《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Ultrasound Assisted Extraction of Fucoxanthin from
Isochrysis galbana and its critical analytics on Antidiabetic activity
编辑推荐：
•优化的超声辅助提取法从 I. galbana中获得了40.54 ± 0.62 mg/g岩藻黄素。•岩藻黄素以浓度依赖的方式抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶。•岩藻黄素在体外对α-淀粉酶的抑制作用强于对α-葡萄糖苷酶的抑制作用。•分子对接和分子动力学分析支持了预测的岩藻黄素-酶
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优化的超声辅助提取法从 I. galbana中获得了40.54 ± 0.62 mg/g岩藻黄素。
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岩藻黄素以浓度依赖的方式抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶。
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岩藻黄素在体外对α-淀粉酶的抑制作用强于对α-葡萄糖苷酶的抑制作用。
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分子对接和分子动力学分析支持了预测的岩藻黄素-酶相互作用具有稳定性。
引言
岩藻黄素（C42H58O6）是一种主要存在于海洋中的类胡萝卜素，广泛分布于褐藻、定鞭藻门微藻和硅藻中。其重要来源包括裙带菜属、铁藻属、马尾藻属和昆布属等褐色大型海藻；金毛藻属和路德巴甫洛娃藻等定鞭藻门微藻；以及有齿毛藻、菱形藻属和三角褐指藻等硅藻。据估计，岩藻黄素占自然界产生的总类胡萝卜素的比例超过10%（Oliyaei 等，2021；Maduraimuthu 等，2024）。其独特的分子结构特征包括丙二烯键、共轭羰基、5,6-单环氧基和乙酰基，这些结构赋予了它独特的物理化学和生物学性质（Foo 等，2020）。岩藻黄素已被证明具有广泛的生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗肥胖、抗糖尿病、抗癌、保肝、保护心脏和神经保护等作用（Zhang 等，2018；Xia 等，2013）。然而，岩藻黄素在加工和提取过程中易被降解，这仍然是高效回收和后续利用的主要挑战。因此，开发既能最大化岩藻黄素回收率又能最大程度减少降解的提取策略，对于其在食品、营养保健品和药品领域的应用具有重要意义。传统的提取方法，包括浸渍法和索氏提取法，已被广泛用于从微藻和海藻中回收岩藻黄素。其提取效率受多种因素影响，包括溶剂体系、藻类种类、提取时间、温度和液固比（Kim 等，2012；Sudhakar 等，2013）。然而，传统方法通常需要较长的提取时间、较大剂量的有机溶剂，在某些情况下还需要较高的温度。这些条件可能会增加加工要求，并促进热敏性化合物的降解。这些局限性激发了人们对替代提取技术的兴趣，包括超声辅助提取法、酶辅助提取法、微波辅助提取法和超临界流体提取法。这些方法可以减少提取时间和溶剂消耗，同时提高目标化合物的回收率（Foo 等，2020）。
超声辅助提取法已发展成为从藻类生物质中回收生物活性化合物的一种有前景的方法。该技术利用超声波产生的声空化效应增强细胞破坏、溶剂渗透和传质，从而促进胞内化合物的释放（Carreira-Casais 等，2021；Ordó?ez-Santos 等，2021）。由于超声辅助提取法可以在相对温和的温度条件下进行，因此它可能特别适合提取岩藻黄素等热敏性化合物（Shirsath 等，2012）。先前的研究已将超声辅助提取法应用于从微藻中回收各种生物活性成分。例如，Al Khawli 等（2021）研究了从三角褐指藻中回收营养物和抗氧化化合物，而Gam 等（2020）则优化了超声辅助提取条件以从栅藻属中提取酚类化合物。Hui 等（2023）也利用超声处理从小球藻属中回收多不饱和脂肪酸。尽管取得了这些进展，但专门针对利用超声辅助提取法从微藻中回收岩藻黄素的研究仍相对较少（Al Khawli 等，2021；Bárcenas-Pérez 等，2021）。此外，先前的研究大多依赖于单因素优化或仅考虑有限的提取变量，未能充分表征关键工艺参数之间的联合效应和交互作用。这一研究空白非常重要，因为提取变量之间可以相互作用，并共同影响岩藻黄素的回收率。响应面法提供了一种系统的统计方法，用于评估多个变量的个体效应、交互效应和二次效应，同时减少所需的实验次数（Chaker 等，2021；?ahin 等，2021）。因此，将超声辅助提取法与响应面法相结合，可能为优化从金毛藻属中提取岩藻黄素提供更全面的依据。然而，将系统优化的超声辅助提取-响应面法应用于从金毛藻属中回收岩藻黄素，随后进行纯化、分析表征，并利用互补的实验和计算方法评估回收物，这一研究尚未开展。
糖尿病是一种主要代谢紊乱疾病，其特征是由胰岛素分泌障碍、胰岛素作用障碍或两者兼有导致的慢性高血糖（Tomic 等，2022）。通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶来调节餐后血糖，是一种减缓碳水化合物消化和胃肠道葡萄糖释放的策略。α-淀粉酶催化复杂膳食碳水化合物的水解，而α-葡萄糖苷酶催化寡糖和双糖分解为可吸收葡萄糖的最后步骤。抑制这些酶可能会延缓碳水化合物的消化和葡萄糖的吸收，从而减轻餐后高血糖（Abo-Shady 等，2023）。因此，α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制试验被广泛用作评估天然化合物调节碳水化合物消化潜力的初步筛选工具。尽管已有报道称岩藻黄素具有抗糖尿病活性和对α-淀粉酶及α-葡萄糖苷酶的抑制作用，但关于提取过程、回收化合物的身份和纯度、其实验测定的对这两种酶的抑制活性，以及其与各自靶标的预测分子相互作用之间关系的重要问题仍然存在。特别是，将实验酶抑制与分子对接和分子动力学模拟相结合的研究仍然有限。分子对接可以提供关于岩藻黄素在酶结合位点中预测结合取向和相互作用的信息，而分子动力学模拟可以评估所得复合物在模拟条件下的稳定性和动态行为。当与实验酶抑制数据结合解释时，这些计算方法可能为岩藻黄素-酶相互作用提供互补的机制见解（Arulmozhi 等，2019）。然而，它们并不能独立确立生物效应或抑制机制，因此应将其视为支持性证据而非底层机制的确凿证据。
因此，本研究探讨了系统优化的超声辅助提取-响应面法是否能提高从金毛藻属中岩藻黄素的回收率，以及纯化并经分析表征的岩藻黄素是否表现出对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性。提取过程首先使用单因素实验进行评估，随后利用响应面法进行优化。回收的岩藻黄素通过硅胶柱色谱进行纯化，并通过HPLC、HPTLC、紫外-可见光谱和1H NMR进行表征。随后通过体外酶试验评估其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性。此外，还进行了分子对接和分子动力学模拟，以研究岩藻黄素-酶复合物的预测结合相互作用和动态稳定性。这种整合方法旨在建立优化的、针对特定来源的提取工艺，并提供初步的实验和计算证据，以支持对岩藻黄素生物学潜力的进一步研究。
节选摘要
微藻菌株和化学品
本研究使用的金毛藻属分离自印度塔米尔纳德邦东南部海岸皮查瓦兰（纬度：11.473908°N；经度：79.734004°E）采集的水产养殖排水。该菌株最初根据形态特征进行鉴定，随后通过18S rRNA基因测序的分子分析进行确认。所得核苷酸序列已提交至美国国家生物技术信息中心（NCBI），登录号为
不同溶剂体系提取效率的评估
为了确定适合从金毛藻属中提取岩藻黄素的溶剂体系，系统评估了各种溶剂和乙醇-丙酮混合溶剂（图1a）。结果表明，岩藻黄素的得率存在明显的溶剂依赖性差异。乙醇产生的得率最高（30.59 ± 0.99 mg/g干重），其次为丙酮（29.37 ± 0.96 mg/g干重）。乙醇-丙酮（E/A）混合溶剂在9:1和8:2（v/v）比例下的得率分别为30.31 ± 0.66 mg/g和30.28 ± 0.72 mg/g，无统计学
讨论
从金毛藻属中高效回收岩藻黄素在很大程度上取决于提取溶剂的物理化学性质及其与微藻基质的相互作用。溶剂极性、溶质-溶剂亲和力、基质渗透性和传质特性可以共同决定类胡萝卜素的回收率（Quitério 等，2022）。在本研究中，乙醇在所评估的溶剂中产生了最高的岩藻黄素得率，表明其适合回收
结论
本研究建立了一套从金毛藻属中提取、纯化、表征岩藻黄素并进行初步生物学评估的整合策略。利用单因素实验和Box-Behnken响应面法优化超声辅助提取法，确定了以下条件：80%乙醇、40 mL/g液固比、6.2分钟提取时间、37.5°C以及41%超声幅度，所得经验证的岩藻黄素得率为40.54 ± 0.62
CRediT作者贡献声明
Jayappriyan Kothilmozhian Ranishree：撰写-审阅与编辑，验证，指导，资源提供，项目管理，经费获取，数据管理。Gugan Kothandan：可视化，验证，软件，方法学，调查研究。Kanmani Shanmugam：调查研究，形式分析，数据管理。Vijayakumar Maduraimuthu：撰写-初稿撰写，可视化，验证，软件，资源提供，方法学，调查研究，形式分析，数据管理，概念化
未引用参考文献
Chukiatsiri等，2022；。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢印度政府科学与技术部科学与工程研究委员会（ECR/2016/001946）为本研究提供的资金支持。
Vijayakumar Maduraimuthu|Kanmani Shanmugam|Gugan Kothandan|Jayappriyan Kothilmozhian Ranishree
