绿色溶剂提取鸽豆壳中健康促进酚类化合物的优化及代谢组学分析

本研究针对食品工业副产品资源化利用需求，采用响应面法(RSM)优化了鸽豆(Cajanus cajan)壳中酚类化合物的绿色提取工艺，确定最佳条件为41.83%乙醇浓度、59.36℃和6小时提取时间，获得47.99 mg GAE/g总酚含量和51.24% DPPH自由基清除活性。LC-MS(ESI-Q-TOF)分析揭示了黄酮类、生物碱等7类活性成分，为农业废弃物高值化利用提供了可持续解决方案。

　　

在合成抗氧化剂安全性备受质疑的当下，植物源性酚类化合物作为天然替代品需求激增。目前水果加工副产品是商业酚类的主要来源，但谷物豆类加工副产物的开发潜力长期被忽视。鸽豆作为热带地区重要粮食作物，其脱壳加工产生的20-30%豆壳仅用作饲料，而研究表明其中富含具有健康促进作用的酚类物质。如何高效环保地从这类农业废弃物中提取活性成分，成为实现循环生物经济的关键科学问题。

来自印度旁遮普农业大学的研究团队在《Scientific Reports》发表最新成果，通过Box-Behnken实验设计结合响应面法(RSM)，系统优化了鸽豆壳酚类化合物的绿色提取工艺。研究采用三因素三水平设计，以乙醇浓度(20-60% v/v)、温度(30-60℃)和时间(2-6 h)为变量，以提取率、总酚含量(TPC)和DPPH自由基清除活性为响应值。通过液相色谱-质谱联用技术(LC-ESI-Q-TOF MS)对优化提取物进行了代谢物鉴定。

材料与方法

研究选用PAU 881品种鸽豆壳为原料，采用Box-Behnken设计17组实验。提取物经离心浓缩后，通过Folin-Ciocalteu法测定总酚含量(以没食子酸当量GAE计)，DPPH法评估抗氧化活性。采用二次多项式模型进行响应面分析，最终通过期望函数确定最优参数。代谢物分析采用0.1%甲酸水-乙腈梯度洗脱系统，在正负离子模式下采集50-1200 m/z质谱数据。

响应面模型拟合

实验数据显示提取率(6.00-9.72%)、TPC(33.28-47.69 mg GAE/g)和DPPH活性(34.85-51.04%)的变异系数均<3.1%，模型R²值达0.961-0.998。乙醇浓度呈现显著二次效应，40%时提取效果最佳，过高浓度会降低极性化合物溶解度。温度升高虽能改善传质效率，但超过60℃会导致酚类降解。

验证实验

在预测最优条件(41.83%乙醇、59.36℃、6 h)下，实际测得提取率9.67±0.02%、TPC 47.99±0.60 mg GAE/g、DPPH活性51.24±0.43%，与预测值偏差<2.6%，证实模型可靠性。

代谢物鉴定

LC-MS分析鉴定出18种活性成分，包括双黄酮类化合物异矮茶素(Isochamaejasmin)——其可通过抑制Bcl-2家族蛋白诱导白血病细胞凋亡；甲基化黄酮醇山奈酚(Kaempferide)具有优于母体化合物的生物利用度；抗菌活性成分槐黄烷酮G(Sophoraflavanone G)以及抗肿瘤倍半萜优雅素(Eleganin)。

这项研究首次建立了鸽豆壳酚类化合物的绿色提取工艺标准，证实其作为功能性食品配料和营养补充剂的开发潜力。从农业废弃物中高效回收高附加值成分的策略，不仅提升了农产品加工经济效益，更为实现可持续生产提供了范例。研究揭示的多种具有明确生物活性的特殊代谢物，为后续药理机制研究和产品开发奠定了物质基础。