《Foods》：PEG 200-Assisted Ultrasound Extraction and Characterization of Mulberry Anthocyanins: Optimization, Bioactivities, and Stability
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桑葚花色苷（anthocyanins）是一类具有应用前景的天然色素和生物活性化合物，但其高效回收受限于加工过程中的降解。本研究采用聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）辅助超声提取法回收黑桑（Morus nigra）果实中的
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桑葚花色苷（anthocyanins）是一类具有应用前景的天然色素和生物活性化合物，但其高效回收受限于加工过程中的降解。本研究采用聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）辅助超声提取法回收黑桑（Morus nigra）果实中的花色苷。研究人员首先筛选了四种PEG规格（PEG 200、300、400和600），随后选定PEG 200，采用中心复合设计（central composite design, CCD）的响应面法（response surface methodology, RSM）进行工艺优化。研究评估了PEG浓度、提取时间、超声功率和温度对总单体花色苷含量（total monomeric anthocyanin content, TAC）的影响。优化后的条件为75% PEG 200、18 min、420 W和40 °C，所得TAC为515.78 ± 0.53 mg矢车菊素-3-O-葡萄糖苷当量（cyanidin-3-O-glucoside equivalents, CGE）/100 g干重（dry weight, DW）。随后采用C18固相萃取（solid-phase extraction, SPE）获得花色苷富集组分，用于光谱和质谱表征。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析表明，该组分含有与酚类和糖苷结构一致的官能团；超高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱（UHPLC-Q-TOF-MS/MS）初步鉴定了5种花色苷相关化合物。在相应的体外实验条件下，优化后的粗提物表现出抗氧化、α-淀粉酶（α-amylase）和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）抑制以及抗菌活性。花色苷在避光和低温条件下的保留率高于荧光光照和高温条件。综上，研究结果证明了PEG 200辅助超声提取用于回收花色苷富集桑葚提取物的可行性，并为其化学特征、体外生物活性和稳定性提供了补充信息。
论文解读文章
一、研究背景与意义
桑葚（Morus nigra）果实富含生物活性化合物，长期以来在亚洲地区既作为食品消费，也用于药用目的。花色苷是桑葚成熟果实呈现深紫色特征的主要生物活性成分，因其具有抗氧化、抗炎、降血糖和抗菌等活性而受到广泛关注。然而，花色苷在结构上较为敏感，其稳定性易受加工和储存条件（如温度、光照暴露及其他环境因素）的影响，这为其高效回收和后续利用带来了挑战。因此，开发既能减少溶剂消耗、缩短提取时间和降低能耗，又能保持目标化合物高回收率的提取策略具有重要意义。
聚乙二醇（PEG）作为一种水溶性聚合物提取介质，已被研究用于酚类化合物及其他植物来源成分的提取。其黏度和分子尺寸等理化性质随分子量变化而变化，可能影响提取过程中的溶剂可及性和传质效率。超声辅助提取（UAE）则通过空化效应和机械作用促进植物组织破裂，增强提取介质与细胞内成分的接触，从而改善传质并缩短提取时间。将低挥发性PEG基溶剂体系与超声辅助提取相结合，有望协同优化提取条件，弥补单一提取方法的局限，并显著提高花色苷的得率和生物活性。然而，不同分子量PEG溶液在超声辅助条件下用于桑葚花色苷提取的行为，此前研究相对有限。此外，PEG分子量、浓度、提取时间、超声功率和温度等因素之间可能存在交互作用，仅基于独立单因素实验的优化不足以确定最佳操作条件组合。因此，本研究系统评估了不同分子量PEG用于桑葚花色苷超声辅助提取的效果，并对选定的PEG体系进行多变量优化，同时考察所得提取物的化学特征、体外功能特性和稳定性。
二、研究内容与主要结论
本研究的目标包括：比较PEG 200、300、400和600作为提取介质回收桑葚总单体花色苷的效果并选出最优PEG规格；基于PEG 200，通过单因素实验和中心复合设计的响应面法优化提取工艺；实验验证模型预测的最优条件；利用FT-IR和UHPLC-Q-TOF-MS/MS表征花色苷富集组分；评估优化粗提物的抗氧化、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制及抗菌活性；考察不同光照和温度条件下的花色苷保留率。
研究结果表明，PEG分子量显著影响花色苷提取效果，其中PEG 200获得的TAC最高（约483 mg CGE/100 g DW），显著高于PEG 300、400和600。扫描电子显微镜（SEM）观察显示，PEG 200处理后的桑葚残渣表面更为破碎，出现孔隙、裂纹和不规则断裂，而PEG 400和600处理后的残渣相对致密有序，与PEG 200条件下植物基质破坏程度更大的形态学证据一致。单因素实验表明，各因素对TAC的影响均呈先升后降的趋势。响应面法拟合的二次模型高度显著（p < 0.0001），R2 = 0.9984，失拟项不显著（p = 0.4074），变异系数为0.80%，信噪比为77.419。模型预测的理论最优条件为75.58% PEG 200、18.06 min、420.36 W和40.29 °C，预测TAC为516.49 mg CGE/100 g DW。经取整为75% PEG 200、18 min、420 W和40 °C后进行实验验证，实测TAC为515.78 ± 0.53 mg CGE/100 g DW，与模型在该取整条件下的预测值516.43 mg CGE/100 g DW相比，预测误差约为0.13%。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：PEG辅助超声提取法，使用探头式细胞破碎仪在20 kHz频率下进行提取；pH示差法测定总单体花色苷含量，以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷为参照物，在520 nm和700 nm处测定吸光度；中心复合设计的响应面法用于多变量工艺优化；C18固相萃取用于获得花色苷富集组分；扫描电子显微镜用于观察提取后残渣的形态变化；傅里叶变换红外光谱用于官能团表征；超高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱用于花色苷化合物的初步鉴定；以及DPPH、ABTS、FRAP和还原力四种抗氧化活性测定方法、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性测定方法和牛津杯法抗菌活性测定方法。桑葚果实样品采集自中国安徽省宿州市的商用蔬菜市场。
四、研究结果
PEG规格筛选。 研究人员比较了四种不同分子量PEG溶液的提取效果，发现PEG 200获得的TAC最高，且随PEG分子量增大提取响应逐渐降低。SEM观察进一步证实PEG 200处理后的残渣表面破坏程度更大，与较高的花色苷回收率一致。
响应面优化与验证。 通过中心复合设计共30组实验（含6个中心点重复），建立了TAC与PEG浓度、提取时间、超声功率和温度之间的二次多项式模型。线性项（A、C、D）、交互项（AB、AC、AD、BC、BD、CD）和所有二次项均显著（p < 0.05）。优化条件为75% PEG 200、18 min、420 W和40 °C，实测TAC为515.78 ± 0.53 mg CGE/100 g DW，与预测值高度吻合。
结构表征。 FT-IR光谱显示，纯化后的花色苷富集组分在3266 cm?1处有宽峰（O–H伸缩振动）、2928 cm?1处有C–H伸缩振动峰、1604 cm?1处有芳香族C=C伸缩振动峰，以及1249和1026 cm?1附近的C–O–C和C–O伸缩振动峰，与糖基化酚类成分的特征一致。UHPLC-Q-TOF-MS/MS初步鉴定了5种花色苷相关化合物：矢车菊素-己糖-脱氧己糖-己糖苷、矢车菊素二己糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷和天竺葵素-3-O-葡萄糖苷。
抗氧化活性。 优化粗提物在DPPH、ABTS、FRAP和还原力四种测定中均表现出显著活性，分别为187.29 ± 4.42、379.94 ± 3.19、326.19 ± 7.94和2093.98 ± 74.79 μmol TE/g DW。
酶抑制活性。 优化粗提物对α-淀粉酶的抑制作用弱于阿卡波糖，但对α-葡萄糖苷酶表现出浓度依赖性抑制。
抗菌活性。 优化粗提物对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的抑菌圈约为19 mm，对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）约为18 mm，对大肠杆菌（Escherichia coli）约为12 mm，对两种革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌。
稳定性研究。 在荧光光照条件下储存5天后，花色苷保留率降至约73%，而避光条件下保留约88%。温度稳定性方面，4 °C下储存10 h后保留率超过90%，25 °C和40 °C下分别约为85%和75%，60 °C下10 h后约保留60%，80 °C下4 h后降至50%以下，100 °C下2 h后不足40%。
五、讨论与结论
讨论部分指出，PEG 200的较低黏度和较高分子流动性有利于溶剂渗透和传质，从而获得较高的花色苷回收率。PEG浓度对提取效果的影响与溶剂极性和目标化合物极性的匹配程度有关。超声时间和功率的过度增加可能导致花色苷降解，温度过高同样会加速热敏性花色苷的破坏。花色苷在光照和高温条件下的加速降解与其光敏性和热诱导的开环反应有关。
研究结论表明，PEG 200辅助超声提取是在所研究的实验范围内从桑葚中回收花色苷富集提取物的有效方法。优化后的提取条件为75%（v/v）PEG 200、18 min、420 W和40 °C，实测TAC为515.78 ± 0.53 mg CGE/100 g DW。FT-IR和UHPLC-Q-TOF-MS/MS分析初步证实了提取物中含有以矢车菊素和天竺葵素为基础的糖苷类花色苷化合物。优化粗提物在相应体外条件下表现出抗氧化、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制及抗菌活性。花色苷在避光和低温条件下保留率更高。研究同时指出，未来应进一步评估溶剂回收和残留PEG问题、与超声辅助水提取的直接对比、化合物特异性生物活性，以及优化提取物在相关食品基质中的表现。
