《LWT》：Valorization of
Acacia tortilis Extracts for Stable Oil-in-Water Emulsions with Bioactive Properties
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本研究针对天然乳化剂阿拉伯胶（GA）面临的供应受限、批次差异及缺乏固有生物活性等问题，创新性地评估了金合欢（Acacia tortilis）叶、种子和豆荚作为可再生多功能乳化剂来源的潜力。研究人员采用不同比例的水-乙醇混合溶剂提取，系统分析了提取物的化学成分（多酚、黄酮、皂苷、蛋白质、碳水化合物），并将其与界面功能（降低界面张力至~40 mN/m）和生物活性（强抗氧化性DPPH IC50低至0.12 μg/mL，对铜绿假单胞菌和粪肠球菌的MIC为0.25–1.5 mg/mL）相关联。研究成功制备了液滴尺寸为80–320 nm、Zeta电位为-29至-50 mV的稳定O/W乳液，并通过FTIR证实了多糖、皂苷和多酚在界面的协同吸附。该研究为将沙漠生物质转化为可持续的、集乳化、抗氧化和抗菌功能于一体的清洁标签配料提供了新策略。
在食品、保健品和化妆品工业中，乳液是极其常见的剂型，而维持乳液的长期稳定是一项持续的技术挑战。目前，阿拉伯胶（Gum Arabic）是食品工业中应用最广泛的天然乳化剂之一，但它面临着诸多现实困境：其来源主要依赖非洲特定地区的金合欢属植物（Acacia senegal）的分泌物，导致全球供应受限且易受气候和市场价格波动影响；其次，不同批次的阿拉伯胶成分存在差异，影响产品质量的稳定性；更重要的是，阿拉伯胶主要起乳化稳定作用，本身缺乏抗氧化或抗菌等有益的“生物活性”，难以满足现代消费者对“清洁标签”（Clean Label）和功能性成分日益增长的需求。因此，开发来源广泛、性能稳定且兼具生物活性的新型天然乳化剂替代品，成为食品科学领域的一个重要研究方向。
面对这一挑战，研究人员将目光投向了另一种分布广泛且耐旱的金合欢属植物——辐叶金合欢（Acacia tortilis subsp. raddiana）。这种植物在非洲北部和萨赫勒地区广泛分布，其叶、种子和豆荚在传统上虽有应用，但其作为乳化剂的潜力，特别是不同部位提取物的综合功能对比，尚缺乏系统研究。辐叶金合欢的组织已知含有皂苷、多酚、蛋白质和多糖等成分，这些物质恰好具备作为乳化剂和生物活性物质的双重潜力。为了深入探索其价值，由Ilyes Dammak等人组成的研究团队在《LWT - Food Science and Technology》上发表论文，系统研究了辐叶金合欢不同部位提取物作为多功能乳化剂的可行性。
为了回答上述问题，研究人员开展了一项系统性的研究。他们首先从突尼斯加夫萨地区采集了辐叶金合欢的叶片、种子和豆荚，将其干燥粉碎。随后，采用食品级的水-乙醇混合溶剂（乙醇体积分数为0%、20%、50%、80%、100%）进行提取，以研究溶剂极性对不同组织化学成分（多酚、黄酮、皂苷、蛋白质、碳水化合物）提取效率的影响。接着，他们详细表征了提取物降低大豆油-水界面界面张力的能力，并以其作为乳化剂制备了油相体积分数为10%的水包油（O/W）乳液。对乳液的表征包括液滴尺寸、Zeta电位、离心稳定性以及在5°C和25°C下储存30天的长期稳定性。此外，研究还利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了提取物及乳液的化学结构，以探究界面吸附机制。最后，通过DPPH自由基清除法和FRAP法评估了提取物和乳液的抗氧化活性，并通过琼脂扩散法和肉汤稀释法测试了它们对革兰氏阳性菌（如粪肠球菌Enterococcus faecalis）和革兰氏阴性菌（如铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa）的抗菌活性。
3.1. 酚类化合物和单糖
研究发现，辐叶金合欢不同组织的化学成分差异显著。叶片中总酚含量最高，主要含有儿茶素和没食子酸；种子中的酚类成分相对简单，以表儿茶素为主；豆荚的酚类含量介于两者之间。碳水化合物组成也不同，叶片富含木糖和阿拉伯糖，表明含有丰富的半纤维素和阿拉伯半乳聚糖-蛋白质；种子总碳水化合物含量较低，以阿拉伯糖为主；豆荚则含有高含量的木糖和阿拉伯糖，与其富含半纤维素的果荚结构一致。这些成分为其乳化性和生物活性提供了物质基础。
3.2. 提取率
提取率显著依赖于溶剂极性和组织类型。叶片在纯乙醇中得率最高（53.5%），而种子和豆荚则在水相中得率最高（分别为69.9%和38.0%）。这表明乙醇利于提取叶片中的中等极性成分（如黄酮类），而水更利于提取种子和豆荚中的亲水性大分子（如皂苷、多糖）。
3.3. 提取物的化学成分
提取物的化学成分受溶剂和组织来源共同影响。叶片的多酚和黄酮含量在80:20 (v/v) 乙醇-水中达到峰值；种子和豆荚的多酚含量则在50:50 (v/v) 乙醇-水中最高。皂苷的提取呈现组织特异性：种子皂苷在纯乙醇中含量最高（488.3 mg/g），而叶片皂苷在20:80 (v/v) 乙醇-水中含量最高。蛋白质和碳水化合物的提取也呈现类似的极性依赖性差异。总体而言，中等极性的溶剂（50:50–80:20 乙醇-水）能较好地平衡多酚和蛋白质的提取，而水相则更利于皂苷和多糖的提取。
3.4. 界面活性
所有辐叶金合欢提取物均能有效降低大豆油-水界面的界面张力（γ），从约65 mN/m降至组织依赖的最低值（约40-60 mN/m）。动力学曲线显示双相衰减：初期快速下降归因于皂苷、黄酮等小分子两亲物的快速吸附；后期缓慢平衡阶段与蛋白质、多糖等大分子的吸附和界面膜强化有关。富含皂苷和蛋白质的水相种子提取物能最快降低界面张力，而富含多酚的乙醇叶片提取物则有助于形成更内聚和粘弹性的界面网络。这表明溶剂极性可用于调控吸附速率和界面膜韧性之间的平衡。
3.5. 液滴尺寸、PdI、ζ-电位和离心稳定性
以提取物稳定的乳液（10%油，10% w/v 提取物）其液滴Z-平均直径在192.5 nm（叶片L20提取物）至309.5 nm（叶片L100提取物）之间。水相种子和豆荚提取物产生的液滴最小，而富含乙醇的叶片提取物产生的液滴较大但界面膜更牢固。多分散指数（PdI）在0.42-0.99之间，表明液滴尺寸分布较宽。所有乳液均显示强负电性ζ-电位（-29至-50 mV），远高于通常认为能提供静电稳定性的±30 mV阈值。离心稳定性（Ke）表明，尽管水相提取物能形成小液滴，但其Ke值较高（稳定性较差），可能与多糖引起的桥接絮凝有关；而乙醇提取物，特别是叶片提取物，Ke值较低，表明其界面膜更紧密，抗聚结能力更强。
3.6. 乳液的储存稳定性
储存稳定性（30天，5°C和25°C）表明，水相种子和豆荚提取物以及50:50 (v/v) 乙醇-水的叶片提取物在5°C下稳定性最好，液滴增长缓慢。而在25°C下，富含乙醇（≥80%）的提取物稳定的乳液液滴增长和相分离较快。ζ-电位和离心稳定性的变化趋势与液滴尺寸稳定性一致。这表明水相提取物中的皂苷和多糖能形成弹性界面层抵抗聚结，而中等极性提取物中的酚类-蛋白质相互作用提供了额外的结构强化。
3.7. FTIR结构表征
FTIR光谱证实了辐叶金合欢组织、提取物及乳液中存在多糖、皂苷、酚类和蛋白质的特征官能团。比较原料、提取物和乳液的谱图表明，在乳化过程中关键官能团得以保留，并在乳液中出现谱带展宽和位移，反映了在油-水界面发生了氢键作用和疏水相互作用，支持了内聚性界面膜的形成。
3.8. 抗氧化活性
抗氧化能力评估显示，叶片提取物的自由基清除能力最强（DPPH IC50最低至0.12 μg/mL），这与其高含量的儿茶素和没食子酸有关。种子和豆荚提取物也表现出较强的活性。乳化后，部分乳液的抗氧化活性得以保留甚至有所增强（如L50乳液），表明界面分配可能改变了酚类化合物的电子转移效率。FRAP（铁离子还原抗氧化能力）结果变化较大，一些乳液的还原能力强于其提取物，而另一些则减弱。
3.9. 抗菌活性
抗菌活性测试显示，提取物和乳液对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）无抑制作用，但对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和粪肠球菌（Enterococcus faecalis）表现出选择性抑制。其中，100%乙醇的种子提取物抑菌圈直径最大（22 mm），活性最强。叶片和豆荚的乙醇提取物也显示出显著活性。乳化通常会降低抗菌效果，这与生物活性物质吸附在界面导致其可用性降低有关。最小抑菌浓度（MIC）测定证实，乙醇种子提取物对铜绿假单胞菌和粪肠球菌的MIC分别为0.50 mg/mL和0.25 mg/mL，而相应乳液所需的MIC更高（1.0-2.0 mg/mL）。
3.10. 溶剂系统和组织的比较评估
综合比较表明，溶剂极性和组织来源共同决定了提取物的功能和乳液性质。水相种子/豆荚提取物利于快速乳化形成小液滴和高电荷稳定性；乙醇富含的叶片提取物利于形成稳定的界面膜和长期储存稳定性，并提供强抗氧化活性；乙醇富含的种子/豆荚提取物则提供最佳的抗菌活性。这为针对不同应用需求（快速乳化、长期稳定、抗氧化或抗菌）选择合适的提取条件提供了依据。
本研究得出结论，辐叶金合欢的叶、种子和豆荚提取物是有效的多功能乳化剂，其性能可通过溶剂极性和组织来源进行调控。这些提取物不仅能有效降低界面张力，形成稳定的水包油乳液（液滴尺寸约80-320 nm，ζ-电位-29至-50 mV），还兼具显著的抗氧化（DPPH IC50低至0.12 μg/mL）和选择性抗菌（对铜绿假单胞菌和粪肠球菌MIC可达0.25 mg/mL）活性。研究首次系统比较了辐叶金合欢不同组织在不同溶剂下的提取物特性，并关联了其组成与乳化功能及生物活性，揭示了其作为阿拉伯胶替代品的巨大潜力，特别是在需要清洁标签、抗氧化和抗菌功能的应用中，为可持续利用沙漠植物资源开发新型食品、保健品和化妆品配料提供了科学依据和实践方案。
