短期采后UVB光照处理能够立即提高苋菜叶片中的酚类化合物含量、抗氧化活性以及抗炎潜力

《CyTA - Journal of Food》：Short-term postharvest UVB light treatment immediately enhances phenolic content, antioxidant activity, and anti-inflammatory potential of amaranth leaves

　　紫外光处理可快速提升苋菜叶槲皮素含量达53%，增强细胞抗氧化活性至67.81%并抑制NO生成47%，但过度处理会降解酚类物质。

　　本研究探讨了在收获后使用紫外线B（UVB）照射作为一种可持续策略，以提高叶菜类蔬菜的营养保健品品质，通过促进生物活性物质的积累。重点分析了在不同UVB照射时间下，对苋菜（Amaranthus spp.）叶片中的酚类物质含量、抗氧化能力和抗炎特性的影响。研究发现，经过7分钟的UVB照射（对应能量为5.04 kJ/m2），苋菜叶片中的总酚类物质含量显著增加，其中 rutin 成为主要的生物活性成分，其含量从2727.88 mg/kg 提升至4173.66 mg/kg，增幅达到53%。同时，细胞抗氧化活性（CAA）也达到了峰值，为67.81%。此外，在脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞中，一氧化氮（NO）的产生量减少了高达47%。然而，随着照射时间的延长，这些生物活性逐渐下降，可能是由于酚类物质的降解所致。

### 1. 引言

近年来，人们对植物来源的营养保健品表现出浓厚兴趣，尤其是水果、蔬菜、谷物、香料和农业副产品，因为它们富含（多）酚类物质，如类黄酮（如 rutin 和 quercetin），这些物质具有明确的抗氧化和抗炎效果。苋菜作为一种富含营养的绿叶蔬菜，因其含有高质量蛋白质、不饱和脂肪酸、强大的抗氧化能力和抗炎特性而受到关注。尤其在墨西哥，苋菜的叶片和籽粒被传统食用，其在饮食多样性和粮食安全方面具有重要的文化与营养价值。

研究表明，特定的植物生物活性物质，特别是酚类物质，可以调节氧化应激和炎症反应，从而对预防健康问题产生积极影响。苋菜中的一些化合物，如酚类物质、甜菜碱和类胡萝卜素，已被证明在体内和体外实验中具有抗氧化、抗炎及其他健康促进作用。因此，探索在收获后使用UVB照射来增强这些生物活性特性成为一项有前景的研究方向。

### 2. 材料与方法

#### 2.1 植物材料

本研究使用的苋菜品种为 Amaranthus hybridus var. Negra 1，采集自墨西哥奎尔特拉罗州的 CAETEC 实验田。该品种由专注于苋菜研究的植物生物学家 Dr. John Délano-Frier 捐赠。采集的样本为新鲜且年轻的叶片，长度约为16厘米。共采集了540克的苋菜叶片，每组UVB处理使用18克的叶片样本，每个处理重复三次。

#### 2.2 UVB照射处理

UVB照射实验在专门设计的UVB照射室中进行，实验条件基于之前的研究（Gastélum-Estrada et al., 2024）。表1列出了不同UVB照射时间的处理方案。每组实验使用18克叶片样本进行处理，照射过程中叶片被翻转以确保两面均受到均匀照射。该照射室的设计已通过验证，确保照射的均匀性。

照射后，样本在室温下静置5分钟，随后装入Ziploc袋中并在4°C下冷藏。最后，样本在60°C的烘箱中干燥15小时，并通过手动研磨处理成粉末。

#### 2.3 酚类物质提取与分析

为了提取酚类物质，取0.5克干燥的苋菜叶片组织，加入20毫升70%甲醇溶液。样品通过超声波均质器（IKA T25，德国）在13,500 rpm下均质化60秒，然后在5,000 rpm下离心12分钟（4°C）。上清液通过0.22 μm PES滤膜（Millex-GV，Merck Millipore，美国）过滤后进行色谱分析。该提取方法基于之前用于UV处理的植物组织和草莓副产品的方法（Villamil-Galindo et al., 2023）。

酚类物质的组成分析使用了超高效液相色谱-光电二极管阵列检测器（UHPLC-PDA）系统（Shimadzu Nexera X2，日本京都），配备C18色谱柱（Kinetex，250 mm × 4.6 mm，5 μm，Phenomenex）。流动相由溶剂A（含1%甲酸的水）和溶剂B（乙腈）组成。梯度程序为：0–30分钟内溶剂A的比例从90%降至75%，30–45分钟内进一步降至40%。流速为1.0 mL/min，温度保持在25°C。使用 rutin、香草酸、咖啡酸和对香豆酸作为标准品绘制校准曲线。总酚类物质含量通过各化合物浓度的总和计算，并以干重为单位报告为mg/kg。

#### 2.4 细胞培养

为了评估苋菜叶片提取物的细胞毒性，采用了MTT实验，使用了两种细胞系：RAW 264.7和Caco-2。细胞在DMEM高葡萄糖或DMEM/F12培养基中培养，均补充10%血清。培养环境为37°C，5% CO?的恒温培养箱，每48小时传代一次。当细胞达到汇合状态时，将其以1.5 × 10?至2 × 10?个细胞/孔的密度接种于96孔板中。24小时后，使用稀释后的苋菜提取物（1:20至1:300）处理细胞24小时。随后，将培养基更换为含5 mg/mL MTT试剂的培养基，并在37°C下孵育2–3小时。孵育结束后，使用二甲基亚砜（DMSO）溶解甲臜晶体，并在570 nm处使用酶标仪（ThermoScientific，美国）测量吸光度。实验数据以未处理样本为对照进行标准化处理。基于实验结果，选择了1:60的稀释比例用于RAW 264.7细胞，1:20的稀释比例用于Caco-2细胞。所有测试浓度均未导致细胞活力低于80%，因此未计算IC50值。后续生物实验使用非细胞毒性浓度的提取物进行，以确保准确测量抗氧化和抗炎活性。

#### 2.5 数据分析

所有数据使用Minitab软件（版本19.2020.1.0）进行处理和分析。采用方差分析（ANOVA）和Fisher最小显著差（LSD）方法，以p值<0.05为显著性标准。

### 3. 结果与讨论

#### 3.1 植物化学组成

表2显示，rutin 是苋菜叶片样本中主要的酚类化合物。rutin 是一种常见的膳食类黄酮，因其多种健康益处而被视为有前景的营养保健品成分，包括抗氧化、抗炎、抗菌、抗真菌、抗癌和抗糖尿病作用。它还表现出神经保护、心血管保护、肝肾保护和血液保护等特性，并可能在预防关节炎和寄生虫感染方面发挥作用。

在本研究中，rutin 的浓度范围为2.73至4.17克/千克干重，这与Coelho等人（2018）在苋菜植物中报道的rutin浓度范围（0.08至24.5克/千克）相一致。rutin 的含量在不同处理间显著变化，且在不同苋菜种类和品种中，A. hybridus 和 A. cruentus 通常表现出最高的rutin浓度（Kalinova & Dadakova, 2009）。

UVB照射显著提高了rutin的浓度，其中7分钟的照射（对应5.04 kJ/m2）使rutin浓度达到最高（4173.66 mg/kg）。这一结果支持了先前的研究发现，即UVB辐射可以通过改变与苯丙烷途径相关的基因表达，刺激类黄酮（包括rutin）的生物合成（Jacobo-Velázquez et al., 2022；Rai et al., 2021）。例如，Lima等人（2023）报告称，UVB是促进微番茄植株中rutin生成的最有效光类型。同样，Endo等人（2022）观察到在连续UVB照射下，生菜的rutin浓度增加。

尽管有研究表明，通过诱因方法可以增加叶菜中的rutin和总类黄酮含量，但通常需要重复应用和较长的生长周期（Choudhary et al., 2021）。此外，通过控制光谱生长环境（如蓝光或UVA增强环境）也能促进类黄酮的生物合成，但这些方法涉及长期暴露且能耗较高（Neugart & Schreiner, 2018）。

与之形成对比的是，酚酸类物质（如3-香草酸、香草酸和咖啡酸）在不同处理间的浓度变化不一致，表明UVB辐射主要影响类黄酮的生物合成，而非酚酸。然而，香草酸在T9（110.50 mg/kg）时显著增加，与未处理样本（T0，6.88 mg/kg）相比。咖啡酸的浓度在T2（426.74 mg/kg）和T9（425.35 mg/kg）时均高于未处理样本（398.87 mg/kg）。这些增加可能表明UVB照射可能通过促进某些酚酸的生物合成或释放，作为压力诱导代谢反应的一部分。

值得注意的是，过量的UVB照射可能导致植物出现遗传、生理和生化损伤，包括光合作用的干扰（Nocchi et al., 2020）。这种压力反应可能解释了在较长照射时间下（如T8和T9）rutin浓度的下降。因此，研究结果表明，短时间的UVB照射可以有效增强苋菜叶片的类黄酮含量，特别是rutin，同时避免因过长照射时间可能带来的负面影响。

#### 3.2 细胞抗氧化能力（CAA）

图1展示了不同UVB照射时间下苋菜叶片提取物的细胞抗氧化能力（CAA）。结果显示，CAA值从未处理样本（36.43%）逐渐上升，达到3.3分钟（46.75%）和7分钟（67.81%）的峰值，随后在10分钟时迅速下降至11.82%。这种变化趋势表明，适度的UVB照射可以增强抗氧化物质如rutin的生物合成，但过长的照射时间可能导致这些物质的降解。

CAA值的提升与rutin浓度的增加密切相关，这进一步证明了UVB照射在收获后作为生物强化策略的潜力。在其他研究中，如Park等人（2025）的研究中，rutin的存在被证明对野生迷迭香提取物的抗氧化、抗菌和抗炎活性有贡献，表明酚酸和类黄酮之间的协同作用对生物活性至关重要。

此外，UVB照射可能通过调节氧化应激的分子机制，对植物来源化合物的抗癌潜力产生影响。例如，研究表明，sanguinarine（一种苯并菲啶类生物碱）可以通过增加细胞内活性氧（ROS）水平和破坏氧化还原平衡，诱导肺癌细胞凋亡（Ullah et al., 2024）。尽管本研究主要关注抗氧化反应，但观察到的特定酚类物质的增加可能暗示了分子靶点的重叠。这与越来越多的证据一致，即膳食酚类物质可能通过抗氧化和促氧化途径对健康产生保护作用，具体取决于细胞环境。

#### 3.3 一氧化氮（NO）生成量的测量

图2展示了不同UVB照射时间下苋菜叶片提取物对一氧化氮（NO）生成的抑制作用。结果显示，在7分钟的UVB照射下，NO生成量减少了47%，显著高于未处理样本（p<0.05）。NO的抑制呈现出双相模式，从未处理样本（34%）逐渐上升至3.3分钟（39%），并在7分钟时达到峰值，随后在10分钟时显著下降至16%。这种下降趋势与酚类物质含量的减少一致，表明过长的UVB照射可能导致生物活性物质的光化学降解。

酚酸类物质如香草酸和咖啡酸在T2和T9时浓度升高，已被报道可以通过调节关键信号通路，如下调诱导型一氧化氮合酶（iNOS），表现出抗炎效果（Chen, 2024）。咖啡酸能够抑制促炎细胞因子的表达和iNOS活性，从而减少激活巨噬细胞中的NO生成（Yu et al., 2024）。此外，香草酸具有强大的自由基清除能力，并已被证明可以抑制炎症介质（Liu et al., 2025）。这些机制表明，7分钟UVB照射下显著的NO抑制可能源于多种酚类物质的协同作用，而非单独归因于rutin。

研究表明，这些化合物之间的相互作用可能改变其单独的活性，如在rutin与酚酸共同作用的研究中，发现它们在免疫调节方面具有加性或协同效应（García-Lafuente et al., 2014）。因此，本研究的结果表明，适度的UVB照射可以增强苋菜叶片的抗炎潜力，而过量的照射可能导致生物活性下降，因为生物活性物质的降解。

此外，酚类物质的降解可能导致形成反应性中间体，干扰细胞的氧化还原信号，进一步影响其功能作用。这些结构变化可能破坏维持自由基清除或金属螯合活性的共轭系统，从而削弱化合物的生物效能（Soobrattee et al., 2005）。类似地，最近的代谢组学研究使用LC-MS/MS技术对特定酚类物质与生物活性之间的关系进行了全面分析。例如，在Glochidion velutinum中，富含类黄酮的组分与对癌细胞系的细胞毒性相关，强调了次生代谢产物在抗氧化能力之外的功能作用（Shah et al., 2022）。

这些结果强调了rutin和咖啡酸等特定酚类物质在观察到的生物活性（如NO抑制和细胞抗氧化能力）中的关键作用。这也表明，UVB处理的苋菜叶片在更广泛的健康应用中，如抗癌策略，具有潜在价值，值得进一步探索。

### 4. 结论

本研究显示，短时间的收获后UVB照射显著提高了苋菜叶片中的酚类物质含量、抗氧化能力和抗炎潜力，其中rutin被确认为主要的生物活性成分。7分钟的照射（对应4.2 kJ）产生了最高的生物活性（抗氧化和抗炎），并且与工业规模流程相容，使其成为一种实用且低成本的生物强化策略。

UVB处理的苋菜叶片可用于功能性食品产品，如苋菜面粉或补充剂。然而，过长的照射时间会降低生物活性，因此需要优化处理参数。为了推动工业应用，进一步研究应评估感官特性（如颜色、质地、味道）、储存稳定性以及消费者接受度。此外，还需考虑不同地区的法规要求。尽管存在这些挑战，本研究支持将UVB照射作为一种增强绿叶蔬菜营养价值的可行工具，实现可扩展和可持续的提升。