从Drynaria bonii中提取生物活性化合物的优化方法及其在功能性植物产品开发中的可持续性评估

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Optimization of bioactive compound extraction from Drynaria bonii and sustainability assessment for functional phytoproduct development

Drynaria bonii乙醇提取优化及其抗氧化、抗炎活性与生命周期评估研究，70%乙醇提取物活性最高且环境友好，组织培养材料活性较低，建立可持续工艺体系。

　　

邓氏乐杭（Dang Thi Le Hang）、范氏妮塔琳（Pham Thi Nhat Trinh）、邱氏当明努特（Kieu Dang Minh Nhut）、郭氏通洪（Quach Tong Hung）、杜氏茜梅泰（Do Chiem Tai）、阮氏凡泰（Nguyen Van Tai）、黎氏洪恩（Le Hong En）、刘氏洪章（Luu Hong Truong）、黎氏天东（Le Tien Dung）

越南科学技术院（VAST）高级技术研究所（IAT），越南胡志明市TL29路1B号

摘要

Drynaria bonii H. Christ（鳞毛蕨科）是一种越南药用蕨类植物，传统上用于治疗骨骼相关疾病。本研究优化了从野生采集的D. bonii中提取生物活性化合物的方法，并评估了其抗氧化和抗炎活性，同时进行了生命周期评估（LCA）。在三种乙醇浓度（30%、70%和96%）中，70%乙醇提取物（DB70）显示出最高的总酚类（65.96 mg GAE/g）和黄酮类（130.79 mg QE/g）含量，以及较强的抗氧化活性（DPPH IC₅₀ = 24.86 μg/mL）和在LPS刺激的RAW264.7巨噬细胞中的NO抑制作用（IC₅₀ = 12.5 μg/mL）。通过响应面方法（RSM）进一步优化了提取条件，最终得到一种工艺效率更高且生物活性相当的优化提取物（DBO）。UHPLC–QTOF–MS/MS结合直接MS/MS光谱库匹配（MoNA和MassBank）技术确定了代表性成分的身份，通过NMR确认了山柰酚和没食子酸的存在。LCA使用EF 3.1中间点指标表明，按生物活性单位标准化后，优化工艺减少了环境影响。此外，在相同溶剂条件下，组织培养的生物质（叶片/小植株）提取物显示出比野生根茎提取物更低的黄酮类含量和抗氧化能力，这突显了器官和栽培方式对提取结果的影响。这些发现支持D. bonii作为生物活性化合物的有希望的来源，并提供了一种可重复的、注重可持续性的提取流程。

引言

随着对植物基疗法和营养保健品需求的增长，人们越来越关注使用可持续技术优化传统药用植物的提取和利用。在此背景下，Drynaria bonii H. Christ（鳞毛蕨科）在越南民间医学中被称为“tac ke da”，传统上用于治疗骨折、腰痛和骨关节炎（Loi, 1999; Pham et al., 2015; Trinh et al., 2011）。对Drynaria属植物的化学生物学研究表明，其中含有多种次级代谢物，包括黄酮类、苯丙素类、色酮类和三萜类（Liang et al., 2010; Liu et al., 1992; Shang et al., 2013; Trinh et al., 2020; Wang et al., 2010, 2008）。其中，酚类化合物和黄酮类因其抗氧化和抗炎活性而受到广泛认可，这些活性与骨骼相关疾病的氧化应激和炎症过程管理密切相关（Panche et al., 2016; Pang et al., 2020; Wong et al., 2013; Zeng et al., 2020）。例如，槲皮素和原儿茶酸等酚类和黄酮类成分已被证明可以通过调节氧化途径来减轻炎症反应并促进骨骼修复（Forte et al., 2016; Pang et al., 2020）。提取溶剂系统对这类生物活性代谢物的产量和组成有显著影响；乙醇-水混合物因其可调的极性而常被使用，有助于回收极性和中等极性成分（Dai and Mumper, 2010）。

然而，对于D. bonii的提取优化和详细生物活性分析仍较为有限。此外，其提取过程的环境影响尚未得到评估，同时缺乏将工艺优化与可持续性评估相结合的研究。将野生采集的材料与体外培养的生物质进行比较，可以为可扩展生产提供实用见解。因此，需要一种结合绿色提取原理、生物活性评估、化学生物学背景和环境评估的综合方法，以支持基于证据和可持续性的D. bonii植物产品的开发（Dai and Mumper, 2010）。

因此，本研究旨在：（1）评估乙醇浓度（96%、70%、30%）对野生D. bonii的总酚类含量（TPC）、黄酮类含量（TFC）以及抗氧化/抗炎活性的影响；（2）使用响应面方法（RSM）优化提取过程；（3）通过UHPLC–QTOF–MS/MS结合直接MS/MS光谱库匹配（MoNA和MassBank）确定主要成分；（4）通过生命周期评估（LCA）评估提取方案的环境效率，包括传统工艺与优化工艺的对比。

植物材料与制备

2024年2月，在越南达克农省野外采集了Drynaria bonii的根茎，由越南科学技术院南部生态研究所的刘氏洪章（Luu Hong Truong）鉴定。根茎样品经空气干燥后研磨成粒径为2-3毫米的粉末，干燥后的样品存放在密封袋中避光保存直至使用。一份凭证标本存放在高级技术研究所的生物活性天然产物技术部门，编号为10.2024-Daknong。

提取

提取溶剂对总酚类含量（TPC）、黄酮类含量（TFC）和初步生物活性的影响

图1显示了乙醇浓度（96%、70%、30%）对Drynaria bonii根茎提取产量、TPC和TFC的影响。DB70的提取产量（%）、TPC（65.96 ± 1.38 mg GAE/g）和TFC（130.79 ± 2.26 mg QE/g）均显著高于DB96和DB30（p < 0.05，图1A-C）。图2展示了DB96、DB70和DB30的抗氧化活性（DPPH、H₂O₂、RP），其中DB96的DPPH清除能力最强（IC₅₀，μg/mL），而DB70在H₂O₂清除方面表现优异。

结论

本研究建立了一种综合的工作流程，将Drynaria bonii的提取优化、提取物水平的生物活性、基于重复测定的化学背景（包括补充表S2中的完整LC–MS/MS特征列表）以及通过LCA进行的环境性能评估相结合。溶剂筛选确定70%乙醇是最适合最大化酚类/黄酮类回收率和多终点生物活性的极性范围，而RSM优化提高了工艺效率。

作者贡献声明

邱氏当明努特（Kieu Dang Minh Nhut）：软件开发、数据分析。郭氏通洪（Quach Tong Hung）：数据分析。杜氏茜梅泰（Do Chiem Tai）：初稿撰写、数据分析。阮氏凡泰（Nguyen Van Tai）：数据分析。黎氏洪恩（Le Hong En）：验证、数据分析。刘氏洪章（Luu Hong Truong）：初稿撰写、项目管理、资金获取。黎氏天东（Le Tien Dung）：撰写、审稿与编辑、方法设计、概念构思。邓氏乐杭（Dang Thi Le Hang）：审稿与编辑、验证、数据分析。范氏妮塔琳（Pham Thi Nhat Trinh）：软件支持。

未引用参考文献

MoNA, 2024.

伦理批准声明

不适用。

利益冲突声明

作者声明本研究中描述的工作未受到任何已知的财务利益冲突或个人关系的影响。

资助

本研究由达克农省科学技术部（合同编号：27/H?-SKHCN，日期：2023年11月30日）资助，该资助来自越南科学技术院与达克农省人民委员会之间的科学技术合作计划。

利益冲突声明

所有作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢达克农省科学技术部和越南科学技术院的领导及工作人员，特别是应用与发展技术部门及高级技术研究所提供的宝贵支持，包括允许使用研究所需的设备。同时，作者衷心感谢Ecochain提供为期7天的Mobius LCA平台免费试用，这为研究提供了便利。