从废弃的木槿花中回收具有促进健康作用的生物活性成分和膳食纤维

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《Journal of the Indian Chemical Society》：Recovery of Health-Promoting Bioactives and Dietary fibers from Waste Hibiscus Flowers

【字体：大中小】 时间：2026年02月15日 来源：Journal of the Indian Chemical Society 3.4

编辑推荐：

　　从废玫瑰花中提取生物活性成分并利用残渣作为膳食纤维原料的可持续策略。采用超声波辅助提取和亲水深共晶溶剂法高效提取类胡萝卜素（147.73±2.76 mg BCE/100g）、黄酮类（178.90±2.64 mg QE/100g）和酚类（61.15±1.15 mg GAE/100g），抗氧化能力达41.10±1.47 mM TE/100g。提取残渣富含膳食纤维（49.58±0.53%），适用于食品工业。该零浪费策略有效减少碳排放与环境压力。

作者：Manisha G. Verma, Anupama Kumar, Shruti Renge

印度那格浦尔维斯韦斯瓦拉亚国立理工学院（VNIT）化学系（440010）

摘要

木槿花（HF）是生物活性化合物的丰富来源，包括多酚、单宁、生物碱和类胡萝卜素。然而，由于在宗教仪式、节日、社交聚会和婚礼中的广泛使用，产生了大量的花卉废弃物，这加剧了温室气体排放并增加了碳足迹。本研究提出了一种可持续且零废弃物的增值策略，采用环保的超声波辅助提取（UAE）方法结合疏水性深共晶溶剂（HDES）来处理废弃木槿花。通过这种绿色方法，有效回收了类胡萝卜素、黄酮类和多酚等高价值化合物，其中总类胡萝卜素含量（TCC）为147.73 ± 2.76 mg BCE/100 g，总黄酮类含量（TFC）为178.90 ± 2.64 mg QE/100 g，总酚类含量（TPC）为61.15 ± 1.15 mg GAE/100 g。ABTS测定显示其抗氧化能力为41.10 ± 1.47 mM TE/100 g。经过Diaion HP-20树脂富集后，HPLC分析确认β-胡萝卜素含量为27.13 mg/100 g，增加了33.9%。植物化学提取后的残余生物质富含总膳食纤维（TDF）（49.58 ± 0.53%），持水能力（WHC）为7.8 g g^-1，并且通过EDS和元素分析证实其适合作为富含纤维的成分。总体而言，这项工作强调了废弃木槿花作为提取对营养和健康重要的生物活性化合物的宝贵资源的潜力，同时最大限度地减少了环境影响和碳足迹。

引言

长期以来，花朵因其文化、情感和治疗作用而受到重视。它们鲜艳的色彩、独特的叶子和芳香的花朵丰富了我们的生活环境。因此，花朵被用于装饰性园艺、景观美化以及精美的花艺布置。此外，对可食用花朵的需求不断增长，突显了它们作为类胡萝卜素、多酚、黄酮类、维生素和矿物质等必需营养素和生物活性化合物来源的重要性。这些植物化学物质不仅赋予花瓣鲜艳的颜色，还具有抗炎、抗氧化和增强健康的作用[1]。花朵的各种用途和健康益处引起了科学界的兴趣，特别是在可持续营养和废物增值方面。在各种可食用和观赏性花卉中，木槿（Hibiscus rosa-sinensis）以其药用和治疗效果而闻名。木槿通常生长在热带和亚热带气候区，是黄酮类、单宁、皂苷、类固醇、多酚、生物碱、类胡萝卜素、原花青素和氰苷衍生物等植物化学物质的丰富来源，具有抗炎、抗癌、抗糖尿病、抗氧化和保护肝脏的特性。文献报道其对抗沙门氏菌、枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、链球菌和大肠杆菌等微生物的抗菌潜力[2]、[3]。此外，它还用作茶混合物中的天然着色剂、汤和酱料的调味剂[4]。从木槿花瓣中提取的纤维已被用于制造可持续纺织材料，如布料、纸张和绳索[5]。然而，木槿在宗教供品、节日装饰、社交聚会和婚礼中的广泛使用导致了大量花卉废弃物的产生[6]、[7]。N.S. Devi等人报告称，每年约有80万吨花卉废弃物（包括玫瑰、万寿菊和木槿）被倾倒在水体中，造成严重的水污染和碳足迹。在许多印度朝圣地，由于寺庙周围每天积累大量有机物质，花卉废弃物的处理成为一个重要的环境问题。仅在瓦拉纳西，市政记录显示每天就有大约1000公斤的花卉被丢弃，其中Hibiscus rosa sinensis（Gudhal）是最常见的废弃物之一。其他圣地也观察到了类似的花卉废弃物产生模式。例如塔拉皮斯（Tarapith）等地创新性的收集项目每天可回收数百公斤的木槿花用于回收利用。生命周期评估估计，全球花卉产业每年产生2000万吨二氧化碳当量的排放，单个花束的碳足迹因栽培和运输方式而异[8]、[9]、[10]。据称，花卉废弃物占河流总污染的16%[11]、[12]。植物的部分部位（如萼片、茎和花瓣）会在水中释放有害物质，干扰水生环境的氧气水平，并通过吸引入侵物种、细菌和昆虫影响水生生态系统[13]。此外，与厨房废弃物相比，花卉废弃物的降解速度较慢，加剧了环境压力[11]。为应对这些挑战，许多组织正在积极回收和再利用花卉废弃物，以创造有价值的环保产品。将此类废弃物转化为有用产品可以提供一种可持续的方法，以减少环境影响并提高资源利用效率。

许多研究表明，木槿是多酚、黄酮类、花青素、类胡萝卜素、天然染料等生物活性化合物的来源。表S1汇总了从不同品种的木槿中提取的类胡萝卜素、多酚和黄酮类的数量及提取方法[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。大多数报道的方法使用有机溶剂进行提取，但这些溶剂既不经济也不环保。然而，本研究采用深共晶溶剂（DES）作为提取介质，并结合超声波辅助提取（UAE），使整个过程更加环保和可持续。UAE作为一种从植物材料中提取生物活性物质的环保技术越来越受欢迎[20]，因为它使用少量溶剂，在较低温度下操作，所需时间较短，从而使整个过程更加可持续和经济[21]。

在过去十年中，由于深共晶溶剂（DES）对环境的影响小、毒性低、可生物降解性强以及选择性高和挥发性低[22]、[23]，它们已成为传统溶剂的优秀替代品。据报道，由氨基酸、脂肪酸、糖等天然成分制备的HDES类溶剂对提取非极性生物活性化合物（如类胡萝卜素）非常有效[24]。文献表明，基于天然脂肪酸的HDES适用于提取高敏感性和不稳定的类胡萝卜素。基于我们之前的工作，使用辛酸（Oct A）、壬酸（Non A）和癸酸（Dec A）以不同比例制备了四种不同的HDES。为了实现最大提取效果，研究了HDES各组分的比例、提取技术、固液比和提取时间等参数。进一步通过HPLC分析量化了从废弃木槿中提取的主要类胡萝卜素，重点关注β-胡萝卜素。还评估了木槿提取物的总类胡萝卜素含量（TCC）、总酚类含量（TPC）和抗氧化活性。为了符合循环生物经济和零废物策略的原则，在处理前后对木槿进行了总膳食纤维（TDF）分析，以符合可持续发展目标（SDGs）。

章节片段

化学品和试剂

辛酸（98%）、壬酸（98%）、癸酸（98%）、Diaion HP-20树脂、β-胡萝卜素、Folin-Ciocalteu（FC）试剂购自Merck；异丙醇、乙腈、氯仿、甲醇、碳酸钠（Na₂CO₃）（99.5%）、过硫酸钾、ABTS（2,2’-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）、TDF试剂盒（Sigma-Aldrich TDF100A-1KT LOT# SLCK 3049）购自Sigma-Aldrich；亚硝酸钠（NaNO₂）（98%）购自Fisher Scientific。

仪器

SEM（JEOL）

HDES的表征

在之前的研究中，通过FTIR、粘度和密度等手段对制备的HDES进行了表征[27]。FTIR光谱证实了所有母体成分的存在（见图S1）。如图S2（a和b）所示，所有HDES的粘度和密度随组分摩尔比的变化而变化，其中Oct A与Dec A的比例为3:1时粘度和密度最低。此外，还分析了所有HDES的pH值，并展示了相应的结果。

结论

在本研究中，使用天然成分（Oct A、Non A和Dec A）制备了四种不同的HDES，用于从废弃木槿中回收类胡萝卜素和其他生物活性化合物。所有HDES的极性均低于水但高于椰子油（通过接触角测量）。所有HDES的pH值呈酸性，有利于生物活性化合物（特别是类胡萝卜素）的稳定性和溶解性。为了实现最大提取效果，研究了关键参数，包括HDES各组分的摩尔比、提取方法等。