微波辅助萃取优化山竹果皮生物活性成分：溶剂极性对功能特性的影响及化学计量学分析

本研究针对山竹果皮作为农业废弃物的高值化利用问题，系统探讨了微波辅助萃取(MAE)中不同质子性和非质子性溶剂对山竹(Garcinia × mangostana L.)及其栽培品种Mesta果皮中生物活性成分的提取效率。研究发现丙酮提取物具有最高的总?酮含量(TXC)和自由基清除活性，而水提取物则表现出最高的总酚含量(TPC)和铁离子还原抗氧化能力(FRAP)。通过化学计量学分析揭示了溶剂依赖的聚类模式，确定了六种具有功能食品和营养保健品开发潜力的提取物( LT, LM, LH, LA, MD, LY)，为山竹副产物的可持续利用提供了科学依据。

　　

在追求可持续发展和循环经济的今天，农业副产物的高值化利用已成为全球关注的热点。被誉为"果中之后"的山竹(Garcinia × mangostana L.)，其深紫色的果皮约占果实总重量的65%以上，却往往被当作废弃物丢弃。这些被忽视的果皮实际上蕴含着丰富的生物活性化合物，特别是?酮类物质(xanthones)，其在果皮中的浓度比果肉高出约60倍。α-、β-和γ-芒果苷(α-, β-, γ-mangostin)等?酮类化合物具有强大的抗氧化和抗菌活性，传统上被用于治疗各种疾病。然而，如何高效、环保地从山竹果皮中提取这些珍贵成分，并明确其功能特性，仍然是食品科学和营养学领域亟待解决的问题。

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在《Food Chemistry Advances》上发表了一项创新性研究，系统地探讨了微波辅助萃取(Microwave-assisted extraction, MAE)技术结合不同极性溶剂对山竹果皮生物活性成分提取效率的影响，并通过化学计量学方法深入解析了提取物的理化特性和抗氧化潜力。

研究人员采用了微波辅助萃取技术，分别使用质子性溶剂(蒸馏水、甲醇、乙醇)和非质子性溶剂(丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷)对普通山竹和其栽培品种Mesta山竹的果皮粉末进行提取。通过测定提取物得率、总酚含量(TPC)、总?酮含量(TXC)以及ABTS、DPPH自由基清除活性和FRAP值来评估提取效率。运用化学计量学方法包括Pearson相关分析、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)对数据进行深入解析。

3.1. 质子性和非质子性溶剂在MAE中的比较得率效率

研究发现，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被广泛认可为能在较短时间内获得较高得率的提取方法，其效率受溶剂与固体比例、溶剂类型、微波辐照功率、持续时间、温度、生物活性化合物的化学性质以及干扰物质等多种因素影响。

3.2. MAE增强TPC和TXC的提取

溶剂选择对山竹果皮中植物化学化合物的提取具有显著影响。蒸馏水在测试的质子性溶剂中获得了最高的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。丙酮的平衡极性使其能够提取极性和非极性化合物，其较低的粘度和表面张力增强了对植物基质的渗透，从而改善了传质并防止了不溶性蛋白质-多酚复合物的形成。

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，普通山竹果皮表现出比Mesta山竹更高的活性。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。在FRAP测定中，两个品种都表现出高还原能力，蒸馏水提取物的还原能力最高。

3.4. 化学计量学分析

通过化学计量学分析揭示了提取物特性之间的复杂关系。Pearson相关分析表明，得率与DPPH之间存在显著的强负相关(r = -0.7096)，TXC与DPPH之间存在显著的强正相关(r = 0.7656)。PCA提取了两个特征值大于1的主成分，PC1和PC2分别解释了数据变异的46.808%和33.993%，累计方差为80.801%。HCA结果显示六种不同的山竹果皮提取物聚类，验证了PCA产生的分组。PLS-DA模型进一步确定了影响提取物特性的关键变量，包括得率、TPC、ABTS、DPPH和FRAP。

研究结论表明，微波辅助萃取是一种从普通山竹和Mesta山竹果皮中回收生物活性化合物的高效方法。虽然甲醇产生的干提取物量最高，但并未对应更高的TPC和TXC，这两者分别通过蒸馏水和丙酮最大化。抗氧化测定显示蒸馏水和丙酮提取物都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，其中蒸馏水更有效地提取酚类物质，而丙酮的中等极性促进了?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强大的性能，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。

该研究强调了山竹果皮的多方面性质和生物活性潜力，这些与其理化特性和栽培品种特异性差异密切相关。研究发现为山竹副产物的增值利用提供了重要见解，特别是在功能食品和营养保健品开发方面。六种被确定的潜在候选提取物(LT, LM, LH, LA, MD, LY)为未来产品开发指明了方向。此外，研究采用的综合方法——结合传统的理化分析与先进的化学计量学工具——为类似的植物提取物研究提供了方法论参考。

这项研究不仅为山竹果皮的高值化利用提供了科学依据，也为农业副产物的可持续开发和循环经济模式做出了贡献。通过将废弃物转化为高价值的生物活性成分，研究实现了减少环境污染和提升资源利用效率的双重目标，符合当前全球可持续发展的战略方向。未来的研究可以进一步优化MAE参数，探索混合溶剂系统，并与其他绿色提取方法进行比较，以进一步提高目标植物化学物的提取效率和生物活性。