《South African Journal of Botany》：Exploring the bioactive potential of some agro-wastes: A multi-analytical approach using HPLC/UV-DAD, chemometric, pearson’s correlation, and in silico studies for their antimicrobial effects
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•对八种农业工业废弃物进行了比较评估。•皮尔逊相关性分析用于阐释多酚类物质与生物活性之间的关系。•统计分析确定了与生物活性相关的关键化合物。•计算分析为可能的化合物-靶标相互作用提供了依据。•这些废弃物样本具有作为可持续抗氧化剂和抗菌物质的潜力。引言食品副产品的积累是各国面临的一
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对八种农业工业废弃物进行了比较评估。
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皮尔逊相关性分析用于阐释多酚类物质与生物活性之间的关系。
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统计分析确定了与生物活性相关的关键化合物。
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计算分析为可能的化合物-靶标相互作用提供了依据。
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这些废弃物样本具有作为可持续抗氧化剂和抗菌物质的潜力。
引言
食品副产品的积累是各国面临的一个严重问题，会对环境和世界经济造成负面影响。根据联合国粮食及农业组织的数据，农业食品产业每年会产生40–50%的植物废弃物，包括果皮、种子、叶子、根、果渣和果浆等。来自水果和蔬菜的废弃物是全球第二大废弃物来源，约占25%，是在加工过程中产生的（Bayram等人，2021）。这些废弃物要么被丢弃在土地和水中，导致真菌生长并带来严重的环境危害，要么被用作动物饲料。由于该问题的重要性，减少这类废弃物已成为全球关注的焦点。水果和蔬菜中未被食用的部分富含多种生物活性化合物，如维生素、蛋白质、膳食纤维、色素等。其多酚类化合物具有多种生物活性，包括抗菌、抗炎和抗氧化作用（Oleszek等人，2023；de Souza Medina等人，2023）。近年来，许多研究不仅着眼于利用不同食品废弃物来保护资源，还致力于探索其因具有多种健康益处而可能带来的应用价值（Oleszek等人，2023）。废弃物回收的一种途径是深入研究其中的生物活性植物化学物质，并探究其生物活性，以此确定其作为营养补充品的潜在用途。
红萝卜和白萝卜（分别为Raphanus sativus var. sativus和longipinnatus），以及芜菁（Brassica rapa var. rapa）都属于十字花科，是富含多种植物化学物质的蔬菜。人们通常食用它们的根部，而叶子则大多被视为蔬菜废弃物。然而，这些叶子中含有丰富的生物活性化合物，如多酚类、黄酮类、花青素和硫代葡萄糖苷，具有多种生物活性作用。有研究指出，红萝卜、白萝卜和芜菁的叶子含有大量酚酸和黄酮类物质，具有很强的抗氧化、抗菌和抗病毒作用（Khan等人，2022；Ibrahim等人，2024）。
菠萝（Ananas comosus L. Merr.，凤梨科）是一种富含营养物质和维生素的热带水果。在食用可食部分后，约有75–80%的废弃物会被丢弃。研究表明，菠萝的果皮、冠部和内芯含有多种植物化学物质，如黄酮类、多酚类、类胡萝卜素、皂苷、生物碱、三萜类、甾醇和单宁（Sharma等人，2024），此外还有重要的蛋白酶——菠萝蛋白酶（Ketnawa等人，2012）。这些成分使得菠萝废弃物具有多种生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗炎和抗风湿作用（Sharma等人，2024）。
另一种备受关注的食品废弃物是橄榄渣（Olea europaea L.，橄榄科），因为它富含具有潜在生物活性的化合物。橄榄渣是一种低成本、可持续的来源，可提供多酚类物质、橄榄苦苷、酪醇和羟基酪醇，这些物质具有抗氧化、抗炎和抗菌作用，还能缓解心血管疾病和动脉粥样硬化疾病（Monteiro等人，2024,；Schmidt等人，2023）。
大蒜加工过程中会产生大量果皮和外壳。大蒜皮（Allium sativum L.，葱科）富含多酚类物质，具有多种治疗功效，包括抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤作用（Dong等人，2024；Azmat等人，2023）。
本研究综合分析了植物化学成分与生物活性之间的关联，并对多种农业废弃物样本进行了比较研究。研究的目的是了解在当地市场大量存在的这些废弃物材料的化学成分及其抗氧化和抗菌作用。研究人员定量测定了多酚类、黄酮类、类胡萝卜素和叶绿素的总量。针对每种提取物，使用HPLC/UV-DAD分析法并与标准多酚/黄酮类化合物进行比对。通过DPPH和ABTS试验检测了所有提取物的自由基清除能力，同时还研究了其抗真菌和抗菌活性。为了便于解读所获得的多元数据，研究人员采用了主成分分析等化学计量学方法，以及带有热图的层次聚类树状图，从而实现准确的样本分组和生物标志物识别。此外，还计算了皮尔逊相关性系数，以确定所有样本的植物化学成分与生物活性结果之间的关系。最后，通过分子对接研究预测了所检测到的植物化学物质的抗菌活性。
章节要点
植物材料
研究人员从埃及当地市场收集了大量存在的某些蔬菜和水果的剩余部分（来自吉萨附近的市场），并由作者及NRC药用植物学系的药物植物学教授Salma A. El-Sawi博士进行了鉴定。所有样本均在阴凉处晾干，磨成粉末后储存在阴凉干燥的容器中，以便后续提取。本研究涉及的植物材料为红萝卜叶、白萝卜叶和芜菁叶。
圆盘扩散法
圆盘扩散法是一种常用的方法，可用于初步筛选不同植物提取物对各种细菌和真菌菌株的抗菌和抗真菌性能。通过计算每个圆盘周围的抑制圈大小来评估所有样本的生物活性，抑制圈越大，说明其作用越强。表2展示了植物提取物对测试细菌的抑制圈直径，以及头孢曲松（阳性对照组）的相应数值。研究结果
结论
本研究采用了一种综合分析框架，结合了针对8种食品废弃物的目标性HPLC/UV-DAD植物化学成分分析、体外抗氧化和抗菌性能评估、多元化学计量分析、皮尔逊相关性建模，以及分子对接和ADMET预测分析。该方法不仅有助于确定植物化学成分，还能阐明成分与生物活性之间的关联，并探索可能的分子相互作用。
资金支持
本研究得到了国家研究中心资助项目的支持，项目编号为13,060,136。
CRediT作者贡献声明
Amal Abd-Elrasheed Maamoun：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，方法学，研究实施，数据整理，概念构建。Salma Ahmed El-Sawi：写作——审阅与编辑，项目管理，研究实施，概念构建。Ahmed F. El-Sayed：写作——初稿撰写，可视化，软件应用，数据整理。Roqaya I. Bassuiny：写作——初稿撰写，方法学，研究实施。Maii Abdelnaby Ismail Maamoun：写作——审阅与编辑，写作——
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
作者感谢国家研究中心为这项研究提供的资金支持。
Amal Abd-Elrasheed Maamoun|Salma Ahmed El-Sawi|Ahmed F. El-Sayed|Roqaya I. Bassuiny|Maii Abdelnaby Ismail Maamoun
