西兰花富集硫代葡萄糖苷与萝卜硫素提取物：兼具抗氧化与弹性蛋白酶抑制双重作用的潜在活性成分

《Foods》：Glucosinolate- and Sulforaphane-Enriched Broccoli Extract as a Potential Dual-Action Antioxidant and Elastase Inhibitor

　　

摘要专业翻译 西兰花（Brassica oleracea var. italica）是一种广泛栽培的十字花科蔬菜，以其丰富的具有公认健康促进特性的生物活性植物化学物质含量而闻名。新鲜西兰花花球是生物活性植物化学物质（特别是硫代葡萄糖苷，具有已确立的健康益处）的丰富但尚未充分利用的来源。本研究优化了使用含水乙醇的超声辅助提取（ultrasonic-assisted extraction，UAE）技术，以回收硫代葡萄糖苷和萝卜硫素。总硫代葡萄糖苷含量（total glucosinolate content，TGC）采用分光光度法进行定量，而萝卜硫素、萝卜硫苷（glucoraphanin）和芸苔葡糖硫苷（glucobrassicin）则通过超高效液相色谱-电喷雾电离-质谱联用（ultra-performance liquid chromatography–electrospray ionization–mass spectrometry，UPLC-ESI-MS）进行测定。在优化的UAE条件下（25%乙醇、41 °C、32 min），TGC的预测产量为46.6 mg芥子苷当量（sinigrin equivalents，SE）/g干重（dry weight，DW），而实际产量达到36.6 ± 4.4 mg SE/g DW。在比较的提取方法中，25%乙醇UAE获得了最高的TGC、铁离子还原抗氧化能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）和氧自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC），其值分别为35.5 ± 1.26 mg SE/g DW、21.2 ± 2.6 μmol Trolox当量（Trolox equivalents，TE）/g DW和156 ± 15.2 μmol TE/g DW，其中TGC和FRAP显著高于所有其他方法（p < 0.05），而ORAC差异无统计学显著性。体外抗弹性蛋白酶活性在采用振荡辅助提取制备的提取物（半数抑制浓度（IC50）为0.51 mg/mL）和25%乙醇UAE提取物（IC50为0.86 mg/mL）中最为显著。综上所述，这些发现将含水乙醇UAE定位为一种从西兰花花球中回收硫代葡萄糖苷和萝卜硫素的具有前景的提取方法，可用于化妆品应用，为未来的放大和工艺优化研究提供了基础。

论文解读

一、研究背景与意义

皮肤衰老是一个由内在因素和外在因素共同驱动的复杂生物学过程，其中活性氧（reactive oxygen species，ROS）在引发分子和结构损伤中发挥核心作用。弹性蛋白酶（elastase）是一种丝氨酸蛋白酶，催化弹性蛋白的降解，而弹性蛋白是维持皮肤弹性和紧致度的关键蛋白。弹性蛋白酶的过度激活——无论源于内在衰老还是紫外线辐射和ROS等外在因素——都会导致弹性纤维的破坏，进而引起皮肤松弛、皱纹形成和真皮层变薄，加速皮肤老化进程。因此，弹性蛋白酶抑制被视为缓解与年龄相关的皮肤退化的有前景的治疗和化妆品靶点。天然植物来源的兼具抗氧化和弹性蛋白酶抑制特性的化合物，在皮肤病学和化妆品研究中具有重要价值。

西兰花（Brassica oleracea var. italica）是十字花科中具有重要经济价值的蔬菜，富含多种生物活性植物化学物质。其中，硫代葡萄糖苷（glucosinolates）是一类含硫次级代谢产物，其水解产物异硫氰酸酯（isothiocyanates）如萝卜硫素（sulforaphane，SFN）因其在解毒致癌物质方面的强大作用而备受关注。当植物细胞完整性通过切割、咀嚼或研磨被机械破坏时，内源性黑芥子酶（myrosinase，β-硫代葡萄糖苷酶）与底物接触，催化硫代葡萄糖苷水解为腈类和异硫氰酸酯等生物活性化合物。萝卜硫素尤其以通过诱导II相解毒酶和清除ROS来调节氧化应激而闻名，从而有助于氧化稳态和抗衰老效应。

然而，从植物基质中高效提取生物活性植物化学物质是后续应用的关键前提。传统的提取技术如渗滤、索氏提取、振荡辅助提取和水蒸馏存在明显缺陷，包括使用有毒有机溶剂、高能耗、提取时间长以及高温可能降解热不稳定化合物。相比之下，超声辅助提取（UAE）等可持续提取技术已成为有前景的替代方案，通过声空化促进细胞破碎和质量传递，在最小化热降解的同时增强植物化学物质的释放。基于此，本研究旨在优化含水乙醇UAE从西兰花花球中提取硫代葡萄糖苷和萝卜硫素的工艺条件，并系统评估所得提取物的抗氧化能力和抗弹性蛋白酶活性，为其在化妆品领域的应用提供科学依据。

二、研究内容与主要技术方法

研究人员采用响应面法（response surface methodology，RSM）结合中心复合设计（central composite design，CCD），以乙醇浓度（0–100%）、提取温度（20–80 °C）和提取时间（20–60 min）为三个独立变量，共设计20组实验，以总硫代葡萄糖苷含量（TGC）为主要优化指标。提取物中萝卜硫素、萝卜硫苷和芸苔葡糖硫苷的定量采用超高效液相色谱-电喷雾电离-质谱联用（UPLC-ESI-MS）技术。抗氧化能力通过铁离子还原抗氧化能力（FRAP）、DPPH自由基清除和氧自由基吸收能力（ORAC）三种互补方法评估。抗弹性蛋白酶活性采用猪胰弹性蛋白酶和合成底物N-琥珀酰-Ala-Ala-Ala-对硝基苯胺（AAAPVN）进行体外抑制实验。西兰花样品购自加拿大新斯科舍省当地市场，经液氮速冻、冷冻干燥、研磨过筛（180 μm）后用于提取实验。

三、研究结果

3.1 提取条件优化与模型验证

CCD实验结果显示，TGC的范围为11.0至46.8 mg SE/g DW，在25%乙醇、41 °C、32 min的优化条件下获得最大产量。萝卜硫素含量范围为0.01至0.36 mg/g DW，在23.2%乙醇、36 °C、38 min时达到峰值，与TGC的最佳条件高度吻合。三维响应面图显示，TGC随低乙醇浓度和中等温度增加而升高，但过高水平导致下降，呈现二次关系。方差分析表明，乙醇浓度对TGC和萝卜硫素含量均具有高度显著影响（p < 0.05），而温度和时间的线性效应不显著。模型的R2值分别为93.97%（TGC）和89.13%（萝卜硫素），预测能力较强。在优化条件下，TGC的实际产量为36.6 ± 4.4 mg SE/g DW，与预测值46.6 mg SE/g DW存在一定差异。

3.2 不同提取方法比较

在七种提取方法中，25%乙醇UAE表现出最高的TGC（35.5 ± 1.26 mg SE/g DW），比甲醇基UAE高4至10倍。微波辅助提取（MAE）和天然低共熔溶剂（NADES）提取的TGC产量显著较低。UPLC-ESI-MS分析显示，25%乙醇UAE获得了最高的萝卜硫素产量（307 ± 0.83 μg/g DW）和萝卜硫苷回收量（13.6 ± 5.47 μg/g DW），均显著优于其他方法。芸苔葡糖硫苷含量在不同方法间差异显著，水浴提取（126 μg/g DW）、70%甲醇UAE（123 μg/g DW）和NADES（120 μg/g DW）表现出较高水平。常规提取方法（振荡和水浴）未能提取到可检测的萝卜硫素，表明能量辅助技术的必要性。

3.3 抗氧化能力评估

25%乙醇UAE提取物表现出最高的FRAP值（21.1 ± 2.5 μmol TE/g DW），与其最高的硫代葡萄糖苷和萝卜硫素含量一致。ORAC值在各提取物间无统计学显著差异（129–156 μmol TE/g DW），但25%乙醇UAE数值最高。值得注意的是，高极性溶剂（70–80%甲醇）提取物虽然FRAP值较低，却表现出更强的DPPH自由基清除活性，反映了溶剂极性导致的植物化学组成差异。

3.4 抗弹性蛋白酶活性

振荡辅助提取（73%甲醇，25 °C，1 h）表现出数值上最强的弹性蛋白酶抑制效力（IC₅₀ = 0.51 mg/mL，抑制率90.8%），紧随其后的是25%乙醇UAE（IC₅₀ = 0.86 mg/mL，抑制率62.6%），两者之间无统计学显著差异。纯萝卜硫素参比化合物的IC₅₀为0.96 mg/mL，处于最有效提取物的范围内。MAE提取物的抑制活性最弱（IC₅₀ = 7.05–9.04 mg/mL），可能与高能量输入导致的化合物降解有关。

四、讨论与结论

讨论部分指出，25%乙醇的优异提取性能归因于含水乙醇溶液的适中极性（极性指数约7.0），既能促进亲水性硫代葡萄糖苷的溶解，又能限制聚合物酚类和糖类的共提取。提取温度在约41 °C时通过降低溶剂粘度、增强细胞通透性和加速质量传递来提高提取效率，但超过50–60 °C会导致热不稳定硫代葡萄糖苷的降解和异构化。提取时间超过32 min后TGC显著下降，表明超声暴露超过提取-降解阈值后会产生不利影响。

与文献报道的其他十字花科提取物相比，本研究的西兰花提取物在弹性蛋白酶抑制方面表现出有竞争力的活性。水芹微芽提取物报道的弹性蛋白酶抑制率为79.8%，山萮菜根提取物为90.2%，与本研究中振荡辅助提取的西兰花提取物（90.8%）相当。此外，文献报道西兰花芽提取物可通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶信号级联来抑制颗粒物诱导的皮肤老化，西兰花花提取物可抑制UVB诱导的基质金属蛋白酶-1（MMP-1）表达，这些发现为西兰花提取物的抗衰老潜力提供了间接支持，但相关信号通路在本研究中未直接检测。

研究结论部分翻译如下：本研究首次系统评估了通过常规和可持续提取方法获得的富集硫代葡萄糖苷和萝卜硫素的西兰花提取物的抗氧化能力和弹性蛋白酶抑制活性。RSM确定25%乙醇、41 °C、32 min的UAE为最大化回收硫代葡萄糖苷及其水解产物萝卜硫素的最佳条件，并通过分光光度法和UPLC-ESI-MS分析进行了验证。25%乙醇UAE提取物同时表现出较强的体外抗氧化能力（FRAP、DPPH和ORAC）和有效的体外抗弹性蛋白酶活性，可能反映了硫代葡萄糖苷与共提取酚类化合物的互补贡献。与其他报道的提取方法相比，25%乙醇UAE同时提供了最高的TGC和萝卜硫素产量。这些结果支持含水乙醇UAE作为一种可持续且资源高效的提取技术，用于从西兰花花球中回收硫代葡萄糖苷和萝卜硫素，在天然健康产品、营养保健品和化妆品开发中具有潜在应用价值。然而，放大可行性仍有待验证，未来工作应评估中试或工业规模下的能耗、溶剂回收和产能等工艺指标。此外，这些发现基于体外实验，提取物表现出对猪胰弹性蛋白酶的抑制和抗氧化活性，但人体皮肤的抗衰老功效尚未确立，未来研究应关注工艺放大、提取物稳定性和货架期，以及抗弹性蛋白酶活性的体内验证。