巴西森林树种树皮生物活性化合物提取优化：溶剂混合物对金属离子螯合及脲酶抑制的影响

本研究采用单纯形-重心混合设计优化了巴西特有树种Stryphnodendron adstringens和Myrcia eximia树皮生物活性化合物的提取工艺，系统探讨水-乙醇-丙酮三元溶剂体系对总酚含量（TPh）、金属离子（Fe2+/Zn2+/Cu2+）螯合活性（CH）及脲酶抑制（UI）效能的影响。通过响应面分析确定最佳溶剂配比，揭示溶剂极性-生物活性构效关系，为森林资源高值化利用提供精准提取策略。

　　

材料与方法

研究选取巴西塞拉多和亚马孙生物群落特有树种S. adstringens（采集于米纳斯吉拉斯州）和M. eximia（采集于帕拉州）的树皮样本。样品经干燥粉碎后过60目筛（250μm），采用单纯形-重心混合设计构建12组溶剂配比实验（水/乙醇/丙酮三元体系），在60℃超声提取1小时后通过旋转蒸发浓缩并水相重构。

分析指标

总酚含量（TPh）：采用Folin-Ciocalteu法测定，以没食子酸当量（GAE）表示；

金属螯合活性：分别通过铁-菲啰嗪（Fe²⁺）、锌/铜-紫脲酸铵（Zn²⁺/Cu²⁺）络合体系测定，以EDTA为参照；

脲酶抑制（UI）：基于酚红显色法监测尿素水解速率，计算抑制率。

优化模型与统计验证

通过特殊立方模型（含线性、二次及三元交互项）拟合响应值，ANOVA验证模型显著性（P<0.10）。 Pareto图解析溶剂交互效应，合意度函数优化多目标响应。

物种特异性提取规律

S. adstringens：最高TPh（250.60 mg GAE/g）出现于水-丙酮等比例混合体系，而纯丙酮提取效能最低（123.22 mg GAE/g）。金属螯合活性中，Zn²⁺螯合率（87.63%）显著优于EDTA参照值（34.24%），最佳配比为水:乙醇:丙酮=25:38:38。

M. eximia：水相主导体系（水75%）实现最高TPh（151.82 mg GAE/g），丙酮单独提取效率骤降61%。Cu²⁺螯合优化配比为乙醇:丙酮=67:33（零水参与）。

脲酶抑制动力学特征

两物种均呈现时间依赖性抑制：峰值抑制出现于9-12分钟，随后缓慢恢复酶活。S. adstringens在乙醇-丙酮二元体系（50:50）获得最大抑制率（66.73%），而M. eximia需高乙醇占比配方（水:乙醇:丙酮=8:75:17）实现70.08%抑制。含≥33%丙酮的配方均展现持久抑制效能，提示中低极性化合物起主导作用。

机制探讨

1. 1.
   溶剂极性协同效应：水增强细胞膜透性，乙醇/丙酮调控疏水性酚类溶出，三元体系覆盖全极性范围（如酚酸/黄酮/缩合单宁）；
2. 2.
   金属螯合多样性：邻苯二酚/没食子酰基为关键配位基团，糖苷化修饰降低螯合效能；
3. 3.
   脲酶抑制多模式：可能涉及Ni²⁺活性中心封锁或变构抑制，多酚类通过氢键/疏水相互作用稳定酶-抑制剂复合物。

应用前景

本研究确立的物种特异性提取方案可应用于：

• •
  阿尔茨海默症治疗（金属离子稳态调控）；
• •
  农业尿素酶抑制剂开发；
• •
  功能性食品/化妆品抗氧化剂定向制备。

结论

森林树皮生物活性提取需遵循“一物种一策略”原则，溶剂极性-生物活性映射关系具有高度物种依赖性。单纯形-重心设计成功解析复杂溶剂交互效应，为绿色提取工艺提供量化决策基础。