基于水动力空化与机器学习联用技术的褐藻生物活性成分绿色高效提取研究

本文推荐：该研究首次将水动力空化（HC）技术应用于褐藻（Ascophyllum nodosum和Fucus vesiculosus）生物活性成分提取，相比传统浸提法，HC使总酚（2.57±0.04 mg/mL）、藻蛋白（51.52±0.44 mg/mL）和褐藻多酚（1.5 μg/mL）提取率显著提升，DPPH自由基清除率达82%。创新性耦合多层感知机与三次样条插值（MLP-CSI）模型，预测精度R2=0.84，减少40%实验成本，为可持续海洋资源开发提供新范式。

　　

Highlight

材料与方法

干燥褐藻样本（Ascophyllum nodosum和Fucus vesiculosus）购自爱尔兰供应商，采用水动力空化（HC）和传统浸提法对比研究，溶剂选用纯水和80:20水-乙醇混合体系。通过优化HC处理时间（120分钟）和压力参数，结合HPLC和分光光度法测定总酚、蛋白质及抗氧化活性指标。

结果

HC技术展现出显著优势：

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  提取方法对化学成分的影响：基于伯努利方程原理，HC在文丘里管喉部产生的空化气泡破裂能有效破坏藻细胞壁，使F. vesiculosus的总酚提取量提升至2.57±0.04 mg/mL（水-乙醇体系），纯水体系下褐藻多酚（phlorotannins）达1.5 μg/mL，DPPH自由基清除率较传统方法提高35%。

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  机器学习模型验证：MLP-CSI模型成功预测酚类含量（R²=0.84），关键参数包括空化强度、溶剂极性和处理时长，模型误差率<5%。

结论与展望

HC技术首次应用于褐藻提取即展现出高效（提取效率提升40%）、绿色（纯水溶剂优选）和低成本（能耗降低30%）三重优势。未来可拓展至其他海洋生物资源开发，MLP-CSI模型为减少实验冗余提供了智能解决方案。

（注：翻译严格遵循原文数据精度，如"51.52±0.44 mg/mL"保留有效数字；专业术语如"phlorotannins"采用"褐藻多酚"译法并标注英文；数学符号如R²保持上标格式）