《Environmental Technology & Innovation》：Sustainable Valorization of Urban Fallen Leaf Waste via Ultrasound-Assisted Recovery of Phenolic-Rich Extracts: Comparative Assessment of Hardwood, Softwood, and Heterogeneous Leaf Biomass
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摘要翻译：尽管落叶含有高水平的功能性多酚，但在城市环境中被视为低价值废弃物。研究人员研究了超声辅助提取（UAE）作为从城市叶片生物质中回收功能性多酚的方法，特别强调了生物质类型。对硬木落叶提取物（HWLE）、软木落叶提取物（SWLE）和异质落叶提取物（HTLE
摘要翻译：尽管落叶含有高水平的功能性多酚，但在城市环境中被视为低价值废弃物。研究人员研究了超声辅助提取（UAE）作为从城市叶片生物质中回收功能性多酚的方法，特别强调了生物质类型。对硬木落叶提取物（HWLE）、软木落叶提取物（SWLE）和异质落叶提取物（HTLE）的多酚回收率和功能性能进行了评估。首先基于提取率筛选了乙醇浓度（40–80%）、超声振幅（40–60%）和提取时间的影响，随后在选定的代表性条件下比较评估了总多酚、单宁和缩合单宁含量。在评估的条件中，使用60%乙醇、60%超声振幅处理20 min获得了最高的多酚回收率。HWLE提取物表现出最高的多酚含量，其次是HTLE和SWLE提取物。然而，尽管HTLE的多酚含量低于HWLE，但其保留了显著的抗氧化和抗菌活性。对HTLE进行靶向LC–MS/MS分析，确定了鞣花酸和没食子酸是所定量酚类化合物中最丰富的，同时还有槲皮素和山柰酚等黄酮醇。结构和热分析进一步表征了叶片来源提取物的化学异质性和热行为。重要的是，这些发现表明，在本研究评估的条件下，异质落叶生物质无需预先分离为硬木和软木部分即可保留可观的多酚回收率和功能活性。总体而言，本研究为异质城市落叶生物质作为功能性多酚化合物来源的潜在增值利用提供了比较实验基础。
论文解读：
城市森林在提供碳汇、改善空气质量和提升生物多样性等生态效益的同时，其维护过程也产生了大量需要市政管理的落叶。这些落叶通常被焚烧、填埋或堆肥，但堆肥可能带来病虫害、需补充氮源以及额外的劳动与成本。落叶中富含包括单宁在内的多酚类化合物，具有高附加值利用的潜力。然而，传统提取方法往往能耗高、耗时长，且可能降解热敏性化合物。超声辅助提取（Ultrasound-assisted extraction，UAE）具有提取时间短、溶剂消耗低和能量效率高等优点，但关于生物质异质性如何在相同提取条件下影响多酚回收率和功能性能的比较研究仍然有限。此外，城市落叶在收集时很少按树种分开，异质生物质成为实际的原料。因此，研究人员采集了硬木、软木和异质落叶，在完全相同的超声辅助提取条件下进行对比，系统评估生物质异质性对多酚回收和功能活性的影响，为城市落叶废弃物的资源化利用提供实验依据。
本研究采用单一采样点（韩国D大学，37.679483° N, 126.807476° E）收集的落叶，干燥粉碎后以乙醇-水为溶剂进行UAE，系统考察乙醇浓度（40–80%）、超声振幅（40–60%）和提取时间（5–30 min）共36种组合对提取率的影响，并以最佳条件制备硬木落叶提取物（HWLE）、软木落叶提取物（SWLE）和异质落叶提取物（HTLE）。采用Folin-Ciocalteu比色法测定总多酚含量（TPC）、总单宁含量（TTC）和缩合单宁含量（TCTC）；通过FRAP和ABTS法评估抗氧化活性；采用菌落计数法测定对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性；同时利用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振波谱（NMR）和液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）等手段对提取物进行结构和成分表征。
3.1 超声辅助提取条件对提取率的影响：通过三因素方差分析发现乙醇浓度、超声振幅和提取时间均显著影响提取率（p < 0.001），且存在显著的双因素和三因素交互作用。在60%乙醇、60%振幅条件下处理20 min获得了最高提取率（22.3%），而80%乙醇下的最大提取率较低（约18–20%），表明溶剂组成对总体提取效果影响强烈。提取率随时间先升后降，可能与长时间超声引起的加热导致多酚降解、氧化或聚合有关。
3.2 落叶提取物的多酚和单宁含量：在60%乙醇–60%振幅–20 min条件下，TPC、TTC和TCTC均达到最高值。HWLE的含量最高（TPC 578.02 mg GAE/g，TTC 441.95 mg TAE/g，TCTC 315.52 mg CE/g），HTLE次之，SWLE最低。HTLE虽然低于HWLE，但仍保留了较高的多酚回收水平（TPC 483.79 mg GAE/g），表明异质生物质无需分类即可获得富酚提取物。
3.3 落叶提取物的热性质：TGA和DTG分析显示，所有提取物在200–350°C区间发生主要质量损失，对应C–C和C–O键断裂及多酚结构降解。TA的最大分解温度约为256°C，而叶片提取物的T?略高（263–266°C），且DTG峰更宽。SWLE表现出最大的质量损失，热稳定性最低；HTLE与HWLE的热行为相近，表明其异质组成并未显著降低热稳定性。
3.4 落叶提取物化学结构的FT-IR分析：所有提取物在约3400 cm?1处显示宽吸收峰（O–H伸缩），并在1605、1504–1508和1200–1300 cm?1处出现芳香环特征吸收，证实多酚结构的存在。叶片提取物在1705 cm?1处出现C=O吸收，而TA没有，这可能源于酚类结构的环境氧化或缩合单宁的氧化修饰。谱峰宽化和额外吸收带表明提取物具有较高的化学结构复杂性。
3.5 落叶提取物的1H NMR谱：叶片提取物均在0.8–1.5 ppm、1.5–2.5 ppm、3.0–4.5 ppm和4.5–5.5 ppm处显示信号，分别对应末端甲基、酰链质子、含氧脂肪族质子和异头质子。芳香区（6.0–7.5 ppm）信号确认多酚存在。SWLE的脂肪族信号更强，HTLE则表现出更宽的信号分布，反映其化学成分多样。
3.6 落叶提取物的13C NMR谱：TA显示典型的可水解单宁特征信号（146.8 ppm、104–108 ppm、71–84 ppm和60–70 ppm）。叶片提取物中共有信号主要来自碳水化合物、糖苷键和含氧脂肪碳。SWLE在14–30 ppm的脂质信号最强，HTLE在130.9 ppm处出现独特的芳香碳信号，说明其芳香结构组成与HWLE和SWLE不同。
3.7 HTLE中酚类化合物的LC–MS/MS分析：靶向定量结果显示，鞣花酸（2562.29 μg/g）和没食子酸（1768.84 μg/g）是HTLE中最丰富的酚类物质，其次为槲皮素（423.47 μg/g）、山柰酚（225.31 μg/g）和芦丁（143.92 μg/g），并存在少量儿茶素和表儿茶素。这表明HTLE富含可水解单宁相关酚类，其没食子酸和鞣花酸含量与文献报道的其他植物提取物相当或更高。
3.8 落叶提取物的抗菌活性：所有样品对金黄色葡萄球菌的抑制作用均强于大肠杆菌，符合革兰氏阳性菌对多酚更敏感的普遍规律。TA的log?? reduction最高（对S. aureus为1.07，对E. coli为0.50），HWLE（0.98和0.45）与HTLE（0.97和0.41）表现非常接近，SWLE最低（0.62和0.31）。HTLE在异质组成下仍保留了与HWLE相当的抗菌活性。
3.9 落叶提取物的抗氧化活性：FRAP测定结果为TA（625.25 μmol Fe2? eq/g）> HWLE（577.68）> HTLE（539.77）> SWLE（253.65）；ABTS结果同样为TA（7.82 mmol Trolox eq/L）> HWLE（6.65）> HTLE（5.99）> SWLE（4.05）。Pearson相关分析显示酚类含量与抗氧化活性之间存在强正相关（r = 0.972–1.000）。尽管HTLE的TPC明显低于HWLE，但其抗氧化活性仅略有下降，且抗菌活性差异更小，说明总酚含量并不能完全解释功能活性差异，酚类组成及化合物间的协同或加性作用可能起关键作用。
在讨论部分，研究人员指出，HTLE中检测到多种生物活性酚类，如没食子酸、鞣花酸、槲皮素、山柰酚和芦丁，这些化合物的组合可能产生非加性效应，从而在一定程度抵消了总酚含量较低的影响。此外，复杂混合物中酚类之间的相互作用（如叠加、协同或拮抗）可能调节整体活性。因此，异质落叶提取物能够实现功能活性的“保留”，而不仅仅是依赖单一酚类成分。
研究结论：本研究证明了超声辅助提取（UAE）从城市落叶生物质中回收单宁和其他多酚化合物的潜力。在评估条件中，60%乙醇、60%超声振幅和20 min提供了最高的多酚回收率。化学和结构分析证实落叶提取物中存在多种酚类成分，抗氧化和抗菌实验证明其功能活性。尽管HWLE表现出最高的总多酚含量，但HTLE在异质组成下仍保留了显著的抗氧化和抗菌活性。这些发现表明，在评估条件下，异质落叶生物质无需预先分离成硬木和软木部分即可作为回收功能性多酚化合物的原料。然而，本研究仅限于单一地点和单次采样活动，未考虑季节和地理变异性、树龄或叶片分解状态。未来研究应纳入这些生物质变异来源，进行基于响应面法的多变量工艺优化，以及能源、经济和放大评估，以确定更广泛的实际适用性。
