花生壳中黄酮类化合物提取技术的比较评估：动力学建模、生物活性评估以及通过顺序使用纤维素酶和超声波提取方法提高提取效率

《Bioresource Technology Reports》：Comparative evaluation of green extraction techniques for flavonoid recovery from peanut shells: Kinetic modeling, bioactivity assessment, and efficiency enhancement via sequential cellulase–ultrasound extraction

本研究提出顺序纤维素酶-超声提取法（SCUE）用于高效提取花生壳中黄酮类化合物，并与单一酶法、超声法及传统索氏提取法、热乙醇法对比。实验表明，优化条件下（2%纤维素酶，40%超声幅度，280分钟）SCUE显著提高总黄酮（54.58 mg QE/g）、槲皮素（24.32 μg/g）和木犀草素（148.61 μg/g）含量，其抗氧化（IC50=42.76 μg/mL）和乙酰胆碱酯酶抑制活性（IC50=66.27 μg/mL）最优。Peleg动力学模型有效验证SCUE的优越性，为绿色生物经济提供新策略。

　　

Chau B. Tran|Nhat Tan Nguyen|Thi Thao Vy Nguyen|Nguyen Minh Khanh Pham|Huynh Thuy Truc Tran|Nhut Hao Huynh|Tuyet Nhung Tran|Dieu-Hien Truong|Colin J. Barrow|Hoang Chinh Nguyen

摘要

花生壳是黄酮类化合物的潜在来源；然而，关于提取效率及所得提取物生物活性的系统比较研究仍然有限。本研究提出，与单独的绿色提取方法和传统技术相比，顺序细胞酶-超声波提取（SCUE）能够提高黄酮类化合物的回收率和生物活性。因此，对细胞酶辅助提取、超声波辅助提取和SCUE与索氏提取及热乙醇提取进行了评估。在最佳条件下（2%细胞酶、40%超声波幅度和280分钟提取时间），SCUE获得了最高的总黄酮含量（54.58 mg QE/g）、槲皮素（24.32 μg/g）和木犀草素（148.61 μg/g）。Peleg模型很好地描述了提取动力学，并证实了SCUE的优越效率。SCUE提取物还表现出最强的DPPH和乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制活性，其IC50值分别为42.76 μg/mL和66.27 μg/mL。这些发现表明SCUE是一种有效的绿色策略，可将花生壳废弃物转化为富含黄酮类化合物且具有功能潜力的提取物。

引言

农业工业副产品的增值利用越来越受到关注，这是全球推动循环生物经济和实现可持续资源利用努力的一部分。这些废弃物是低成本且可再生的高价值生物活性化合物来源，包括多酚、黄酮类、类胡萝卜素和多糖。许多研究表明，非食用植物部分（如果皮、种子外壳等）通常比相应的可食用部分含有更高水平的生物活性，这突显了它们转化为功能性及高附加值成分的潜力（Rodríguez García和Raghavan，2022；Saini等人，2025）。

花生壳（Arachis hypogaea L.）是花生加工的主要副产品，产量庞大，通常被丢弃或作为低等级生物质使用。然而，最近的研究表明，花生壳是槲皮素、木犀草素和木犀草素5,7-二羟基色酮等黄酮类化合物的丰富来源（Hassan等人，2021；Liao等人，2025）。这些成分具有抗乙酰胆碱酯酶（AChE）、抗病毒、抗炎和抗氧化活性（Bodoira等人，2022；Tran等人，2025b）。这种成分特性使花生壳成为循环生物经济计划中一个有潜力但未得到充分利用的生物活性成分来源。

传统的提取方法，如热回流、索氏提取和浸渍，长期以来一直用于从植物样本中回收黄酮类化合物（Hou等人，2024；Liao等人，2021）。然而，这些传统技术通常存在一些缺点，包括高有机溶剂消耗、处理时间长、选择性低、目标化合物热降解以及环境影响（Chaves等人，2020；Farzaneh和Carvalho，2017）。为了解决这些问题，提出了绿色提取技术，特别是酶辅助提取（EAE）、超声波辅助提取（UAE）及其集成形式——超声波辅助酶提取（UAEE），以提高提取效率并减少能源和溶剂的使用。

细胞酶辅助提取（CAE）和UAE分别显示出从花生壳中回收黄酮类化合物的潜力（Jianglian等人，2015；Liao等人，2025；Liao等人，2021；Niu等人，2025）。在UAEE中结合酶解和超声波空化作用可以产生协同效应：超声波破坏细胞壁并增强溶剂渗透，而细胞酶则分解多糖，从而促进黄酮类化合物的释放。因此，这种方法提高了提取产量，减少了溶剂消耗，降低了能源需求，并简化了操作过程，同时对环境的影响最小（Gao等人，2022；Shao等人，2025）。尽管在多种植物材料中取得了成功（Chu等人，2024；Luo等人，2025；Zhao等人，2025），但专门针对花生壳中黄酮类化合物回收的细胞酶和超声波联合提取的应用仍大多未被探索。

提取效率受到工艺条件（如酶用量、温度、超声波幅度、溶剂比例和提取时间）的显著影响（Chaves等人，2020；Kumar等人，2021）。在这种情况下，动力学建模为理解提取行为和优化工艺条件提供了有价值的方法（Suan等人，2025）。在现有的模型中，Peleg模型被广泛用于描述固液提取动力学并预测黄酮类和其他酚类化合物的平衡行为（Lemoni等人，2025；Liao等人，2021）。该模型因其简单性以及使用两个参数描述提取过程的能力而特别吸引人：速率常数（K₁表示初始提取速率，容量常数（K₂表示平衡提取能力）。此外，还可以使用拟合优度指标（包括均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）和平均百分比误差（MPE）来评估模型性能（Liao等人，2021）。Peleg模型也被成功应用于从各种植物基质中提取黄酮类和多酚（Galgano等人，2021；Altiok等人，2025）。因此，在本研究中采用了该模型，作为描述和比较绿色与传统提取方法下花生壳中黄酮类化合物提取动力学的实用工具。

本研究旨在：（i）评估关键参数（细胞酶用量和超声波幅度）在CAE和UAE中的影响；（ii）评估顺序细胞酶-超声波提取（SCUE）在提高花生壳中总黄酮含量（TFC）及槲皮素和木犀草素产量方面的效果；（iii）使用Peleg方程对提取动力学进行建模以支持工艺优化；（iv）比较通过绿色和传统提取方法获得的提取物的体外抗氧化能力（DPPH测定）和AChE抑制活性。通过整合提取优化、动力学建模、化合物特异性黄酮分析及生物活性评估，本研究全面评估了SCUE作为花生壳增值利用的绿色提取策略的有效性。这是首次系统地将顺序细胞酶-超声波提取与动力学建模和黄酮类化合物回收的生物活性评估相结合的研究。

部分摘录

材料

2024年3月从越南Quang Ngai的Mo Duc收集了新鲜花生，并由越南热带生物学研究所进行了鉴定。花生壳经过彻底清洗，用自来水冲洗三次，在60°C下干燥至恒重，然后使用研磨机（ZXMOTO，中国）研磨至0.1–0.8毫米的颗粒大小。样品随后储存在5°C下直至使用。

试剂包括抗坏血酸（维生素C）、2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）、乙酰硫代胆碱碘化物（ATCh）

黄酮类的细胞酶辅助提取（CAE）

细胞酶用量范围为0%至4%（w/w），提取时间为140分钟，以评估细胞酶用量对黄酮类化合物回收的影响。如表1所示，细胞酶用量显著影响总黄酮含量（TFC）（p

讨论

处理条件显著影响了花生壳提取物的植物化学成分和生物活性（Liao等人，2021；Tran等人，2025b）。大多数提取方案旨在最大化生物活性代谢物的回收率，同时保持化合物稳定性和生物活性，缩短处理时间，并减少环境影响（Khursheed等人，2024）。在本研究中，绿色提取方法（CAE、UAE和SCUE）与传统方法进行了比较

结论

本研究探讨了SCUE是否比单独的绿色提取方法（CAE和UAE）及传统技术（SE和HEE）更有效地从花生壳中回收黄酮类化合物。结果表明，SCUE表现出更优的整体性能，获得了更高的关键黄酮类化合物（槲皮素和木犀草素）回收率，以及更强的抗氧化和AChE抑制活性。Peleg模型很好地描述了这一过程

CRediT作者贡献声明

Chau B. Tran：撰写——初稿、研究、数据分析。Nhat Tan Nguyen：研究、数据分析。Thi Thao Vy Nguyen：验证、研究。Nguyen Minh Khanh Pham：研究。Huynh Thuy Truc Tran：研究。Nhut Hao Huynh：研究。Tuyet Nhung Tran：数据分析。Dieu-Hien Truong：撰写——初稿、监督、资源管理、方法论、概念构建。Colin J. Barrow：撰写——审稿与编辑、监督

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。