杏仁副产物的酚类组成、抗氧化能力和抗菌活性：品种和收获年份的影响

《Food Bioscience》：Phenolic composition, antioxidant capacity, and antibacterial activity of almond by-products: Effects of cultivar and harvest year

　　

对可持续资源利用的需求日益增长，促使人们越来越关注农产品副产物作为生物活性化合物来源的增值利用。杏仁生产在全球范围内扩大，在工业加工过程中产生大量副产物，这些副产物既带来环境挑战，又代表具有潜在生物活性的酚类化合物的宝贵来源。此外，人们对天然生物活性化合物作为应对抗菌药物耐药性（AMR）的补充策略的兴趣日益浓厚，进一步推动了对植物源残留物的研究。在本研究中，研究人员评估了来自四种杏仁副产物（果皮、果壳、种皮和烫漂水）的提取物在不同品种和收获年份中的酚类组成、抗氧化能力和抗菌活性。抗氧化能力通过互补的体外自由基清除和还原测定进行评估，而体外抗菌活性则针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌进行单独评估以及与庆大霉素（gentamicin）联合评估。杏仁果皮、种皮和烫漂水表现出最高的酚类含量和抗氧化能力，而果壳始终显示较低的值。仅检测到对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌活性，而对测试的革兰氏阴性菌株未观察到抑制效应。收获年份和品种显著影响酚类含量和生物活性，且具有基质依赖性模式。总体而言，这些结果突出表明杏仁副产物，特别是果皮和种皮，是天然酚类化合物的有前景来源，具有较强的抗氧化能力和对金黄色葡萄球菌的选择性抗菌活性，支持其在循环生物经济框架内的增值利用，并提供了对酚类组成与生物活性之间关系的进一步见解。

**研究背景与目的**

随着全球对可持续资源利用的关注日益增加，农产品副产物的增值利用成为研究热点。杏仁生产在全球范围内迅速扩张，工业加工过程中产生大量副产物，包括果皮（hulls）、果壳（shells）、种皮（skins）和烫漂水（blanching water），这些副产物往往未被充分利用，但富含具有潜在生物活性的酚类化合物（phenolic compounds）。与此同时，天然生物活性化合物作为应对抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）的补充策略受到广泛关注。然而，目前大多数研究仅关注单一副产物、特定品种或特定生物活性，缺乏对多种副产物、品种和收获年份的综合比较，且酚类组成、抗氧化能力与抗菌活性之间的关系尚未在同一实验框架内系统评估。因此，本研究旨在表征来自四个杏仁副产物（果皮、果壳、种皮和烫漂水）的提取物，涉及四个品种（‘Ferragnès’、‘Ferraduel’、‘Marinada’ 和 ‘Lauranne’）在两个连续收获年份（2021 和 2022）中的酚类组成、抗氧化能力和抗菌活性，为杏仁副产物的可持续增值利用提供科学依据。该论文发表在《Food Bioscience》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用分光光度法测定总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和邻二酚（ortho-diphenols）含量；通过ABTS^•+、DPPH 和 FRAP 三种互补方法评估抗氧化能力。利用高效液相色谱-二极管阵列检测（HPLC-DAD）对单个酚类化合物进行定性和定量分析。抗菌活性采用纸片扩散法（disc diffusion assay）评估，测试菌株包括从葡萄牙 Trás-os-Montes e Alto Douro 医院中心（CHTMAD）收集的糖尿病足感染临床分离株（金黄色葡萄球菌 Staphylococcus aureus 包括甲氧西林敏感株 MSSA、甲氧西林耐药株 MRSA 和标准株 ATCC 23235，以及大肠杆菌 Escherichia coli 和肺炎克雷伯菌 Klebsiella pneumoniae 的临床分离株和标准株），并单独或与庆大霉素（gentamicin, 30 μg）联合使用。统计分析采用多因素方差分析（ANOVA）和主成分分析（PCA）及 Pearson 相关性分析。

**研究结果**

3.1. 杏仁副产物中（多）酚提取物的生化组成

3.1.1. 总酚、黄酮、邻二酚及抗氧化能力

通过分光光度法测定得出，杏仁副产物中酚类化合物和抗氧化能力显著依赖于基质类型，总体顺序为果皮 > 种皮 > 果壳，而烫漂水在体积基础上表现出极高的值。收获年份和品种显著影响酚类含量，2022 年果皮和种皮的总酚含量普遍高于 2021 年（p < 0.001），且品种间差异显著（如‘Ferraduel’ 和 ‘Marinada’ 含量较高）。抗氧化能力（ABTS、DPPH 和 FRAP）与酚类含量趋势一致，果皮抗氧化能力最高，果壳最低，2022 年多数样品抗氧化能力高于 2021 年。环境数据表明，2022 年生长季温度更高、降水更少，可能促进了酚类积累。

3.1.2. 酚类图谱（HPLC-DAD）

通过 HPLC-DAD 分析，研究人员鉴定并定量了多种酚酸和类黄酮。果皮以酚酸（尤其是绿原酸 chlorogenic acid）和儿茶素（catechin）为主；种皮以类黄酮（如表儿茶素 epicatechin 和山奈酚-3-O-芸香苷 kaempferol-3-O-rutinoside）为主；果壳仅检测到微量表儿茶素和异鼠李素-3-O-葡萄糖苷（isorhamnetin-3-O-glucoside）；烫漂水则混合了酚酸和类黄酮，反映了加工过程中的迁移。品种和收获年份显著影响各个化合物的浓度，2022 年多数化合物浓度更高。

3.2. 酚类组成与抗氧化能力的主成分分析

主成分分析（PCA）显示，前两个主成分解释了 79.7% 的总方差，清晰区分了不同副产物。烫漂水与较高的总酚、黄酮、抗氧化能力、表儿茶素、异鼠李素衍生物等正相关；果壳聚集在相反侧；果皮与绿原酸、儿茶素等相关；种皮与类黄酮相关。Pearson 相关性分析表明，总酚与 FRAP 高度相关（r = 0.984），黄酮与 DPPH 和 ABTS 高度相关（r > 0.95），多个酚类化合物之间也存在正相关。

3.3. 抗菌活性

通过纸片扩散法评估，杏仁副产物提取物仅对金黄色葡萄球菌（包括 MSSA、MRSA 和 ATCC 标准株）表现出抗菌活性，对革兰氏阴性菌（大肠杆菌和肺炎克雷伯菌）无抑制效果。烫漂水提取物活性最高，其次为果皮和种皮，果壳活性最低或无可检测抑制。2022 年收获的提取物抗菌活性普遍高于 2021 年（p < 0.001）。与庆大霉素联合使用时，果皮、果壳和种皮提取物基本维持庆大霉素活性（%RIZD 接近 100%），而烫漂水组合的 %RIZD 略低，但未显示明显拮抗作用。提取物单独使用的 %RIZD 均低于 100%，表明其抗菌活性低于庆大霉素。

3.4. 酚类组成与抗菌活性的相关性

Pearson 相关性分析显示，表儿茶素（epicatechin）与抗菌活性（%RIZD）相关性最强（r = 0.574–0.644），其次为儿茶素、异鼠李素及其糖苷、山奈酚-3-O-芸香苷。总酚、邻二酚、黄酮和 ABTS 抗氧化能力也与抗菌活性正相关。绿原酸与抗菌活性相关性较弱。这些结果表明，抗菌活性更依赖于多种酚类化合物的协同作用，而非单一化合物。

**总结与讨论**

本研究证实，杏仁副产物（果皮、果壳、种皮和烫漂水）是结构差异显著的基质，具有不同的酚类谱、抗氧化能力和抗菌活性。果皮、种皮和烫漂水表现出最高的酚类含量和抗氧化能力，而果壳含量最低。抗菌活性仅针对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）选择性有效，对革兰氏阴性菌无效。品种和收获年份显著影响生物活性，但未改变副产物间的总体排序。与庆大霉素联合时，未观察到明显的协同或拮抗作用。多变量分析表明，表儿茶素、总酚、黄酮和 ABTS 活性与抗菌活性关联最强。研究结论如下：本研究表明，杏仁副产物（果皮、种皮、果壳和烫漂水）构成结构不同的基质，具有显著不同的酚类谱、抗氧化能力和抗菌活性。在所研究的副产物中，果皮、种皮和烫漂水始终表现出最高的总酚、黄酮和邻二酚水平，而果壳提取物的生物活性含量显著较低。这些组成差异反映在其生物性能上，尤其是在抗菌测定中，革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌 ATCC、MSSA 和 MRSA）选择性地对提取物敏感，而革兰氏阴性菌在测试条件下不敏感。尽管品种和收获年份显著影响生物活性的大小，但这些因素并未改变副产物性能的总体层级。总体而言，2022 年获得的提取物表现出更高的酚类丰富度和更强的抗氧化及抗菌反应，这可能至少部分反映了季节性环境条件对生物活性化合物积累的影响。与庆大霉素联合使用时，抗菌反应通常由抗生素主导，在测试条件下未观察到明显的协同相互作用。尽管检测到适度的基质依赖性差异，特别是针对烫漂水，但所有评估的杏仁副产物提取物均未实质性损害庆大霉素功效。多变量分析进一步突出了不同杏仁副产物的独特酚类特征。PCA 清晰地将烫漂水与其他基质分开，并揭示了抗氧化活性与特定酚类化合物之间的强关联。相关性分析表明，表儿茶素以及总酚含量、邻二酚和 ABTS 活性是与金黄色葡萄球菌菌株抗菌活性相关性最强的变量之一。总黄酮和异鼠李素衍生物也与抗菌活性持续正相关。除了抗氧化潜力外，本研究结果支持将杏仁果皮、种皮和烫漂水用作可持续的酚类丰富成分来源，用于开发功能性食品和营养保健品配方。其对金黄色葡萄球菌的选择性抗菌活性也提示了潜在应用，例如作为具有抗菌潜力的酚类丰富功能成分，包括融入活性食品包装系统。从更广泛的角度看，这些未充分利用副产物的增值利用有助于实施循环生物经济原则，通过促进废物减少和从杏仁加工流中回收高价值生物活性化合物。总之，研究结果突出表明杏仁副产物，特别是果皮、种皮和烫漂水，是酚类化合物、抗氧化能力和对金黄色葡萄球菌菌株具有中等但选择性抗菌活性的有前景天然来源。尽管如此，未来研究应聚焦于高级化合物水平表征、抗菌机制阐明、提取策略优化以及更广泛微生物面板的验证，以支持在循环生物经济框架内开发杏仁副产物衍生的功能成分和其他增值应用。