利用微波辅助技术和超临界二氧化碳技术从罗氏松（Pinus roxburghii）针叶中比较提取有价值的化合物

《Bioresource Technology Reports》：Comparative extraction of valuable compounds from Pinus roxburghii needles using microwave-assisted and supercritical CO? methods

　　

摘要

本研究比较了超临界二氧化碳（SC-CO?）和微波辅助提取（MAE）两种方法从Pinus roxburghii针叶中提取生物活性植物化学成分的效果。初步的植物化学成分筛选显示，极性和半极性化合物使用SC-CO?提取的效率更高，而非极性化合物则更适合用MAE提取。定量分析结果表明，SC-CO?提取物的总酚类（TPC）含量（649.85 ± 5.25 mg GAE/100 g）、黄酮类（109.60 ± 1.30 mg QE/100 g）和类胡萝卜素（9.11 ± 0.50 mg/g）均高于MAE提取物。SC-CO?提取物的抗氧化活性也更强，其DPPH自由基清除活性为72.29%，IC₅₀值为43.30 ± 0.44 μg/mL，而MAE提取物的相应数值分别为70.38%和54.90 ± 0.83 μg/mL。在模拟胃肠消化实验中，SC-CO?提取物的抗氧化活性和酚类含量也更高，唯独类胡萝卜素的稳定性相对较低。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示两种提取物中含有相同的官能团，而气相色谱-质谱（GC–MS）分析则揭示了植物化学成分和脂肪酸组成的差异，SC-CO?提取物中的不饱和脂肪酸含量更高。SC-CO?提取物对选定革兰氏阳性和阴性细菌的抗菌活性也显著更强，而MAE提取物表现出轻微的杀虫活性。研究表明，SC-CO?在提取生物活性化合物和生物活性方面更具选择性和有效性，为Pinus roxburghii针叶的可持续利用带来了希望。

引言

传统上，Pinus roxburghii的林业残留物（主要是针叶）仅被用作燃料或用于装饰和家庭用途。然而，近年来，由于这些副产品的化学成分以及它们作为生物活性化合物可持续来源的潜力，人们开始关注它们。Pinus roxburghii（Chir pine）属于松科，是一种常绿针叶树，具有细长的针叶，通常成簇生长。该物种广泛分布于喜玛拉雅地区，尤其是在喜马偕尔邦和北阿坎德邦，每年产生的针叶量估计约为1600万吨（Roy等，2026年）。这种丰富但未得到充分利用的生物量为提取生物活性化合物和开发增值产品提供了新的可能性。此外，西喜玛拉雅地区已经记录了松针的巨大生物量和能源潜力，同时也指出大量松针未被利用，这在夏季会增加森林火灾的风险（Pant等，2026年）。松树因其厚实的树皮而能够很好地适应火灾环境，同时对土壤稳定和养分循环也有积极作用。松木的强度、耐久性和多功能性使其具有很高的价值，被广泛用于建筑、造纸和家具制造（Sharma等，2018年）。大量的Pinus roxburghii针叶生物质及其可再生性表明，它具有巨大的潜力，可以用于提取高价值的生物活性化合物，应用于营养保健品、功能性食品和制药行业（Dziedziński等，2021年；Sharma和Kamal Sharma，2020年）。松针是树木的改良叶形态，能够减少水分流失并在各种环境条件下生存。这些针叶适应了缺水和寒冷的温度等恶劣环境（Mehmood等，2024年）。Pinus roxburghii针叶的药用潜力源于其中含有的多种生物活性植物化学成分。这些有机化合物虽然不直接促进植物生长或发育，但在植物保护机制和环境相互作用中起着关键作用（Kaushik等，2013年；Xu等，2019年）。例如单宁等化合物属于Pinus roxburghii中的主要植物化学成分，它们具有强烈的抗炎、抗氧化和抗菌作用（Sharma等，2018年）。这些化合物有助于减轻氧化应激、促进组织再生并调节炎症反应（Painuli等，2021年）。Pinus roxburghii针叶还含有类固醇和萜类化合物，它们已被证明具有多种药理作用（Kaushik等，2013年；Thapa等，2018年），以及具有抗惊厥作用的生物碱（Kaushik等，2013年）。从Pinus roxburghii针叶和枝条中提取的精油也具有一定的药用价值，其抗炎作用可以缓解风湿病、关节炎和肌肉拉伤等病症引起的疼痛和肿胀（Sharma等，2025年）。传统上，农民在农田工作中会在手臂和腿上涂抹这种提取物以防止昆虫叮咬。树脂的不同部分也被传统用于治疗伤口、发烧和细菌感染等多种疾病（Sharma等，2025年）。植物的树皮和针叶提取物具有抗氧化活性（AA），以及酚类和黄酮类化合物，有助于缓解轻微皮肤刺激，维护皮肤健康，并具有药用效果（Sharma等，2018年）。Pinus roxburghii针叶还用于治疗呼吸道感染、关节和肌肉疼痛，调节免疫力，并保护身体免受感染和疾病的侵害（Sharma等，2020年）。目前大多数研究都集中在从植物中开发药物，因为这些方法比传统药物更有效且更安全。利用分子对接技术从药用植物中发现的新药已被证明是对抗各种病原菌的有效药物成分。

然而，这些植物化学成分的成功提取在很大程度上取决于所采用的提取技术。传统的索氏提取（Soxhlet）和溶剂提取方法通常需要使用大量溶剂、较长的提取时间和高温，这会降低提取效率并降解热不稳定的植物化学成分。因此，人们开发了更环保的提取技术，这些技术能够在提高提取效率的同时减少溶剂的使用和环境影响。其中，MAE和SC-CO?提取技术因其卓越的提取效率、缩短的处理时间和对敏感生物活性成分的良好保护而受到特别关注。SC-CO?是一种非常通用的绿色技术，因为它对环境无害、不易燃、成本低廉，且可在中等温度（31.1 °C）和低压（7.38 MPa）下进行操作。其可调的溶剂密度、低粘度、高扩散性和几乎零的表面张力等物理化学特性使得高效的质量传递、高提取选择性以及无溶剂提取热不稳定化合物成为可能。因此，SC-CO?被广泛应用于从各种植物基质中提取精油和种子油（Kumar等，2025a；Sodeifian等，2016a；Sodeifian和Sajadian，2017年），以及溶解度研究（Sodeifian等，2026年；Sodeifian和Usefi，2023年）、相平衡研究（Park等，2021年；Sodeifian等，2018a；Sodeifian和Sajadian，2018年）、纳米颗粒合成（Daneshyan和Sodeifian，2022年）和通过数学建模优化提取过程（Kumar等，2024年；Rai等，2015年；Sodeifian等，2018b）。这些广泛的应用使SC-CO?成为食品、制药、营养保健品和化工等多个工业领域中一种可行且环保的技术。先前的研究表明Pinus roxburghii》含有植物化学成分并具有药用价值，但大多数研究仅使用传统提取方法或单一生物活性进行考察（Dziedziński等，2021年；Sharma等，2018年）。关于Pinus roxburghii针叶的胃肠生物可利用性、植物化学成分的全面评估以及MAE和SC-CO?提取效果的比较研究仍较少。因此，本研究旨在比较两种方法提取的生物活性植物化学成分。通过FTIR和GC–MS评估了提取物的抗氧化、杀虫和抗菌潜力，并使用模拟胃肠消化模型评估了提取物的生物可利用性和稳定性。这一综合策略将有助于全面评估Pinus roxburghii针叶作为高价值植物化学成分的可持续来源的潜力，用于制药、营养和功能性食品领域。

节选片段

材料

Pinus roxburghii的新鲜针叶来自喜马偕尔邦的希姆拉（Shimla）。清洁后的针叶在阴凉处风干约三周以保持其植物化学成分的完整性。干燥后，用电动研磨机将其磨成粉末，并储存在密封容器中以备后续使用。

本研究使用的所有化学品和试剂均为分析级，包括甲醇、亚硝酸钠、Folin-ciocalteu（FC）试剂、没食子酸、CH₃CH₂OH和AlCl₃、硫酸亚铁等。

Pinus针叶的提取产量和植物化学成分分析

不同提取方法得到的Pinus roxburghii针叶提取产量有所不同，SC-CO?提取的产量略高于MAE（分别为6.34 ± 0.53%和4.89 ± 0.37%）。SC-CO?较高的产量可能归因于其良好的传质特性、溶剂与植物基质的长时间接触以及乙醇作为共溶剂的使用。乙醇的加入增强了SC-CO?的溶剂效果，提高了溶解度和提取效率。

结论

本研究结果表明，SC-CO?和MAE都是从Pinus roxburghii针叶中提取生物活性成分的有效绿色技术。对比分析显示，SC-CO?提取物的酚类和黄酮类含量较高，同时具有更好的抗菌和抗氧化性能，在模拟胃肠消化后的生物活性成分保留也更好，因此其生物可利用性和热稳定性更好。

Sunil Kumar：起草初稿、验证、数据整理。Amit Rai：审稿与编辑、监督、正式分析。Kamlesh Prasad：审稿与编辑、监督。

写作过程中未使用生成式AI和AI辅助技术。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

Sunil Kumar | Amit Rai | Kamlesh Prasad印度旁遮普邦桑格鲁尔Sant Longowal工程与技术学院食品工程与技术系，邮编148106