利用超临界萃取技术从桃棕（Bactris gasipaes Mart.）果实皮中提取类胡萝卜素，作为一种可持续的替代方法，用于生产具有抗氧化和抗菌特性的提取物

《The Journal of Supercritical Fluids》：Recovery of carotenoids from peels of peach palm fruits ( Bactris gasipaes Mart.) using supercritical extraction technology as sustainable alternative to produce extracts with antioxidant and antimicrobial properties

　　Saulo Edgar Gomes de Souza | Bruno Alves Nogueira | Anna Paula Pereira Barbosa-Carvalho | Marielba De Los ángeles Rodriguez Salazar | Raul Nunes de Carvalho Junior | Renan Campos Chisté
巴西帕拉联邦大学（UFPA）技术学院（ITEC）食品科学与技术研究生项目（PPGCTA），贝伦，PA州，66075-110

**摘要**
巴西亚马逊地区生长着多种富含生物活性化合物的水果，而这些水果的果皮和种子往往被丢弃。花榈果（Bactris gasipaes Mart.）就是其中的典型例子，其果皮中胡萝卜素含量很高。为了回收这些化合物，采用高效且环保的提取技术（如超临界流体萃取）以获得纯净、无污染的提取物至关重要。本研究首次探讨了利用超临界技术从花榈果皮中回收胡萝卜素的方法，旨在实现这一废物的可持续利用。结果表明，在300–400巴压力和878–991千克/立方米密度下，该方法的胡萝卜素回收率可达39.1%–41.4%。最高胡萝卜素浓度（2446.9 μg/g）是在40°C、400巴压力和990千克/立方米超临界CO?密度条件下获得的。所获得的提取物具有良好的抗氧化性能（29.41 ± 0.35 μmol trolox当量/克），并对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）和尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）具有显著的抑菌作用（抑制率81%–83%）。这些结果表明超临界萃取技术在从花榈果皮中回收胡萝卜素方面非常有效，可得到高产量、强抗氧化性和优异抗菌活性的提取物。这为尚未得到充分利用的花榈果皮提供了可行的利用途径，有助于提升水果产业链的价值。

**1. 引言**
在废物利用的过程中，通常会考虑环境因素，以减少生产废物的产生并降低环境影响[1]。优化生产链、将废物转化为可销售产品是实现生物循环经济的关键，从而摒弃废弃物的概念[2][3]。据巴西生物质工业协会（ABIB）统计，巴西农业产业每年产生的废物量约为9亿吨，该国的废物产生量位居全球前列，这主要是由于农业生产效率高但废物利用率低[4]。
水果加工废弃物主要包含果皮和种子，其中许多废弃物具有很高的生物利用价值。其中，花榈果（Bactris gasipaes Mart.）尤为值得关注：这种原产于亚马逊地区的果实不仅果皮含有高浓度的生物活性化合物，且营养价值丰富[6][7]。

**2. 方法**
2.1 **化学试剂**
甲基叔丁基醚（MTBE）和甲醇（色谱级）、胡萝卜素分析标准品、荧光素（95%）、AAPH-2,2′-偶氮二（2-甲基丙酰胺）二盐酸盐（97%）及Trolox（98%）均购自Sigma-Aldrich公司（美国圣路易斯）。超纯水采用Milli-Q系统制备，高效液相色谱（HPLC）的移动相通过0.45微米滤膜过滤（Millipore公司，美国）。丙酮和石油醚购自ACS Reagentes公司（巴西里约热内卢）。脑心浸液（Brain Heart Infusion, BHI）和胰蛋白酶大豆培养基（Tryptic Soy Broth, TSB）购自Kasvi公司（巴西帕拉纳州）。
2.2 **花榈果的采集与果皮处理**
本研究使用的花榈果来自巴西帕拉州圣米格尔杜瓜马（S?o Miguel do Guamá）地区的小规模生产商（纬度01o37'36″，经度47o29'00″）。选取了五串成熟度较高的橙色果皮花榈果（约10公斤），并将这些果实的采集信息录入巴西国家遗传遗产管理系统（SisGen: AA233C1）。
花榈果经次氯酸钠溶液（有效氯浓度100 mg/L）浸泡10分钟后清洗消毒，随后按亚马逊地区的传统方法进行高压煮熟处理。接着使用不锈钢刀具将果皮与果肉分离，再进行冷冻干燥（-18°C，48小时），干燥后的果皮在-20°C下保存以避免光照。
2.3 **颗粒尺寸制备**
冷冻干燥后的果皮经过研磨处理，颗粒大小根据美国农业工程师协会（ASAE）制定的方法进行筛选（颗粒范围28目至48目）。平均颗粒直径通过公式计算得出。
2.4 **花榈果皮的初步成分分析**
提取前对花榈果皮进行了水分（105°C）、总脂质、总蛋白（折算系数6.25）、总灰分和总碳水化合物的测定（参照官方分析化学家协会标准[27]）。结果（n=3）以干基质量百分比表示。总能量值根据Atwater能量转换公式计算：总能量值（千卡/100克）= （蛋白质百分比×3.36千卡/克）+ （脂质百分比×8.37千卡/克）+ （总碳水化合物百分比×3.60千卡/克）。
2.5 **密度与孔隙率测定**
在用超临界CO?提取胡萝卜素之前，需先测定三种参数：冷冻干燥果皮的实密（ρr，采用氦气密度计法[29]）、表密（ρa，根据公式2计算）以及提取床的孔隙率（ε，根据ρa与ρr的比值计算）。
2.6 **超临界二氧化碳（scCO?）提取胡萝卜素**
萃取过程使用Spe-ed TM SFE超临界萃取器（Applied Separations，型号7071，美国）、压缩机（Schulz，型号CSA 7.8，巴西）、循环器（Polyscience，型号F08400796，美国）、纯度为99.9%的CO?气瓶、助溶剂泵（系列1500）以及流量计（Dwyer，RMA，美国）。萃取池尺寸为5.7厘米高×1.54厘米内径，体积为10.6立方厘米，内装2克花榈果皮。
部分工艺参数受到专利保护，具体细节需参考巴西国家工业产权局（INPI）的专利文件（专利编号：BR 10 2023 026978 8）。萃取分为两个阶段：第一阶段静置30分钟以建立平衡；第二阶段动态提取45分钟。提取参数经过多次试验优化，直至基质中的油分完全被提取。提取过程中的质量流量为5克/分钟或3升/分钟（scCO?流量）。**提取等温线定义**
为了从桃棕榈果皮中提取类胡萝卜素，进行了两次不同压力条件下的等温线实验，旨在评估提取液密度对类胡萝卜素溶解度的影响。为此，在40°C和50°C下分别确定了等温线，并结合200巴、300巴和400巴的压力（表1）。压力和温度条件的设定基于先前关于高类胡萝卜素含量植物原料超临界流体提取的研究[30]、[31]。超临界二氧化碳（scCO2）的密度使用Aspen Hysys软件（Aspen One 8.6）计算得出，该软件结合了压力和温度条件，并应用了Peng-Robinson立方状态方程[32]。

**2.5.2 总质量收率和总类胡萝卜素含量的测定**
总质量提取率（%）是根据获得的提取物质量（g）与冷冻干燥果皮初始质量（g，干基）的比值计算得出的，公式如下。
总类胡萝卜素含量的测定是通过将scCO2提取物直接用石油醚溶解后，在450 nm处进行分光光度定量来进行的。总类胡萝卜素含量是利用β-胡萝卜素在石油醚中的特定吸收系数（E1cm1% = 2592）计算的[33]，结果（n = 3）以mg/100 g提取物（干基）表示。

**2.6 通过HPLC-DAD测定类胡萝卜素谱图**
通过将scCO2提取的桃棕榈果皮提取物直接溶解在甲醇/MTBE（80:20, v/v）中，然后注入由Agilent HPLC（型号Agilent 1260 Infinity，美国加州圣克拉拉）组成的色谱系统中来测定类胡萝卜素谱图。该色谱系统配备了四级泵（G1311C）、自动进样器（20 μL）和DAD检测器（G1328C）。分离过程在C30 YMC柱（5 μm，250 mm × 4.6 mm）上进行，温度为29°C，流速为0.9 mL/min。分析过程包括从甲醇/MTBE（95:5到70:30, v/v）的线性梯度，持续30分钟，随后固定在50:50, v/v的比例下再持续10分钟。记录了200 nm - 600 nm范围内的紫外-可见光谱，并在450 nm处处理色谱图。类胡萝卜素的鉴定结合了在C30柱上的洗脱顺序、与标准品的共洗脱情况、紫外-可见特征（λmax、光谱精细结构（% III/II）以及Z峰强度（% AB/AII）的信息[34]，并与先前关于桃棕榈果实中类胡萝卜素的报道进行了比较[7]、[8]。每种鉴定出的类胡萝卜素的含量是通过浓度从0.4 μg/mL到50 μg/mL的八点分析曲线确定的（R2 > 0.99），结果（n = 3）以μg/g提取物（干基）表示。

**2.7 类胡萝卜素提取物的体外生物学性质**
**2.7.1 清除过氧自由基（ROO•）的能力**
通过在40°C和400巴下用scCO2提取的桃棕榈果皮提取物清除ROO•的能力进行了测定，这些提取物显示出最高的总类胡萝卜素含量。根据Ou和Prior[35]的方法，并由Huang等人[36]改进，通过监测提取物（及阳性对照）对ROO•诱导的荧光衰减的抑制效果来评估。使用（all-E）-β-胡萝卜素标准品作为阳性对照。提取物（0.184 mg/mL）或阳性对照（0.072 mg/mL）溶解在丙酮/水（70:30, v/v）中，并与反应介质在37°C下混合，反应介质包括荧光素（55 nM）和ROO•生成剂（AAPH，153 nM），两者都制备在磷酸盐缓冲液中（75 mM，pH 7.4）。荧光信号在520 nm的发射波长处每分钟监测一次，激发波长为485 nm，直到荧光强度降至初始值的5%以下（50分钟后）。每次实验中使用磷酸盐缓冲液作为空白对照组，Trolox作为标准品。抗氧化剂提供的保护作用通过比较存在和不存在抗氧化剂时荧光衰减曲线下的面积来确定。ROO•清除能力以Trolox当量（TE）/g提取物的形式表示。

**2.7.2 抗菌活性**
通过在40°C和400巴下用scCO2提取的桃棕榈果皮提取物的抗菌活性进行了评估，方法基于Muhialdin等人[37]描述的方法，并由Ouyang等人[38]改进。实验中使用了革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌（ATCC 25923）和革兰氏阴性菌（鼠伤寒沙门氏菌（ATCC 14028）作为常见的食品污染微生物[39]。此外，还测试了引起植物维管萎蔫并可能感染人类的丝状真菌Fusarium oxysporum，以评估提取物的抗真菌活性。实验通过在96孔微孔板上进行提取物和（all-E）-β-胡萝卜素标准品的微稀释测试，共进行了五次重复，浓度范围从1.25 mg/mL到20 mg/mL，分别在细菌（BHI-脑心浸液）和真菌（TSB-胰蛋白酶大豆肉汤）培养基中进行。细菌培养温度为35°C - 37°C，持续24小时；真菌培养温度为25°C - 30°C，持续72小时。结果以抑制率（n = 3）表示，按抑制剂的浓度（mg/mL）计算。能够抑制50%最大微生物生长的浓度（EC50）也通过非线性回归分析提取物的抑制曲线得出（OriginPro 8.5软件）。

**2.8 统计分析**
平均值±标准偏差是基于三次重复实验得到的，显著差异通过方差分析（ANOVA）进行评估，并使用Tukey检验进行比较，显著性水平高于5%（p < 0.05），使用Statistica? 8.0软件（Statsoft Inc.）。

**3 结果与讨论**
**3.1 原始组成**
煮熟的桃棕榈果皮在干基上的组成如下：含有64.30 ± 1.26%的碳水化合物、22.61 ± 0.02%的脂质、7.01 ± 0.22%的蛋白质和6.08 ± 0.02%的灰分，总能量值为444.5 kcal/100 g。这些结果与之前报道的橙色品种煮熟桃棕榈果皮的结果相似[41]：碳水化合物75.7%、脂质16.2%、蛋白质1.01%、灰分2.3%，总能量值为453 kcal/100 g。
这些结果表明，桃棕榈果皮具有良好的营养成分，主要包含碳水化合物，如膳食纤维（占47.9%[42]），这有助于增加人体饮食中的膳食纤维摄入量。根据世界卫生组织[43]的建议，儿童和成人的推荐膳食纤维摄入量分别为每天15 g和25 g。这一建议旨在降低不健康体重增加和与饮食相关的慢性非传染性疾病（如糖尿病和心血管疾病）的风险。
除了具有重要的营养成分外，桃棕榈果皮还含有大量的不饱和脂肪酸，主要是棕榈酸和油酸，这些脂肪酸在果皮中的比例分别为51%和35%[44]、[45]。此外，桃棕榈果皮还因其高类胡萝卜素含量（17.9 mg/100 g）而著称，尤其是β-胡萝卜素（7.3 mg/100 g）[7]，它是维生素A的前体，对人类健康至关重要[46]。根据美国国家卫生研究院[47]的建议，成人每日推荐的视网膜醇当量（RAE）摄入量为约900 μg，或约10.8 mg的膳食β-胡萝卜素，1 μg RAE相当于1 μg的视黄醇、2 μg的补充β-胡萝卜素或12 μg的膳食β-胡萝卜素或24 μg的膳食α-胡萝卜素或β-隐黄质。因此，这些化合物的存在增强了桃棕榈果皮的营养价值。在本研究中，通过丙酮（浸泡）的穷尽固液提取法得到的冷冻干燥果皮中的类胡萝卜素含量为1042.6 μg/g，而通过超临界scCO?提取法得到的含量为933 μg/g（该值是从2447 μg/g的提取物转换而来的——见表1）。

**3.2 使用超临界二氧化碳（scCO2）提取类胡萝卜素**
测量了一些与提取床相关的参数，如研磨后的冷冻干燥桃棕榈果皮的实密度（1.24 g/cm3）、提取床的表观密度（0.34 g/cm3）、孔隙率（0.72）和平均粒径（0.6 mm），结果均在天然产物超临界提取的推荐范围内（0.2至1.2 mm [48]）。
关于提取，根据表1，总质量收率形成了两组相似的数据，其中收率最低的实验（29.1% - 30.9%）是在最低压力（200巴）和最低scCO?密度（760 kg/m3和830 kg/m3）下进行的。另一方面，收率最高的实验（39.1% - 41.4%）是在最高压力（300 bar - 400 bar）和最高scCO?密度（878 kg/m3 - 991 kg/m3）下进行的。这种行为与scCO?密度的增加有关，增加了分子的溶解度和相互作用，从而提高了过程的扩散性和效率[49]、[50]。
如表1所示，在最高的CO?密度（991 kg/m3）以及40°C和400巴的提取条件下获得了最高的总类胡萝卜素含量（2446.9 μg/g）。而在最低密度（761 kg/m3和828 kg/m3）以及40°C和200 bar以及50°C和200 bar的提取条件下，观察到的类胡萝卜素含量最低（分别为995.8 μg/g和1167.0 μg/g）。这些结果与其他研究结果一致，即提取液密度的增加有助于提高类胡萝卜素的提取量[33]；另一项研究报道，当提取液密度从723.7 kg/m3增加到933.5 kg/m3时，辣椒（Capsicum annuum L.）提取物的溶解度增加了两倍[51]，说明类胡萝卜素的溶解度随着提取液密度的增加而增加[52]。
可以明显观察到提取收率与脂质含量之间存在正相关趋势，因为桃棕榈果皮含有较高的脂质含量，并且对scCO?有很强的亲和力，这有助于提高质量收率。尽管高提取质量收率可能会由于非选择性共提取而在某些系统中降低目标化合物的表观浓度[53]、[54]，但在本研究中并未观察到这种效应。相反，总质量收率与总类胡萝卜素含量之间存在正相关关系：最低的总类胡萝卜素含量（995.8 μg/g和1167.0 μg/g）对应于最低的收率（29.1%和30.9%），而最高的总类胡萝卜素含量（2446.9 μg/g）出现在最高的收率（41.4%）下（表1）。这些结果表明，在所研究的条件下，脂质的共提取促进了类胡萝卜素的回收。
此外，超临界提取法得到的桃棕榈果皮提取物中类胡萝卜素的浓度非常高（表1），高于其他提取方法得到的浓度，例如超声波辅助提取法得到的提取物（163 μg/g[25]）、用乙醇从冷冻干燥果皮中提取的提取物（698.8 μg/g[24]）以及用丙酮/乙酸乙酯搅拌从新鲜果皮中提取的提取物（336.9 μg/g[7]），这不仅证明了超临界提取过程的高收率，还说明了桃棕榈果皮中类胡萝卜素的高浓度（>20 μg/g[55]）。

**3.3 等温线**
根据压力和密度等温线曲线（图2），随着提取过程中压力和CO2密度的增加（特别是200 - 300巴的压力条件下，对应于828 kg/m3 - 927 kg/m3的密度和50°C下的761 kg/m3 - 878 kg/m3的密度），总质量收率（图1 A和1B）和总类胡萝卜素含量（图1 C和1D）都有显著增加（p < 0.05）。在50°C下，总质量收率和总类胡萝卜素含量的增加不显著（p < 0.05），这种行为可能与操作条件导致的提取极限有关。另一方面，在40°C下，当压力从300 bar（991 kg/m3）调整到400 bar（927 kg/m3）时，总类胡萝卜素含量显著增加（+23%），这种增加不仅与系统中的溶解度增加有关，还与提取液（CO?）性质的变化有关，这些变化有利于植物组织中类胡萝卜素的扩散[56]、[57]。全球质量产量（%）（A、B）和总类胡萝卜素含量（μg/g）（C、D）的等温线。在300巴压力下，观察到40°C和50°C等温线的交点（见图1A和1B），这是由于40°C（分别为40.6%和1889.5 μg/g）和50°C（分别为40.4%和1935.6 μg/g）的等温线之间的整体质量产量和总类胡萝卜素含量趋于一致。交点之后，两曲线的位置发生了逆转，显示出两个变量的等温线之间的距离增加（40°C时为41.4%和2446.9 μg/g；50°C时为39.1%和2097.5 μg/g），表明在40°C和300巴压力下类胡萝卜素的回收率最高。在超临界二氧化碳（scCO?）提取过程中，等温线交叉效应是由于两种相反现象的竞争造成的：在恒定温度下增圧会提高CO?密度和溶剂能力，而在恒定压力下升温会降低流体密度但增加溶质蒸汽压和传质速率[58][59]。在本研究中，这种行为通过40°C和50°C等温线在300巴压力下的交集得到证实，随后随着压力从300巴增加到400巴，整体质量产量和总类胡萝卜素含量的增加比温度从40°C升高到50°C更为显著，表明在这些条件下密度效应超过了蒸汽压效应。根据文献报道，从不同植物基质中提取类胡萝卜素和其他亲脂化合物也观察到了类似的交叉现象，包括辣椒（Capsicum annuum L.）的提取，其交叉压力在200巴至300巴之间[51]，红木脂（Bixa orellana L.）的bixin在约280巴[60]，以及Byrsonima crassifolia果肉中的叶黄素在约270巴[61]。此处观察到的交叉压力（300巴）也在已报道的亲脂化合物压力范围内[62][63][64]，证明了压力、温度和CO?密度之间的相互作用对提取效率的影响，并支持了所选的条件适用于桃棕榈果皮提取。

图3显示了通过scCO?提取的桃棕榈果皮提取物中的类胡萝卜素谱型。所有类胡萝卜素的鉴定都是基于将每个类胡萝卜素的吸收光谱与关于桃棕榈果皮和果肉的文献数据[7][14][24]进行比较得出的。(all-E)-β-胡萝卜素、(all-E)-α-胡萝卜素和(all-E)-叶黄素通过与参考标准的共洗脱得到了确认。

分析结果显示，桃棕榈果皮提取物具有重要的类胡萝卜素谱型（见图3）。鉴定过程得到了光谱数据和支持的 authentic 标准的共洗脱的支持，证实了(all-E)-β-胡萝卜素的存在以及其他对提取物营养和功能性有贡献的类胡萝卜素的存在，强调了scCO?提取在保留这些化合物方面的有效性。在(40°C, 400 bar)条件下获得的提取物中的类胡萝卜素含量高于其他提取条件，然而没有观察到统计学上的显著差异（p<0.05），如表2所示。如表2所观察到的，所有提取条件下的总类胡萝卜素含量都很高（1806.6 μg/g - 2246.7 μg/g），尤其是40°C和400 bar的条件。此外，所有提取物提供的维生素A当量浓度相似（88 μg RAE/g - 113 μg RAE/g），因此每克提取物都有潜力贡献于推荐的每日维生素A摄入量，男性为9% - 12%（900 μg RAE/天），女性为12% - 16%（700 μg RAE/天），儿童为22% - 28%（400 μg RAE/天）[47]。提取物中主要的类胡萝卜素是(all-E)-β-胡萝卜素，占总量的17.7% - 20.8%，而其他类胡萝卜素（包括Z-异构体）贡献了大约14% - 15%，除了(all-E)-α-胡萝卜素，仅贡献了约2% - 3%。(all-E)-叶黄素是提取物中唯一鉴定出的黄质，占总类胡萝卜素的约3%，在40°C和400 bar条件下观察到最高含量。如图4所示，压力（200 bar - 400 bar）和温度（40°C - 50°C）的变化没有改变整体类胡萝卜素组成，也没有影响(all-E)-胡萝卜素的比例（56 ± 1%，RSD = 2%）或Z-异构体的总和（44 ± 1%，RSD = 1%）在所有提取条件下。

水果加工和提取方法可以改变类胡萝卜素的定量谱型，之前的研究已经观察到使用不同提取方法（浸泡、磁力搅拌、振荡和超声波辅助提取）获得的桃棕榈果皮提取物中E-异构体的比例在48% - 54%之间[24]。这些作者报告称，E-异构体的比例低于我们研究中发现的56%，这表明scCO?方法在类胡萝卜素提取中更好地保留了E-异构体。这些结果突显了监测提取参数在保持特定化合物（如某些类胡萝卜素异构体）方面的重要性，不仅提高了过程的质量产量，还提高了如(all-E)-β-胡萝卜素等理想化合物的稳定性，这些化合物在桃棕榈果皮中含量丰富[7]，具有很高的营养和功能性潜力[65]。在Espinosa-Pardo[20]的研究中，使用scCO?在40°C - 60°C温度和100 bar - 300 bar压力下评估了桃棕榈果肉中的类胡萝卜素提取率，发现40°C和300 bar条件下的浓度更高（约2000 μg/g提取物），这也证明了提取条件对提取过程产量的影响。此外，还观察到在最佳提取条件（40°C和400 bar）下，果肉中的类胡萝卜素浓度低于桃棕榈果皮提取物（2246.7 μg/g），这一事实也在使用其他提取技术（浸泡）的其他研究中得到证实[7]。桃棕榈果皮提取物中高含量的类胡萝卜素使它们成为类胡萝卜素的丰富来源，浓度超过2000 μg/100 g[55]。此外，由于类胡萝卜素的各种健康益处，如减少慢性病和退行性疾病的发展、保护眼睛和支持免疫系统[66][67][68]，它们具有很高的功能和营养潜力，这些益处主要来自于它们的抗氧化和抗炎特性[69][70][71]。类胡萝卜素还具有重要的技术功能，如抗菌剂、光保护剂和天然色素[72]，可以用于食品产品、化妆品和其他相关产品[73][74]。

在最佳scCO?条件（40°C和400 bar）下获得的桃棕榈果皮提取物，在0.18 mg/mL的浓度下，显示出良好的清除过氧自由基（ROO•）的抗氧化能力，相当于29.41 ± 0.35 μmol TE/g。这个值大约是β-胡萝卜素标准品（纯度≥95%）在0.07 mg/mL浓度下的值的八分之一，后者为242.97 ± 6.87 μmol TE/g。尽管提取物的抗氧化能力低于β-胡萝卜素标准品，但桃棕榈果皮提取物显示出强烈的ROO•清除能力，其性能可能与其他提取物相当，例如西兰花（Brassica oleracea）（46.0 μmol TE/g - 136.8 μmol TE/g）[75]、芒果（Mangifera indica）（21.64 μmol TE/g）[76]、某些玉米品种（Zea mays）（58.91 μmol TE/g - 97.84 μmol TE/g）[77]、哥斯达黎加新鲜桃棕榈果实（32 μmol TE/g - 50 μmol TE/g）[79]。根据文献[80]，预期(all-E)-γ-胡萝卜素和(all-E)-β-胡萝卜素在提取物中具有最高的抗氧化活性。这可以由这些类胡萝卜素的化学结构解释，它们具有大量的共轭双键（11个），有助于促进未配对电子π沿着多烯链的有效离域，从而增强与不稳定自由基（如ROO•）的反应性。在自由基清除过程中，根据类胡萝卜素的结构和反应介质的极性，类胡萝卜素可能主要通过不同的机制清除ROO•：单电子转移（SET），特别是涉及β-离子酮环的(C4)位置的电子离域，通过从多烯链中提取烯丙基氢（HAT），或通过将ROO•自由基添加到类胡萝卜素结构中[81]。提取物中存在的其他类胡萝卜素，如(all-E)-叶黄素、(all-E)-α-胡萝卜素和(all-E)-δ-胡萝卜素，可能由于ε-环的环化减少了共轭双键的数量（10个），因此其ROO•清除能力较低[80]。关于Z-异构体，类胡萝卜素结构的线性破坏导致相应共轭双键的轨道重叠发生位移，从而降低了自由电子π的离域能力，进而降低了清除不稳定自由基的能力[80]。

在我们的研究中，选择的微生物基于它们与食品安全和腐败的相关性。金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性）和鼠伤寒沙门氏菌（革兰氏阴性）是两种最常与加工食品污染相关的食源性病原体，而Fusarium oxysporum作为代表性的丝状真菌也被纳入研究，因为它能够污染植物源材料并具有抗性特征。所选微生物不同的细胞壁结构使它们成为抗菌筛选的合适目标。在最佳提取条件（40°C和400 bar）下通过scCO?获得的桃棕榈果皮提取物能够在最高测试浓度（20 mg/mL）下抑制金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和Fusarium oxysporum的生长（81% - 83%），如表3所示。抑制不同细胞壁结构的微生物生长不仅证明了提取物在抑制广泛微生物谱系方面的有效性，也表明了抑制剂能够与不同的细胞膜结构相互作用，从而影响其通透性和对微生物细胞的作用。类胡萝卜素是桃棕榈果皮提取物中的主要成分，可能是导致微生物失活的主要原因。研究表明它们具有潜在的抗菌活性[82]，研究了来自不同植物基质（菠菜叶、姜黄和柑橘皮）的类胡萝卜素对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、绿色木霉和食用酵母菌菌株的抑制作用，显示出对所有测试菌株的抑制作用。类胡萝卜素的微生物失活能力与其化学结构的反应性有关，这允许它们与细胞膜中的脂溶性分子发生更大的相互作用，从而促进其对微生物细胞的渗透性和有害作用[83][84]。之前的研究还报告了类胡萝卜素对革兰氏阳性细菌的高度抗菌效应[85]，显示出它们对具有抗菌能力的提取物的高敏感性。关于评估的菌株的敏感性，一般观察到金黄色葡萄球菌对桃棕榈果皮提取物的敏感性高于鼠伤寒沙门氏菌和Fusarium oxysporum真菌。其他研究[86]也报告了革兰氏阳性细菌对类胡萝卜素富集提取物的敏感性，观察到革兰氏阳性细菌的最低抑制浓度（MIC）范围为3.12 mg/mL - 50 mg/mL，而革兰氏阴性细菌的MIC ≥ 50 mg/mL。革兰氏阴性细菌的细胞壁更为复杂，由额外的脂多糖、磷脂和蛋白质层组成，这增加了对不同抑制剂的选择性[86]。然而，我们研究中观察到的抑制率显示出在各种细胞膜结构中的良好渗透性。此外，还观察到在较低浓度下，β-胡萝卜素标准品在抑制微生物方面比提取物更有效（见表3）。另一方面，在较高浓度下，该提取物的抗菌活性更强。图5显示了利用超临界二氧化碳（scCO2）和β-胡萝卜素标准品提取的桃棕果皮提取物对金黄色葡萄球菌（S. aureus）、鼠伤寒沙门氏菌（S. typhimurium）和尖孢镰刀菌（F. oxysporum）的微生物生长抑制效果与浓度之间的关系。与提取物相比，增加β-胡萝卜素标准品的浓度并未带来显著的微生物生长抑制效果。在20 mg/mL的浓度下，提取物实现了平均82%的抑制率，而β-胡萝卜素标准品仅达到了45%，这表明其他类胡萝卜素和抑制剂可能共同作用于调节其抗菌性能。下载：下载高分辨率图片（251KB）下载：下载全尺寸图片

图5. 利用超临界二氧化碳（scCO2）（A）和β-胡萝卜素标准品（B）提取的桃棕果皮提取物对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）和尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）的微生物生长抑制率（%）与浓度的关系。

根据图5，能够使测试菌株生长抑制率达到50%的桃棕果皮提取物的有效浓度（EC50）较低，表明该提取物在微生物灭活方面具有高效性。具体来说，金黄色葡萄球菌的EC50值最低（4.7 mg/mL），其次是鼠伤寒沙门氏菌（5.1 mg/mL）和尖孢镰刀菌（6.0 mg/mL）。在其他研究中，报道的金黄色葡萄球菌所需的最小提取物浓度高于本研究的值，例如枸杞提取物为12.5 mg/mL [85]，以及来自Rhodorotula glutinis的类胡萝卜素提取物为8 mg/mL [88]。类似地，也有研究表明革兰氏阳性细菌比革兰氏阴性细菌和某些真菌更易受到抑制 [83], [84], [87]。因此，本研究中展示的广泛微生物抑制作用证明了桃棕果皮提取物在灭活具有不同细胞壁结构的微生物方面的高效性。

4. 结论

利用超临界流体萃取等绿色技术从桃棕（Bactris gasipaes Mart.）果皮中回收类胡萝卜素已被证明是一种有效的利用这种残渣的方法，可以生产出不含溶剂的、含有高浓度类胡萝卜素的提取物。研究结果还表明，从桃棕壳中提取的提取物不仅具有有效的抗氧化能力和抗菌活性，还具备类胡萝卜素本身的技术特性，这进一步凸显了其在工业应用中的潜力。这些发现为更好地利用果实资源、提升其产业链价值提供了思路。

**资助**

本研究得到了巴西国家科学技术发展委员会（CNPq）通过项目408181/2021-4、314929/2021-5和305971/2025-5的资助，同时也得到了巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES，资助代码001）的支持。

**作者贡献声明**

- Campos Chisté Renan Campos：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据可视化、项目管理、资金获取、概念构思。
- Raul Nunes de Carvalho Junior：数据可视化、概念构思。
- Marielba De Los ángeles Rodriguez Salazar：数据管理。
- Anna Paula Pereira Barbosa-Carvalho：数据管理。
- Bruno Alves Nogueira：方法学研究、数据管理。
- Saulo Edgar Gomes de Souza：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、资源管理、方法学研究、数据分析、数据管理、概念构思。