《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction and Metabolomic Profiling of a Loquat Leaf–Mulberry Leaf Solid Beverage
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植物基固体饮料因其健康益处和较低的环境影响而日益受到关注。枇杷叶（Eriobotrya japonica）和桑叶（Morus alba L.）是传统药食同源材料，富含生物活性化合物；然而，关于其联合提取及工艺优化用于固体饮料生产的系统性研究仍然有限。本研究采用
植物基固体饮料因其健康益处和较低的环境影响而日益受到关注。枇杷叶（Eriobotrya japonica）和桑叶（Morus alba L.）是传统药食同源材料，富含生物活性化合物；然而，关于其联合提取及工艺优化用于固体饮料生产的系统性研究仍然有限。本研究采用超声辅助提取（UAE）结合喷雾干燥技术开发了一种枇杷-桑叶固体饮料。通过单因素实验和Box-Behnken设计的响应面法（RSM）对提取参数进行了优化。利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）对原料（YL）、优化前饮料（YHQ）和优化后饮料（YHH）进行了非靶向代谢组学分析。确定的最佳条件为：枇杷叶与桑叶质量比30:70（g/g），料液比1:25（g/mL），乙醇体积分数55%，超声时间1.8 h，在此条件下获得最高粉末得率35.45%。与YHQ相比，优化后的YHH饮料表现出更高的总多酚含量（14.3 ± 0.36 mg GAE/g）、总黄酮含量（27.8 ± 0.4 mg RE/g）和DPPH自由基清除活性（178.6 ± 3.9 μmol TE/g）。代谢组学分析在所有样品中共鉴定出2267种代谢物。比较分析显示，YHH与YL之间存在90种差异代谢物，其中58种显著上调，32种下调。相比之下，YHH与YHQ之间仅发现6种差异代谢物，表明关键品质相关化合物的变化较为集中。优化后的工艺提高了粉末得率，并通过增加有益成分、减少不良成分，有利地调节了代谢物谱。这一综合策略为高质量功能性植物基固体饮料的工业化生产提供了科学依据和实践路径。
研究背景与问题提出
近年来，全球食品工业正经历深刻变革，消费者健康意识提升、慢性疾病负担加重以及对可持续便捷食品的需求增长，推动了功能性食品和饮料的发展。植物基饮料已成为增长最快的市场板块之一，可作为乳制品的替代选择。与此同时，具有传统药用历史的植物作为新型功能成分来源，重新获得了科学界和工业界的关注。枇杷叶（Eriobotrya japonica）和桑叶（Morus alba L.）均为亚洲传统医药和饮食中常用的药食同源材料。枇杷叶富含三萜酸、黄酮类和酚酸类物质，具有抗氧化、抗炎和保肝活性；桑叶则含有优质植物蛋白及丰富的生物活性化合物，如黄酮、酚酸、生物碱和γ-氨基丁酸。将两者进行策略性组合，有望产生协同效应，创制具有独特且增强生物活性特征的功能性饮料。
固体饮料粉末在稳定性、保质期、包装运输成本和复溶性方面具有显著优势。喷雾干燥是制备此类粉末的成熟方法，但最终产品的生物活性品质高度依赖于初始提取物的组成，因此上游提取工艺至关重要。传统的热回流和浸渍提取方法耗时、耗能且易导致热敏性化合物降解。超声辅助提取（UAE）作为一种绿色高效的替代技术，利用声空化作用破坏细胞壁，增强传质效率，能在更温和的条件下于更短时间内获得更高得率，更好地保护生物活性物质。为了全面表征复杂的化学成分并评估加工影响，需要先进的分析工具。非靶向代谢组学分析通过超高效液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）平台，能够提供低分子量代谢物的全景视图，实现数百种化合物的同时鉴定和相对定量。
尽管已有大量关于单一植物提取的研究，但对枇杷叶和桑叶联合提取并进行工艺优化以生产固体饮料的系统性研究仍然匮乏。本研究旨在填补这一空白，通过UAE结合喷雾干燥开发一种枇杷-桑叶固体饮料，并采用单因素实验和响应面法（RSM）优化提取参数，以期最大化粉末得率。同时，利用非靶向代谢组学技术全面分析不同加工阶段样品的代谢物谱变化，揭示工艺优化对产品化学成分和潜在品质的影响机制，为功能性植物基固体饮料的工业化生产提供科学依据。
主要关键技术与方法
研究人员采用了以下关键技术方法：首先，通过单因素实验考察料液比、乙醇体积分数和超声时间对粉末得率的影响，并基于此结果，运用Box-Behnken设计的响应面法（RSM）建立二次回归模型，优化提取参数。其次，采用福林-酚比色法测定总多酚含量（TPC），采用氯化铝比色法测定总黄酮含量（TFC），并使用商业DPPH试剂盒评估抗氧化活性。最后，整合液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）两种平台，对原料（YL）、优化前饮料（YHQ）和优化后饮料（YHH）进行非靶向代谢组学分析。数据分析中应用了主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计方法。
研究结果
单因素对粉末得率的影响
单因素实验结果表明，随着料液比、乙醇体积分数和超声时间的增加，粉末得率均呈现先升后降的趋势。料液比为1:20 g/mL时得率达到最大值32.73%；乙醇体积分数为50%时得率最高，为31.73%；超声时间为2.0 h时得率最大，为32.13%。这些结果为后续响应面实验的参数范围选择提供了依据。
响应面优化与模型验证
基于Box-Behnken设计建立了粉末得率与三个自变量之间的二次回归模型。方差分析显示，模型极显著，失拟项不显著，表明模型拟合良好。各因素的影响力排序为：乙醇体积分数 > 料液比 > 超声时间。交互作用分析显示，料液比与超声时间、乙醇体积分数与超声时间之间存在极显著的交互效应。通过求解回归方程，得到最优理论条件为：料液比1:25 g/mL，乙醇体积分数55%，超声时间1.8 h，预测最大粉末得率为35.52%。在此条件下进行三次验证实验，实际测得的粉末得率为35.45%，与预测值吻合良好，证实了模型的可靠性。
总多酚、总黄酮含量及抗氧化活性
从原料（YL）到优化前饮料（YHQ）再到优化后饮料（YHH），总多酚含量、总黄酮含量和Trolox等效抗氧化能力均逐步升高。YHH的各项指标均最高，分别为14.3 mg GAE/g、27.8 mg RE/g和178.6 μmol TE/g。这表明工艺优化有效促进了酚类和黄酮类化合物的保留，并提升了饮料的抗氧化能力。研究中还讨论了喷雾干燥对不同植物基质中活性成分保留率的影响差异。
全面代谢组学分析与差异分析
通过整合GC-MS和LC-MS平台，在所有样品中共鉴定并注释了2267种代谢物，涵盖脂类、有机氧化合物、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物、苯丙素类和聚酮类等15个类别。PCA得分图显示，三个样品组之间分离明显，表明提取过程显著改变了代谢物谱。进一步通过OPLS-DA模型筛选差异代谢物。YHH与YL的比较组共鉴定出90种差异代谢物，其中58种显著上调，主要包括乙基葡萄糖醛酸苷、琼脂糖、蔗糖、橄榄苦苷等具有抗氧化、改善口感和提供能量的有益成分；32种显著下调，主要包括葫芦素I、异龙脑内酯等可能带来苦味或不良风味的物质。YHH与YHQ的比较组仅发现6种差异代谢物，其中烟酰胺亚胺显著上调，而鞘磷脂、棕榈酰葡糖苷酸和葫芦素I等5种代谢物显著下调。这说明工艺优化对整体代谢物谱的影响有限，但针对性地减少了某些可能影响感官品质和稳定性的化合物。
总结与结论
研究人员在讨论部分指出，本研究的代谢组学比较存在一定局限性，即YL与YHH的对比反映的是原材料到提取物转化和加工参数的综合效应，而YHQ与YHH的对比更能特异性地分离出参数优化的效果。此外，工艺优化仅以粉末得率为响应变量，未来应采用包含总酚、总黄酮和抗氧化活性等多指标的优化方法。同时，未进行感官评价，产品的消费者接受度尚不明确。未来研究还需探讨喷雾干燥条件对活性化合物保留的影响、包埋材料对感官品质的作用以及产品的储存稳定性。
研究结论部分总结如下：本研究成功应用UAE和喷雾干燥技术生产了枇杷叶-桑叶固体饮料。通过响应面优化确定了最佳工艺参数：枇杷叶与桑叶质量比3:7，料液比1:25 g/mL，乙醇体积分数55%，超声时间1.8 h，在此条件下粉末得率为35.45%。优化后的YHH饮料相比YHQ显示出更高的总多酚和黄酮含量以及更强的DPPH自由基清除活性，表明生物活性成分得到了更好的保留。整合的非靶向代谢组学鉴定出2267种代谢物，并确认工艺优化显著改变了相对于原材料的代谢物谱，YHH与YL之间存在90种差异代谢物。YHH与YHQ之间差异代谢物数量有限，表明响应面优化主要是对现有组成进行了精炼而非引起广泛的化学变化。重要的是，多种与苦味或不稳定性相关的代谢物下调，预示着改善的感官品质和储存稳定性。总体而言，本研究为枇杷-桑叶固体饮料提供了一种高效绿色的提取策略和全面的化学表征，为功能性植物基饮料的开发提供了有价值的参考。
