《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》：In vitro antioxidant properties of modified cassava flour and its untargeted metabolomics
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本研究通过DPPH、ABTS、FRAP和β-胡萝卜素褪色法评估改性木薯粉的抗氧化活性，发现乙醚萃取部分总酚含量达25.83 mg GAE/g，抗氧化活性达76.71%，LC-HRMS鉴定出scopoletin、scopoline等具有抗氧化作用的活性成分。
作者名单：Yuniar Khasanah、Anastasia Wheni Indraningsih、Agnes Murdiati、Priyanto Triwitono
印度尼西亚日惹加查马达大学（Universitas Gadjah Mada）农业技术学院，邮编55281
摘要
糖尿病的发病率正在上升，这促使人们尽可能多地利用生物资源。由于黄肉木薯含有多种生物活性成分，因此被视为功能性食品来源和潜在的抗氧化剂。本研究的目的是评估改良木薯粉的抗氧化特性。通过2,2-二苯基-1-吡啶基肼（DPPH）测定法、2,2-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）测定法、β-胡萝卜素漂白法以及铁还原抗氧化能力（FRAP）测定法来评估提取物和各组分的抗氧化性能。同时研究了总酚含量（TPC）和生物活性化合物。结果显示，改良木薯粉的总酚含量范围为5.46 mg GAE/g至25.83 mg GAE/g；抗氧化活性分别为：DPPH测定法7.59%–32.55%、ABTS测定法17.91 mg TE/g–45.22 mg TE/g、FRAP测定法0.05 mmol Fe(II)/g–0.51 mmol Fe(II)/g；β-胡萝卜素漂白法60.29%–76.71%。利用液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）进行非靶向代谢组学分析发现，某些生物活性化合物具有抗氧化潜力，如2-茴香酸、7-羟基-6-甲氧基-2H-chromen-2-one（scopoletin）、7-甲氧基-6-[(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)氧杂-2-yl]氧基]-2H-chromen-2-one（scopoline）、norharman、α,α-海藻糖和α-Eleostearic酸。
引言
木薯（Manihot esculenta Crantz）的根部主要由碳水化合物组成，是重要的能量来源，其热量价值仅次于大米和玉米。全球有超过5亿人以木薯为主食，尤其是在发展中国家。木薯是全球第四大主要农作物，仅次于大米、小麦和玉米，对粮食安全至关重要（Mtunguja等，2019）。木薯在粮食安全和经济发展中具有优势，因为它能在贫瘠土壤中生长，并在极端条件下仍能获得高产量（Kareem等，2023；Effa等，2024）。木薯根部作为主要储藏器官，含有白色和黄色肉质。黄肉木薯因其营养成分和生物活性成分而具有多种健康益处，富含氨基酸及其衍生物等初级代谢物，这些物质对多种生理功能至关重要。黄肉木薯还含有黄酮类和吲哚类衍生物（Xiao等，2021），它们具有抗氧化作用，能清除活性氧（ROS）和活性氮物种（RNS），通过抑制炎症介质的释放和调节信号通路来减轻炎症（Chen等，2019）。黄肉木薯中的次级代谢物包括苯丙素类、黄酮类、生物碱、类胡萝卜素和多酚类以及香豆素，同时还含有维生素及其衍生物（Xiao等，2021）。类胡萝卜素、多酚和香豆素以其抗氧化作用而闻名（Kareem等，2022；Antika等，2022）。作为抗氧化剂或植物化学抗氧化剂，这些成分具有多种作用，如预防慢性非传染性疾病（NCDs）和通过减缓块茎降解延长保质期（Kareem等，2022；Ghasemzadeh，2012）。木薯通常被加工成面粉、淀粉或改良木薯粉。通过发酵等改良方法可以延长木薯的保质期并增加营养成分，尤其是蛋白质（Khasanah等，2023）。在发展中国家，木薯传统上通过发酵和非发酵方式加工成多种产品，如gari、fufu和未发酵面粉。针对黄肉木薯根制成的fufu、lafun和gari的体外研究表明，它们具有显著的淀粉消化酶抑制活性（如α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）以及抗氧化活性（Kareem等，2022）。使用发酵方法从白肉木薯品种制成的改良木薯粉（Mocaf）也含有酚类和抗氧化活性（Khasanah等，2023）。
植物代谢组学被广泛用于分析特定条件下的代谢物，不仅对植物生长、发育和适应至关重要，还提供了人类所需的大部分营养素，无论是直接还是间接的。木薯的代谢组学研究有助于了解其生化多样性、营养价值、对各种压力的耐受性、采后根部的生理变化，并确定选定的木薯品系的化学类型和潜在育种资源（Xiao等，2021；Drapal等，2019）。代谢组学分析使用的分析仪器和技术包括核磁共振（NMR）和高分辨率质谱（HRMS）（Utpott等，2022）。非靶向代谢组学分析利用LC-HRMS能够全面分析代谢物，具有极高的灵敏度、选择性和准确性（Rafi等，2023）。
目前尚未对改良木薯粉的植物化学成分进行系统研究，大多数研究主要集中在物理化学性质、感官特性、微生物特性以及作为抗氧化剂和淀粉消化酶抑制剂的活性上（Mauroh等，2023；Wulandari等，2021；Khasanah等，2021；Kareem等，2022）。因此，本研究旨在利用非靶向代谢组学方法检测和分析改良木薯粉提取物及其组分的代谢谱及其抗氧化活性。
材料
本研究中使用的黄肉木薯品种为印度尼西亚中爪哇省Boyolali地区的Bokor品种。实验前，木薯的预处理方法参照以往的研究（Khasanah等，2023a）。用于表征的化学试剂包括2,2-二苯基-1-吡啶基肼（Sigma）、2,2-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（Sigma）、Trolox（Sigma）、2,4,6-三吡啶基-1,3,5-三嗪（Sigma）、硫酸亚铁（Merck）、甲醇（Merck）和没食子酸（Sigma）。
结果
本研究通过甲醇浸提法获得改良木薯粉的提取物。使用有机溶剂提取植物可获得高产量的生物活性化合物，如黄酮类和多酚类，这些成分有助于抗氧化作用（Okoro，2020）。改良木薯粉提取物及其各组分的产量见表1。由于己烷的非极性特性，其提取效率较高。
结论
研究表明，溶剂分馏和非靶向LC-HRMS分析能够揭示改良木薯粉的抗氧化特性和独特的代谢组成。乙酸乙酯组分具有最高的总酚含量（25.83 mg GAE/g），并在DPPH、ABTS、FRAP和β-胡萝卜素漂白测试中表现出优异的抗氧化活性。这表明极性溶剂能提取酚类抗氧化剂。非靶向LC-HRMS分析鉴定出scopoletin、scopoline等生物活性物质。
作者贡献声明
Yuniar Khasanah： 撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、实验设计、数据分析。
Priyanto Triwitono： 撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、概念构建。
Agnes Murdiati： 撰写 – 审稿与编辑、概念构建。
Anastasia Wheni Indraningsih： 撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法设计、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
数据获取
数据可应要求提供。
致谢
作者衷心感谢加查马达大学农业学院（FTP – UGM）和印度尼西亚国家研究与创新机构（BRIN）提供的资助，以及日惹先进表征实验室（National Research and Innovation Agency, Yogyakarta）在科学和技术方面的支持（通过BRIN的科学服务：
https://elsa.brin.go.id/
