番木瓜籽中硫代葡萄糖苷降解规律及其产物异硫氰酸苄酯BITC抑菌机理的研究

Glucosinolates (GS) are secondary metabolites which were widely existed in plants. GS and its degradation products of benzylisothiocyanate (BITC) are attracted extensive attention in recently years due to their physiological activity, such as antioxidant and anti-bacteria activity. The processing waste of papaya seeds were used as research material in current research. Then the degradation rules of GS were analysed and the degradation kinetic model equation was established. On the basis of study mentioned above, the bacteriostatic activity of BITC and dose-response relationship were been clarified. Moerover, the impact of BITC on structure and function, metabolism system and energy system of pathogenic bacterial could be interpreted. Furthermore, the relationship between structure of BITC and bacteriostatic activity was been in-depth study. Finally the relationship among the degradation pattern of glucosinolate, antibacterial mechanism and structure-function of isothiocyanates could be explained. The result could provide the theoretical foundation for high value using of papaya seeds and the scientific basis for the exploitation of BITC as natural food preservative.

硫代葡萄糖苷是一种广泛存在于植物中的次级代谢产物，由于硫代葡萄糖苷及其异硫氰酸苄酯有多种生理活性，如抗氧化及抑菌等，因而近年来引起国内外学者的广泛关注。本课题以番木瓜加工过程中的废弃物—番木瓜籽为研究对象，剖析番木瓜籽中硫代葡萄糖苷的降解规律，并建立降解动力学模型。在此基础之上，对其降解产物异硫氰酸苄酯的抑菌活性及量效关系进行深入挖掘，诠释其对致病菌菌体细胞结构与功能、物质代谢系统及能量代谢系统的影响规律，阐明异硫氰酸苄酯抑制致病菌生长的作用机理。在明晰异硫氰酸苄酯活性结构基础上，重点剖析异硫氰酸苄酯结构与其抑菌活性之间的构效关系。最终明确硫代葡萄糖苷的降解规律与异硫氰酸苄酯抑菌机理及构效关系，为番木瓜籽高值化利用奠定一定的理论基础，并为开发异硫氰酸苄酯新型天然食品防腐剂提供科学依据。

番木瓜籽作为番木瓜果肉加工过程中的下脚料，约占番木瓜总重量的7%。研究表明番木瓜籽中不仅含有丰富的营养成分，如蛋白质、脂肪、必需氨基酸及脂肪酸外，还含有十字花科类植物中重要的次生代谢产物——硫代葡萄糖苷（Glucosinolate，GS）。由于硫代葡萄糖苷及其异硫氰酸苄酯（Benzyl isothiocyanate，BITC）有多种生理活性，如抗氧化及抑菌等，因而近年来引起国内外学者的广泛关注。. 本研究以番木瓜加工过程中的废弃物—番木瓜籽为研究对象，剖析了热降解、超声辅助降解、微波辅助降解等方式以及环境因素对番木瓜籽中GS降解的影响，并对其降解产物进行了分析，初步掌握了降解规律，建立降解了动力学模型方程，同时超声辅助降解、微波辅助降解均可提高BITC得率。在此基础之上，对其降解产物异硫氰酸苄酯的抑菌活性、量效关系及作用机理进行了研究，结果表明BITC对不同食源性致病菌具有不同的抑菌活性和最低抑菌浓度；对致病菌细胞的细胞膜结构未产生显著的影响；对细胞膜功能、细胞的物质代谢系统及能量代谢系统产生了显著的影响。此外，通过比较BITC的结构类似物的抑菌活性，初步揭示其构效关系。BITC的抑菌活性并不是某一个基团单独作用的结果，而是异硫氰酸基团、苯环以及连接它们的亚甲基共同作用的结果，三者中异硫氰酸基团对其抑菌活性的决定性作用最大，亚甲基次之，苯环最弱，甚至对其抑菌活性有一定的抑制作用。. 本研究成果为可番木瓜籽高值化利用奠定了一定的理论基础，并为开发异硫氰酸苄酯作为新型天然食品防腐剂提供了一定的科学依据和技术支持。