微波辅助提取山竹及其'Mesta'品种果皮：基于多元化学计量学算法的理化特性与抗氧化活性解析

本研究针对山竹果皮这一富含生物活性成分但未充分利用的副产物，采用微波辅助提取技术，系统比较了不同质子性和非质子性溶剂对普通山竹和'Mesta'山竹果皮提取物的得率、总酚含量、总<0xE1><0x84><0x8F>酮含量及抗氧化活性的影响。研究发现丙酮能高效提取<0xE1><0x84><0x8F>酮类化合物并对应较高自由基清除活性，而水提取物则具有最高的总酚含量和铁离子还原能力。通过主成分分析、层次聚类分析和偏最小二乘判别分析等化学计量学方法揭示了溶剂依赖的聚类模式，确定了六个具有功能食品和营养保健品开发潜力的优势提取物，为山竹副产物的高值化利用提供了重要理论依据。

　　

在热带水果的璀璨王国中，山竹(Garcinia × mangostana L.)被誉为"果中皇后"，其甜美的果肉备受青睐。然而，占果实总重超过65%的深紫色果皮往往被当作农业废弃物丢弃，这不仅是资源的巨大浪费，也对环境造成了负担。事实上，山竹果皮富含多种生物活性化合物，特别是<0xE1><0x84><0x8F>酮类物质，其在果皮中的浓度比果肉中高出约60倍。这些化合物具有强大的抗氧化、抗炎和抗高血糖特性，在传统医学中一直被用于治疗各种疾病。

随着人们对天然产物和可持续利用需求的增长，如何高效地从山竹果皮中提取这些宝贵成分成为了研究热点。传统的提取方法往往耗时较长、溶剂消耗量大，且可能对热敏性化合物造成破坏。微波辅助提取(MAE)技术作为一种绿色提取方法，通过微波能量加速溶剂加热，显著提高了提取效率，减少了溶剂消耗，缩短了提取时间，更好地保留了热敏性化合物的结构完整性。然而，溶剂选择对提取效果具有决定性影响，不同极性的溶剂对各类生物活性化合物的提取效率存在显著差异。

在此背景下，马来西亚Putra大学食品安全与食品完整性实验室的研究团队开展了一项深入研究，系统比较了不同质子性(水、甲醇、乙醇)和非质子性溶剂(丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷)在微波辅助提取条件下对普通山竹和其栽培品种'Mesta'山竹果皮中生物活性成分的提取效率，并采用多种化学计量学算法对提取物的理化特性和抗氧化性能进行了全面分析。该研究发表于《Food Chemistry Advances》期刊，为山竹副产物的高值化利用提供了科学依据。

研究人员采用的主要技术方法包括：微波辅助提取技术在270W功率下处理10分钟，使用1:20的料液比；采用福林酚法测定总酚含量(TPC)，使用没食子酸作为标准品；通过紫外分光光度法在244nm波长下测定总<0xE1><0x84><0x8F>酮含量(TXC)，以α-山竹素作为标准品；运用ABTS、DPPH和FRAP三种方法全面评估抗氧化活性；采用主成分分析(PCA)、层次聚类分析(HCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)等多元统计方法对数据进行深入挖掘。所有实验均设六个重复，使用双因素方差分析和Tukey's HSD检验进行统计学差异分析，样本来源于马来西亚彭亨州提供的完整山竹果实。

3.1. 质子性和非质子性溶剂在MAE中的比较得率效率

研究结果显示，微波辅助提取的效率因溶剂类型和山竹品种而异。在质子性溶剂中，甲醇产生的提取物得率最高(17.93–20.50%)，其次是蒸馏水(12.70–16.57%)和乙醇(11.49–14.12%)。在非质子性溶剂中，丙酮的得率(10.97–11.00%)略高于乙酸乙酯(8.53–9.07%)和二氯甲烷(8.71–10.60%)。MAE被广泛认为能在较短时间内提供比传统方法更高的得率，而传统方法通常溶剂用量大且耗时。提取效率受多种因素影响，包括溶剂与固体比例、溶剂类型、微波辐射功率、持续时间、温度、生物活性化合物的化学性质以及干扰物质的存在。

3.2. MAE增强TPC和TXC的提取

山竹尤其富含<0xE1><0x84><0x8F>酮类化合物，这是一类具有三环芳香结构的多酚化合物，其中α-山竹素是主要的生物活性化合物。<0xE1><0x84><0x8F>酮通常因羟基(-OH)和酮基(-C=O)而表现出极性，尽管其极性因这些基团的数量和位置而异。山竹果皮中植物化学化合物的提取证明了溶剂选择对提取效率的显著影响，特别是对TPC和TXC而言。蒸馏水在测试的质子性溶剂中产生了最高的TPC和TXC，这归因于其高极性，增强了酚类物质的溶解度。在非质子性溶剂中，丙酮在普通山竹和Mesta山竹果皮中都表现出最高的TPC和TXC。

3.3. 山竹果皮提取物的抗氧化活性

普通山竹和Mesta山竹果皮的提取物在使用质子性溶剂提取时表现出相似的ABTS自由基清除活性。然而，使用非质子性溶剂时，普通山竹果皮比Mesta山竹表现出更高的活性。在所有溶剂中，丙酮提取物显示出最高的ABTS自由基清除活性。在DPPH测定中，非质子性溶剂提取物显示出显著更高的自由基清除活性，丙酮提取物再次具有最高活性。相比之下，使用质子性溶剂从普通山竹和Mesta山竹果皮中提取的提取物表现出低得多的DPPH自由基清除活性。在FRAP测定中，两个品种都表现出高还原能力，最高的是蒸馏水提取物。

提取方法在决定提取物的抗氧化活性方面起着关键作用，因为TPC和TXC与抗氧化活性呈正相关。MAE已被证明能有效提取具有强抗氧化特性的植物化学物质。本研究中使用多种测定方法提供了更全面的抗氧化效能评估，尽管每种测定的机制可能受到植物化学物质结构特征的影响，可能导致异质数据。ABTS测定具有多功能性，能够检测亲水性和亲脂性抗氧化剂，而DPPH测定更适合评估疏水性抗氧化剂。

3.4. 化学计量学分析

3.4.1. 数据预处理

在进行化学计量学分析之前，进行了一系列预处理步骤，包括异常值处理、数据集转换和数据集充分性测试，以确保数据适合分析。

3.4.2. Pearson相关分析

采用Pearson相关分析来研究基于山竹果皮提取物理化性质和抗氧化活性的两个变量之间线性关系的强度(弱、中或强)和方向(正或负)。结果表明，得率与DPPH之间存在显著的强相关性(r = -0.7096)，TXC与DPPH之间也是如此(r = 0.7656)。

3.4.3. Bartlett球形检验和Kaiser-Meyer-Olkin检验

数据集在化学计量学分析前进行了适用性和充分性评估。Bartlett球形检验结果显示p < 0.0001，表明在显著性水平α = 0.05下，变量之间至少有一个相关性显著不同于0。KMO检验结果为0.558，超过0.50的阈值，表明采样充分。因此，我们的数据集被认为适合并进行化学计量学分析。

3.4.4. 主成分分析

此外，进行主成分分析(PCA)通过分析样品中理化参数和抗氧化活性的相关性、变异性或分布来全面了解关系。提取了两个特征值大于1的主成分以确定分类山竹果皮提取物的最佳参数。第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)分别代表了数据中46.808%和33.993%的变异。同时，两个主成分的累积方差为80.801%。

3.4.5. 层次聚类分析

另一方面，进行层次聚类分析(HCA)以使用Ward联接方法和欧几里得距离(ED)作为相异性指数来评估样品之间的相似性，从而验证从PCA产生的分组。HCA树状图描述了山竹果皮提取物的六个不同簇，分别由红色(簇1)、绿色(簇2)、蓝色(簇3)、浅棕色(簇4)、浅蓝色(簇5)和紫色(簇6)表示。

3.4.6. 偏最小二乘判别分析

除了无监督化学计量学分析(PCA和HCA)外，还应用了使用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)的有监督化学计量学分析来发现和检查预测变量(X)和响应变量(Y)之间的关系。使用相同的数据集，包含两种不同的山竹果皮提取物，用于PLS-DA模型。分析显示，PC1解释了41.4%的方差，而PC2占方差的14.6%，两者共同解释了约56.0%的总方差。

该研究最终得出结论，微波辅助提取技术能有效从普通山竹和Mesta山竹果皮中回收生物活性化合物。虽然甲醇产生的干提取物产量最高，但这并不对应于更高的TPC和TXC，后者分别通过使用蒸馏水和丙酮实现最大化。抗氧化测定显示，蒸馏水和丙酮提取物均具有显著更高的自由基清除能力，前者还表现出优异的还原能力。这些发现说明了溶剂极性在优化生物活性化合物回收中的重要性，其中蒸馏水能更有效地提取酚类物质，而丙酮的中等极性有助于<0xE1><0x84><0x8F>酮的提取。

化学计量学分析进一步揭示了山竹栽培品种对提取物特性的影响。PCA确定了关键变量，包括得率、TPC、TXC、ABTS、DPPH和FRAP，作为样品变异性的主要贡献者，而HCA将具有相似理化和抗氧化特征的样品分组，证实了PCA结果。PLS-DA模型在识别影响提取物的关键变量方面也表现出色，得率、TPC、ABTS、DPPH和FRAP等变量成为区分不同山竹果皮样品的关键。综合来看，这些化学计量学分析突出了数据内复杂的相互关系，为了解山竹果皮提取物的理化和抗氧化特性提供了更全面的理解，同时进一步验证了所应用化学计量学技术的可靠性。

总体而言，该研究强调了山竹果皮的多方面性质和生物活性潜力，这与其理化特性和栽培品种特异性差异密切相关。未来研究应专注于优化MAE参数和探索混合溶剂系统，以提高目标植物化学物质的提取效率和生物活性。此外，与其他绿色提取方法(如酶辅助、超声波辅助和超临界流体提取)的比较研究，以及代谢组学分析，将提供更深入的见解。对山竹副产物增值化和提取化合物生物利用度的进一步研究对于增强山竹衍生品的商业潜力和可持续性至关重要。