基于均质-超声协同与混合建模的β-环糊精增强咖啡果皮中咖啡酰奎宁酸和葫芦巴碱多目标优化提取研究

本研究创新性地采用β-环糊精(β-CD)/乙醇协同均质-超声提取技术，结合响应面法(RSM)和粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)混合建模，高效提取咖啡果皮中的咖啡酰奎宁酸(CQAs)和葫芦巴碱。分子对接证实β-CD通过氢键和疏水腔包合作用显著提升提取效率，为农业废弃物高值化利用提供绿色解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于首次将β-环糊精(β-CD)作为增效剂应用于咖啡果皮活性成分的均质-超声协同提取体系。通过分子对接可视化技术，生动揭示了β-CD像"分子胶囊"般通过氢键网络（chlorogenic acid与β-CD形成4个氢键，结合能-5.2 kcal/mol）和疏水空腔包合作用，显著提升咖啡酰奎宁酸(CQAs)和葫芦巴碱的溶出效率。创新的PSO-SVR混合模型预测精度达R²>0.98，较传统方法提取效率提升52%。

Materials and chemicals

实验材料与试剂

新鲜阿拉比卡咖啡果皮采自中国芒市，经冷链运输保存。标准品纯度>98%（上海源叶），β-环糊精购自天津广复。特别有趣的是，实验发现40%乙醇溶液就像"黄金比例溶剂"，既能有效溶解CQAs，又能抑制酯酶活性防止降解。

Screening the ethanol volume fraction

乙醇体积分数筛选

当乙醇浓度从0%增至40%时，CQAs得率呈现"爬坡式"增长（1.2→1.6 mg/g DW），而60%时达到平台期。葫芦巴碱则展现"跳水运动员"般的溶解度特性，在40%乙醇中得率最高（8.4 mg/g DW）。这种差异主要源于两类成分的极性差异——CQAs像"亲水小精灵"，而葫芦巴碱更似"两性离子运动员"。

Conclusion

结论

本研究构建的绿色提取体系犹如"分子剪刀+扩音器"组合：均质处理暴力破壁，超声波空化效应像"微型爆炸"促进传质，而β-CD则扮演"分子出租车"角色，最终使CQAs和葫芦巴碱得率分别达到1.71±0.09 mg/g DW和8.39±0.42 mg/g DW。该技术为农业废弃物变身"营养宝库"提供了可扩展的解决方案。