优化超声辅助提取方法及对摩洛哥仙人掌（Opuntia ficus-indica）花朵中天然抗氧化剂的定量分析

《Microchemical Journal》：Optimization of ultrasound-assisted extraction and quantitative analysis of natural antioxidants from Moroccan Opuntia ficus-indica flowers

抗氧化剂通过超声辅助提取法从仙人掌花中提取，优化了液固比（85mL/g）、乙醇浓度（80%）和提取时间（32min），总酚含量（244.91±9.31mg GAE/g）、总黄酮含量（91.68±0.94mg RE/g）及抗氧化活性（DPPH 224.71±7.78μmol TE/g，RP 426.79±6.65μmol TE/g）显著提高，HPLC-MS鉴定出16种化合物，以山柰酚-3-O-鼠李糖苷（68.72±1.16mg/g）为主，证实UAE在可持续提取中的应用潜力。

　　

Mariam Minhaj | Yousra El Jemli | Mehdi Taib | Moha Taourirte | Lahboub Bouyazza | Driss Ousaaid | Badiaa Lyoussi

卡迪阿亚德大学（摩洛哥马拉喀什分校），科学与技术学院，生物有机与高分子化学实验室

摘要

自然抗氧化剂通过超声辅助提取（UAE）方法从Opuntia ficus-indica花中提取。本研究重点优化了UAE提取条件，并鉴定了其中的酚类化合物，结果显示其多酚提取效率优于其他绿色提取方法。基于总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及不同提取物的抗氧化活性，采用响应面分析法（RSM）优化了UAE提取条件。研究因素包括液固比、乙醇浓度和提取时间。通过HPLC-ESI-DAD-MS分析确定了优化提取物的成分及其含量。最佳UAE条件为液固比85 mL/g、乙醇浓度80%以及提取时间32分钟，此时获得了最高的TPC（244.91 ± 9.31 mg GAE/g）、TFC（91.68 ± 0.94 mg RE/g）、DPPH（224.71 ± 7.78 μmol TE/g）和RP（426.79 ± 6.65 μmol TE/g），这些结果与预测值吻合良好。优化后的提取物中鉴定出16种化合物，其中黄酮类化合物主要为异鼠李素-3-O-芸香糖苷（68.72 ± 1.16 mg/g）、槲皮素-3-O-芸香糖苷（25.87 ± 0.23 mg/g）和异鼠李素-3-O-葡萄糖苷（21.76 ± 1.64 mg/g）。与传统浸提和索氏提取方法相比，UAE显著提高了酚类化合物的产率。这些结果表明UAE是一种可持续且高效的策略，能够增加生物活性化合物的产量，同时减少时间、能耗和成本，凸显了其在生物活性化合物生产中的工业潜力。

引言

Opuntia ficus-indica（在摩洛哥文献中常被称为Opuntia ficus-barbarica）属于仙人掌科，广泛分布于南非、拉丁美洲、墨西哥和地中海地区[1]。其各部分富含具有明确治疗作用的生物活性化合物[3,4]。在传统医学中，由茎节、果实和花朵制成的制剂被用于缓解多种疾病[1],[2],[3],[4]。特别是花朵具有显著的抗氧化[3],[4],[5]、抗炎[6]、抗溃疡[7]、抗菌和促进伤口愈合[8]作用。植物化学研究表明，花提取物中含有丰富的黄酮苷类，尤其是异鼠李素衍生物，其次是槲皮素和山柰酚苷[6],[9],[10],[11]。这些代谢物使仙人掌花成为食品、制药和化妆品领域天然抗氧化剂的理想来源。 Opuntia ficus-indica花是一种未得到充分开发的生物质资源，富含生物活性分子[4,12,13]。尽管其具有较高的植物化学潜力，但从Opuntia ficus-indica花中系统提取酚类化合物的研究仍较为有限[14,15]。以往基于RSM的UAE研究主要集中在果实和茎节上，而来自摩洛哥品种的花朵尽管富含生物活性化合物[4,16]，却鲜有关注。因此，这些抗氧化剂的有效回收和工业利用受到限制，限制了其在食品、营养补充剂和化妆品中的应用。开发绿色且优化的提取工艺对于充分发挥花朵作为天然抗氧化剂来源的潜力至关重要。 随着对植物来源抗氧化剂兴趣的增加，高效且可持续的提取技术应运而生。传统提取方法（如浸提或索氏提取）虽然成熟，但存在处理时间长、溶剂消耗量大和回收率低的问题[17]。新型提取方法包括酶辅助、发酵辅助、微波辅助和超声辅助提取[18]。其中，超声辅助提取（UAE）是一种环保、快速且经济的技术，能有效提高提取效率。超声波产生的声空化作用破坏植物细胞壁，增强溶剂渗透性，促进细胞内化合物的释放[4],[19],[20],[21]。 本研究采用Box–Behnken设计（BBD）结合响应面分析法（RSM）优化了Opuntia ficus-indica花中酚类和黄酮类化合物的提取条件。关键工艺变量（液固比、乙醇浓度和提取时间）对总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）及抗氧化活性（通过DPPH和还原力测定法评估）的影响进行了评估。优化后的提取物通过高效液相色谱-二极管阵列检测-电喷雾离子化串联质谱（HPLC–DAD–ESI-MS）进行了进一步分析和半定量。

植物材料

Opuntia ficus-barbarica花采集于2017年开花后期，地点为摩洛哥Skhour Rhamna地区（北纬32° 28′ 53″，西经7° 58′ 38.2″，海拔452米）。植物材料由卡迪阿亚德大学的Ahmed Ouhammou博士进行分类鉴定，并将标本（MARK 11335）存放在马拉喀什大学科学学院标本馆。如前文所述，新鲜花的含水量已测定完毕。

提取条件对总酚含量的影响

表2显示了O. ficus-indica花提取物的TPC结果。最佳提取条件为液固比60 mL/g、乙醇浓度50%（v/v）和提取时间30分钟，此时TPC达到最高值（242.72 mg GAE/g）。相比之下，使用纯水进行提取时，TPC最低（106.81 mg GAE/g）。本研究中的O. ficus-indica花提取物的TPC更高。

结论与展望

采用BBD方法优化了Opuntia ficus-indica花中生物功能性化合物的超声辅助提取。评估了液固比、乙醇浓度和提取时间对总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）及抗氧化活性（DPPH和RP）的影响。所建立的模型具有高度可靠性，最佳提取条件为提取时间32分钟、液固比85 mL/g和乙醇浓度80%。这些条件实现了高效提取。

作者贡献声明

Mariam Minhaj：撰写初稿、软件开发、方法设计、数据整理、概念构思。 Yousra El Jemli：撰写、审稿与编辑。 Mehdi Taib：撰写、审稿与编辑。 Moha Taourirte：撰写、审稿与编辑、指导。 Lahboub Bouyazza：撰写、审稿与编辑、指导、概念构思。 Driss Ousaaid：撰写、审稿与编辑。 Badiaa Lyoussi：撰写、审稿与编辑、指导、概念构思。

作者同意声明

我们声明本手稿为原创作品，未曾发表过，目前也未在其他地方接受审稿。所有作者均已阅读并同意该手稿的内容，确认没有其他符合作者资格但未列出的人员。 我们同意手稿中作者顺序的安排。我们理解通讯作者是与编辑联系的唯一负责人。

资助

本研究未接受任何外部资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢M4Nature公司（摩洛哥）提供用于本研究的Opuntia ficus-indica花样本。M4Nature由第一作者共同创立，致力于摩洛哥本土植物的可持续利用，这一合作体现了学术研究与创业创新之间的紧密联系。同时，我们也感谢Mohamed Loutou教授对手稿的仔细审阅及其提出的宝贵建议。