基于超声辅助提取的加布里罗巴果渣油资源化潜力评估：理化参数、化学特征与生物活性

《Molecules》：Assessing the Potential of Gabiroba Fruit Waste as an Oil Source via Ultrasound-Assisted Extraction: Physicochemical Parameters, Chemical Profile, and Biological Properties

　　

本研究旨在评估与传统索氏提取（Soxhlet extraction, SE）相比，超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction, UAE）对加布里罗巴果渣油（gabiroba waste oil, GWO）化学组成及生物活性的影响。研究人员对GWO中的类胡萝卜素含量进行了表征，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析了脂肪酸（fatty acids, FAs）和倍半萜类化合物。同时评估了总酚含量（total phenolic content, TPC）、总黄酮含量（total flavonoid content, TFC）以及抗氧化（ABTS、DPPH、FRAP）、抗菌和降糖活性。两种方法所得类胡萝卜素含量相近（954–1110 μg β-胡萝卜素/g）。UAE增强了植物化学物质的提取效率，TPC提高了33%（281 mg GAE/100 g），TFC提高了50%（193 mg QE/100 g），并表现出更优的抗氧化活性（亲水性提取物ABTS为12 μmol TE/g，亲脂性提取物为109 μmol TE/g）。与SE相比，UAE可获得高质量油，产率更高（36.6%），酸价更低（12.5%）。油酸是主要的脂肪酸，其次是棕榈酸和亚油酸，β-杜松烯（β-cadinene）是主要萜烯。与SE相比，UAE油的不饱和脂肪酸含量增加了21%，饱和脂肪酸含量减少了36%。UAE油对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）具有更强的抗菌活性（最低抑菌浓度MIC为3.9 mg/mL），并具有更高的α-淀粉酶（半数抑制浓度IC₅₀为316 μg/mL）和α-葡萄糖苷酶（IC₅₀为45 μg/mL）抑制潜力。UAE被证明是从食物残渣中获取富含植物化学物质油脂的高效、可持续方法，使加布里罗巴废料在制药和功能性食品应用中具有价值。

**1. 研究背景与目的**
加布里罗巴（*Campomanesia xanthocarpa*）是巴西桃金娘科（Myrtaceae）本土植物，果实富含碳水化合物、纤维、蛋白质和脂质，并含有抗坏血酸、矿物质、酚类化合物和类胡萝卜素。既往研究表明，其不同部位（叶、果肉、种子）具有抗氧化、抗菌、抗炎、降胆固醇、抗肿瘤和抗糖尿病等生物活性。然而，加布里罗巴的加工或直接消费会产生约40%的农业食品废料（果皮、种子和花萼），这些废料逐渐被视为生物活性成分的潜在来源。尽管关于果肉和叶片的水提物和醇提物研究较丰富，但针对果渣油脂部分的综合数据仍然有限，迄今仅有一项关于加布里罗巴种子油的研究，而整果加工废渣油脂的化学组成和功能潜力尚未被探索，形成了明确的研究空白。油脂提取方法直接影响产率和化合物完整性，传统索氏提取虽产率高，但萃取时间长、温度高，易导致热敏性植物化学物质降解，且能耗高、有机溶剂消耗大。超声辅助提取（UAE）因其快速、环保、低溶剂消耗和低能耗特点，并能通过空化效应增强传质、保护热敏感化合物，已成为高效绿色替代方案。因此，本研究旨在评估UAE对加布里罗巴废渣油（GWO）化学组成和生物活性的影响，并与SE进行对比，以探讨其作为可持续提取技术和废料增值途径的可行性。

**2. 主要研究结论与意义**
研究人员通过UAE和SE两种方法从加布里罗巴废渣中提取油脂。结果表明，UAE在多个指标上显著优于SE：产率更高（36.6%），酸价更低（12.5%），不饱和脂肪酸含量提升21%，饱和脂肪酸降低36%，总酚和总黄酮提取率分别提高33%和50%。UAE油还表现出更强的抗氧化、抗菌与α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性，并对肺癌细胞H460和正常成纤维细胞HEK293显示时间和剂量依赖的细胞毒性。该研究证明UAE是一种能够从食品残渣中高效获得植物化学物丰富油脂的绿色方法，有助于将加布里罗巴废料转化为制药和功能性食品应用的高附加值原料，符合循环经济与可持续发展原则。

**3. 主要技术方法**
研究人员以采自巴西巴拉那州伊拉蒂市（Irati, Paraná）的成熟加布里罗巴果实为原料，经清洗、打浆后收集果渣，干燥、粉碎并过筛。采用超声辅助提取（130 W，20 kHz，脉冲模式，提取时间30分钟）与传统索氏提取（9小时）分别制备GWO。通过GC-MS对脂肪酸和倍半萜进行鉴定；采用分光光度法测定类胡萝卜素含量；使用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC），铝盐显色法测定总黄酮含量（TFC）；运用DPPH、ABTS和FRAP三种互补方法评估抗氧化活性；采用微量肉汤稀释法测定对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌、肠道沙门氏菌和白色念珠菌的最低抑菌浓度（MIC）；通过底物显色法评估α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性，并采用MTT比色法检测UAE油对H460人肺癌细胞系和HEK293人胚肾正常细胞系的体外细胞毒性。

**4. 研究结果**

**4.1 加布里罗巴废渣的近似组成**
水分是加布里罗巴废渣（GW）的主要成分，占72.27%。在干物质中，膳食纤维（14.55%）和脂质（5.80%）是主要成分，其次为碳水化合物（4.48%）和蛋白质（2.20%）。与全果相比，GW的脂质、蛋白质和纤维含量更高。依据巴西国家卫生监督局（ANVISA）标准，GW可被归类为高纤维含量材料，因为其提供的纤维量为每日推荐摄入量的20%。果渣中纤维（如半乳甘露聚糖和果胶）因其凝胶化和稳定特性，以及在免疫调节、抗炎、降血糖、抗氧化和抗肿瘤等方面的药理应用潜力而受到关注。

**4.2 脂肪酸和倍半萜谱**
气相色谱分析鉴定出超过30种化合物，其中脂肪酸占比超过70%。两种提取方法所得油脂的主要脂肪酸均为油酸（C18:1）、棕榈酸（C16:0）和亚油酸（C18:2）。UAE油较SE油的不饱和脂肪酸含量增加了21%，饱和脂肪酸则减少了36%，这可归因于UAE更温和的提取条件和更短的时间，最大限度地减少了不饱和脂肪酸的热氧化降解，同时超声波空化效应可快速释放膜结合的脂质部分，该部分天然富含不饱和链。挥发性成分以倍半萜类为主，β-杜松烯在两种油中均为最丰富的萜烯，这与该物种种子提取物中检出的萜类谱相符，并为油脂应用于食品调味提供了依据。

**4.3 理化参数**
UAE的提取率（36.6%）较SE略有提高，其物理机制源于声空化引起的海绵效应和微孔形成，增强了溶剂渗透和细胞内容物释放。UAE油酸价（12.5%）比SE油（14.1%）低约13%，表明高温长时间提取促进了游离脂肪酸生成，导致水解酸败增加。此外，UAE油密度（922.8 Kg m^?3）和折光率（1.4802）均低于SE油（分别为932.4 Kg m^?3和1.4894），显示SE油可能因高温氧化聚合反应而品质劣变，UAE油则保持了较好的油脂品质。

**4.4 类胡萝卜素、酚类化合物与抗氧化能力**
两种提取方法的类胡萝卜素含量无显著差异，平均值为1032.39 μg β-胡萝卜素/g，显著高于buriti油、pequi油以及加布里罗巴种子油，表明两种方法均能高效回收类胡萝卜素。在酚类化合物方面，UAE显著提高了提取效率：总酚含量为280.79 mg GAE/100 g，较SE（188.16 mg GAE/100 g）高33%；总黄酮含量为192.83 mg QE/100 g，较SE（97.39 mg QE/100 g）高50%。抗氧化活性测定中，ABTS法显示UAE油活性最强，亲脂性提取物（108.87 μmol TE/g）远高于亲水性提取物，表明脂溶性成分是主要抗氧化贡献者。SE长时间高温处理可能导致部分抗氧化物质降解，而UAE有助于保留这些热敏性化合物。这些酚类成分可作为天然抗氧化剂，保护不饱和脂肪酸免受氧化降解。

**4.5 抗菌活性**
UAE油对金黄色葡萄球菌的MIC为3.9 mg/mL，而SE油需要更高的浓度，表明UAE油对该菌更敏感；相反，SE油对蜡样芽孢杆菌的抑制效果优于UAE油。两种油对白色念珠菌的MIC相同（15.63 mg/mL），但UAE油最低杀菌浓度（MBC）为31.25 mg/mL，低于SE油（62.50 mg/mL），显示更强的杀菌活性。两种油对肠道沙门氏菌、大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌均未表现出抑制作用，这可能与革兰氏阴性菌外膜脂多糖层的亲水性屏障和革兰氏阳性菌李斯特菌对环境胁迫的高度抵抗有关。GWO的抗菌活性可能源于脂肪酸和萜烯类化合物的协同作用，两者可通过破坏细菌膜结构和抑制蛋白质、DNA合成发挥功效。

**4.6 降糖活性**
GWO对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制呈剂量依赖性。UAE油对α-淀粉酶的半数抑制浓度IC₅₀为316 μg/mL，优于SE油（400 μg/mL）；对α-葡萄糖苷酶的IC₅₀为45 μg/mL，明显强于SE油（122 μg/mL）。在0.125 mg/mL浓度下，UAE油对α-葡萄糖苷酶的抑制效果优于α-淀粉酶，且与临床降糖药阿卡波糖（对α-葡萄糖苷酶IC₅₀为58 μg/mL）相当。这些抑制作用可能归因于油中脂肪酸、酚类等成分的协同效应，以及β-杜松烯等倍半萜类化合物，提示GWO具有控制餐后血糖和辅助糖尿病管理的应用潜力。

**4.7 抗癌活性**
MTT试验显示，UAE油对H460人肺癌细胞和HEK293人胚肾成纤维细胞的细胞毒性均呈时间和剂量依赖性。较低浓度下，72小时暴露的细胞毒性显著强于24小时，而高浓度（400–1600 μg/mL）时细胞活力在24小时内即可降至25%以下。在100 μg/mL浓度下，H460细胞24小时存活率高于75%，72小时低于50%，而HEK293细胞在相同条件下也表现出较高的活力下降。然而，通过比较半数抑制浓度（IG₅₀），GWO对正常成纤维细胞的毒性约为肺癌细胞的1.8倍，这提示其缺乏选择性。尽管GWO中含有具有抗癌潜力的不饱和脂肪酸和黄酮类化合物等植物化学物，但在将其视为抗癌候选药物之前，仍需对其化学组成、选择性及毒理学特征进行更深入的研究。

**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，UAE油中的脂肪酸可作为表面活性剂破坏细菌膜结构，倍半萜类可通过抑制蛋白质和DNA合成或破坏细胞膜发挥抗菌功能；酚类化合物在脂质基质中作为天然抗氧化剂，保护不饱和脂肪酸免受氧化。降糖活性可能源于脂肪酸和酚类物质的协同抑制效应。抗癌方面，不饱和脂肪酸可诱导肿瘤细胞凋亡并增强脂质过氧化，某些酚类和类胡萝卜素可通过促氧化机制抑制肿瘤增殖，但选择性不足是亟需解决的问题。同时，GWO的抗菌作用受限于细菌细胞壁结构差异，而其对特定菌株的活性仍有开发潜力。研究结论可翻译为：超声辅助提取（UAE）被证明是一种高效、可持续地从加布里罗巴废料中获得富含植物化学物质油脂的方法。该废渣油含有多种化合物，特别是不饱和脂肪酸、倍半萜和类胡萝卜素，具有可观的抗氧化、抗菌和降血糖潜力，适合工业应用。未来需要利用其他细胞系开展安全性及单一成分毒理学研究，以全面评价其抗癌潜力。GWO的化学特征为其在对抗氧化应激、微生物感染和控制血糖方面的天然产物制剂开发提供了科学依据。本研究数据与可持续实践一致，通过采用UAE技术可显著缩短提取时间并降低能耗，有助于减少工业废料对环境的负担。