Источник и путь загрязнения алкалоидами пирролизидина в образцах чая
Summary
В настоящем протоколе описывается контаминация пирролизидиновыми алкалоидами (ПА) в образцах чая из сорняков, продуцирующих ПА, на чайных плантациях.
Abstract
В образцах чая обнаружены токсичные пирролизидиновые алкалоиды (ПА), которые представляют угрозу для здоровья человека. Однако источник и путь загрязнения ПА в образцах чая остались неясными. В данной работе был разработан метод адсорбента в сочетании с UPLC-MS/MS для определения 15 PA в корневищной почве сорняков Ageratum conyzoides L., A. conyzoides, свежих чайных листьях и образцах сушеного чая. Среднее выздоровление варьировало от 78% до 111% с относительными стандартными отклонениями 0,33%-14,8%. Пятнадцать пар образцов ризосферной почвы A. conyzoides и A. conyzoides и 60 образцов свежего чайного листа были собраны в чайном саду Цзиньчжай в провинции Аньхой, Китай, и проанализированы на наличие 15 ПА. Не все 15 PA были обнаружены в свежих чайных листьях, за исключением интермедина-N-оксида (ImNO) и сенеционина (Sn). Содержание ImNO (34,7 мкг/кг) было больше, чем Sn (9,69 мкг/кг). Кроме того, и ImNO, и Sn были сосредоточены в молодых листьях чайного растения, в то время как их содержание было ниже в старых листьях. Результаты показали, что ПА в чае переносились по пути сорняков, продуцирующих ПА, почвы и свежих чайных листьев в чайных садах.
Introduction
В качестве вторичных метаболитов пирролизидиновые алкалоиды (ПА) защищают растения от травоядных, насекомых и патогенов 1,2. На сегодняшний день более 660 PA и PA-N-оксидов (PANO) с различной структурой были обнаружены в более чем 6,000 видах растений по всему миру 3,4. Растения, продуцирующие ПА, в основном встречаются в семействах Asteraceae, Boraginaceae, Fabaceae и Apocynaceae 5,6. ПА легко окисляются до нестабильных алкалоидов дегидропирролизидина, которые обладают сильной электрофильностью и могут атаковать нуклеофилы, такие как ДНК и белки, что приводит к некрозу клеток печени, венозным окклюзиям, циррозу, асциту и другим симптомам 7,8. Основным органом-мишенью токсичности ПА является печень. ПА также могут вызывать токсичность легких, почек и других органов, а также мутагенную, канцерогенную токсичность и токсичность для развития 9,10.
Во многих странах сообщалось о случаях отравления людей и животных в результате употребления в пищу традиционных трав, добавок или чаев, содержащих ПА, или косвенного загрязнения пищевых продуктов, таких как молоко, мед или мясо (токсичных при употреблении в пищу пастбищ, содержащих ПА)11,12,13. Результаты Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA) указывают на то, что такие вещества, как (травяной) чай, являются важным источником воздействия на человека PA/PANO14. Образцы чая не производят ПА, тогда как растения, продуцирующие ПА, обычно встречаются в чайных садах (например, Emilia sonchifolia, Senecio angulatus и Ageratum conyzoides)15. Ранее подозревалось, что чай может быть загрязнен PA с заводов-производителей во время сбора и переработки. Тем не менее, ПА также были обнаружены в некоторых собранных вручную чайных листьях (т.е. без растений, продуцирующих ПА), что позволяет предположить, что должны существовать другие пути или источники загрязнения16. Был проведен эксперимент по совместному выращиванию растений полыни (Senecio jacobaea) с мелиссой (Melissa officinalis), мятой перечной (Mentha piperita), петрушкой (Petroselinum crispum), ромашкой (Matricaria recutita) и настурцией (Tropaeolum majus), и результаты показали, что ПА были обнаружены во всех этих растениях17. Было подтверждено, что ПА действительно передаются и обмениваются между живыми растениями через почву18,19. Van Wyk et al.20 обнаружили, что чай ройбуш (Aspalathus linearis) был сильно загрязнен на участках, богатых сорняками, и содержал ПА того же типа и пропорции. Тем не менее, ПА не были обнаружены в чае ройбуш на участках, свободных от сорняков.
В настоящее время тандемная масс-спектрометрия со сверхвысокой эффективностью жидкостной хроматографии (UPLC-MS/MS) с высокой селективностью и чувствительностью широко используется в качественном и количественном анализе ПА в сельскохозяйственной продукции и пищевых продуктах21,22. Метод обработки образцов обычно состоит либо из твердофазной экстракции (SPE), либо из очистки QuEChERS (Quick Easy Cheap Effective Rugged Safe) сложных экстрактов пищевых матриц, которые позволяют получить максимально возможную чувствительность12,19. Однако надежные аналитические методы, позволяющие обнаруживать и количественно определять ПА в сложных матрицах, таких как почва, сорняки и свежие чайные листья, по-прежнему отсутствуют.
В этом исследовании было проанализировано 15 ПА в образцах сушеного чая, свежих чайных листьях, сорняках и ризосферных образцах почвы сорняков с помощью UPLC-MS / MS в сочетании с методом очистки адсорбента. Кроме того, 15 парных образцов почвы сорняков и ризосферных сорняков и 60 образцов свежих чайных листьев были собраны на пяти участках отбора проб в чайном саду Цзиньчжай в провинции Аньхой, Китай, и были проанализированы на наличие 15 ПА. Эти результаты могут предоставить метод обследования и некоторую информацию об источнике и пути ПА (загрязнения) в образцах чая для обеспечения качества и безопасности чая.
Protocol
Representative Results
Discussion
Настоящая работа была разработана для разработки эффективного, чувствительного метода изучения путей загрязнения и источников ПА в образцах чая, а также распределения ПА в различных частях чайных растений. Однако в этом исследовании только 15 ПА были успешно разделены на хроматографи?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным естественно-научным фондом Китая (32102244), Национальным проектом оценки качества и безопасности сельскохозяйственной продукции и рисков (GJFP2021001), Естественно-научным фондом провинции Аньхой (19252002) и Министерством сельского хозяйства США (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 |
Riferimenti
- 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).
