中国继续保持世界核桃生产大国的地位。根据《2022年中国林业和草原统计年鉴》[1]的数据，全国核桃年产量达到593.46万吨，比2012年的197.96万吨增长了199.79%。这一大量产量产生了大量的胡桃绿色果壳（WGH），如果这些果壳得不到控制地分解，将会造成严重的土壤和水源污染，因为果壳中含有抑制作物生长的有毒化感化合物[2]。
研究表明，WGH富含多种生物活性成分。其中，juglone（5-羟基-1,4-萘醌）能够抑制细胞代谢所需的关键酶[3]。作为一种具有抗菌、抗肿瘤和抗病毒特性的有价值的酚类化合物，juglone近年来成为研究热点[4],[5],[6]。Altuntaş[7]指出，juglone对模式昆虫Galleria mellonella具有浓度依赖性的生态毒性和遗传毒性。此外，研究还表明juglone及其衍生物具有广谱抗菌作用，包括对大肠杆菌[8]、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌[9]、铜绿假单胞菌[10]和单核细胞增生李斯特菌[11]。值得注意的是，juglone及其衍生物可以作为SARS-CoV-2主要蛋白酶Mpro的有效抑制剂[12]。Juglone还可以作为氧化还原循环剂，产生活性氧物质，从而杀死癌细胞，甚至对阿尔茨海默病有积极作用[13]。作为WGH中的高价值成分，juglone对于农业废弃物的再利用和资源化具有重要的研究意义。
然而，许多研究表明juglone的提取效率较低。Sharma等人[14]使用微波辅助提取（MAE）和超声辅助提取（UAE）方法，发现ethyl acetate提取物中的juglone含量较高（MAE为0.0147%，UAE为0.0105%），而氯仿提取物中的含量较低（MAE为0.002%，UAE为0.003%）。Xu等人[15]结合了超声和微波技术，在最佳条件下获得了836.45 μg/g的juglone含量。Li等人[16]提出使用水包油微乳液提取Juglans mandshurica的废弃物枝条，获得了4.58 mg/g的juglone产量。超临界二氧化碳萃取（SCE）是一种高效的提取方法，它利用无毒的惰性气体CO2在超临界状态下进行提取，由于CO2具有高扩散性和低粘度，通过调节压力和温度可以实现目标物质的一步分离和纯化[17],[18]。最新研究表明，超临界CO2提取不仅能够提高核心成分的含量，还能减少提取溶剂的使用。Ramezani等人[19]使用Taguchi方法优化了SCE过程，在最佳条件（150巴，50℃，WGH粒径375微米）下，最大提取量为37.26 mg/g。Romano等人[20]发现SCE提取物富含多酚和juglone（每100克WGH含有1192 mg），从而提高了抗氧化和抗菌活性。
超临界提取的效率通常与压力[21]、温度[22]、共溶剂等因素有关[23]。为了在多种因素和水平下获得最佳实验过程，许多研究采用了响应面法（RSM）进行优化[24],[25]。Jha和Sit[26]使用统计方法（RSM）对Terminalia chebula果肉中的植物化学物质提取过程进行了建模，其效果优于人工智能方法（ANN）。Guan等人[27]通过RSM优化了压力、温度和时间的超临界提取过程，提高了竹绿蜡的产量。Sharma等人[28]发现，经过RSM优化后，使用超临界CO2共提取姜黄粉和干燥椰丝，可以提高姜黄素的含量和抗氧化活性。
RSM已被证明是一种有用的过程优化方法。然而，目前关于WGH超临界提取的RSM研究仍然较少，尤其是关于juglone的超临界CO2提取优化的研究更是缺乏。有研究使用Taguchi方法（TED）对核桃的超临界提取进行了四水平优化，涉及压力、温度和粒径三个因素[19]。TED首先设计了正交实验，然后估计了信号与噪声比以评估参数的影响[29]。在这种方法中，响应值是单一的，只能确定实验点的最优值，无法预测全局最优值。而响应面法可以提供更全面和详细的优化分析，包括方差分析（ANOVA）[30]。它不仅展示了参数对结果的影响，还反映了参数之间的相互作用，并提供了可视化的连续响应面模型，可以预测最优结果。因此，本研究旨在通过结合双响应RSM模型的超临界CO2提取法来优化WGH的提取过程，以实现最大juglone含量和最佳提取条件。我们进一步比较了超声辅助化学提取法和本方法的提取物组成及抗菌活性，期望为废弃胡桃绿色果壳的回收、再利用和高价值应用提供新的方法，同时促进环境保护和绿色发展。
