从城市森林修剪废弃物到化妆品原料：选定木本植物枝条提取物的生物活性潜力

《Forests》：From Urban Forest Pruning to Cosmetics: Bioactive Potential of Twig Extracts from Selected Woody Species ?ur?a Ivkovi?, Petar Todorovi?, Jelena Beloica, Nata?a Avramovi?, Ivana Lavadinovi?, Sne?ana Obradovi? and Petar Ristivojevi?

　　

研究人员采用多学科分析方法，结合高效薄层色谱（HPTLC）与HPTLC-DPPH生物自显影技术，辅以分光光度法测定自由基清除活性（RSA）、总酚含量（TPC）、皮肤老化相关酶（酪氨酸酶与弹性蛋白酶）抑制活性，以及针对皮肤病原体金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的抗菌测试，评估了19种城市森林乔灌木物种甲醇提取物的生物与化学特性。结果表明，提取物间生物活性存在显著差异，主要由特定植物化学轮廓驱动。其中，Torminalis glaberrima (Gand.) Sennikov & Kurtto的RSA最高（108.8 ± 6.6 μmol TE/mL），Paliurus spina-christi Mill.次之（106.6 ± 1.6 μmol TE/mL），二者均与较高的TPC相关。Acer campestre L.表现出最强的弹性蛋白酶抑制活性（51.6 ± 9.1%）。Torminalis glaberrima的酪氨酸酶抑制活性最为显著（39.0 ± 3.5%），表明TPC对其有重要贡献。相比之下，Acer platanoides L.与Carpinus betulus L.虽TPC较低，却显示出最强的抗菌活性，提示非酚类物质的作用。研究鉴定出RF0.10、0.28、0.57、0.58的酚类区域为所观测生物活性的推定标志物。总体而言，枝条是一种未被充分挖掘的资源，具有开发天然化妆品的巨大潜力，值得进一步研究。

本研究发表于《Forests》，聚焦于城市森林管理产生的修剪废弃物资源化利用问题。当前，城市森林抚育、修剪等活动产生大量枝条与小枝生物质，通常被当作废弃物处理，仅通过粉碎、堆肥或能源回收等方式处置，未能充分挖掘其化学潜能。与此同时，化妆品行业正积极寻求更安全、可持续的天然活性成分，尤其是具有抗氧化、抗皱、美白及抗菌功能的植物源成分，以应对紫外线、污染等导致的皮肤氧化损伤与老化问题。已有研究表明，生长在干旱、强光等胁迫环境下的木本植物，其代谢活跃的枝条组织会积累丰富的次生代谢产物，特别是酚类化合物，具备潜在的化妆品应用价值。然而，针对城市森林这一可持续来源的枝条生物质的系统研究十分匮乏。为此，研究人员以塞尔维亚贝尔格莱德受保护的自然纪念物“Ko?utnjak森林”为研究区域，选取了19种代表性乔灌木的二年生枝条为样本队列，旨在通过多学科联用技术系统评价其提取物的化妆品相关生物活性潜力，为城市绿色废弃物的高值化利用提供科学依据。

在关键技术方法上，研究人员首先于2025年11月采集了19种木本植物的枝条样本，经干燥、粉碎后采用超声辅助提取法制备甲醇提取物。化学分析方面，采用高效薄层色谱（HPTLC）结合天然产物试剂（NP）衍生化与DPPH生物自显影技术进行植物化学轮廓表征与抗氧化活性定位。生物活性评价则涵盖分光光度法测定自由基清除活性（RSA，以DPPH法测定）、总酚含量（TPC，Folin-Ciocalteu法）、皮肤老化相关酶（酪氨酸酶与弹性蛋白酶）抑制活性，以及针对皮肤常见病原体金黄色葡萄球菌与铜绿假单胞菌的琼脂孔扩散抗菌试验。所得数据通过单因素方差分析（ANOVA）与Tukey多重比较检验进行统计学处理，并利用主成分分析（PCA）对HPTLC图像数据进行模式识别。

研究结果部分如下：

3.1 HPTLC分析

3.1.1 NP试剂衍生化

研究人员通过HPTLC结合NP衍生化在紫外254 nm与366 nm下建立了19种枝条提取物的酚类轮廓。通过与标准品比对，初步鉴定出槲皮素-3-O-葡萄糖苷（R_F0.03）、绿原酸（R_F0.07）与山奈酚-3-O-葡萄糖苷（R_F0.15）。不同科属植物显示出特征性化学指纹，如木犀科的Fraxinus ornus富含绿原酸，而同属无患子科的Acer platanoides则在R_F0.71处具有独特的紫色酚带。

3.1.2 HPTLC-DPPH

DPPH生物自显影结果显示，抗氧化活性主要集中在低至中R_F（<0.60）区域。R_F0.57与0.58处的浅绿色条带在多个高活性样品中表现尤为突出，而高R_F区域的普遍酚类标记物对总体抗氧化贡献较小。

3.2 分光光度法测定结果

3.2.1 RSA测定

RSA值在54.9至108.8 μmol TE/mL之间波动。Torminalis glaberrima（108.8 μmol TE/mL）与Paliurus spina-christi（106.6 μmol TE/mL）表现出最高的清除能力，显著高于其他样品。

3.2.2 TPC测定

TPC范围为1.0至12.4 mg GAE/mL。TPC与RSA呈显著正相关（Pearson's r = 0.733, p < 0.001），表明酚类物质是抗氧化活性的主要贡献者，但特定化合物的结构与协同作用同样关键。

3.2.3 皮肤老化相关酶测定

在酪氨酸酶抑制（TI）测试中，Torminalis glaberrima表现出最强的抑制率（39.0 ± 3.5%）。弹性蛋白酶抑制（EI）方面，Acer campestre活性最高（51.6 ± 9.1%），且未显示与TPC有直接相关性，暗示非酚类成分可能发挥了重要作用。

3.3 琼脂孔扩散试验

大多数提取物对金黄色葡萄球菌的抑制作用强于铜绿假单胞菌。Acer platanoides与Carpinus betulus表现出最强的广谱抗菌活性，甚至超过链霉素阳性对照，且这种活性无法仅由TPC解释。

3.4 主成分分析（PCA）

PCA模型有效区分了不同活性的样品。NP-绿色通道模型将高酪氨酸酶抑制剂与低抑制剂分离，并关联到R_F0.82等特征区域。HPTLC-DPPH模型的PCA得分图则成功将样品按抗氧化能力强弱分组，确认R_F0.57为关键的抗氧化标志物区域。

在讨论与结论部分，研究人员指出，传统的城市森林管理往往忽视了修剪废弃物的化学价值。本研究证实，这些被视为废物的枝条生物质实际上富含具有化妆品开发潜力的生物活性物质。研究发现，虽然绿原酸等常见酚类提供了基础的抗氧化背景，但提取物卓越的生物活性（如Torminalis glaberrima的高抗氧化与美白潜力、Acer campestre的强效抗皱潜力、Acer platanoides与Carpinus betulus的优异抗菌潜力）主要由特定的植物化学标记物（特别是R_F0.28、0.57、0.58处的化合物）决定。这项研究不仅为城市森林的可持续管理提供了新思路，将废弃物转化为高附加值的非木质林产品，支持了循环生物经济理念，也为化妆品行业筛选天然活性成分提供了新的候选资源。未来的研究应聚焦于这些关键活性化合物的分离纯化、结构鉴定以及安全性评价（如细胞毒性与皮肤刺激性测试），以推动其在实际化妆品配方中的应用。