超声辅助提取粘液：一种充分利用Ora-Pro-Nóbis叶片的方法

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Ultrasound-Assisted Extraction of Mucilage: An Approach for the Full Utilization of Ora-Pro-Nóbis Leaves

　　

Ora-pro-nóbis (OPN)叶片含有极高的粘液（mucilage）含量。可持续加工方法，如超声辅助提取（UAE），可提高OPN粘液（OPNM）的产量和功能性。产生的残渣（OPNR）可用于支持循环经济方法。本研究旨在确定OPNM提取的最佳条件，并随后表征OPNR。OPNM通过不同功率水平（200、400、600和800 W）的UAE以及常规方法（25°C和80°C水浴提取）进行提取。提取后，通过过滤分离OPNR。OPNM样品显示出比OPNR样品更低的蛋白质含量（10.68–16.01 g 100 g^?1），但更高的水溶性（79.45–89.64 g 100 g^?1）、吸水性（552.93–797.07 g 100 g^?1）和总酚含量（64.1–122.1 mg 100 g^?1），从而导致更高的抗氧化活性。亮度值范围为35.97至41.72（OPNM）和38.55至44.79（OPNR）。OPNM样品具有不规则粗糙表面、高乳化能力（600.68–621.31 mL oil g^?1）和足够的乳液稳定性（80.12%–86.90%）。OPNM样品表现出假塑性行为；粘度和结构完整性之间的最佳平衡通过400 W UAE处理实现。OPNM还含有生物活性化合物，如芦丁（rutin）和苹果酸（malic acid），以及完整的必需和非必需氨基酸谱，特别是组氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸。这些结果证明了充分利用OPN叶片的可行性，推荐UAE作为获得增强功能性的粘液的最有效方法。

Ora-pro-nóbis (OPN, *Pereskia aculeata* Miller)是一种非传统食用植物，其叶片富含蛋白质（25 g 100 g^?1干基）、膳食纤维（31.47 g 100 g^?1干基）和酚类化合物，尤其含有约5 g 100 g^?1干基的粘液（mucilage）。粘液主要由阿拉伯半乳聚糖等多糖与蛋白质组分构成，具备乳化、增稠和胶凝特性，在食品加工中具有潜在应用价值。然而，传统粘液提取方法（如湿磨、过滤、沉淀和离心）通常耗时6–8小时，效率低下且功能特性保存有限。超声辅助提取（UAE）通过空化效应促进细胞壁破裂，可提高提取速率和产率，但过高的超声功率可能因湍流和循环流导致生物活性化合物（尤其是酚类）的降解。目前，尚未有研究探索UAE提取OPN粘液（OPNM）及其对残渣（OPNR）的影响。基于循环经济原则，高效利用资源和副产物增值至关重要，因此有必要对OPNR进行表征，以评估其应用潜力。本研究旨在：(i) 采用不同功率UAE提取OPNM，并与常规方法对比；(ii) 评估所得OPNM样品的理化特性、技术特性和抗氧化活性；(iii) 表征OPNR的技术特性和抗氧化特性，以确定其应用潜力。该研究发表于《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》。

研究人员使用的关键技术方法包括：从巴西巴拉那州Umuarama Regional Campus of the State University of Maringá的药用植物农场手工采摘OPN叶片，经筛选、清洗、冷藏后备用。提取方面，采用常规水浴提取（25°C和80°C，6小时）和探头式UAE（200、400、600、800 W，30分钟）。提取后通过真空过滤、离心分离获得OPNM（冻干）和OPNR（烘箱干燥）。表征分析涉及：蛋白质含量（微凯氏定氮法）、技术特性（水溶性指数WSI、吸水指数WAI、吸油指数OAI）、颜色参数（色度计）、总酚含量（Folin-Ciocalteu法）及抗氧化活性（ABTS、DPPH、FRAP法）、超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）、乳化能力与乳液稳定性、流变特性（Ostwald-de Waele模型）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）以及氨基酸谱（HPLC-荧光检测）。

研究结果部分：

**3.1 产率（Yield）**：通过产率计算发现，OPNM的提取产率在2.7%–3.7%（w w^?1）之间，不同处理间无显著差异，与文献报道值相近。OPNR产率范围为6.2%–13.4%（w w^?1），其中CE80（80°C常规提取）产率最高，UAE800（800 W超声提取）产率最低，可能因高强度空化导致组织崩解和细颗粒残留。

**3.2 蛋白质含量（Protein Content）**：OPNM的蛋白质含量为10.68–16.01 g 100 g^?1，CE25、CE80、UAE200和UAE400样品间无显著差异，表明低功率UAE（200和400 W）在更短时间内（30 min）即可有效提取蛋白质，归因于空化效应引起的细胞壁破裂和蛋白质链释放。OPNR的蛋白质含量为15.15–20.22 g 100 g^?1，UAE400和UAE800样品最高，表明残渣仍富含蛋白质，可与多糖协同增强功能特性。

**3.3 技术特性（Technological Properties）**：OPNM的水溶性指数（WSI）为79.45–89.64 g 100 g^?1，CE25、CE80和UAE400样品最高。吸水指数（WAI）为552.93–797.07 g 100 g^?1，UAE400样品最高（797.07 g 100 g^?1），优于其他植物粘液。高功率UAE（600和800 W）导致WSI和WAI下降，可能因多糖水解或疏水基团暴露。OPNR的WSI和WAI显著低于OPNM，因其不溶性纤维含量高。吸油指数（OAI）方面，OPNM为351.28–477.01 g 100 g^?1，UAE800样品最高；OPNR的OAI为306.5–415.3 g 100 g^?1，超声处理样品较高，表明OPNM具有亲水-亲油双功能特性，适用于多种食品配方。

**3.4 颜色参数（Color Parameters）**：OPNM的亮度（L*）为35.97–41.72，OPNR为38.55–44.79，整体偏暗。CE80样品亮度最低，因长时间热处理导致叶绿素降解形成褐变。红绿度（a*）和蓝黄度（b*）显示样品偏向绿色和黄色，超声处理样品黄色更明显，可能因内部结构破坏释放类胡萝卜素。

**3.5 总酚含量（TPC）与抗氧化活性（TPC and Antioxidant Activity）**：OPNM的TPC为43.95–122.10 mg GAE g^?1，随超声功率增加而升高，UAE800样品最高。抗氧化活性（ABTS、DPPH、FRAP）同步增强，UAE800样品的ABTS活性比CE25高约60%。OPNR的TPC为12.52–19.79 mg GAE g^?1，CE25和CE80样品最高，呈负相关关系。高功率UAE通过空化效应促进酚类释放，而水浴高温可能降解抗氧化化合物。

**3.6 OPNM表征（OPNM Characterization）**：（1）UHPLC-MS/MS分析：共检测到13种化合物，包括绿原酸、原儿茶酸、阿魏酸、咖啡酸等酚酸，异香兰素、羟基苯甲醛、香兰素等酚醛，芦丁、柚皮素、槲皮素等黄酮，以及苹果酸、富马酸和香豆素。芦丁含量超过500 μg g^?1，为最主要化合物，后续依次为苹果酸（161.105–320.044 μg g^?1）。UAE800样品中多数化合物含量最高，验证了高功率超声促进生物活性物质释放。（2）乳化能力与乳液稳定性：乳化能力为600.68–621.31 mL oil g^?1，UAE400和UAE800样品最高，与酪蛋白酸钠相当；乳液稳定性为80.12%–86.90%，UAE400和UAE800样品最高。UAE通过改变蛋白质结构、暴露疏水基团改善乳化性能。（3）流变特性：所有OPNM样品均呈假塑性流体（n<1），UAE400样品的表观粘度（146.31 mPa·s）和稠度指数（K=4.89 Pa·sⁿ）最高，同时流动性指数（n=0.39）较低，表明其具有高度凝聚结构，适合作为增稠剂；低功率或高功率均不利于保持粘度。（4）FTIR：所有样品吸收光谱相似，特征峰（3309、1626、1317、1006、493 cm^?1）证实多糖和蛋白质的存在，CE80样品峰强度略低，提示高温长时间处理可能引起部分降解。（5）SEM：样品表面不规则粗糙、多孔，呈现三角形或球形颗粒，可解释其高水油吸收能力，球形颗粒由多糖膜在干燥过程中形成。（6）氨基酸谱（UAE400样品）：检测到所有必需氨基酸（组氨酸最高，992.33 mg 100 g^?1）和非必需氨基酸（天冬氨酸最高，327.23 mg 100 g^?1），组氨酸参与胃酸分泌和酶催化，天冬氨酸参与三羧酸循环和尿素循环。

结论部分总结：本研究所采用的提取方法不影响OPN叶片的粘液产率，但UAE改善了提取物的功能特性。400 W UAE处理的OPNM在水吸收、乳化性能和流变行为方面表现优异，适用于食品体系的增稠和稳定；而800 W UAE则有利于酚类化合物和抗氧化活性的回收，可根据目标应用选择提取条件。OPNR保留了大量蛋白质，并具有高吸油能力，有望改善产品质地、多汁性和稳定性，并作为部分脂肪替代品。这些发现表明，OPN可被分馏为具有互补功能的成分，从而为这种未被充分利用的植物材料增加价值。