《Journal of Applied Phycology》：Drying method influences the yield and activity of bioactive compounds extracted from the kelp species Macrocystis pyrifera and Undaria pinnatifida in New Zealand
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干燥是大藻类生物质采后加工的关键步骤，影响着产品稳定性、加工效率以及对有价值生物活性化合物的保存效果。本研究评估了不同干燥方式如何影响来自新西兰南部本地巨藻 Macrocystis pyrifera 和入侵种裙带菜 Undaria pinnatifida 组织
干燥是大藻类生物质采后加工的关键步骤，影响着产品稳定性、加工效率以及对有价值生物活性化合物的保存效果。本研究评估了不同干燥方式如何影响来自新西兰南部本地巨藻 Macrocystis pyrifera 和入侵种裙带菜 Undaria pinnatifida 组织的植物化学成分组成及抗氧化活性。叶片和孢子叶组织分别经过七种干燥方案处理：冷冻干燥、45、60 和 80 °C 的热风干燥，以及 220、440 和 660 W 的微波干燥。研究人员测定了海藻提取物中粗岩藻聚糖硫酸酯（crude fucoidan）得率、总酚含量（total phenolic content）以及抗氧化能力（采用 ABTS、DPPH 和 FRAP 法）。微波干燥所需时间最短（0.07–0.35 h），而冷冻干燥则需要显著更长的处理周期（21–33 h）。干燥处理对目标化合物得率的影响因物种、组织类型和目标化合物的不同而异。采用冷冻干燥法时，裙带菜单孢子叶获得了最高的岩藻聚糖硫酸酯得率（40.5 g F [100 g]?1 DS），而巨藻所有组织在冷冻干燥下均获得最低得率（9.9 – 17.4 g F [100 g]?1 DS）。此外，与冷冻干燥相比，45 – 60 °C 的热风干燥以及受控的微波干燥提高了巨藻两种组织以及裙带菜叶片中的酚类物质回收率。此外，抗氧化能力的得率在物种间和组织类型间也存在差异（例如，采用微波干燥时，裙带菜单孢子叶的 FRAP 值低于冷冻干燥，而在巨藻叶片中则观察到相反趋势）。这些发现表明，干燥条件在决定加工方法以及生物活性化合物的保留效率方面起着关键作用，对于其在营养保健品、制药和健康食品行业的潜在应用具有重要意义。
论文解读：干燥方式对两种褐藻生物活性化合物提取与活性的影响
一、研究背景与科学问题
海藻采后的干燥处理是保障其货架期与品质的关键环节。有效的干燥能够抑制微生物生长和酶活性，从而获得更稳定的加工产物。然而，干燥过程也可能改变热敏性化合物的化学完整性，特别是那些具有高价值的氧化敏感成分。因此，选择合适的干燥技术至关重要。同时，干燥过程的能耗和时间成本在工业规模生产中占据了运营成本的很大比例，这使得优化干燥技术以提高效率并减少目标化合物降解成为一个核心挑战。
海洋大型藻类被认为是具有抗氧化特性的生物活性化合物的丰富来源，包括硫酸化多糖（如岩藻聚糖硫酸酯，fucoidan）、酚类化合物及其他氧化还原活性成分。其中，岩藻聚糖硫酸酯因其多功能生物活性而备受关注。然而，如何在加工过程中保持这类化合物的结构完整性和活性，以最大化其作为抗氧化剂的功能价值，是当前面临的主要问题。
在新西兰，本地种巨藻（Macrocystis pyrifera）和入侵种裙带菜（Undaria pinnatifida）都具有重要的生态和经济价值。尽管已有研究探讨了干燥和复水处理对裙带菜的影响，但对于不同干燥条件如何影响这两种商业相关褐藻不同部位（叶片和孢子叶）的水提物中植物化学物质和生物活性化合物的回收率，以及所得提取物的抗氧化活性，仍知之甚少。为此，本研究旨在填补这一知识空白，确定不同干燥条件如何影响从这两种海藻不同组织中通过水提获得的植物化学组分和生物活性化合物的得率，并评估所得提取物的抗氧化活性。研究人员假设，冷冻干燥的材料中目标化合物得率和提取物抗氧化活性会更高，而提高热风干燥温度会缩短干燥时间，但由于高温暴露会降低生物活性化合物的得率和活性。
二、关键技术方法概述
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样品采集与制备：于2024年9月在新西兰奥塔哥港Portobello海洋实验室的一个养殖场采集了10株巨藻植株，并在同一地点相邻的岩礁上采集了野生裙带菜。清洗后，分别选取两种海藻的叶片和孢子叶组织，在-20°C下储存备用。
- 2.
干燥实验：对解冻后的组织（约20克湿重）进行七种干燥处理至恒重：冷冻干燥（freeze-drying）；45、60、80°C的热风干燥（hot-air drying）；以及220、440、660 W的微波干燥（microwave drying）。
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提取物制备：将干燥研磨过筛（0.5 mm）的海藻粉末按1:100（w/v）的比例与去离子水混合，在70°C下进行热水提取24小时，离心过滤后取上清液进行分析。
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植物化学分析：
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岩藻聚糖硫酸酯定量：采用高效液相色谱法（HPLC）测定粗岩藻聚糖硫酸酯得率。
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总酚含量测定：采用福林-酚比色法（Folin-Ciocalteu method）测定总酚含量（TPC），结果以没食子酸当量（GAE）表示。
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抗氧化活性评估：采用三种互补方法评估提取物的抗氧化潜力：
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ABTS自由基清除能力（ARSC）
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DPPH自由基清除能力（DRSC）
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铁离子还原抗氧化能力（FRAP）
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统计分析：使用三因素方差分析（three-way ANOVA）评估物种、组织类型和干燥条件及其交互作用对各指标的影响，并用Tukey HSD检验进行事后多重比较。
三、研究结果
1. 干燥时间与残留水分
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研究方法与结论：通过记录不同干燥处理的耗时并测量最终残留水分含量，研究发现干燥时长在不同方法、物种和组织类型间差异显著。微波干燥时间最短（0.07–0.35 h），冷冻干燥最长（21–33 h）。热风干燥时间随温度升高而缩短。残留水分含量受物种、组织类型和干燥处理的显著交互作用影响，例如裙带菜叶片在冷冻干燥后残留水分最高，而在60和80°C热风干燥后最低。
2. 植物化学组分
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岩藻聚糖硫酸酯得率
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研究方法与结论：通过HPLC定量分析，研究发现岩藻聚糖硫酸酯得率在物种、组织类型和干燥处理间存在显著差异。两个物种的孢子叶组织得率均高于叶片。裙带菜单孢子叶在冷冻干燥下获得最高得率（40.5 g F [100 g]-1 DS），而巨藻所有组织在冷冻干燥下得率最低（9.9–17.4 g F [100 g]-1 DS）。对于裙带菜叶片，60°C热风干燥得率最高。
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总酚含量
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研究方法与结论：通过福林-酚比色法测定，研究发现干燥条件对总酚含量的影响取决于物种和组织类型。对于裙带菜叶片和巨藻叶片，45°C热风干燥获得了最高的TPC值。在巨藻孢子叶中，660 W微波干燥的TPC显著高于冷冻干燥处理。
3. 提取物的抗氧化潜力
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ABTS自由基清除能力
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研究方法与结论：通过ABTS法测定，研究发现巨藻孢子叶提取物的ARSC值是裙带菜两种组织提取物及巨藻叶片提取物的2.5倍。未检测到干燥处理间的显著差异。
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DPPH自由基清除能力
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研究方法与结论：通过DPPH法测定，研究发现DRSC在物种间无显著差异，但干燥条件对不同组织类型的DRSC有显著影响。例如，巨藻孢子叶的DRSC值显著高于裙带菜的叶片和孢子叶。在巨藻叶片中，冷冻干燥获得了最高的DPPH自由基清除活性。
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铁离子还原抗氧化能力
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研究方法与结论：通过FRAP法测定，研究发现巨藻组织的FRAP值比裙带菜高出5–8倍。巨藻孢子叶的FRAP值显著高于其叶片，而裙带菜的两个组织间无差异。干燥处理间未见显著差异。
四、讨论总结与结论
讨论总结：本研究表明，干燥方法在决定加工效率和生物活性化合物的提取效率及其部分生物活性方面起着关键作用。微波干燥在缩短加工时间上优势明显，且能在多数组织中维持与常规热风干燥相当的岩藻聚糖硫酸酯得率，甚至在某些情况下优于冷冻干燥，这可能归因于微波对细胞壁结构的适度破坏促进了提取。然而，微波干燥可能降低某些特定组织（如裙带菜单孢子叶）的抗氧化活性。冷冻干燥虽被视为保护热敏性化合物的金标准，但在本研究中却导致巨藻的岩藻聚糖硫酸酯得率最低，这可能是因为完整的细胞壁结构限制了提取效率。相比之下，适度的热风干燥（如60°C）在加工时间和产品回收率之间提供了一个实用的折衷方案。研究还发现，抗氧化活性（ARSC和FRAP）对干燥处理的响应不如化合物得率一致，而是高度依赖于物种和组织类型。这暗示在选择干燥策略时，应优先考虑目标应用，是侧重于化合物保留、提取效率还是工业可扩展性。此外，不同干燥处理引起的岩藻聚糖硫酸酯得率差异可能与细胞壁基质中该化合物的可及性和可提取性变化有关，而非单纯的结构降解。
研究结论翻译：本研究表明，干燥技术在褐藻生物活性化合物的保留效率和功能质量方面起着关键作用，其响应因物种、组织和化合物而异。对于岩藻聚糖硫酸酯得率而言，冷冻干燥仍是提取裙带菜单孢子叶中该化合物的有效方法，而热风和微波干燥在巨藻中产生了相当或更高的得率，这表明最佳干燥方法是物种依赖性的。此外，微波干燥和适度的热风干燥在处理时间上提供了显著优势，凸显了这些方法在更大规模应用中的潜力。相比之下，抗氧化活性（如ARSC和FRAP）对干燥处理的响应一致性较低，且高度依赖于物种和组织，这表明在确定海藻提取物的抗氧化能力时，干燥技术并非至关重要的因素。相反，应根据预期应用来选择干燥策略，无论是优先考虑化合物保存、提取效率还是工业可扩展性。重要的是，本研究提供了新的证据，表明干燥条件可以影响裙带菜和巨藻中岩藻聚糖硫酸酯的得率恢复，目前尚无针对这两种海藻的比较干燥数据。这些发现有助于改进海藻生物质的采后加工策略，并为未来整合干燥条件与提取技术的优化研究奠定了基础。进一步的研究应聚焦于了解不同干燥条件下岩藻聚糖硫酸酯的结构变化，并评估这些变化如何影响其生物活性，这将进一步支持开发用于食品、营养保健品和制药领域的高价值海藻产品。
