基于Box-Behnken设计的微波辅助提取优化芒果皮多酚工艺及其抗氧化活性研究

本研究针对芒果加工废弃物资源化利用难题，采用微波辅助提取(MAE)结合响应面法(RSM)，系统探究乙醇浓度(50-80%)、微波功率(450-810 W)和辐照时间(30-180 s)对卡巴奥芒果皮多酚(PC)提取的影响。通过Box-Behnken设计(BBD)优化获得最高总酚含量(TPC)达235.245 mg GAE/g DW，证实高功率微波(810 W)与80%乙醇协同作用可显著提升提取效率，为农业废弃物高值化利用提供技术支撑。

　　

在全球芒果加工业快速发展的背景下，每年产生约1400-2500万吨的芒果皮废弃物，这些富含多酚类化合物的生物质通常被填埋或焚烧，不仅造成资源浪费，其高生物需氧量还会引发土壤污染和温室气体排放。菲律宾作为全球第六大芒果出口国，仅2012-2017年间就累积5.4万吨芒果皮废弃物，传统处理方法已难以满足绿色化学发展需求。卡巴奥芒果皮中含有黄酮醇O-糖苷、芒果苷等独特多酚组分，这些物质在食品、化妆品和医药领域具有重要应用价值，但常规提取方法存在效率低、能耗高等瓶颈。

马普阿马来安学院拉古纳分校的研究团队创新性地将微波辅助提取(MAE)技术与响应面法(RSM)相结合，采用三因素三水平的Box-Behnken设计(BBD)，系统优化了从成熟芒果皮中提取多酚化合物的工艺参数。研究团队从拉古纳省卡布尧市的芒果饮品店获取原料，通过90℃热水漂洗预处理后，使用不同功率(450/630/810 W)微波装置，在30-180秒辐照时间内，考察50%-80%乙醇溶液的提取效果。总酚含量(TPC)采用Folin-Ciocalteu法测定，通过多元线性回归建立数学模型，并运用MINITAB软件进行方差分析。

模型拟合与多元方差分析
实验数据显示TPC提取量在53.095至235.245 mg GAE/g干重范围内波动。建立的MLR模型R2达0.9185，方程显示微波功率(X₁)和乙醇浓度(X₂)对TPC呈显著正相关(p<0.05)，而辐照时间(X₃)存在最优阈值。特别值得注意的是，810 W功率与80%乙醇组合在105秒时取得最高提取率，比最低值组合(450 W+60%乙醇+30秒)提升343%。

结论与讨论
该研究证实微波功率是影响细胞壁破碎效率的关键因素，但过长的辐照时间会导致热敏感多酚降解。统计结果显示乙醇浓度与辐照时间的交互作用不显著(p>0.05)，这一发现为简化工艺参数优化提供了理论依据。相比传统索氏提取法，MAE将提取时间从数小时缩短至分钟级，同时TPC得率提高40%以上。

这项发表于《Sustainable Chemistry One World》的研究具有三重创新价值：首次建立卡巴奥芒果皮多酚的MAE-BBD优化模型；揭示微波场与非极性溶剂的协同作用机制；为菲律宾农产品加工废弃物资源化提供示范案例。研究团队特别指出，该工艺每公斤芒果皮可提取约23.5克当量没食子酸的多酚，按菲律宾年产量估算可创造数百万美元的经济价值，同时减少甲烷等温室气体排放。未来研究可进一步探究不同芒果品种多酚组成的差异，以及微波参数与抗氧化活性的构效关系。