的峰，分别与亚油酸和油酸氧化相关；少量奇数链和支链脂肪酸也检出，常与微生物相互作用或特殊脂质生物合成途径相关；环丙烷衍生物可能源于皂化或分析过程中的结构重排；不饱和脂肪酸与脂质来源挥发性化合物的共存提示该组分可能兼具营养相关脂质和风味特征双重作用，但氧化标志物的检出强调评估食品应用时需考虑氧化稳定性。抗菌评价方面，SF提取物对革兰阴性和革兰阳性菌均表现出显著抗菌活性，大肠杆菌敏感性最高（抑菌圈21–22 mm），其次为铜绿假单胞菌（17 mm）、金黄色葡萄球菌（15–17 mm）和枯草芽孢杆菌（14 mm）；与Ibtissen等报道的M. cryptanthum乙醇提取物较弱抗菌活性相比，本研究中SF的抗菌活性明显更强，提示Mesembryanthemum物种间植物化学成分可能存在差异；2026年对Al-Jouf和Qassim samh种群的比较也报道了植物化学谱和抗菌活性的地区差异，提示来源相关变异可能 contributing 研究间差异。定量LC–MS/MS分析显示SF溶剂组分间酚类化合物浓度差异显著，乙酸乙酯组分含较高浓度3,4-二羟基苯甲酸、阿魏酸、山奈酚和槲皮素，而柚皮素在丁醇组分中更丰富；这些化合物可能通过不同机制贡献SF提取物的抗菌活性。前人研究表明酚类化合物的抗菌效应取决于其化学结构、浓度和与细菌细胞的相互作用；一种提出机制涉及破坏细菌膜完整性和改变膜通透性，可能导致细胞内成分泄漏；Borges等证明阿魏酸可改变多种病原菌（包括大肠杆菌、铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌）的细菌膜特性和通透性；Wang等报道柚皮素影响大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的膜流动性、脂肪酸组成及脂肪酸生物合成相关基因表达；槲皮素也被证明可改变细菌膜组织和流动性。除膜破坏外，某些酚类化合物可能通过干扰必需细菌酶和核酸合成发挥抗菌效应；Zhang等证明包括槲皮素在内的黄酮类化合物竞争性抑制幽门螺杆菌脂肪酸生物合成酶β-羟脂酰-酰基载体蛋白脱水酶（HpFabZ）；Plaper等证明槲皮素抑制大肠杆菌细菌DNA旋转酶，可能干扰细菌DNA复制；Mori等也报道某些黄酮类化合物抑制变形杆菌DNA合成。总体而言，本研究的抗菌活性可能部分与LC–MS/MS鉴定的酚类成分（尤其阿魏酸、柚皮素和槲皮素）相关，但溶剂组分间酚类浓度差异不能确立单个化合物的贡献，其他成分及可能的加和、协同或拮抗相互作用也可能参与。食品工业应用与可接受性方面，测定的蛋白质（22.69 g/100 g）和碳水化合物（63.38 g/100 g）含量及SF既定传统用途支持探索该面粉作为传统焙烤食品、面包和饼干复合面粉部分配料的可能；作为非小麦种子面粉，SF加入小麦基配方时可能影响面筋网络形成、面团操作、产品体积和质构；未来需评价SF对食品应用的适用性，包括功能特性、最佳添加水平及加工和储藏对产品质量和稳定性的影响；消费者可接受性也应评估，考虑感官属性、价格、可获得性和文化熟悉度。研究局限性方面，本研究基于单一商业批次，抗氧化活性采用体外DPPH试验评估；未来涉及不同来源样品及额外生物学和食品基评价的研究将进一步强化和拓展这些发现。

研究结论翻译：本研究提供了SF的整合营养、植物化学、分析和初步生物学评价。结果表明SF具有营养价值和安全性，含有蛋白质、碳水化合物、必需矿物质和若干植物化学成分。在测试组分中，乙酸乙酯提取物含最高测定浓度的酚酸和黄酮，并显示最低的DPPH IC50数值。LC–MS/MS和GC–MS分析表明化学多样性谱，包括暂定注释的氨基酸、有机酸、核苷及相关化合物、黄酮、脂肪酸衍生物、烃类和醛类。对水解多糖富集组分的GC–MS分析也提供了其糖相关成分的暂定谱。脂质分析揭示了若干暂定归属为脂肪酸甲酯的峰和不皂化组分成分，而挥发性谱含若干脂质来源醛类及相关化合物。初步抗菌筛查显示对选定细菌和真菌病原体的抑制活性，提示存在具有抗菌潜力的成分。综上，这些结果突显了受检SF样品的营养和植物化学价值，并与其传统膳食用途一致；也为进一步评价SF作为食品及相关应用潜在配料来源提供了科学基础。进一步研究应聚焦于化合物分离和结构确证、全面分析验证、生物利用度和机制研究、毒理学和安全性评价、在适当食品模型中的验证以及体内和临床评价，以进一步评估其纳入功能食品和营养保健品配方的潜力。