过热水蒸气萃取（SHSE）结合响应面法（RSM）优化 Pistacia lentiscus L. 油胶树脂精油的抗氧化活性与化学表征

《Food Science & Nutrition》：Improved Antioxidant Properties of Pistacia lentiscus L. Oleo-gum Resin Essential Oil Extracted by Superheated Steam: Process Optimization and Chemical Characterization

　　

本研究旨在采用响应面法（RSM）优化通过过热水蒸气萃取（SHSE）提取的 Pistacia lentiscus L. 油胶树脂精油（EO）的抗氧化活性。通过中心复合设计（CCD）调整 SHSE 工艺参数，使 EO 的抗氧化活性最大化。萃取参数为温度（140°C–180°C）、粒径（0.5–1 mm）和萃取时间（90–150 min）。采用气相色谱–质谱联用（GC–MS）分析水蒸馏（HD）、蒸汽蒸馏（SD）以及 SHSE 所得 EO 的化学组成。这些结果表明，EO 的化学特征和抗氧化潜力主要取决于萃取过程。采用 DPPH 自由基清除能力（DPPH-FRSA）、铁还原抗氧化能力（FRAP）和过氧化氢清除效率（H₂O₂-FRSA）评价 EO 的抗氧化潜力。在优化条件下，即温度 160°C、时间 120 min、粒径 0.75 mm，SHSE 获得最高抗氧化活性：DPPH-FRSA（88.64%）、H₂O₂-FRSA（78.64%）和 FRAP（120.42%）。利用实验结果拟合二阶多项式方程以确保优化模型验证。α-pinene、verbenol、cis-verbenone、limonene 和 β-myrcene 是 Pistacia lentiscus L. EO 的主要成分。因此，SHSE 被认为是获得富含抗氧化成分的 Pistacia lentiscus L. EO 的改进且有效的方法。此外，在 RSM 辅助下，萃取条件得到良好优化，显著改善了 EO 在其功能应用中的抗氧化潜力。

食品体系对天然抗氧化剂需求增长，合成添加剂的安全与监管问题促使植物源精油（essential oil，EO）作为替代。植物基天然抗氧化剂具有生物相容和可生物降解特点。Pistacia lentiscus L. 油胶树脂 EO 含较高生物活性化合物和抗氧化潜力，但传统提取方法水蒸馏（hydro-distillation，HD）和蒸汽蒸馏（steam distillation，SD）加工时间长、热应激明显，导致热不稳定化合物降解和抗氧化活性损失。因此，需要新型、高效、食品兼容的提取方法，在不造成化学降解的前提下提高抗氧化化合物回收和功能完整性。过热水蒸气萃取（superheated steam extraction，SHSE）作为绿色加工技术，可提高提取效率和抗氧化活性。尽管 P. lentiscus 的生物能力已有报道，但采用先进绿色提取技术系统优化其 EO 抗氧化成分仍未充分探索；已有响应面法（response surface methodology，RSM）研究多关注叶、果、浆果中酚类物质作为抗氧化能力间接标志，而非直接优化抗氧化潜力本身。研究人员指出，尚无研究用 RSM 最大化 SHSE 所得 P. lentiscus EO 抗氧化能力，因此开展该研究。研究人员通过中心复合设计（central composite design，CCD）结合 RSM 优化 SHSE 参数，评价抗氧化活性，并用气相色谱–质谱联用（gas chromatography–mass spectrometry，GC–MS）分析化学组成，同时比较 HD、SD 与 SHSE 所得 EO。结论表明，SHSE 是改进且有效的方法，最优条件为 160°C、120 min、0.75 mm，此时抗氧化活性最高；α-pinene、verbenol、cis-verbenone、limonene 和 β-myrcene 为主要成分；萃取方式影响 EO 化学特征和抗氧化潜力。该研究支持 Pistacia lentiscus L. EO 作为食品和营养应用功能添加剂的可能用途。

关键技术方法概括：P. lentiscus 油胶树脂采自巴基斯坦 Baluchistan Zhob District，由 University of Okara 的 Dr. Fahim Arshad 鉴定，凭证标本为 MPZ-004。关键技术包括 HD、SD 和 SHSE；SHSE 条件为温度 140–180°C、时间 90–150 min、粒径 0.5–1 mm；采用 CCD-RSM 优化；测定 DPPH-FRSA、FRAP、H₂O₂-FRSA；采用 GC–MS 分析 EO 化学组成；采用方差分析（analysis of variance，ANOVA）和 Tukey 诚实显著差异（Tukey’s honestly significant difference，HSD）检验，显著性水平为 p<0.05。

3.1 方差分析：通过 ANOVA 和 Fisher 检验评价设计充分性及模型显著性。二次模型显著，失拟 p 值大于 0.05，说明模型和实验设置合法。文中指出线性项 A、二次项 A²、B²、C² 及交互项 AB 为显著因素，其余参数未表现统计学显著；FRAP 模型显著，C² 显著。DPPH、FRAP 和 H₂O₂ 的 R² 分别为 96.36%、86.96% 和 96.38%；调整 R² 与预测 R² 差值小于 0.2；变异系数（coefficient of variation，CV%）分别为 1.22、1.47 和 1.39；充分精度值均大于 4，说明模型在选定实验范围内预测可靠。

3.2 响应面法分析：通过基于多项式模型的三维响应面分析，考察温度、时间、粒径的交互影响。所有测定的最高值出现在 160°C、120 min、0.75 mm 的中水平条件。中粒径抗氧化活性最高，较大粒径最低。160°C 时动能增加，有利于 EO 分子汽化和释放，促进细胞壁破坏并避免热降解；温度超过一定阈值会导致热敏抗氧化剂降解。延长时间至 120 min 可增加抗氧化活性，随后下降，可能与初期抗氧化剂逐渐扩散释放、后期不良成分提取增加有关。优化萃取时间和温度十分关键。

3.3 抗氧化活性比较：通过 DPPH-FRSA、FRAP 和 H₂O₂-FRSA 比较 HD、SD 和 SHSE 所得 EO。HD 最低，SD 居中，SHSE 最高：DPPH-FRSA 88.64%、FRAP 120.54 mg/100 g、H₂O₂-FRSA 78.64%；HD 分别为 71.56%、101.12 mg/100 g、66.79%；SD 分别为 76.71%、108.62 mg/100 g、71.41%。P. lentiscus EO 的抗氧化活性低于标准品丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）、没食子酸和抗坏血酸。萃取方法显著影响 P. lentiscus EO 抗氧化活性。

3.4 P. lentiscus 油胶树脂 EO 的化学组成：通过 GC–MS 分析 HD、SD 和 SHSE 所得 EO，总鉴定成分分别为 90.18%、94.71% 和 98.41%。主要成分为 α-pinene（49.5%–60.3%）、verbenol（1.5%–4.1%）、cis-verbenone（2.1%–5.5%）、limonene（4.32%–9.43%）和 β-myrcene（5.48%–10.33%）。这些化合物与抗氧化活性相关：α-pinene 可通过氢原子转移稳定自由基；limonene 可抑制脂质过氧化并清除活性氧（reactive oxygen species，ROS）；β-myrcene 和 cis-verbenone 可参与电子供体和螯合机制；verbenol 的羟基可反应自由基。热和氧可使 α-pinene 部分氧化为 verbenol，再转化为 cis-verbenone。SHSE 总单萜为 77.31%，最高；HD、SD、SHSE 的总含氧单萜分别为 10.39%、16.04%、15.65%；总倍半萜分别为 8.13%、7.3%、5.5%。HD 低温可能保护热敏化合物但提取效率较低；SD 影响中等；SHSE 高温干蒸汽增强细胞壁破裂和挥发性物质热释放，总鉴定化合物比例更高。

讨论部分总结：萃取过程影响 EO 抗氧化潜力和化学特征；SHSE 在优化条件下提高抗氧化活性，且与 α-pinene 等主要成分相关。研究结论翻译：利用 RSM 和 SHSE 优化了 P. lentiscus L. 精油的抗氧化能力。影响抗氧化活性提高的主要因素是温度、粒径和时间。因此，研究结果表明，SHSE 是从 P. lentiscus L. 中提取 EO 最有效的技术。这些研究表明，萃取过程影响 EO 的抗氧化潜力和化学特征。在最佳萃取条件下，即 160°C、120 min、0.75 mm 粒径，可获得最高抗氧化活性。在本研究中，GC–MS 分析表明，α-pinene、verbenol、cis-verbenone、limonene 和 β-myrcene 是主要化合物，可能负责 EO 的抗氧化潜力。需要更多研究来确定 Pistacia lentiscus L. EO 的功效，并优化过热水蒸气萃取过程的其他参数以用于潜在应用。