Bron en route van pyrrolizidine alkaloïde besmetting in thee monsters
Summary
Het huidige protocol beschrijft de besmetting van pyrrolizidine alkaloïden (PA’s) in theemonsters van PA-producerend onkruid in theetuinen.
Abstract
Giftige pyrrolizidine-alkaloïden (PA’s) worden aangetroffen in theemonsters, die een bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid. De bron en route van PA-besmetting in theemonsters zijn echter onduidelijk gebleven. In dit werk werd een adsorberende methode in combinatie met UPLC-MS/MS ontwikkeld om 15 PA’s te bepalen in het onkruid Ageratum conyzoides L., A. conyzoides rhizospherische grond, verse theebladeren en gedroogde theemonsters . De gemiddelde terugvorderingen varieerden van 78% -111%, met relatieve standaardafwijkingen van 0,33% -14,8%. Vijftien paar A. conyzoides en A. conyzoides rhizosferische bodemmonsters en 60 verse theebladmonsters werden verzameld uit de Jinzhai-theetuin in de provincie Anhui, China, en geanalyseerd voor de 15 PA’s . Niet alle 15 PA’s werden gedetecteerd in verse theebladeren, behalve intermedine-N-oxide (ImNO) en senecionine (Sn). Het gehalte aan ImNO (34,7 μg/kg) was groter dan dat van Sn (9,69 μg/kg). Bovendien waren zowel ImNO als Sn geconcentreerd in de jonge bladeren van de theeplant, terwijl hun gehalte lager was in de oude bladeren. De resultaten gaven aan dat de PA’s in thee werden overgedragen via het pad van PA-producerend onkruid-grond-verse theebladeren in theetuinen.
Introduction
Als secundaire metabolieten beschermen pyrrolizidine-alkaloïden (PA’s) planten tegen herbivoren, insecten en ziekteverwekkers 1,2. Tot nu toe zijn meer dan 660 PA’s en PA-N-oxiden (PANO’s) met verschillende structuren gevonden in meer dan 6.000 plantensoorten wereldwijd 3,4. PA-producerende planten komen vooral voor in de families Asteraceae, Boraginaceae, Fabaceae en Apocynaceae 5,6. PA’s worden gemakkelijk geoxideerd tot onstabiele dehydropyrrolizidine-alkaloïden, die een sterke elektrofielheid hebben en nucleofielen zoals DNA en eiwitten kunnen aanvallen, wat resulteert in levercelnecrose, veneuze occlusies, cirrose, ascites en andere symptomen 7,8. Het belangrijkste doelorgaan van PA-toxiciteit is de lever. PA’s kunnen ook long-, nier- en andere orgaantoxiciteit en mutagene, carcinogene en ontwikkelingstoxiciteit veroorzaken 9,10.
Gevallen van menselijke en dierlijke vergiftiging zijn in veel landen gemeld door de inname van traditionele kruiden, supplementen of thee die PA’s bevatten of de indirecte besmetting van voedingsmiddelen zoals melk, honing of vlees (giftig door inname van weidegrond die PA’s bevat)11,12,13. De bevindingen van de Europese Autoriteit voor voedselveiligheid (EFSA) geven aan dat stoffen zoals (kruiden)thee een belangrijke bron van menselijke blootstelling aan PA’s/PANO’szijn 14. Theemonsters produceren geen PA’s, terwijl PA-producerende planten vaak worden aangetroffen in theetuinen (bijv. Emilia sonchifolia, Senecio angulatus es Ageratum conyzoides)15. Eerder werd vermoed dat de thee tijdens het plukken en verwerken besmet kon zijn met PA’s uit hun producerende fabrieken. PA’s werden echter ook gedetecteerd in sommige met de hand geplukte theebladeren (d.w.z. geen PA-producerende planten), wat suggereert dat er andere routes of bronnen van besmetting moeten zijn16. Een co-teeltexperiment van jakobskruiskruid (Senecio jacobaea) met melissa (Melissa officinalis), pepermunt (Mentha piperita), peterselie (Petroselinum crispum), kamille (Matricaria recutita) en nasturtium (Tropaeolum majus) planten werd uitgevoerd, en de resultaten toonden aan dat PA’s werden gedetecteerd in al deze planten17. Er is geverifieerd dat PA’s inderdaad worden overgedragen en uitgewisseld tussen levende planten via bodem18,19. Van Wyk et al.20 vonden dat rooibosthee (Aspalathus linearis) ernstig verontreinigd was op onkruidrijke locaties en PA’s van hetzelfde type en dezelfde verhouding bevatte. Er werden echter geen PA’s gedetecteerd in rooibosthee op onkruidvrije locaties.
Op dit moment wordt ultra-high performance vloeistofchromatografie tandem massaspectrometrie (UPLC-MS/MS) met hoge selectiviteit en gevoeligheid op grote schaal gebruikt bij de kwalitatieve en kwantitatieve analyse van PA’s in landbouwproducten en levensmiddelen21,22. De monsterbehandelingsmethode bestaat meestal uit vaste fase extractie (SPE) of de QuEChERS (Quick Easy Cheap Effective Rugged Safe) reiniging van complexe voedselmatrices extracten, die de hoogst mogelijke gevoeligheid12,19 kunnen verkrijgen. Robuuste analysemethoden die de detectie en kwantificering van PA’s in complexe matrices zoals aarde, onkruid en verse theebladeren mogelijk maken, ontbreken echter nog steeds.
Deze studie analyseerde 15 PA’s in gedroogde theemonsters, verse theebladeren, onkruid en onkruid rhizosferische bodemmonsters met UPLC-MS / MS in combinatie met een adsorberende zuiveringsmethode. Bovendien werden 15 gepaarde onkruid- en onkruid rhizosferische bodemmonsters en 60 verse theebladmonsters verzameld van vijf bemonsteringslocaties in de Jinzhai-theetuin in de provincie Anhui, China, en werden geanalyseerd op 15 PA’s. Deze resultaten kunnen een onderzoeksmethode en enige informatie over de bron en route van PA’s (verontreiniging) in theemonsters opleveren om de kwaliteit en veiligheid van thee te waarborgen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het huidige werk was bedoeld om een effectieve, gevoelige methode te ontwikkelen om de besmettingsroutes en bronnen van PA’s in theemonsters te onderzoeken, evenals de distributie van PA’s in verschillende delen van de theeplanten. In deze studie werden echter slechts 15 PA’s met succes gescheiden op de chromatografische kolom, wat een zeer klein aantal is in vergelijking met het grote aantal alkaloïden in plantensoorten 3,4. Dit had niet alleen te maken met de …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Scientific Foundation of China (32102244), het National Agricultural Products Quality and Safety and Risk Assessment Project (GJFP2021001), de Natural Scientific Foundation of Anhui Province (19252002) en de USDA (HAW05020H).
Materials
| Acetonitrile (99.9%) | Tedia Company,Inc. | 21115197 | CAS No:75-05-8 |
| Ammonia (25%-28%) | Wuxi Zhanwang Chemical Reagent Co., Ltd. | 181210 | CAS No:1336-21-6 |
| Ammonium formate (97.0%) | Anpel Laboratory Technoiogies (shanghai) | G0860050 | CAS No:540-69-2 |
| Carbon-GCB | CNW | B7760030 | 120-400 MESH, 10g. per box |
| Centrifuge Z 36 HK | HERMLE | Z36HK | 30000 rpm (min:10 rpm), Dimensions (W x H x D): 71.5 cm× 42 cm × 51 cm |
| Commercially available tea product | Lvming, Qingshan, Luyuchun, Changling, Huixing, Wuyunjian, Heshengchun | loose tea | Green tea |
| Europine N-oxid (EuNO) (98.0%) | BioCrick | 323256 | CAS No:65582-53-8 |
| Europine (Eu) (98.0%) | BioCrick | 98222 | CAS No:570-19-4 |
| Formate (98.0%) | Aladdin | E2022005 | CAS No:64-18-6 |
| HC-C18 | CNW | D2110060 | 40-63 μm,100g.per box |
| Heliotrine (He) (98.0%) | BioCrick | 906426 | CAS No:303-33-3 |
| Heliotrine-N-oxide (HeNO) (98.0%) | BioCrick | 22581 | CAS No:6209-65-0 |
| High speed centrifuge TG16-WS | cence | 203158000 | Max:16000 r/min, 330 × 390 × 300 mm (L × W × H), Capacity: 6 × 50 mL |
| HSS T3 column | Waters | 186004976 | ACQUITY UPLC HSS T3 (2.1 × 100 mm 1.8 μm) |
| Intermedine (Im) (98.0%) | BioCrick | 114843 | CAS No:10285-06-0 |
| Intermedine-N-oxide (ImNO) (98.0%) | BioCrick | 340066 | CAS No:95462-14-9 |
| Jacobine (Jb) (98.0%) | BioCrick | 132282048 | CAS No:6870-67-3 |
| Jacobine-N-oxide (JbNO) (98.0%) | ChemFaces | CFN00461 | CAS No:38710-25-7 |
| Methyl Alcohol (99.9%) | Tedia Company,Inc. | 21115100 | CAS No:67-56-1 |
| PSA | Agela | P19-00833 | 40-60 μm, 60 Å 100g.per box |
| Retrorsine (Re) (98.0%) | BioCrick | 5281743 | CAS No:480-54-6 |
| Retrorsine-N-oxide (ReNO) (98.0%) | BioCrick | 5281734 | CAS No:15503-86-3 |
| Senecionine (Sc) (98.0%) | BioCrick | 5280906 | CAS No:130-01-8 |
| Senecionine-N-oxide (ScNO) (98.0%) | BioCrick | 5380876 | CAS No:13268-67-2 |
| Seneciphylline N-oxid (SpNO) (98.0%) | BioCrick | 6442619 | CAS No:38710-26-8 |
| Seneciphylline (Sp) (98.0%) | BioCrick | 5281750 | CAS No:480-81-9 |
| Senkirkine (Sk) (98.0%) | BioCrick | 5281752 | CAS No:2318-18-5 |
| SPE PCX | Agilent Technologies | 12108206 | Cation Mixed Mode, 6 mL |
| Sulfuric acid (97%) | Wuxi Zhanwang Chemical Reagent Co., Ltd. | 1003019 | CAS No:7664-93-9 |
| Trisodium citrate | Sinpharm Chemical Reagent Co., Ltd. | 20121009 | CAS No:6132-04-3 |
| Ultrasonic cleaner | Supmile | KQ-600B | Inner slot size: 500 × 300 × 150 mm; Capacity: 22.5 L |
| UPLC-xevoTQMS | Waters | ZPLYY-003 | Triple four-stage rod mass analyzer, Waters Alliance 2695/Waters ACQUITY UPLC Liquid Phase System |
| Water bath thermostat oscillator | Guoyu instrument | SHY-2AHS | Oscillation times: 60-300 times/min, Constant temperature range: room temperature to 100 °C |
Referencias
- Schramm, S., Kohler, N., Rozhon, W. Pyrrolizidine alkaloids: Biosynthesis, biological activities and occurrence in crop plants. Molecules. 24 (3), 498 (2019).
- EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM). Scientific opinion on pyrrolizidine alkaloids in food and feed. EFSA Journal. 9 (11), 134 (2011).
- Ma, C., et al. Determination and regulation of hepatotoxic pyrrolizidine alkaloids in food: A critical review of recent research. Food and Chemical Toxicology. 119, 50-60 (2018).
- Keuth, O., Humpf, H. U., Fürst, P., Melton, L., Shahidi, F., Varelis, P. Pyrrolizidine Alkaloids: Analytical Challenges. Encyclopedia of Food Chemistry. 1, 348-355 (2019).
- Huang, D. Y., et al. Pyrrolizidine alkaloids and its source analysis in tea. Journal of Food Safety & Quality. 9 (2), 229-236 (2018).
- Liang, A. H., Ye, Z. G. General situation of the toxicity researches on Senecio. China Journal of Chinese Materia Medica. 31 (2), 93-97 (2006).
- Li, Y. H., et al. Proteomic study of pyrrolizidine alkaloid-induced hepatic sinusoidal obstruction syndrome in rats. Chemical Research in Toxicology. 28 (9), 1715-1727 (2015).
- Jia, Z. J., et al. Catalytic enantioselective synthesis of a pyrrolizidine-alkaloid-inspired compound collection with antiplasmodial activity. The Journal of Organic Chemistry. 83, 7033-7041 (2018).
- Yang, M., et al. First evidence of pyrrolizidine alkaloid N-oxide-induced hepatic sinusoidal obstruction syndrome in humans. Archives of Toxicology. 91 (12), 3913-3925 (2017).
- Chen, Z., Huo, J. R. Hepatic veno-occlusive disease associated with toxicity of pyrrolizidine alkaloids in herbal preparations. Netherlands Journal of Medicine. 68 (6), 252-260 (2010).
- Mattocks, A. R. . Chemistry and Toxicology of Pyrrolizidine Alkaloid. , (1986).
- Picron, J. F., Herman, M., Van Hoeck, E., Goscinny, S. Analytical strategies for the determination of pyrrolizidine alkaloids in plant based food and examination of the transfer rate during the infusion process. Food Chemistry. 266, 514-523 (2018).
- Kowalczyk, E., Kwiatek, K. Application of the sum parameter method for the determination of pyrrolizidine alkaloids in teas. Food Additives & Contaminants: Part A. 37 (4), 622-633 (2020).
- EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM). Risks for human health related to the presence of pyrrolizidine alkaloids in honey, tea, herbal infusions and food supplements. EFSA Journal. 15 (7), 04908 (2017).
- Han, H., et al. Pyrrolizidine alkaloids in tea: A review of analytical methods, contamination levels and health risk. Food Science. 42 (17), 255-266 (2021).
- Nowak, M., et al. Interspecific transfer of pyrrolizidine alkaloids: An unconsidered source of contaminations of phytopharmaceuticals and plant derived commodities. Food Chemistry. 213, 163-168 (2016).
- Selmar, D., et al. Transfer of pyrrolizidine alkaloids between living plants: A disregarded source of contaminations. Environmental Pollution. 248, 456-461 (2019).
- Izcara, S., et al. Miniaturized and modified QuEChERS method with mesostructured silica as clean-up sorbent for pyrrolizidine alkaloids determination in aromatic herbs. Food Chemistry. 380, 132189 (2022).
- Izcara, S., Casado, N., Morante-Zarcero, S., Sierra, I. A miniaturized QuEChERS method combined with ultrahigh liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry for the analysis of pyrrolizidine alkaloids in oregano samples. Foods. 9 (9), 1319 (2020).
- Van Wyk, B. E., Stander, M. A., Long, H. S. Senecio angustifolius as the major source of pyrrolizidine alkaloid contamination of rooibos tea (Aspalathus linearis). South African Journal of Botany. 110, 124-131 (2017).
- Johnson, A. E., Molyneux, R. J., Merrill, G. B. Chemistry of toxic range plants. Variation in pyrrolizidine alkaloid content of Senecio, Amsinckia, and Crotalaria species. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 33 (1), 50-55 (1985).
- Vrieling, K., de Vos, H., van Wijk, C. A. M. Genetic analysis of the concentrations of pyrrolizidine alkaloids in Senecio jacobaea. Phytochemistry. 32 (5), 1141-1144 (1993).
- Han, H. L., et al. Development, optimization, validation and application of ultra high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry for the analysis of pyrrolizidine alkaloids and pyrrolizidine alkaloid N-oxides in teas and weeds. Food control. 132, 108518 (2022).
- Bodi, D., et al. Determination of pyrrolizidine alkaloids in tea, herbal drugs and honey. Food Additives & Contaminants: Part A. 31 (11), 1886-1895 (2014).
- European Union Commission. Commission Regulation (EU) 2020/2040 of 11 December 2020 amending Regulation (EC) No 1881/2006 as regards maximum levels of pyrrolizidine alkaloids in certain foodstuffs. Official Journal of the European Union. 14 (12), 1-4 (2020).
