《Sustainable Chemistry One World》：Enzyme-assisted ultrasonic extraction of chlorogenic acid from
Solanum lasiocarpum Dunal (terung asam) fruit: Extraction kinetics and pancreatic lipase inhibitory activity
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绿原酸酶辅助超声提取工艺优化及抗肥胖活性研究。采用单因素法优化1% w/w pectinase pretreatment 2h 37℃结合超声提取，确定最佳固液比1:20、50℃、15min，实现高粗提物得率及绿原酸回收率。动力学分析表明双位点生物指数模型（R2=0.998）最佳，揭示快速洗脱期与扩散控制期并存特性。体外实验显示优化提取物抑制胰脂肪酶活性IC50=2.31μg/mL，与纯绿原酸相当但弱于奥利司他。温度显著影响传质效率，中温平衡了提取速率与热稳定性。研究结果为开发热带水果基功能性食品提供新思路。
哈斯迪安·穆丁（Hasdian Mudin）| 穆罕默德·阿米尔·祖尔希尔米·本杰明（Mohammad Amil Zulhilmi Benjamin）| 阿尼扎·赛尼（Aniza Saini）| 海德尔·贾马鲁丁（Heder Djamaludin）| 罗斯纳尼·哈沙姆（Rosnani Hasham）| 莫哈德·阿兹里·阿旺（Mohd Azrie Awang）
马来西亚沙巴大学食品科学与营养学院，Jalan UMS，哥打基纳巴卢 88400，沙巴州，马来西亚
摘要
绿原酸（Chlorogenic acid, CGA）是一种具有抗氧化和抗肥胖潜力的生物活性酚类化合物。然而，从未充分利用的热带水果（如 Dunal）中高效提取CGA仍受到提取效率低下和化合物不稳定的限制。本研究优化了酶辅助超声提取法从果实提取物（SLFE）中提取CGA的工艺，使用多种数学模型评估了提取动力学，并评估了其抗肥胖潜力。通过1% w/w的果胶酶在37°C下处理2小时，然后进行超声提取，采用单因素法优化了提取条件。在40°C、50°C和60°C下，分别使用一级、二级、Peleg模型、Elovich模型和双相生物指数模型分析了提取动力学。抗肥胖活性通过抑制胰脂肪酶来评估。最佳提取条件为固液比1:20、提取温度50°C和提取时间15分钟，这些条件可提高粗产率、酚类和黄酮类化合物的含量以及CGA的回收率。在所评估的模型中，双相生物指数模型拟合度最高，误差值最低，表明提取过程包括快速洗涤阶段和随后的扩散控制释放。优化后的SLFE表现出强烈的胰脂肪酶抑制活性，其效力与纯CGA相当，但低于奥利司他（orlistat）。提取温度对传质效率起着关键作用，适中温度能在提取速率和化合物稳定性之间达到最佳平衡。这些发现表明SLFE是一种有前景的天然胰脂肪酶抑制剂来源，具有应用于肥胖管理的潜力。
引言
Solanum lasiocarpum Dunal在马来西亚被称为“terung asam”，属于茄科植物，在东南亚广泛分布。Soon和Ding [1]的民族植物学记录显示，该植物在印度被用于治疗发热、呕吐、喉咙痛、淋病和女性生殖系统疾病。据报道，其果实和叶子还具有止咳、平喘、抗风湿、抗病毒、抗癌和杀精子作用。尽管有这些用途的记载，但对该植物药用潜力的系统科学研究仍然有限。S. lasiocarpum中主要的生物活性化合物之一是绿原酸（CGA，如图1所示），它是植物来源食品中最丰富的多酚类化合物之一，因其广泛的生物活性而受到广泛关注 [2]。多项研究表明，CGA具有抗氧化、抗炎和抗肥胖作用 [3]。特别是，CGA可以通过竞争性和非竞争性机制抑制胰脂肪酶活性，从而减少膳食脂肪的消化和吸收 [4] [5]。CGA还调节葡萄糖和脂质代谢，进一步支持其在代谢健康管理中的重要性 [6]。与合成化合物相比，CGA毒性低且生物利用度高，适合用于功能性食品和营养补充剂。分子相互作用研究表明，CGA能与胰脂肪酶活性位点结合并引起构象变化，降低酶的催化效率 [5]。与这些发现一致，富含CGA的提取物（如绿咖啡豆提取物）显示出胰脂肪酶抑制活性，IC50值范围为1.98至18.02 μg/mL [7]。
从植物基质中高效提取CGA受提取技术和处理条件的影响很大。酶辅助超声提取（Enzyme-Assisted Ultrasonic Extraction, EAUE）是一种有效的绿色提取方法，结合了酶预处理和超声能量。果胶酶预处理可促进植物细胞壁内果胶聚合物的水解，增加细胞壁的通透性，从而促进细胞内生物活性化合物的释放 [8]。随后的超声处理产生空化效应，进一步破坏细胞结构并增强溶剂的渗透。酶和超声过程的协同作用提高了提取效率，同时减少了提取时间和溶剂消耗 [9]。此外，EAUE在相对较低的温度下操作，从而最小化了CGA等热敏化合物的热降解。最近的研究表明，与传统提取技术相比，EAUE可以从葡萄渣中提取更多的多酚、从桑葚中提取更多的花青素，以及从各种植物材料中提取更多的多糖，产量提高了20%至40% [10]。EAUE系统的提取效率受关键工艺参数的控制：固液比影响浓度梯度和传质速率，温度影响酶活性和空化强度，提取时间则决定了化合物释放与潜在降解之间的平衡。因此，优化这些参数对于在保持生物活性的同时最大化目标化合物的回收率至关重要 [11]。先前的研究表明，固液比为1:20至1:40 g/mL、提取温度在40至60°C之间、提取时间为15至40分钟有利于酚类化合物的提取 [12]。
除了优化外，提取动力学分析还能提供关于提取过程中传质机制的宝贵见解。数学动力学模型描述了化合物从植物基质中释放的时间演变过程，允许在不同条件下定量比较提取行为。一级和二级模型常用于表示浓度驱动的提取过程，而Peleg模型使用两个参数对提取行为进行经验描述 [13]。Elovich模型考虑了非均匀的固体表面和可变的提取速率 [14]，双相生物指数模型区分了快速提取的表面结合化合物和缓慢提取的细胞内部分，将提取过程描述为包含初始洗涤阶段和随后扩散控制阶段的双相过程 [15]。动力学建模有助于预测提取行为，支持工艺优化，并为放大策略提供依据。更机制化的方法（如平衡依赖的固液提取模型）通过纳入传质系数和平衡浓度进一步阐明了提取动力学 [12]。尽管人们对从植物基质中提取CGA的兴趣日益增加，但针对未充分利用的热带水果（如）进行酶辅助超声提取的研究仍有限。据我们所知，本研究是首次结合EAUE优化、提取动力学建模和评估CGA从果实提取物（SLFE）中提取的胰脂肪酶抑制活性的研究。因此，本研究旨在优化EAUE参数以从SLFE中提取CGA，使用多种数学模型研究提取动力学，并评估优化后SLFE的抗肥胖潜力。研究结果提供了关于提取过程中传质行为的见解，并支持SLFE作为抗肥胖应用中生物活性化合物天然来源的潜力。
实验部分
原始植物材料和消耗品
新鲜的果实从马来西亚沙捞越的当地市场采购。纯度≥98%的CGA标准品、来自Aspergillus niger的果胶酶（≥3.8 U/mg）、没食子酸、槲皮素、2,2-二苯基-1-吡啶肼、Folin–Ciocalteu试剂、碳酸钠、氯化铝、猪胰脂肪酶II型、对硝基苯基丁酸和奥利司他均从Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）购买。HPLC级乙腈、醋酸和水用于色谱分析。
提取参数对SLFE和CGA回收率的影响
酶浓度和预处理时间是被认为影响酶促水解和植物基质中化合物释放的参数。增加酶浓度或延长孵育时间可以增强细胞壁降解，促进化合物释放至最佳水平，之后由于底物限制或酶饱和，提取效率可能会趋于平稳 [25]。在本研究中，果胶酶浓度为1%（w/w），预处理时间为2小时
结论
本研究成功优化了从SLFE中提取CGA的EAUE工艺，并展示了提取动力学及其抗肥胖应用的潜力。选定的提取条件在提取效率和化合物稳定性之间取得了有效平衡，实现了高生物活性化合物的回收同时最小化了热降解。动力学分析表明提取过程具有双相特性，这一特性最好用双相生物指数模型来描述，表明存在一个快速的洗涤阶段
作者贡献声明
穆罕默德·阿米尔·祖尔希尔米·本杰明（Mohammad Amil Zulhilmi Benjamin）：撰写初稿、数据验证。
哈斯迪安·穆丁（Hasdian Mudin）：撰写初稿、软件使用、实验研究、数据分析。
海德尔·贾马鲁丁（Heder Djamaludin）：数据可视化、结果验证。
阿尼扎·赛尼（Aniza Saini）：实验研究、数据分析。
莫哈德·阿兹里·阿旺（Mohd Azrie Awang）：撰写与编辑、结果验证、项目监督、资源管理、方法论制定、资金筹集、概念构思。
罗斯纳尼·哈沙姆（Rosnani Hasham）：数据可视化、结果验证。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了马来西亚高等教育部通过基础研究资助计划早期职业项目（FRGS-EC/1/2024/TK05/UMS/02/4）的支持。
