综述：高级绿色提取方法用于增值洋蓟废弃物：生物活性成分、稳定化及其对营养和疾病预防的影响

《Foods》：Advanced Green Extraction Methods for Valorising Artichoke Waste: Bioactive Composition, Stabilisation, and Implications for Nutrition and Disease Prevention

　　

全球洋蓟（Cynara scolymus）加工产生大量农业工业废弃物，包括茎、叶和苞片。这些副产品是生物活性化合物的宝贵且未被充分开发的来源，特别是酚酸、黄酮类化合物、果胶和菊粉，它们具有显著的营养、促进健康和功能特性。本综述全面概述了应用于从全球洋蓟废弃物中回收生物活性化合物的绿色提取策略，重点介绍了绿色提取技术，如深共晶溶剂（DES）、超声辅助（UAE）、微波辅助（MAE）、酶辅助（EAE）、亚临界水（SWE）、超临界CO₂（SCO₂E）以及绿色溶剂的使用。研究人员批判性地讨论了洋蓟废弃物提取物的营养成分和生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗炎、降血脂和保肝作用。鉴于许多酚类化合物固有的不稳定性和有限的生物利用度，最近在封装和稳定化方法、海藻酸盐基系统、喷雾干燥以及纳米和微胶囊技术方面的进展被强调为增强货架期和控制释放的有效策略。通过绿色提取和封装生物活性化合物对全球洋蓟废弃物进行增值，通过减少环境影响同时增加价值，有助于循环经济原则。总的来说，讨论了洋蓟副产品作为功能性食品开发的可持续资源的前景。

主体部分总结：

2. 洋蓟废弃物中的生物活性化合物
洋蓟废弃物富含多种酚类化合物，主要包括羟基肉桂酸（如3-O-咖啡酰奎宁酸）和黄酮类化合物（如木犀草素糖苷衍生物）。总酚含量（TPC）因植物部位而异，花头废弃物最高（1743–8361 mg GAE kg^-1 fw），其次为叶、头和茎。绿原酸（CGA）在可食部分（花托和茎）中含量较高，苞片中较低。TPC的差异源于品种、基因型、肥料、气候和提取方法。

2.1 从洋蓟废弃物中提取的酚类化合物的营养益处和疾病预防意义
多酚具有抗氧化、抗炎、抗菌和化学预防作用。菜蓟苦素（cynaropicrin）是洋蓟中代表性化合物，占苦味的近80%，具有抗光老化、抗肝炎、降血脂、抗炎和抗肿瘤活性。5-O-咖啡酰奎宁酸（CGA）是主要羟基肉桂酸，芹菜素-7-O-芸香苷和木犀草素-7-O-葡萄糖苷是主要黄酮类化合物。CGA作为质量控质标记，欧洲药典要求洋蓟叶含不少于0.7% CGA。羟基肉桂酸在Caco-2细胞模型中显示出浓度和时间依赖的抗氧化效应，在250–1000 μg mL^-1浓度下显著降低过氧化氢（H₂O₂）诱导的活性氧（ROS）产生。在体外肝脂肪变性模型中，50 μg mL^-1洋蓟叶提取物恢复细胞活力至对照组水平，并降低脂质过氧化氢（LOOH）水平。洋蓟多酚还能诱导肝癌和乳腺癌细胞凋亡，对非致瘤性MCF10A细胞无毒性。洋蓟多酚具有抗糖尿病活性，通过抑制淀粉消化酶；洋蓟花茎（AFS）提取物在体内实验中恢复血清生化参数，增强抗氧化酶（CAT、GPx、SOD）活性，降低脂质过氧化，改善糖尿病状况。降血脂作用可能涉及抑制炎症通路和胆固醇生物合成。酚类化合物，特别是CGA，通过对抗氧化和兴奋性毒性应激发挥神经保护作用，在SH-SY5Y细胞模型中CGA以剂量和时间依赖方式减少细胞凋亡。洋蓟提取物在THP-1巨噬细胞中减少ROS产生和IL-6及CCL2表达。AFS提取物还显示抗微生物活性，对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、粪肠球菌）敏感。

2.2 从洋蓟废弃物中提取的多酚的生物可及性、生物利用度和代谢
酚类化合物的生物可及性受食品基质、分子结构、相互作用和消化条件影响。烹饪（煮沸、微波、烘烤）可改善特定酚类化合物的生物可及性，但热敏感酚类（如紫丁香苷、木犀草素）会降解。在模拟体外消化中，洋蓟头、茎、叶中的酚类在胃相释放，肠相总酚回收率显著上升。5-CQA在肠相（pH 7）转化为3-CQA。人体临床研究表明，咖啡酰奎宁酸代谢物在血浆中的分布呈剂量依赖性，部分以未代谢形式进入血浆后迅速甲基化。生物活性受代谢物浓度和个体间差异影响。

3. 从洋蓟废弃物中提取多酚的高级绿色提取方法（GEMs）
传统溶剂提取法存在毒性、高能耗和残留问题。GEMs通过减少溶剂消耗、提高安全性和效率而备受关注。不同GEMs的比较：NADES（深共晶溶剂）+ UAE最适用于热敏亲水性化合物；SCO₂E适用于疏水性高价值化合物；EAE + UAE适用于同时提取多种生物活性物。

3.1 深共晶溶剂（DES）辅助提取
DES由氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）组成，具有无毒、低蒸气压、可调性。天然低共晶溶剂（NADES）由食品级成分制成，无需从提取物中去除。NADES的粘度是最关键的物性，需通过添加水调节。温度一般不超过80℃。在洋蓟废弃物中，NADES（氯化胆碱+柠檬酸）提取的TPC顺序为花头>茎>叶。羧酸基NADES极性更高，更有利于提取极性多酚。NADES与UAE或MAE结合可提高效率。但NADES去除困难，需通过树脂吸附等回收。NADES的安全性需更多毒理学研究。

3.2 超声辅助提取（UAE）
UAE通过探头或水浴系统进行，探头式效率更高。UAE可提高提取率、缩短时间、减少溶剂。在洋蓟废弃物中，80%甲醇+UAE探头对CGA提取效果优于水浴。水的纯溶剂提取效果较差。有效扩散系数受温度和超声功率密度影响。但探头式UAE处理体积小，工业放大需采用连续系统或大面积超声浴。

3.3 微波辅助提取（MAE）
MAE通过偶极旋转和离子传导机制快速加热，缩短时间，保护热敏化合物。在洋蓟叶提取中，MAE的TPC高于UAE和浸渍。MAE可实现选择性提取。

3.4 酶辅助提取（EAE）
EAE利用纤维素酶、果胶酶等水解细胞壁，提高产率。洋蓟叶中，胆固醇酯酶、纤维素酶和果胶酶显著提高菜蓟素和CGA产量，果胶酶效果最佳。Viscozyme L和Celluclast 1.5 L可高效提取多酚。顺序提取策略（酶预处理+MAE/UAE）优于单一步骤。酶可选择性水解特定键，但酶成本高、需灭活，固定化酶可提高经济性。

3.5 超临界CO₂提取（SCO₂E）
SCO₂E适用于非极性至中等极性化合物，对极性酚类提取能力有限。洋蓟废料中，SCO₂E可提取高含量菜蓟苦素和菜蓟皂苷，但TPC和羟基肉桂酸含量低。添加极性改性剂（如乙醇）可改善极性化合物提取，但需优化压力（<33 MPa）和改性剂用量。

3.6 脉冲电场辅助提取（PEFE）
PEF通过电穿孔破坏细胞膜，增强细胞内化合物释放。在洋蓟废弃物中，场强0.5-5 kV cm^-1下，>0.5 kV cm^-1时膜渗透性增加，3 kV cm^-1时酚类提取最优。破碎程度影响效率，较小颗粒中完整细胞减少导致效果下降。

3.7 高压辅助提取（HPAE）
HPAE通过升压、保持、泄压三个阶段破坏细胞结构，促进传质。提取时间和固液比影响酚类提取。目前未见HPAE应用于洋蓟废弃物的研究，但橄榄叶和蓝莓中效果显著，提示未来研究机会。

3.8 亚临界水提取（SWE）
SWE利用亚临界水的低介电常数和高离子化常数，提高酚类提取率。洋蓟叶在220℃下获得最高TPC（2.9-3.8 g GAE 100 mg^-1），但高温导致黄酮类化合物降解，因此仅适用于耐热目标化合物。

3.9 GEMs相对于传统提取方法的环境影响评估（LCA）
GEMs（UAE、MAE、SCO₂E、EAE）相比传统方法（索氏提取、溶剂提取）具有更低碳足迹、更低能耗和更少废水。UAE可降低约70%能耗和60% CO₂排放。SCO₂E使用可回收CO₂。但GEMs初期投资高，需专业操作，部分技术尚未完全工业化。

4. 酚类化合物的封装
封装可保护酚类免受光、热、pH、氧气和酶的影响，提高稳定性和生物利用度。

4.1 凝聚法（Coacervation）
复合凝聚法利用带相反电荷的大分子（蛋白质+多糖）在低pH下形成凝聚层，封装效率（EE）高达99%。植物蛋白（如大豆蛋白）是理想的壁材。pH在蛋白质等电点（pI）和pKa之间时形成凝聚物。该方法适用于热敏化合物，成本低，无需有毒溶剂。

4.2 喷雾干燥
喷雾干燥快速将液体转化为干燥微粒，成本低，易于控制粒径。壁材（如麦芽糊精）需高溶解度、乳化性和成膜性。洋蓟叶提取物喷雾干燥封装后，在模拟胃肠消化中胃相释放低（13.36%），肠相释放高，增强生物可及性。麦芽糊精还可掩盖苦味。

4.3 离子凝胶法
海藻酸盐与二价阳离子（Ca²⁺）形成水凝胶珠。凝胶时间、海藻酸盐浓度影响珠强度、封装效率和释放特性。延长凝胶时间增加强度但可能降低EE。均质凝胶（内部交联）优于非均质凝胶（外部交联），释放特性更可控。在洋蓟废弃物中，咖啡酰奎宁酸和二咖啡酰奎宁酸成功封装。

4.4 脂质体包埋
脂质体由磷脂双分子层构成，可同时封装亲水和疏水化合物。玉米醇溶蛋白（zein）修饰的脂质体在胃酸中稳定，在中性pH（肠）下释放，提高生物可及性。脂质体可抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性。脂质体能延长肠道停留时间，促进肠道微生物利用。

4.5 封装方法比较
凝聚法具有高EE、温和条件、低成本的优点，但蛋白质溶解度低可能影响稳定性。喷雾干燥成本低、可规模化，但粒径分布宽、挥发物损失。离子凝胶法温和、安全，但机械强度弱、粒径大、亲水物质EE低。脂质体生物相容性好、可靶向释放，但储存稳定性差、生产复杂。选择取决于目标应用和稳定性要求。

5. 未来展望与建议
GEMs的实验室研究需向工业放大推进，需进行技术经济分析和LCA。集成生物精炼与循环经济模型可实现多组分回收（多酚、果胶、菊粉、纤维素）。混合强化技术（超声+微波+酶+PEF）可提高效率。绿色溶剂（NADES）需毒理学安全性评估和法规批准。提取的生物活性物应开发为功能性食品、饮料、膳食补充剂和天然防腐剂。需进行体内和临床研究验证健康功效。法规和安全性评估至关重要。

6. 结论
全球洋蓟废弃物是生物活性化合物的可持续来源。GEMs在提高提取效率、减少环境影响方面优于传统方法。封装策略增强稳定性、生物利用度和控制释放。洋蓟废弃物提取物的生物活性支持其在功能性食品和营养保健品中的应用。未来需关注工艺放大、体内验证和法规考虑。整体上，通过整合绿色提取、稳定化和食品应用策略，洋蓟废弃物的增值为可持续食品创新提供了有前景的路径。