利用响应面方法对微波辅助提取的番石榴叶（Psidium guajava L.）提取物进行了综合可持续优化、生物活性评估及液相色谱-质谱（LC-MS）分析

时间：2026年3月30日

来源：Microchemical Journal

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采用响应面法Box-Behnken设计优化微波辅助提取（MAE）参数，包括功率（300/450/600W）、时间（10/15/20min）和固液比（1:10/1:15/1:20），溶剂为水、乙醇和天然深熔盐溶剂（NADES）。以总酚（TPC）、总黄酮（TFC）和DPPH自由基清除率为响应值，发现乙醇体系提取效率最优。结合LC-MS分析代谢物，证实Guava叶提取物具有显著的抗微生物活性（针对金黄色葡萄球菌、链球菌和大肠杆菌），其高含量的酚类、黄酮类及抗氧化成分使其在食品、医药和营养保健品领域具有广阔应用前景。

印度北阿坎德邦德哈拉敦市Graphic Era大学（Deemed to be University）食品科学与技术系，邮编248002

摘要

本研究采用Box-Behnken方法在响应面方法（Response Surface Methodology）框架下，考察了功率（300、450和600瓦）、时间（10、15和20分钟）以及样品与溶剂比例（1:10、1:15和1:20）对水、乙醇和天然深度共晶溶剂（NADES）的影响，从而系统地优化了提取过程，并记录了总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和DPPH值（%IA）等响应参数。优化后的提取物还针对多种微生物菌株进行了抗菌活性评估，包括化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）。实验结果表明，乙醇是提取番石榴叶中生物活性化合物的理想溶剂，这从其较高的植物化学成分（TPC、TFC）和抗氧化成分（DPPH、FRAP和ABTS）数值中得到了验证。此外，基于液相色谱-质谱（LC-MS）的代谢物分析进一步揭示了番石榴叶提取物的生物活性成分，增强了其在食品、制药和营养保健品行业的应用潜力。

引言

当前，植物基物质（包括草药提取物和精油）在健康功能性食品的生产中受到了广泛关注。植物富含多种生物活性化合物，如酚类、色素和植物化学物质，使其成为食品和药品配方中的重要成分[25]。这些生物活性化合物有助于预防和治疗多种疾病，从而促进健康[16]。在用于治疗疾病的70,000种植物中，约有15%已被用于临床研究[36]。因此，了解植物的传统用途对于推动相关研究至关重要[1]。番石榴（学名：Psidium guajava L.）属于桃金娘科（Myrtaceae），原产于热带美洲，现已传播至全球亚热带和热带地区。由于其低维护要求、高产率和耐寒性，番石榴在许多国家成为重要作物。主要生产国包括墨西哥、中国、印度、菲律宾、荷兰和巴西[29]。番石榴的根、茎、树皮、果实和叶子可用于治疗糖尿病、胃痛、腹泻、呼吸系统及胃肠道疾病[20],[21]。番石榴叶中含有多种生物活性成分，如guaijaverin、apigenin、quercetin、avicularin、kaempferol、myricetin、catechin、hyperin、epigallocatechin、epicatechin、chlorogenic酸和gallic酸等，这些成分赋予了番石榴叶抗癌、抗氧化、抗菌、抗腹泻、降脂和护肝等功效[20],[21]。因此，选择合适的提取方法至关重要，以确保高效、可持续且不破坏样品的同时节省时间[10]。微波辅助提取（MAE）技术作为一种环保且创新的提取方法，正逐渐取代传统方法，因其能减少溶剂使用量，降低人类和环境的毒性暴露，并产生少量废物。为了提高提取效率，需合理选择提取参数，如温度、功率、微波作用时间和溶剂类型，这些因素对最终提取物的质量有显著影响[4]。天然深度共晶溶剂（NADES）是从植物代谢物或其天然衍生物中提取的绿色可持续溶剂，具有制备简便、可生物降解、可回收、生物相容性强和低毒性的特点。因此，使用NADES提取的植物提取物既适合口服也适合外用，体现了其在提取过程中的优势[17],[18]。本研究通过三种溶剂系统（水、80%乙醇和天然深度共晶溶剂NADES）评估了番石榴叶中生物活性成分的提取效果。提取过程采用Box-Behnken设计（BBD）在响应面方法（RSM）框架下进行优化，关键变量包括微波功率、提取时间和固液比。优化依据植物化学成分（TPC和TFC）及抗氧化活性（DPPH测定）作为响应参数。优化后的提取物进一步通过抗氧化活性、抗菌活性分析及液相色谱-质谱（LC-MS）鉴定代谢物来表征其特性。这种综合方法为利用绿色溶剂从番石榴叶中高效提取功能性成分提供了重要见解。

据我们所知，这是首次将MAE技术应用于多种溶剂系统（包括NADES）对番石榴（Psidium guajava）进行系统研究，并结合多层次的生物化学和植物化学分析的方法。将NADES作为绿色溶剂纳入其中，并结合先进的优化和分析技术，为可持续的植物化学提取方法提供了新的方法论贡献。

材料

实验中使用的番石榴叶采自印度北阿坎德邦哈里德瓦尔市（坐标：29.9457°N, 78.1642°E）。所有分析用化学品均购自Hi-Media公司。

原材料处理

收集的番石榴叶先从茎上分离，然后用流动水冲洗干净，去除所有杂质和异物。随后使用Thermo Life Sciences公司的托盘干燥机进行均匀干燥。

结果与讨论

本研究旨在探讨水、乙醇（80%）和天然深度共晶溶剂（NADES）对微波辅助提取番石榴叶中生物活性成分的影响，采用Box-Behnken设计在响应面方法框架下进行实验。表1列出了实验参数的实际值和编码值及其对总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）和DPPH值的影响。

结论

研究表明，番石榴叶是一种富含有机活性化合物的天然资源，尤其是其丰富的植物化学成分和抗氧化特性。不同溶剂（水、乙醇和NADES）对提取效果的全面评估表明，番石榴叶可显著提升食品的营养价值和功能性。此外，其在食品领域的应用前景广阔。

作者贡献声明

安贾莉·萨哈尔（Anjali Sahal）：撰写初稿、方法设计及数据分析。阿夫扎尔·侯赛因（Afzal Hussain）：指导监督。安基塔·多哈尔（Ankita Dobhal）：撰写、审稿与编辑、数据验证。乌梅什·钱德拉·洛哈尼（Umesh Chandra Lohani）：数据验证。阿比纳夫·米什拉（Abhinav Mishra）：撰写、审稿与编辑。N.C.乔希（N.C. Joshi）：撰写、审稿与编辑。杰林·詹姆斯（Jerin James）：撰写、审稿与编辑。桑杰伊·库马尔（Sanjay Kumar）：指导监督及概念构思。