使用SFE（有/无共溶剂）从香榧（Torreya grandis cv. Merrilli）假种皮中提取精油和总黄酮：工艺优化、化学成分和生物活性

《Journal of CO2 Utilization》：Essential oil and total flavonoids extracted from Torreya grandis cv. Merrilli arils using SFE with/without co-solvent: Process optimization, chemical composition, and biological activities

　　

连续SFE-CO₂（有/无共溶剂）可产出精油和总黄酮。精油可通过破坏细胞壁和膜完整性起到杀菌剂作用。总黄酮通过诱导杂草氧化应激（oxidative stress）表现出除草潜力。

**论文解读文章：香榧假种皮精油与总黄酮的连续超临界流体萃取工艺优化、成分分析及生物活性研究**

**一、研究背景与问题**

香榧（*Torreya grandis* cv. Merrilli）是中国特有的经济树种，其种子富含营养与药理活性成分，但果实加工过程中产生的假种皮（约占鲜果重50%）通常被丢弃，造成资源浪费与环境污染。已有研究从香榧假种皮中鉴定出精油、黄酮类、木质素等化合物，并发现其具有抗菌、抗氧化等活性，但精油和总黄酮的同时提取工艺优化尚未系统开展，且总黄酮的化学组成、除草活性及作用机制缺乏报道。传统有机溶剂提取法存在溶剂残留、能耗高、环境不友好等问题，而超临界流体萃取（SFE）作为一种绿色技术，可选择性提取目标成分，但现有研究多聚焦于单一组分。因此，研究人员旨在设计一种连续SFE-CO₂工艺，从香榧假种皮中先后提取低极性的精油（EO）和高极性的总黄酮（TFs），并评估其抗菌、抗氧化及除草活性，为假种皮的资源化利用提供科学依据。该论文发表于《Journal of CO2 Utilization》。

**二、主要关键技术与方法**

研究人员采用实验设计（中心复合设计CCD）优化SFE-CO₂的连续提取工艺。首先，在无共溶剂条件下提取精油，考察压力、温度、时间三因素；之后加入乙醇/甲醇混合共溶剂提取总黄酮，考察压力、温度、时间及共溶剂比例四因素。以索氏提取（SE）作为对照方法。精油成分通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析，基于线性保留指数（LRI）和NIST数据库鉴定；总黄酮中四种单体黄酮（木犀草素、芹菜素、异银杏双黄酮、银杏双黄酮）通过超高效液相色谱（UPLC）定量。抗菌活性采用滤纸片扩散法测定抑菌圈直径（IZD）及最小抑菌浓度（MIC），通过碱性磷酸酶（AKP）活性、电导率、核酸/蛋白质泄漏评估细胞壁与膜完整性。抗氧化活性采用DPPH自由基清除法。除草活性以四种杂草（马唐、早熟禾、野燕麦、泥花草）为对象，测定发芽率、发芽势、胚芽/胚根长、鲜重、抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性及丙二醛（MDA）含量。样本来源：香榧假种皮于2024年9月采自浙江省宁波市黄坛镇农户。

**三、研究结果**

**3.1 精油提取工艺优化**
通过响应面法（RSM）分析，精油提取率（12.55%–18.58%）和抗金黄色葡萄球菌活性（IZD 20.79–31.43 cm）的二次模型均显著（p<0.01），模型R2分别为0.95和0.94。各因素对提取率影响顺序为温度>压力>时间。三维响应面图显示，低温（40°C）和中等压力（25–30 MPa）有利于提高提取率与活性；压力与时间的交互作用呈鞍形，表明高压下需足够时间才能充分溶解。最优条件为压力28.84 MPa、温度40.65°C、时间4.99 h，预测IZD 31.49 cm，实验验证值为18.86%和31.45 cm，与预测值吻合。

**3.2 总黄酮提取工艺优化**
总黄酮提取率（0.33%–1.18%）和DPPH清除率（24.46%–79.45%）的二次模型均显著（p<0.05），R2分别为0.86和0.82。因素影响顺序为温度>压力>共溶剂比例>时间。响应面图显示，压力29–34 MPa、温度>46°C、共溶剂比例50%–55%为高产区域，但共溶剂比例>55%时提取率下降。最优条件为压力32 MPa、温度45.83°C、时间3.16 h、共溶剂比例41.23%，预测DPPH清除率79.67%，实验验证值为1.17%和79.42%，与预测值一致。

**3.3 精油成分分析与抗菌机制**
GC-MS共鉴定195种成分，其中萜类（terpenoids）最多（110种，相对含量58.18%），包括单萜（52.67%）、倍半萜（46.43%）等；主要萜类为δ-3-蒈烯（15.20%）、(+)-δ-杜松烯（9.97%）和β-蒎烯（9.86%）。精油对金黄色葡萄球菌（*S. aureus*）的MIC为0.32 mg·mL^?1，对枯草芽孢杆菌有抑制作用，但对大肠杆菌无活性。经精油处理后，金黄色葡萄球菌的AKP活性、电导率及OD₂₆₀/OD₂₈₀吸光度均显著升高（p<0.05），表明精油破坏细胞壁和细胞膜完整性，导致核酸、蛋白质、电解质等胞内物质泄漏，从而发挥杀菌作用。

**3.4 总黄酮成分与生物活性**
UPLC定量分析显示，四种单体黄酮含量分别为：木犀草素（luteolin）92.75 μg·g^?1、芹菜素（apigenin）330.24 μg·g^?1、异银杏双黄酮（isoginkgetin）446.58 μg·g^?1、银杏双黄酮（sciadopitysin）268.10 μg·g^?1。总黄酮对DPPH自由基清除率最高达79.45%，且呈浓度依赖性。除草活性测试显示，总黄酮显著抑制马唐（*D. sanguinalis*）、早熟禾（*P. annua*）和野燕麦（*A. fatua*）的发芽率、胚根长和鲜重，其中对马唐发芽率抑制率达90%，对早熟禾胚根长抑制率70.6%、鲜重抑制率43.4%；对泥花草（*L. procumbens*）无显著影响。机制研究表明，总黄酮处理降低了马唐、早熟禾和野燕麦幼苗的SOD、POD、CAT活性，并显著提高MDA含量（分别增加80.5%、287.1%、165.8%），而对泥花草的CAT活性反而增强，MDA无明显变化，说明总黄酮通过诱导活性氧（ROS）氧化应激发挥选择性除草作用。

**四、讨论与结论**

研究讨论部分指出，SFE-CO₂工艺相比传统索氏提取，可获得更高产率（精油18.86% vs 18.1%，总黄酮1.17% vs 0.99%）和更强生物活性（精油IZD 31.45 cm vs 28.3 cm，总黄酮DPPH清除率79.42% vs 65.71%），归因于SC-CO₂的低温、高扩散性及选择性。精油主要成分δ-3-蒈烯、α-蒎烯等萜类化合物已知具有抗菌活性，其机制涉及破坏细菌细胞壁和膜结构。总黄酮的除草活性与文献报道的芒果叶、荆豆等植物黄酮类化合物相似，且表现出选择性，符合生物除草剂特征。然而，本研究因仅使用优化后的单一提取物进行活性测试，未能进行成分与活性的相关性分析，未来需通过多组RSM样品进行精确活性化合物鉴定。此外，还需开展分子水平机制研究、田间试验及非靶标生物生态毒性评估。

**结论**：本研究系统优化了SFE-CO₂连续提取香榧假种皮中精油和总黄酮的工艺。生物活性测定表明，精油（主要含低极性有机化合物）通过破坏金黄色葡萄球菌的细胞壁和细胞质膜结构发挥显著抑制作用；总黄酮（富含高极性有机化合物）则通过诱导ROS氧化应激显著抑制杂草种子萌发和幼苗生长。这些发现表明，精油有潜力作为天然杀菌剂，总黄酮可作为开发植物源除草剂的候选物。该工作强调了合理高效利用农业副产物的重要性，有助于减轻环境污染并提升香榧产业的经济与实用价值。