从番茄渣中提取抗菌角质衍生低聚物

番茄渣由茎、种子和果皮组成，因其易回收易取得的特性，使得许多 学者 对番茄渣作为角质来源构建结构材料进行了研究。这些研究通常依赖于番茄渣的深度水解以释放脂肪基单体(即C ₁₆ 和/或C ₁₈  ω-羟基酸)，随后 通过 再聚合构建角质样物质。然而由于加工步骤繁琐，耗时长，番茄渣的高值化利用尚未实现工业化。

相较于上述分离角质方法，使用离子液体通过一锅法从番茄 渣 中分离出角质可将多糖的酶消化与蜡的有机溶剂去除相结合，是一种更简单、更快速的方法。基于此， 葡萄牙里斯本大学化学生物技术研究所(ITQB NOVA)Cristina Silva Pereira团队使用离子液体从未 经预 处理的番茄渣中获得了富含角质的 低聚混合物( COMs)，并通过核磁共振(NMR)和气相色谱-质谱(GC-MS)对其组成进行了 表征 ，通过大肠杆菌和金黄色葡萄球菌对其抑菌性能进行了 阐释 。这项研究为通过温和分解 番茄渣用以 生产抗菌角质低聚物奠定了理论基础。

Fig. 1. NMR spectral characterization of either pomace and of its composing fractions: peels, seeds, and stems.

脂肪族 、 CH/CH ₂ -X脂肪族(Fig. 1a)和甘油CH-酰基(Fig. 1b)区域以及角质信号(如，初级脂肪族酯，PAE) 在 HSQC光谱 中示出 。在两种 不同来源的 番茄渣光谱的脂肪族区域中均发现甲基(CH ₃ )的存在。烯丙基(HC=CH- CH ₂ )的δ _C /δ _H 为26.55/2.00和26.11/2.01，分别对应番茄渣-1(POM ^I-II )和番茄渣-2(POM ^III-IV )，具有不饱和脂肪酸 (UFA) 的特性；与UFA(H ₂ C= CH =CH ₂ )相关的分别对应于POM ^I-II 和POM ^III-IV 的其他信号的δ _C /δ _H 为25.16/2.72和24.74/2.73。甘油CH-酰基区域具有1，2，3-三酰基甘油(TAG)构型 。 TAG信号的出现归因于种子油中富含的甘油三酯或种子包衣中木栓质的溶解。Fig. 1b 示出了 POM ^I-II 和POM ^III-IV 的H ₁ 信号(δ _C /δ _H :61.77/4.25；61.28/4.25)、H ₃ 信号(δ _C /δ _H ： 61.71/4.11；61.29/4.13)和H ₂ 信号(δ _C /δ _H :68.72/5.18；68.34/5.17)。

POM ^III-IV 低温研磨馏分的 ¹ H NMR谱图同样在Fig. 1中示出。脂肪族光谱区显示，种子和果皮中含有CH ₃ 基团的单体种类较茎中丰富。而茎中富含乙酰基(-OCO CH ₃ )，乙酰基的出现可归因于与木质素相关的碳水化合物的存在。所有光谱中均包含烯丙基基团(HC=CH CH ₂ ),但只有果皮和种子的光谱中包含十八碳-9，12-二烯酸(H ₂ C= CH =DCH ₂ )的特征信号。上述数据表明，由于种子和茎中富含甘油CH-酰基和芳烃，增加了番茄渣NMR谱图的复杂性 —— 果皮主要由与醇、酸和酯键结合 的 脂肪族部分(CH ₂ 和CH ₃ 基团)组成。此外，甘油CH-酰基区域 ( SAE-β) 的 信号仅在果皮中检出(Fig. 1b)， 表明其为 番茄果皮的特征信号。

Fig. 3. Screening of all COMs bactericidal activity against S. aureus (A, C) and E. coli (B, D).

为了验证富含角质物质中含有多种杀菌酯化结构的假设，作者测试了COMs对大肠杆菌(革兰氏阴性细菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性细菌)生存力的抑制能力。实验发现，COMs对金黄色葡萄球菌的杀菌活性随浓度成比例增加， 且 与番茄渣来源无关，在最高测试浓度下可抑制84%和97%的细菌生长(Fig. 3a)。

不同于在金黄色葡萄球菌中观察到的结果，COMs对大肠杆菌的活性影响依赖于番茄渣来源。 即 来源于 POM ^III-IV 的COMs(COM 3和4)在所测试浓度下对大肠杆菌的生长无显著影响。相反，除了COM1 ^P 外，来源于 POM ^I-II 的COMs(COM 1和2)可以在一定程度上降低大肠杆菌的生存力(Fig. 3b)。然而，大肠杆菌活性并未显示出浓度的线性依赖性，而是在最低浓度(≥45%)下显示出最低的生存力。

Fig. 4. Spectral characterization of each COM

作者通过 ³¹ P NMR 和 ¹ H NMR对COMs的游离酸和羟基 以及 每种酯类型进行了定量分析(Fig. 4)。HSQC光谱表明，所有COMs均含有PAE和SAE。由于使用了甲醇，在两次水解过程中均形成了甲酯，且在除COM1 ^P 和COM3 ^S (可能低于检测阈值)外的所有光谱中均可观察到甲酯 的形成 (Fig. 4)。作者认为，除COM2 ^S 外，样品中观察到的乙酯归因于制备过程中乙醇的使用。

在两种COMs的光谱中发现了TAG的存在(Fig. 4)，表明部分木栓质与角质一起从番茄渣中被提取出来。为了验证木栓质是否提高了COMs的化学多样性，使用离子液体处理种子和果皮(源自 POM ^III-IV )以回收富含聚酯的物质，随后对这些物质进行氢氧化钠介导的水解。获得的低聚混合物的HSQC光谱显示出部分相似特征(如 含有 PAE、 CH -(OH)-、-CH ₂ -OH)，但SAE仅可在果皮中观察到。因此，由于其与果皮的相关性(故而也与角质相关)，该信号 可作为果皮的特征信号 (Fig. 1)。