芳香植物蒸馏残渣的价值化：柔毛杜鹃（Rhododendron tomentosum Harmaja）提取物的酚类成分、抗氧化能力与抗菌活性

《Molecules》：Valorization of Aromatic Plant Distillation Residues: Phenolic Composition, Antioxidant Capacity, and Antimicrobial Activity of Rhododendron tomentosum Harmaja Extracts Izabela Jasicka-Misiak, Halyna Kukhtenko, Yulian Konechnyi, Liudas Ivanauskas, Mindaugas Marksa, Ján Brindza and Oleksandr Kukhtenko

　　

芳香植物用于生产精油的水蒸气蒸馏过程会产生大量的固体和液体残渣，这些残渣通常被丢弃，尽管它们作为生物活性化合物的来源具有潜在价值。在本研究中，在“废料价值化”框架下对柔毛杜鹃（Rhododendron tomentosum Harmaja）的精油和蒸馏后残渣进行了评估，旨在回收具有抗氧化和抗菌特性的酚类化合物。对从液体残渣（DEA）和固体残渣（DEE）中获得的干提取物进行了表征，包括总酚和总黄酮含量、抗氧化能力（DPPH测定法）以及针对选定微生物的抗菌活性。定量高效液相色谱-光电二极管阵列（HPLC-PDA）分析揭示了多种酚类化合物。与从液体残渣中获得的提取物相比，源自固体残渣的提取物显示出显著更高的总酚和总黄酮含量以及更强的抗氧化活性，表明固体副产物构成了更丰富的酚类基质。抗菌试验显示，从十月收获的植物材料制备的提取物，特别是那些基于丙二醇和甘油的提取物，具有显著的活性，能有效对抗革兰氏阳性菌和选定的革兰氏阴性临床分离株。该精油显示出广谱抗菌活性，包括对黑曲霉（Aspergillus niger）的抑制。稳定性研究表明，干提取物的酚类成分和生物活性在储存一年后基本得以保留。这些发现表明，柔毛杜鹃水蒸馏残渣是天然抗氧化剂和抗菌剂的一个有前景的来源，支持了其作为增值成分在食品和化妆品应用中的潜在利用，并有助于循环经济战略。

论文解读：柔毛杜鹃蒸馏残渣中酚类物质的回收与生物活性评估

一、 研究背景、问题与研究目的

芳香植物是精油及其他生物活性化合物的天然宝库，在医药、化妆品和食品工业中具有广泛的应用潜力。然而，在利用水蒸气蒸馏法提取精油的过程中，仅有约1%的植物材料转化为目标精油，而约99%的物料则成为蒸馏后残渣。长期以来，这些富含次级代谢产物的残渣被视为废弃物，造成了资源浪费和潜在的处置问题。近年来，随着循环经济和可持续生物加工理念的兴起，对这些农业和食品工业副产物进行价值化，从中回收功能性成分（如多酚），已成为研究热点。多项研究表明，来自薰衣草、鼠尾草、百里香等植物的蒸馏残渣中仍含有可观的酚类、黄酮类化合物，并显示出抗氧化和抗菌活性。因此，将“废弃物”重新定义为“资源”，是实现资源高效利用和开发新型天然添加剂的关键。

柔毛杜鹃（Rhododendron tomentosum Harmaja，又称Ledum palustre L.）是杜鹃花科的一种芳香常绿灌木，传统上用于治疗风湿、咳嗽、感冒等，其精油及多酚组分已被证实具有镇痛、抗炎、抗菌等多种生物活性。尽管其精油成分已得到较多研究，但对其蒸馏后残渣的系统性价值化评估尚不充分。在此背景下，本研究旨在评估柔毛杜鹃水蒸馏后残渣（包括固体和液体部分）的酚类物质含量、抗氧化能力及抗菌潜力，以确定其作为天然抗氧化剂和抗菌剂来源的可行性，从而为食品保鲜、化妆品和药品等领域的应用提供科学依据，并契合循环经济策略。本研究成果发表在学术期刊《Molecules》上。

二、 主要关键技术方法概述

本研究采用了一套综合的分析与评估流程。首先，样品制备与提取：对七月至十月每月采集的柔毛杜鹃地上部分进行水蒸气蒸馏，得到精油、蒸馏废水（液体残渣）和固体残渣。废水经蒸发得到干提取物（DEA），固体残渣用80%乙醇浸提后再蒸发得到另一干提取物（DEE）。其次，化学成分分析：使用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）分析精油和废水蒸发后液体馏分的挥发性成分；使用高效液相色谱-光电二极管阵列检测器（HPLC-PDA）定量分析干提取物中的特定酚类化合物（如新绿原酸、绿原酸、金丝桃苷等）。再次，生物活性测定：采用Folin-Ciocalteu法和氯化铝比色法分别测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）；通过DPPH自由基清除实验评估抗氧化活性；采用琼脂扩散法和微量肉汤稀释法测定提取物和精油对一系列革兰氏阳性/阴性细菌、真菌（包括临床多重耐药菌株）的抗菌活性，并计算最小抑菌浓度（MIC）。最后，利用主成分分析（PCA） 对提取物的抗菌活性谱和酚类成分数据进行多变量统计分析，以识别关键活性成分和样本聚类规律。

三、 研究结果与发现

2.1. 精油与液体馏分的化学特征

GC-MS分析表明，柔毛杜鹃精油主要成分为单萜和倍半萜类化合物，优势成分包括γ-松油醇、喇叭茶醇、喇叭茶烯、对伞花烃等，其具体组成比例随采集月份（七月至十月）不同而变化。对蒸馏废水进行蒸发后得到的液体馏分，其挥发性成分则以含氧单萜和含氧倍半萜为主，其中2,4,4,7-四甲基-5,7-辛二烯-3-醇含量较高（23.5–26.3%），且含有一些精油中未检出的独特化合物。

2.2. 水蒸馏固体与液体残渣的多酚谱

对干提取物的分析显示，从固体残渣获得的DEE提取物的总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）均显著高于从液体残渣获得的DEA提取物。HPLC-PDA定量分析在所有干提取物中均检测到新绿原酸、绿原酸、金丝桃苷、异槲皮苷、扁蓄苷和槲皮苷。其中，DEE提取物中以金丝桃苷和异槲皮苷含量最高。研究还发现，九月和十月收获的材料制备的提取物中酚类和黄酮类物质有累积增加的趋势。储存一年后的稳定性测试表明，这些多酚成分的总体谱图保持稳定，尽管TPC和TFC有约5-20%的下降。

2.3. 抗氧化活性

DPPH自由基清除实验结果表明，DEE提取物的抗氧化活性显著强于DEA提取物，且其活性与多酚含量呈正相关。这证实了从固体残渣中回收的酚类基质具有更强的自由基清除能力，即使植物材料经过了热处理（蒸馏过程）。

2.4. 抗菌活性

抗菌实验得出关键结论：首先，固体残渣提取物（DEE）具有抗菌潜力：当将DEE提取物溶解于丙二醇（PG）或甘油（GL）中时，它们对测试的革兰氏阳性菌（特别是非生物膜形成的表皮葡萄球菌）显示出活性。添加1%抗坏血酸并未增强其抑菌圈直径。其次，采集时间影响活性：从十月收获材料制备的提取物（DEE_Oct-PG和DEE_Oct-GL）表现出最强的抗菌效果，不仅能抑制所有测试的革兰氏阳性菌，对某些临床革兰氏阴性菌（如肺炎克雷伯菌和大肠杆菌）也有效，但对测试的念珠菌属、黑曲霉、铜绿假单胞菌和发酵乳杆菌无效。第三，精油具有广谱抗菌性：柔毛杜鹃精油展现出广谱且强烈的抗菌活性，能抑制包括黑曲霉在内的多种细菌和真菌。第四，PCA分析揭示关联性：主成分分析（PCA）进一步确认了十月提取物具有独特的、更强的抗菌谱，并与对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和大肠杆菌的抑制效果强相关。同时，酚类成分的PCA分析表明，黄酮醇苷类（如金丝桃苷、扁蓄苷、槲皮苷）是造成提取物变异性的主要贡献者，并与观察到的抗菌效果高度相关。

四、 总结与讨论

本研究系统评估了柔毛杜鹃蒸馏残渣的价值。讨论部分重点在于阐释研究发现的意义：固体残渣（DEE）比液体残渣（DEA）含有更丰富的酚类和黄酮类化合物，并因此具备更强的抗氧化能力，这明确了固体副产物的更高回收价值。抗菌活性的结果表明，提取物的效力受植物采集时间（十月最佳）和所用溶剂（丙二醇/甘油）的影响，而精油本身则是一种强效的广谱抗菌剂。酚类成分（尤其是黄酮醇苷）与抗菌活性之间的正相关性，为生物活性的物质基础提供了线索。尽管储存一年后活性成分有部分损失，但提取物仍保持了大部分生物活性，显示了其应用稳定性。

研究结论部分翻译如下：本研究证明，柔毛杜鹃的精油和蒸馏后副产物都是具有抗氧化和抗菌特性的生物活性化合物的宝贵来源。富含单萜和倍半萜（如γ-松油醇、喇叭茶醇、喇叭茶烯和对伞花烃）的精油，其化学成分随植物采集月份的不同而有很大变化。同时，从水蒸馏中获得的副产物——来自固体（DEE）和液体（DEA）残渣的干提取物——被发现含有显著数量的多酚和黄酮。与DEA相比，DEE提取物表现出更高的TPC和TFC值以及更强的抗氧化能力。HPLC分析确认了关键多酚物质的存在，包括新绿原酸、绿原酸、金丝桃苷、异槲皮苷、槲皮苷和扁蓄苷。此外，抗菌评估和主成分分析表明，几种提取物，特别是那些用十月收获的材料制备并用甘油和丙二醇配制的提取物，具有增强的抗菌活性。柔毛杜鹃精油对黑曲霉表现出显著功效，突出了其抗真菌潜力。相比之下，废水蒸发后得到的液体馏分大多无活性。这些发现凸显了对植物蒸馏后残渣进行价值化的重要性，它们可作为功能成分，在食品保鲜、药品和天然抗菌配方中具有潜在应用前景。储存一年后进行的分析证实了从柔毛杜鹃蒸馏后残渣中获得的干提取物的总体稳定性。尽管观察到总多酚和黄酮含量部分下降（约5-20%），抗氧化能力也明显降低，但在长期储存后，提取物仍保留了相当水平的生物活性化合物和抗氧化潜力。这些结果强调了蒸馏后副产物作为天然抗氧化剂和抗菌剂的稳定来源，可用于食品、营养品和药品配方，尽管还需要进一步的研究。