微波辅助萃取(Microwave-Assisted Extraction, MAE)结合不同溶剂优化山竹果皮生物活性成分提取及其抗氧化活性研究

本研究针对山竹果皮资源利用率低、活性成分提取效率不佳等问题，通过微波辅助萃取技术系统比较了质子性与非质子性溶剂对两种山竹果皮（普通山竹和Mesta山竹）中总酚含量(TPC)、总口山酮含量(TXC)及抗氧化活性的影响。研究发现丙酮对TXC提取效果最佳(57.75–76.13 mg ME/g)，蒸馏水对TPC提取最优，且MAE技术显著提高了提取效率和抗氧化活性。该研究为山竹果皮的高值化利用和功能性食品开发提供了重要理论依据和技术支撑。

　　

山竹（Garcinia × mangostana L.）被誉为“果中女王”，是一种广泛种植于东南亚的热带水果，其深紫色的果皮约占果实总重量的65%以上，却常被作为农业废弃物丢弃。然而，研究表明山竹果皮富含多种生物活性化合物，特别是口山酮类物质，其含量是果肉的60倍之多，具有显著的抗氧化、抗炎和抗高血糖等生物活性。传统的提取方法往往效率低下、耗时长且溶剂消耗大，而微波辅助萃取(Microwave-Assisted Extraction, MAE)作为一种绿色、高效的提取技术，通过微波能量快速加热溶剂，破坏植物细胞壁，从而显著提高活性成分的提取效率。尽管如此，溶剂的选择对提取效率有着至关重要的影响，尤其是极性质子性溶剂（如水、甲醇、乙醇）和极性非质子性溶剂（如丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷）在提取不同极性化合物时表现各异。因此，系统比较不同溶剂在MAE中对山竹果皮生物活性成分的提取效果，并评估其抗氧化潜力，对于推动山竹果皮的高值化利用和开发新型功能性食品具有重要意义。

为了深入探究这一问题，来自马来西亚Putra大学的研究团队在《Food Bioscience》上发表了一项研究，他们采用MAE技术，分别使用三种质子性溶剂（蒸馏水、甲醇、乙醇）和三种非质子性溶剂（丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷）对两种山竹品种（普通山竹和Mesta山竹）的果皮进行了提取。研究测定了提取物的得率、总酚含量(TPC)、总口山酮含量(TXC)以及通过ABTS、DPPH和FRAP三种方法评估了其抗氧化活性。此外，研究还运用了化学计量学方法，包括主成分分析(PCA)、层次聚类分析(HCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，对数据进行了深入分析，以揭示不同溶剂提取物之间的内在关系和关键区分变量。

研究采用的关键技术方法包括：微波辅助萃取(MAE)在270 W功率下处理10分钟，使用1:20的料液比；采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量(TPC)，以没食子酸当量(mg GAE/g)表示；通过紫外分光光度法在244 nm波长下测定总口山酮含量(TXC)，以α-口山酮当量(mg α-ME/g)表示；并运用ABTS、DPPH和FRAP三种体外抗氧化 assay 评估提取物的抗氧化能力，结果分别以Trolox当量(mg TE/g)和Fe(II)当量(mg Fe(II)/g)表示。样本来源于马来西亚Pahang地区提供的普通山竹和Mesta山竹新鲜果实，果皮经清洗、干燥、粉碎后用于提取。数据分析采用JMP Pro软件进行ANOVA和Tukey's HSD检验，并利用MetaboAnalyst在线平台进行多变量统计分析。

3.1. 质子性与非质子性溶剂在MAE中的得率比较

研究结果显示，MAE的提取得率因溶剂类型和山竹品种而异。在质子性溶剂中，甲醇的得率最高（17.93–20.50%），其次为蒸馏水（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的高效性得益于其快速加热能力，能有效破坏细胞壁，释放结合态酚类化合物。然而，得率高并不一定对应高生物活性成分含量，因为得率也可能受到样品中非酚类物质（如碳水化合物和蛋白质）的影响。

3.2. MAE增强TPC和TXC的提取

溶剂极性对TPC和TXC的提取效率有显著影响。蒸馏水因其高极性，在提取TPC方面表现最佳，这归因于其高介电常数增强了微波相互作用，从而提高了细胞膜通透性。然而，在提取TXC时，丙酮表现出最高效率（57.75–76.13 mg ME/g），这得益于其平衡的极性，能够有效提取极性和中极性化合物，且其较低的粘度和表面张力有助于更好地渗透植物基质。研究表明，MAE技术通过微波能量破坏氢键，引起分子运动和热量产生，从而破裂细胞壁，释放生物活性化合物，其在提取酚类物质方面通常比常规方法更高效、更可持续。

3.3. 山竹果皮提取物的抗氧化活性

抗氧化 assay 结果证实，提取物的抗氧化活性与TPC和TXC含量呈正相关。ABTS和DPPH assay 显示，丙酮提取物具有最高的自由基清除活性（ABTS: 101.27–119.17 mg TE/g; DPPH: 639.68–649.54 mg TE/g），这与其高TXC含量一致，因为口山酮类化合物（如α-口山酮）具有疏水结构特征，如芳香环和邻二羟基，能增强抗氧化能力。相反，蒸馏水提取物在FRAP assay 中表现出最高的还原力（450.77–513.23 mg Fe(II)/g），这与高TPC相关，表明酚类化合物通过其羟基基团的 redox 性质提供电子。多种 assay 的结合使用提供了更全面的抗氧化活性评估，ABTS适用于亲水性和疏水性抗氧化剂，DPPH更适用于疏水性化合物，而FRAP则基于还原机制。

3.4. 化学计量学分析

化学计量学分析进一步揭示了溶剂类型对提取物特性的影响。Pearson相关分析显示，得率与DPPH呈强负相关（r = -0.7096），TXC与DPPH呈强正相关（r = 0.7656），表明高得率可能伴随低抗氧化活性，而高TXC则对应高自由基清除能力。PCA提取了两个主成分（PC1和PC2），累计方差贡献率为80.801%，其中得率、DPPH、FRAP和ABTS等变量具有强因子载荷，是区分提取物的关键参数。HCA将12种提取物分为6个簇，蒸馏水提取物（LH和MH）聚集在高TPC和FRAP区域，丙酮提取物（LA和MA）聚集在高TXC、ABTS和DPPH区域，验证了PCA结果。PLS-DA模型（R2 = 0.2884, Q2 = 0.1311）显示模型稳健，无过拟合，VIP分析确定FRAP、得率、ABTS和DPPH为最重要的区分变量，这些参数共同影响了提取物的特性。

本研究通过系统评估MAE结合不同溶剂对山竹果皮生物活性成分的提取效果，发现溶剂极性是决定提取效率和抗氧化活性的关键因素。蒸馏水在提取TPC和展现FRAP还原力方面表现卓越，而丙酮则在提取TXC和ABTS/DPPH自由基清除活性方面优势明显。化学计量学分析不仅验证了溶剂依赖性聚类模式，还识别出影响提取物特性的关键变量，如得率、TPC、TXC、ABTS、DPPH和FRAP。这些发现强调了MAE作为一种高效、可持续的提取技术，在最大化山竹果皮价值方面的潜力。研究结果为优化提取工艺提供了科学依据，有助于推动山竹果皮在功能性食品和营养保健品中的高值化应用，同时符合可持续发展和碳中和目标。未来研究可进一步探索混合溶剂系统、其他绿色提取技术（如超声波辅助提取或超临界流体提取）以及生物可利用性，以全面挖掘山竹果皮的商业潜力和健康益处。