超声辅助提取及响应面法优化番茄Srida品种番茄红素富集物及其在人前列腺基质细胞中的初步生物活性

《Applied Food Research》：Ultrasound-assisted extraction and optimization of lycopene-enriched extract from Solanum lycopersicum cv. Srida and its preliminary biological activity in human prostate stromal cells

　　

番茄红素是一种高价值亲脂性类胡萝卜素，广泛用作食品和营养保健品中的功能性成分。研究人员开发并优化了过程强化的超声辅助提取（UAE）方法，以提高番茄栽培种Srida中番茄红素的回收率，重点在于提取效率和工艺适用性。采用响应面法（RSM）评估了超声时间、超声功率和液固比对番茄红素得率的影响。拟合的二次模型表现出良好的预测性能，并用于基于期望函数的优化。最佳提取条件为300 W超声功率下处理30 min，液固比80 mL/g，番茄红素得率达9.06 ± 0.26 mg g?1干重。得率提升归因于超声空化诱导的传质增强和提取动力学加速，以及溶剂高效利用和处理时间缩短。优化的UAE工艺在实验室规模建立；其在更大规模食品级加工中的适用性尚待确定。提取的番茄红素保留了功能特性，表明强化提取条件未对产品质量产生不利影响。总体而言，本研究支持UAE作为一种高效、食品级、实验室规模的番茄红素提取方法，值得进一步放大和可持续性评价。生物学发现为初步的体外观察，未确立治疗功效。

研究背景方面，番茄是全球重要农业作物，番茄红素作为其主要类胡萝卜素，因强抗氧化、抗炎及与前列腺健康潜在关联而备受关注。然而番茄红素对热和氧化高度敏感，传统浸渍、渗漉等方法因高温和长时有机溶剂暴露易导致效率低下与化合物降解；脉冲电场（PEF）等新技术虽得率高但设备复杂、能耗大。超声辅助提取（UAE）凭借空化效应在低温下破坏细胞壁、强化传质，兼具工艺简单与可放大优势，但既往研究多聚焦得率最大化，优化提取物的生物功能鲜有评价，且泰国栽培种Srida的番茄红素回收特性尚未表征。为此，研究人员以Srida番茄为材料，用响应面法（RSM）优化UAE并关联TGF-β刺激的WPMY-1人前列腺基质细胞信号机制，打通“工艺优化—功能验证”链条。该文发表于《Applied Food Research》。

关键技术方法上，研究人员采集泰国Pathum Thani省2023年3—5月成熟Srida番茄，50℃热风干燥24 h后粉碎过180 μm筛，得水分6%粉末于?20℃避光保存。提取采用中心复合设计（CCD）三因素（时间4—36 min、液固比56—86 mL/g、功率40—360 W）二十次试验，95%乙醇为溶剂，50/60 kHz超声浴无外加热，浴温≤40℃；以UHPLC（C18柱，乙腈/甲醇70:30，470 nm）定量all-trans番茄红素并做ICH Q2验证；细胞实验用TGF-β（5 ng/mL）刺激WPMY-1，设提取物5 μg/mL（约0.45 μg/mL番茄红素）、丝裂霉素C对照，通过MTT、流式细胞术（PI染色）、免疫荧光及Western blot检测SMAD2/3与ERK1/2磷酸化及PCNA。

研究结果如下。参数优化与RSM部分，二次模型Y=4.85+0.5856A?0.1373B?0.1706C+0.0263AB+0.8363AC?0.0113BC+0.8367A²+0.3576B²+0.5927C²（A时间、B液固比、C功率）显著（p=0.0027），R²=0.8627；时间主效应与AC交互极显著，B、C主效应不显著。响应面显示长时间（30 min）配高功率（300 W）得率最高，液固比>70 mL/g有阈值效应。验证最优条件30 min、300 W、80 mL/g，预测8.89 mg/g，实测9.06±0.26 mg g^?1干重，相对误差1.96%，较既往UAE文献提高约77%且仅用食品级乙醇。UHPLC标准化部分，all-trans番茄红素保留时间3.016 min（标准品3.001 min），线性15.6—500 μg/mL（R²=0.998），LOD 4.8 μg/mL、LOQ 15.6 μg/mL，加标回收99.41%—99.97%，日内/间RSD<2%，确认提取物为番茄红素富集物而非纯品，色谱中兼见β-胡萝卜素。生物活性部分，TGF-β刺激使WPMY-1增殖、S期比例与PCNA上调，p-SMAD2/3、p-ERK1/2核转位增强；提取物5 μg/mL显著抑制增殖（p<0.001），降低S期入期与PCNA（p<0.01），阻遏p-SMAD2/3与p-ERK1/2磷酸化及核定位（p<0.05），呈现G0/G1阻滞，效果可比丝裂霉素C。讨论指出提取物为混合体系，番茄红素外还有β-胡萝卜素、酚酸等协同可能；单浓度单时点、缺纯番茄红素与溶剂对照、WPMY-1非BPH原代细胞、50℃干燥或致少量异构化为cis（未定量）为局限。结论部分翻译为：本研究建立了优化UAE提升番茄番茄红素得率的方法，RSM优化时间、功率、液固比至30 min、300 W、80 mL/g，得率9.06±0.26 mg g^?1干重；富集物在TGF-β1刺激的WPMY-1中表现抗增殖，伴PCNA下降与S期阻滞，机制联于SMAD2/3与ERK1/2下调，证明超声提取后生物活性保留。UAE作为食品级实验室策略具价值，需放大与可持续性评估；富集物调节前列腺基质TGF-β信号仅为初步体外证据，疾病模型确认前不可推及前列腺健康应用。