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化学家打假“天然”保健品

来自天然产物的膳食补充剂一直都颇受热捧,目前已经在全球范围内形成销售额超过2000亿美元的巨大市场,由于膳食补充剂基本上都会宣称某一种或某几种有益健康的效果,因此人们也常称这类膳食补充剂为保健品。众所周知,植物类膳食补充剂来源于天然提取物,其化学成分相当复杂。然而,无论是化学分析还是生物活性研究,目前流行的方法往往只关注其中一种或者少数几种化合物。而这些被关注的化合物常常只是有助于化学分类和鉴定的标志物,而不一定是生物活性成分,并且,标准化方法往往也忽略了膳食补充剂中的生物活性成分和代谢中可变的成分。另外,只关注一种或者少数几种所谓标志性“明星”化合物,在生物活性研究中也会过分强调它们的作用,而且这些“明星”化合物的保健作用也往往缺乏严谨的科学论证。这就给了不法分子可乘之机,用成本更低、杂质更多的合成化合物掺假,以蒙混过关并牟取暴利。


以姜黄(Curcuma longa)为例,它既是一种传统中药,又是咖喱的重要原料,同时还是风靡东西方的膳食补充剂(图1)。姜黄有关保健品一般都会提到“curcumin”,但是在市场上“curcumin”这个词代表什么物质却十分混乱,经常被用于描述5种不同类型的物质:(i)姜黄(T),即姜黄的根茎;(ii)姜黄提取物(TE),即新鲜姜黄根茎或干粉的溶剂提取物;(iii)富含姜黄色素(curcuminoids)的姜黄提取物(CTE),通常是在较低温度下由TE沉淀获得;(iv)富含姜黄色素的提取提纯物(CEM),由CTE通过色谱法纯化获得;(v)化合物姜黄素(1),通过高度纯化、鉴定获得的单体化合物。可以看到,从i至v,化学成分的复杂度逐渐降低,按理说它们的生物学活性应该差别很大。但是,市场上含“curcumin”的保健品功能描述却大多雷同,而且基本上商家都会宣称自己买的是“纯天然”产品。

姜黄根茎与粉末。图片来源于网络


从药代动力学角度来看,姜黄素(1)和其同系物去甲氧基姜黄素(2)、双去甲氧基姜黄素(3)在体内的吸收率低,而胡椒碱(4)的存在能显著提高吸收率(20倍,下图)。但是,当前业内一般只用姜黄素(1)作为姜黄植物(C. longa)的唯一代表性成分,这在一定程度上还导致了市场上销售的产品以次充好,用化学合成的非食用姜黄素(称为“syncumin”)冒充天然提取的、药用纯度级姜黄素(称为“purcumin”),因为前者成本只有后者的三分之一。更令人担忧的是,syncumin由于含有残留杂质,可能对身体产生毒性,这样的“李鬼”姜黄素在市场上招摇撞骗,就可能导致比如肝毒性的毒副作用。更有甚者,一些奸商从姜黄的颜色入手,例如掺入其它姜黄属植物(如莪术属、黄莪术属),甚至直接掺入黄色或橙色色素(如苏丹红、铬酸铅、间胺黄)等,好让他们的假货看上去比真姜黄更像姜黄。一项研究表明,孟加拉部分地区发现的孕妇血铅水平增高事件,极有可能与当地人食用了掺有铬酸铅的姜黄有关。


本研究中姜黄膳食补充剂的几种成分。图片来源:J. Nat. Prod.


针对猖狂的造假,近期两位研究天然产物的化学家站了出来。美国伊利诺伊大学芝加哥分校Guido F. PauliJames B. McAlpine等研究者开展了打假所谓“天然”姜黄产品的研究工作。以往研究经常采用HPLC和HPTLC技术,基于参考化合物靶向地鉴定已知标志物或者掺假物。有别于此,他们选择的是定量1H核磁共振(qHNMR)及逆流分离(CCS)技术,对样品进行靶向和非靶向化学分析。单独应用qHNMR,或者与CCS技术结合使用,能够产生化学指纹图谱,既能实现已知成分的靶向鉴定和定量检测,也能实现未知成分(比如掺假物、化学合成残留物)的非靶向识别。并且,这种方法样品制备简单、分析成本低、可重复性强。另外,CCS技术能够100%回收样品,且高效地从姜黄提取物中分离出姜黄素(1)及其同系物。相关成果发表在Journal of Natural Products 上。


姜黄膳食补充剂的靶向和非靶向成分分析。图片来源:J. Nat. Prod.


首先,他们从同一品牌姜黄膳食补充剂中分两批次(A和B)提取其非极性成分和极性组分,并进行分析。1H NMR图谱显示非极性成分中含抗结块的脂肪类材料,极性组分中含化合物4、6和一些多聚糖,却没有检测到产品标签中声称含有的维生素B15)和维生素B67)。此外,该产品的标签还声称产品中包含的天然姜黄色素成分高达95%,其中姜黄素(1)占比76%,而化合物23占比19%。然而,1H NMR分析发现非极性成分中化合物1确实是主要成分,但是化合物23却“无影无踪”。为此,他们将图谱基线放大后仔细查找,依然没有发现化合物23的特征位移峰。从生物合成起源来看,作为姜黄素(1)的同系物,化合物23始终与1如影随形,也就是说,23是天然杂质,即使采用最先进的分离纯化技术,也不可能在产品中找不到23的任何蛛丝马迹。这就意味着,样品中检测到的化合物1很有可能来自化学合成,而非声称的“纯天然”姜黄根茎提取物。


1H NMR图谱烯烃和芳香区样品特征峰(左)和基线放大后的谱峰(右)。图片来源:J. Nat. Prod.


总体来说,批次A和B样品中的curcumin含量倒是没有太大问题,分别为95.2%和92.6%,并且都含有少量化合物4(分别为0.26%和0.76%)。不过,在化合物4和可能的姜黄色素降解产物之外,图谱中还观察到一些未知的芳香族杂质,其中有4种类型的芳香族杂质被区分出来。这类杂质的来源不得而知,但极有可能是化学合成反应的原料或残留试剂。总之,天然姜黄素同系物的缺失和未知芳香族杂质的出现,都表明这是一款非天然的“天然”保健品。


姜黄膳食补充剂氢谱芳香区信号归属。图片来源:J. Nat. Prod.


考虑到核磁谱峰的重叠,他们运用逆流分离(CCS)技术将产品分为6个组分以拓宽分析窗口,但依然未检测到天然同系物23,也未看到理想中的天然产物化学多样性。这些结果也表明该样品中不存在天然来源的姜黄素。


最后,作者通过姜黄保健品打假的案例展示了定量核磁技术(qHNMR)的优越性:简单的样品制备要求,核磁氢谱中丰富的结构信息,以及通过100% qHNMR所获得的定量信息,都使得这项核磁波谱技术具备高效、广泛的打假潜力。笔者也真心希望通过这项技术能够让更多非天然的“天然”保健品显出“李鬼”原型,以免广大消费者受害。


另外多说一句,就算是纯天然也不一定对人体健康有利,比如一些中草药中含有的马兜铃酸,就可能诱发肝癌(Sci. Transl. Med., 2017, DOI: 10.1126/scitranslmed.aan6446, 点击阅读相关)。要想身体健康,还是要均衡饮食、合理锻炼,“管住嘴,迈开腿”。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

The Untargeted Capability of NMR Helps Recognizing Nefarious Adulteration in Natural Products


Seon Beom Kim, Jonathan Bisson, J. Brent Friesen, Luca Bucchini, Stefan Gafner, David C. Lankin, Shao-Nong Chen, Guido F. Pauli, James B. McAlpine

J. Nat. Prod., 202184, 846–856, DOI: 10.1021/acs.jnatprod.0c01196



(本文由水村山郭供稿)


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