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基于多元醇技术的微波辅助提取酚类化合物及抗氧化剂在化妆品中的应用

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DOI：

10.3791/67033

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2024年8月23日

 ,  ,  , 
1School of Cosmetic Science, Mae Fah Laung University, 2College of Public Health Sciences, Chulalongkorn University

本文内容

摘要

本方案详细介绍了利用基于多元醇的微波辅助提取方法来提取酚类化合物和天然抗氧化剂，该方法为即用型提取物的开发提供了一种实用且环境可持续的途径。

摘要

由于多元醇作为绿色溶剂在提取植物材料中生物活性化合物时具有安全性和对植物生物活性化学物质的惰性，其应用已受到广泛关注。本研究探讨了利用微波辅助提取法（MAE）结合多元醇类溶剂——甘油、丙二醇（PG）、丁二醇（BG）、甲基丙二醇（MPD）、异戊二醇（IPD）、戊二醇、1,2-己二醇和己二醇（HG）——从咖啡银皮中可持续提取酚类化合物和天然抗氧化剂的方法。研究对传统与非传统溶剂提取进行了比较分析，重点评估其对MAE过程中生物活性化合物的影响，涉及的参数包括总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及抗氧化活性，如1,1-二苯基-2-苦基肼自由基清除实验（DPPH）、2,2′-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)自由基清除实验（ABTS）和铁离子还原抗氧化能力实验（FRAP）。实验结果显示，总酚含量（TPC）在水-1,2-己二醇提取中达到最高值（52.0 ± 3.0 mg GAE/g 样品），总黄酮含量（TFC）在水-1,2-己二醇提取中最高（20.0 ± 1.7 mg QE/g 样品），DPPH活性在水-HG 提取中表现最佳（13.6 ± 0.3 mg TE/g 样品），ABTS活性在水-戊二醇提取中最高（8.2 ± 0.1 mg TE/g 样品），FRAP活性在水-HG提取中达到最大值（21.1 ± 1.3 mg Fe (II) E/g 样品）。本研究旨在通过天然植物成分推动环境友好型提取技术的发展，通过减少有害化学品的使用以及降低时间和能源消耗来促进可持续性，并具有在化妆品领域中的潜在应用价值。

引言

如今，美容行业正呈现出全球性的环保意识趋势，促使制造商专注于利用可持续替代方法，通过绿色技术提取植物成分1。传统上，通常使用乙醇、甲醇和己烷等有机溶剂来提取植物中的酚类成分和天然抗氧化剂2。然而，植物提取物中残留的溶剂可能对人类健康构成潜在风险，引发皮肤和眼睛刺激3，尤其在其拟用于化妆品时更令人关注。因此，从提取物中彻底去除此类溶剂残留十分困难，该过程需要耗费大量时间、能源和人力资源4。近年来，过热水、离子液体、深共熔溶剂以及生物来源溶剂已成为绿色溶剂提取的有前景方法5。然而，这些方法在以水为基础的工艺中仍受限于产物分离问题。为应对这些挑战，开发即用型提取物成为一种可行的解决方案6。

多元醇由于具有良好的极性和从环境中保持水分的能力，常被用作化妆品配方中的保湿剂7。此外，甘油、丙二醇、丁二醇、甲基丙二醇、异戊二醇、戊二醇、1,2-己二醇和己二醇等多元醇也可用于植物提取。这些多元醇被认为无毒、可生物降解、环境友好、化学性质稳定，是植物提取中安全的溶剂8。同时，由于其较高的沸点和强极性，多元醇能够耐受微波辅助提取（MAE）过程中产生的热量9。美国食品药品监督管理局（FDA）已将这些多元醇普遍认定为安全（GRAS）化学品。与乙醇或甲醇等传统溶剂不同——后者因可能具有有害作用，需从提取物中严格去除——多元醇的优势在于可显著降低溶剂去除过程所需的能耗、时间和成本10。这不仅简化了提取流程，还提高了提取方法的整体效率和可持续性。已有研究采用丙二醇和丁二醇等多元醇作为溶剂，从山茶（Camellia sinensis）花10和咖啡果 pulp11中提取生物活性成分，结果表明多元醇在植物提取中作为可持续替代溶剂具有显著潜力。因此，进一步开发和优化多元醇-水溶剂体系，有望推动绿色化学和可持续工业实践的重大进展。

通常，植物中发现的生物活性化合物作为次生代谢物被合成。这些化合物可分为三大类：萜类及其衍生物、生物碱以及酚类化合物12。在不同条件下采用多种提取方法，以从植物中分离特定的生物活性化合物。植物材料中的生物活性化合物可通过传统或非传统技术进行提取。传统方法包括浸渍提取、回流提取和水蒸气蒸馏，而非传统方法则包括超声波辅助提取、酶辅助提取、微波辅助提取（MAE）、脉冲电场辅助提取、超临界流体提取和加压液体提取13。这些非传统方法旨在通过使用更安全的溶剂和助剂、提高能源效率、防止生物活性成分降解以及减少环境污染来增强安全性14。

此外，微波辅助提取法（MAE）是用于从植物中提取生物活性化合物的先进绿色技术之一。传统的提取方法需要耗费大量时间、能量并使用高温，长期作用可能导致热敏性生物活性化合物降解13。与传统的热提取方法相比，MAE通过在样品内部产生局部加热，破坏细胞结构并增强传质过程，从而促进生物活性化合物的提取，提高化合物提取效率。微波作用于植物组分中的水分子，使热量从植物细胞内部向外传递13。此外，MAE技术已进一步发展，可改善活性化合物的提取与分离，提高产物收率，增强提取效率，减少化学试剂使用量，节约时间和能源，同时避免生物活性化合物的破坏15。

本研究聚焦于利用不同类型的多元醇作为溶剂，通过微波辅助提取法（MAE）提取植物多酚化合物和天然抗氧化剂。测定基于多元醇的MAE提取物的总多酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及抗氧化活性（DPPH、ABTS和FRAP）。此外，将基于多元醇的MAE与使用水和乙醇等传统溶剂的MAE进行比较。本研究有望推动天然成分环境友好型提取技术的发展，通过减少对有害化学品的依赖、缩短加工时间并降低原材料生产中的能耗，促进化妆品行业潜在应用的可持续发展。

方案

本研究中所用试剂和设备的详细信息列于材料表中。

1. 实验准备

  1. 植物样品制备
    1. 采集新鲜的咖啡银皮（Coffea arabica），在60 °C下使用托盘式干燥器干燥72小时11。
    2. 使用研磨机将干燥后的咖啡银皮（CS）研磨成细粉，并于室温下保存以备后续分析11。
      注意：本研究中所用的新鲜CS（C. arabica）采自泰国清莱府美赛县Doi Chang村。CS是在脱壳过程中去除干燥咖啡豆的羊皮层时产生的副产物，该过程发生在咖啡果实经处理去除外层果肉之后16。
  2. 化学品
    1. 实验中除溶剂外，所有化学试剂均使用分析纯级别。
      注意：实验中使用的溶剂为化妆品级。
    2. 使用以下溶剂（水、乙醇、甘油、丙二醇、丁二醇、己二醇、异戊二醇、1,2-己二醇、戊二醇和甲基丙二醇）进行微波辅助提取（MAE）从CS中提取目标成分。

2. 提取过程

  1. 样品与溶剂制备
    1. 根据先前报道的方案制备微波辅助萃取（MAE）所需的样品和溶剂9 并作部分修改。
    2. 将每种溶剂各取60 mL，用蒸馏水稀释并定容至100 mL，配制成60%浓度的溶液，用于三份平行提取。
      注意：水提取时请使用100%蒸馏水。
    3. 称取0.67 g CS，按1:30的比例与20 mL每种提取溶剂在反应容器中混合（图1A用于 MAE。
      注意：每个容器中固液混合物的最大量为 2 g 样品和 20 mL 溶剂。
    4. 向每个容器中加入一个磁力搅拌子，以确保样品内热量和溶剂的均匀分布，提高提取过程的效率，并促进更高的提取产率。
      注意：如果在提取过程中使用非极性溶剂，可使用聚四氟乙烯搅拌子代替磁力搅拌子，以通过微波系统实现有效加热。
    5. 使用专用工具将每个容器牢固地封闭图2）并将所有容器放入微波辅助萃取室（MAE 腔室）中（图1B).
  2. 微波辅助提取仪器的安装与操作步骤
    1. 根据参考方案进行提取操作，并作部分修改9.
    2. 打开显示器屏幕，通过点击来设置方法 工具箱 顶部工具栏中的图标并选择 SK eT 转子 在附属部分（图3A，B).
    3. 通过点击选择搅拌子的搅拌速度 搅拌器 切片与分型 20% (图 4A).
      注意：搅拌速率可在 0% 至 100% 之间选择。
    4. 点击 门锁 扇区并将其设置为在温度超过 80 °C 时激活（图4B).
      注意：此设置可确保当内部温度超过 80 °C 时，腔室门自动关闭。
    5. 点击 表格 顶部栏上的图标（图 5A）并设置 温度梯度（T1） 提取持续时间 10 分钟，微波功率 到 1800 W，以及 温度 到 120 °C.
    6. 点击以启动搅拌器 搅拌器 按钮，直到绿灯亮起。
    7. 设置 鼓风机转速 到 3级 （最大）（图5B).
    8. 为控制提取时间，选择所需的时间 提取温度（T2） 通过设置 提取时长 至 15 分钟，the 微波功率 到 1800 W，以及 温度 至 120 °C.
    9. 根据第2.2.6和2.2.7节所述设置搅拌器和风扇转速（图 5A，B).
      注意：最高温度和微波功率分别为 260 °C 和 1800 W。
    10. 通过点击来设置冷却时间 冷却 屏幕左下角的按钮并选择持续时间 10 分钟 (图6).
    11. 通过点击保存该方法 保存 屏幕右上角的图标（图7A).
    12. 确保保存方法条件后，屏幕上将显示萃取条件图，且右下角带有播放按钮图7B).
    13. 通过选择使用的容器数量来开始提取过程（图7C).
      注意：一次提取最多可使用15个容器，若使用所需数量的容器，请确保容器在腔室中对称放置。
    14. 提取后，于 4 °C 下以 9072 x g 离心提取物 g，使用冷藏离心机离心15分钟。
    15. 使用10 mL玻璃移液管收集上清液（图8) 并于 -20 °C 冰箱中保存，以备后续研究。
      注意：根据植物残渣的颗粒大小和密度，提取物需要更长的离心时间（20–30 分钟）。

3. 酚类化合物的测定

  1. 总酚含量的测定
    1. 参照已有方案并稍作修改，测定CS提取物的总酚含量17。
    2. 用蒸馏水将样品稀释10倍。
    3. 取10 µL稀释后的样品与20 µL未稀释的福林-酚试剂混合，反应3分钟。
    4. 随后，在96孔板的每孔反应混合物中加入100 µL 7.5%的Na2CO3溶液。
    5. 用蒸馏水稀释，配制没食子酸标准品的不同浓度（详见表1和表2）。
    6. 将各浓度标准品与20 µL福林-酚试剂混合，反应3分钟。
    7. 随后，在96孔板的每孔反应混合物中加入100 µL 7.5%的Na2CO3溶液。
    8. 将反应体系在室温下避光孵育30分钟。
    9. 使用酶标仪在765 nm波长下测定反应液的吸光度（图9A）。
    10. 根据标准品浓度及其在765 nm处的吸光度绘制标准曲线（图10A）。
    11. 结果以每克样品中没食子酸当量（GAE）的毫克数表示，并按以下公式计算18：
      注：每克样品中没食子酸当量（GAE）的毫克数 = [((A765 - c) / m))（单位为µg没食子酸当量） × 反应孔中总体积（mL） × 稀释倍数 × 干样品重量（1 g） × 提取液最终体积（mL）] / [每孔加入样品体积（mL） × 实际干样品重量（g） × 从µg换算至mg的转换系数（1000）]
      ​其中，c = 截距，m = 斜率
  2. 总黄酮含量的测定
    1. 参照已有方案并稍作修改，测定CS提取物的总黄酮含量17。
    2. 用蒸馏水将样品稀释5倍。
    3. 将50 µL稀释后的样品加入15 µL 5% NaNO2溶液中，避光孵育5分钟。
    4. 向反应体系中加入15 µL 10% AlCl3溶液，室温下静置6分钟。
    5. 然后，向反应体系中加入100 µL 1 M NaOH溶液，继续孵育10分钟。
    6. 在510 nm波长下测定混合液的吸光度（图9B）。
    7. 将不同浓度的槲皮素标准品加入15 µL 5% NaNO2溶液中，避光孵育5分钟，以配制标准曲线所需浓度范围（详见表3和表4）。
    8. 向反应体系中加入15 µL 10% AlCl3溶液，室温下静置6分钟。
    9. 向反应体系中加入100 µL 1 M NaOH溶液，继续孵育10分钟。
    10. 测定标准品在510 nm处的吸光度（图9B）。
    11. 根据标准品浓度及其在510 nm处的吸光度绘制标准曲线（图10B）。
    12. 结果以每克样品中槲皮素当量（QE）的毫克数表示，按以下公式计算19：
      注：每克样品中槲皮素当量（QE）的毫克数 = [((A510 - c) / m))（单位为µg槲皮素当量） × 反应孔中总体积（mL） × 稀释倍数 × 干样品重量（1 g） × 提取液最终体积（mL）] / [每孔加入样品体积（mL） × 实际干样品重量（g） × 从µg换算至mg的转换系数（1000）]
      其中，c = 截距，m = 斜率

4. 抗氧化活性的测定

  1. 1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基清除实验
    1. 根据已有方案并稍作修改，测定 CS 提取物的 DPPH 自由基清除活性17。
    2. 用蒸馏水将样品稀释 10 倍，制备稀释液。
    3. 将 20 µL 稀释后的样品与 135 µL 的 0.1 mM DPPH 溶液混合。
    4. 将不同浓度的 Trolox 标准品与 135 µL 的 0.1 mM DPPH 溶液混合，制备不同浓度的 Trolox 标准溶液（详见表 5 和 表 6）。
    5. 将混合液在室温下避光孵育 30 分钟。
    6. 在 517 nm 处测定反应产物的吸光度（图 9C）。
    7. 以标准品浓度和 % 抑制率为依据绘制标准校准曲线（图 10C）。
    8. 按下述公式计算 DPPH 实验的 % 抑制率：
      % 抑制率 = [（对照组吸光度 − 样品吸光度）/ 对照组吸光度] × 100
    9. 结果以每克样品中相当于 Trolox 的抗氧化能力（mg TE/g）表示，按以下公式计算20：
      注：每克样品中 Trolox 当量（TE）的毫克数 = [((% 抑制率 - c) / m)（以 µg Trolox 当量计）× 反应孔中总体积（mL）× 稀释倍数 × 干样品重量（1 g）× 提取物体积（mL）] / [每孔加入样品体积（mL）× 实际干样品重量（g）× 从 µg 转换为 mg 的换算因子（1000）]
      ​其中，c = 截距，m = 斜率
  2. 2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）自由基清除实验
    1. 参考文献方法并稍作修改，测定 CS 提取物的 ABTS 自由基清除活性17。
    2. 通过将 7 mM ABTS 与 2.45 mM 过硫酸钾按 1:2 比例混合，配制 ABTS·+ 储备液，并在室温下避光孵育 16 小时。
    3. 取 5 mL ABTS·+ 储备液与 100 mL 去离子水混合，制备工作液。
    4. 将 160 µL ABTS·+ 工作液与 10 µL 10 倍稀释的样品或不同浓度的 Trolox 标准品混合（见 表 7  和 表 8）。
    5. 将反应体系在室温下避光孵育 30 分钟。
    6. 在 734 nm 处测定混合液的吸光度（图 9D）。
    7. 以标准品浓度和 % 抑制率为依据绘制标准校准曲线（图 10D）。
    8. 使用以下公式计算 ABTS 实验的 % 抑制率：
      % 抑制率 = [（对照组吸光度 - 样品吸光度）/ 对照组吸光度] × 100。
      1. 结果以每克样品中相当于 Trolox 的抗氧化能力（mg TE/g）表示，按以下公式计算21：
        注：每克样品中 Trolox 当量（TE）的毫克数 = [((% 抑制率 - c) / m)（以 µg Trolox 当量计）× 反应孔中总体积（mL）× 稀释倍数 × 干样品重量（1 g）× 提取物体积（mL）] / [每孔加入样品体积（mL）× 实际干样品重量（g）× 从 µg 转换为 mg 的换算因子（1000）]
        ​其中，c = 截距，m = 斜率
  3. 铁离子还原抗氧化能力实验（FRAP）
    1. 根据已有方案并稍作修改，测定 CS 提取物的铁离子还原抗氧化活性17。
    2. 使用 pH 3.6 的 30 mM 醋酸缓冲液配制 FRAP 试剂，该试剂由 10 mM TPTZ 的 40 mM HCl 溶液与 20 mM FeCl3·6H2O 溶液按 10:1:1 的比例混合而成。
    3. 将 FRAP 试剂置于棕色瓶中，待用。
      注：确保 FRAP 试剂呈棕色。若被金属离子或其他活性化合物污染，试剂会变为紫色，必须弃用。仅使用新鲜配制的试剂。
    4. 用蒸馏水将样品稀释 5 倍。
    5. 向 180 µL FRAP 溶液中加入 10 µL 稀释后的样品或不同标准浓度的 20 µL FeSO4·7H2O 溶液（表 9 和 表 10）。
    6. 在室温下孵育反应体系 4 分钟。
    7. 在 593 nm 处测定混合液的吸光度（图 9E）。
    8. 以标准品浓度和 593 nm 处的吸光度绘制标准校准曲线（图 10E）。
    9. 结果以每克样品中 FeSO4 当量（mg/g）表示，按以下公式计算21：
      注：每克样品中 FeSO4 当量（Fe(II)E）的毫克数 = [((A593 - c) / m)（以 µg FeSO4 当量计）× 反应孔中总体积（mL）× 稀释倍数 × 干样品重量（1 g）× 提取物体积（mL）] / [每孔加入样品体积（mL）× 实际干样品重量（g）× 从 µg 转换为 mg 的换算因子（1000）]
      ​其中，c = 截距，m = 斜率
  4. 每个样品的所有实验（TPC、TFC、DPPH、ABTS 和 FRAP）均设三个重复。本研究中，大多数实验以水作为空白对照，DPPH 实验则使用乙醇作为空白，以消除背景吸光度的影响。

5. 统计学分析

  1. 使用 SPSS 软件对实验数据进行统计分析。
  2. 采用 Shapiro-Wilk 检验法进行正态性检验。
  3. 采用单因素方差分析（ANOVA）结合 Duncan 多重比较检验，比较基于多元醇的 MAE CS 提取物与基于传统溶剂的 MAE CS 提取物中生物活性物质含量及抗氧化活性。
  4. 所有数据均以均值 ± 标准差（n = 3）表示，并将显著性水平定义为 p < 0.05。

结果

多元醇溶剂与常规溶剂对总酚含量、总黄酮含量以及DPPH、FRAP和ABTS抗氧化测定的影响
溶剂极性应与目标活性分子的极性相匹配，以提高从植物中提取生物活性物质的效率22。本研究采用多种溶剂（水、乙醇、甘油、丙二醇、丁二醇、甲基丙二醇、异戊二醇、戊二醇、1,2-己二醇和己二醇）进行实验，评估其对微波辅助提取咖啡银皮提取物中生物活性成分及抗氧化活性的影响。

多元醇溶剂与传统溶剂对总酚含量的影响
采用不同溶剂提取的样品，其总酚含量均进行了分析。其中，水-1,2-己二醇体系提取的样品总酚含量最高（52.0 ± 3.0 mg GAE/g 样品），而仅用水提取的样品总酚含量最低（31.4 ± 4.3 mg GAE/g 样品），这些数值与其他所有条件下的结果均存在显著差异。水-戊二醇体系提取的样品总酚含量位居第二，其次为水-丁二醇、甲基丙二醇及其他溶剂体系（图11A）。比较传统溶剂（水和水-乙醇体系）与基于多元醇的溶剂提取的样品，其总酚含量差异显著（p < 0.05）。

多元醇溶剂与常规溶剂对总黄酮含量的影响
采用不同溶剂提取的样品，其总黄酮含量分别进行了分析。其中，水-1,2-己二醇提取样品的黄酮含量最高（20.0 ± 1.7 mg QE/g 样品），显著高于其他所有提取物。水-异戊二醇提取样品的总黄酮含量最低（8.8 ± 0.7 mg QE/g 样品），与水-甲基丙二醇和水-乙醇提取物之间无显著差异。此外，水-戊二醇提取样品的总黄酮含量位居第二，随后依次为水-己二醇、水-丙二醇、水-丁二醇和水-甘油（图 11B）。

多元醇溶剂与常规溶剂对抗氧化活性测定的影响
采用DPPH、ABTS和FRAP法评估了多元醇及常规溶剂提取物的抗氧化活性。DPPH测定中，水-己二醇体系的样品抗氧化活性最高（13.6 ± 0.3 mg TE/g样品），而水-乙醇体系的样品最低（4.5 ± 0.2 mg GAE/g样品），这些数值与其他提取物存在显著差异（p < 0.05）。第二高的DPPH值出现在水-1,2-己二醇体系的样品中，随后依次为水-戊二醇、水-甲基丙二醇及其他溶剂体系（图11C）。

ABTS 值最高的是含水-戊二醇的样品（8.2 ± 0.1 mg TE/g 样品），最低的是含水的样品（5.6 ± 0.04 mg GAE/g 样品），这些值与其他提取物之间存在显著差异（p < 0.05）。第二高的 ABTS 值出现在含水-丁二醇和含水-1,2-己二醇样品中，其次是含水-甘油、含水-甲基丙二醇以及其他溶剂体系的样品（图 11D）。

在含水-己二醇样品中观察到最高的FRAP值（21.1 ± 1.3 mg Fe(II)E/g样品），而水提取物中的FRAP值最低（11.5 ± 0.2 Fe(II)E/g样品），这些值与其他溶剂之间的差异具有统计学显著性（p < 0.05）。此外，第二高的FRAP值出现在含水-戊二醇样品中，随后依次为含水-丁二醇、含水-甘油及其他溶剂体系（图11E）。

在比较含有多元醇的样品与常规溶剂（水和含水乙醇）的抗氧化活性时，所有抗氧化实验（DPPH、ABTS 和 FRAP）结果均显示，含多元醇样品的抗氧化活性显著更高（p < 0.05）。

微波萃取装置与容器，展示分析化学中的样品制备过程。
图1：实验容器及微波辅助萃取（MAE）腔体中的反应过程。（A）在萃取前，将样品和溶剂加入聚四氟乙烯（Teflon）容器的白色中间层内。（B）启动萃取前，将每个容器放入微波腔体内。请点击此处查看该图的放大版本。

使用扭矩扳手组装科学仪器的实验设置；方法校准。
图 2：用于封闭反应容器的专用工具。 将样品和溶剂加入聚四氟乙烯容器后，盖上容器盖，放入容器支架中，并使用工具将其紧密固定。请点击此处查看此图的放大版本。

离心机控制界面、方法选择、过程监控、数据显示屏幕。
图3：提取方法。（A）通过进入方法设置部分创建的提取方法。（B）SK eT 附件用于 MAE 过程。请点击此处查看此图的放大版本。

控制系统界面；包含附件、搅拌器、转子控制和门锁设置的测试设置示意图。
图4：搅拌速率与门锁功能设置。（A）通过选择搅拌速率可启动每个容器内的磁力搅拌子。（B）门锁功能可限制温度，使腔室在提取后能够打开。请点击此处查看此图的放大版本。

微波合成装置；温度曲线和搅拌速率数据，工艺优化示意图。
图 5：设定提取条件。（A）点击表格图标，并设定提取时间、温度和微波功率等条件。（B）打开搅拌按钮，选择风机转速。请点击此处查看该图的放大版本。

微波合成参数表，包含功率、温度、搅拌速度、冷却时间控制。
图 6：设置冷却时间。 应用冷却时间以降低微波辅助萃取（MAE）腔室内的温度。请点击此处查看该图的放大版本。

压力-温度曲线图、实验装置界面、设备参数校准界面。
图 7：启动提取过程。（A）保存为提取创建的方法。（B）单击播放图标以启动提取过程。（C）选择用于启动提取的容器数量。请点击此处查看此图的放大版本。

展示色谱系统中沉降过程的离心管内液体分层示意图。
图8：使用微波辅助提取法（MAE）提取后所得最终提取物的照片。 离心后获得上清液。请点击此处查看该图的放大版本。

微量滴定板检测结果；化学分析中的吸光度变化，展示比色变化。
图9：用于测定提取物总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、DPPH自由基清除活性、ABTS自由基清除活性及FRAP抗氧化能力的96孔板。（A）测定没食子酸标准品（浓度范围2.5–75 µg/mL）及样品提取物的总酚含量（TPC）。（B）测定槲皮素标准品（浓度范围2.5–50 µg/mL）及样品提取物的总黄酮含量（TFC）。（C）测定Trolox标准品（浓度范围0.25–12.5 µg/mL）及样品提取物的DPPH自由基清除活性。（D）测定Trolox标准品（浓度范围0.25–5 µg/mL）及样品提取物的ABTS自由基清除活性。（E）测定硫酸亚铁（FeSO4）标准品（浓度范围0.25–10 µg/mL）及样品提取物的FRAP抗氧化能力。请点击此处查看该图的放大版本。

标准曲线；图表；没食子酸、槲皮素、Trolox、硫酸亚铁；浓度与响应关系。
图10：总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、DPPH 清除活性、ABTS 清除活性和 FRAP 检测的标准校准曲线。（A）测定总酚含量（TPC）的标准曲线，由没食子酸标准品浓度与 A765 处吸光度绘制而成。（B）测定总黄酮含量（TFC）的标准曲线，由槲皮素标准品浓度与 A510 处吸光度绘制而成。（C）测定 DPPH 清除活性的标准曲线，由 Trolox 标准品浓度与抑制率（%）绘制而成。（D）测定 ABTS 清除活性的标准曲线，由 Trolox 标准品浓度与抑制率（%）绘制而成。（E）测定 FRAP 检测的标准曲线，由硫酸亚铁标准品浓度与 A593 处吸光度绘制而成。请点击此处查看该图的放大版本。

比较生化测定结果的柱状图；统计分析，多个样本组。
图 11：不同溶剂类型对咖啡银皮微波辅助提取物中总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、DPPH 自由基清除活性、ABTS 自由基清除活性及 FRAP 测定的影响。（A）不同溶剂类型对总酚含量的影响。（B）不同溶剂类型对总黄酮含量的影响。（C）不同溶剂类型对 DPPH 自由基清除活性的影响。（D）不同溶剂类型对 ABTS 自由基清除活性的影响。（E）不同溶剂类型对 FRAP 测定的影响。数据以均值 ± 标准差表示（n = 3）。具有不同上标字母的数值表示差异具有统计学显著性（p < 0.05）。请点击此处查看此图的放大版本。

表1：没食子酸标准曲线的制备。在96孔板中配制2.5–75 µg/mL的标准浓度梯度。B = 空白孔，1–7 = 96孔板上的孔编号。请点击此处下载该表格。

表2：没食子酸标准品终浓度计算。制备2.5–75 µg/mL范围的标准品浓度。没食子酸的终浓度（µg/mL）据此计算得出。终浓度（µg/mL）=（初始浓度（mg/mL）× 初始体积（µL）/ 终体积（µL））×（1000 µg/1 mg）。请点击此处下载该表格。

表3：槲皮素标准曲线的制备。在96孔板中配制2.5–50 µg/mL的标准浓度范围。B = 空白孔，1–7 = 96孔板上的孔编号。请点击此处下载该表格。

表4：槲皮素标准品最终浓度计算表。制备2.5–50 µg/mL的标准品浓度范围。根据以下公式计算槲皮素的最终浓度（µg/mL）。最终浓度（µg/mL）=（初始浓度（mg/mL）× 初始体积（µL）/ 最终体积（µL））×（1000 µg/1 mg）。请点击此处下载该表格。

表5：0.25–12.5 µg/mL 浓度范围内 Trolox 标准曲线的制备。 在96孔板中制备0.25–12.5 µg/mL的标准浓度系列。B = 空白，C = 对照，1–7 = 96孔板上的孔编号。请点击此处下载该表格。

表6：DPPH实验中Trolox标准品的终浓度计算。 配制浓度范围为0.25–12.5 µg/mL的标准品溶液，包含Trolox的终浓度（µg/mL）。终浓度（µg/mL）=（初始浓度（mg/mL）× 初始体积（µL）/ 终体积（µL））×（1000 µg/1 mg）。请点击此处下载该表格。

表7：0.25–5 µg/mL 浓度范围内的 Trolox 标准曲线配制。在96孔板中配制0.25–5 µg/mL浓度范围的储备标准品。B = 空白，C = 对照，1–7 = 96孔板上的孔编号。请点击此处下载该表格。

表8：ABTS实验中Trolox标准品的终浓度计算。 配制0.25–5 µg/mL的标准浓度范围，包括Trolox的终浓度（µg/mL）。终浓度（µg/mL）=（初始浓度（mg/mL）× 初始体积（µL）/ 终体积（µL））×（1000 µg/1 mg）。请点击此处下载该表格。

表9：FeSO4标准溶液终浓度计算表。 制备浓度范围为2.5–100 µg/mL的标准溶液，包括FeSO4的终浓度（µg/mL）。终浓度（µg/mL）=（初始浓度（mg/mL）× 初始体积（µL）/ 终体积（µL））×（1000 µg/1 mg）。请点击此处下载该表格。

表10：FeSO4标准曲线制备。在96孔板中制备0.25–10 µg/mL的标准浓度范围。B = 空白对照。请点击此处下载该表格。

讨论

多种因素在微波辅助提取（MAE）的成功实施中起着关键作用，例如植物组分的植物化学成分、提取时间、温度、微波功率、固液比以及溶剂浓度13。植物通常具有不同的植物化学成分谱，因此选择富含抗氧化剂和酚类化合物的天然植物至关重要23。此外，不同的生物活性成分会因所用溶剂的不同而表现出多种极性。同样，溶剂本身也具有不同的极性。由于溶剂的极性在决定从原料中提取生物活性化合物的效率方面起着关键作用，因此必须使溶剂的极性与目标生物活性分子的极性相匹配24。

本研究利用多种多元醇通过微波辅助提取法（MAE）从咖啡银皮中提取多酚和抗氧化剂。多酚主要为极性化合物，通常高极性溶剂可提高酚类物质的提取率25。与使用水和乙醇的样品相比，采用不同多元醇的样品在所有测定指标中均表现出更高的提取效率，包括总多酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及DPPH、ABTS和FRAP等抗氧化能力测定。先前的研究也支持这一发现，即与水-乙醇混合体系相比，水-多元醇混合体系可提高生物活性成分的提取率9,10,11。在比较不同多元醇时，特定的水-多元醇体系并未在所有指标中均获得最高值。然而值得注意的是，水-1,2-己二醇体系在TPC和TFC测定中获得了最高值；而水-己二醇体系在DPPH和FRAP测定中表现最佳，水-戊二醇提取物则在ABTS测定中表现出最高的抗氧化活性。在不同水-多元醇体系中，TPC、TFC、DPPH、ABTS和FRAP等测定结果的差异可能归因于多种因素，包括所用多元醇自身的特性差异。多元醇在黏度、极性和沸点方面各不相同，这些性质直接影响其从植物材料中提取生物活性成分的效率26。一个可能的解释是“相似相溶”原理"Like dissolves like"，即特定的溶剂体系最有利于特定生物活性成分的质量传递过程27。这凸显了选择与目标生物活性成分极性相匹配的溶剂的重要性。

另一个可能的原因是溶剂中羟基（-OH）数量的差异会显著影响酚类化合物的提取率28。在这些多元醇中，只有甘油含有三个-OH基团，而本研究中的其他多元醇均含有两个-OH基团。含有更多-OH基团的溶剂通常比含有较少-OH基团的溶剂具有更高的黏度29。较高的黏度可能阻碍提取过程中活性化合物的有效传递，从而降低总提取率。此外，溶剂的介电常数与其极性密切相关，在决定其溶解极性或非极性溶质的能力方面起着关键作用。介电常数较高的溶剂更易于溶解极性溶质，而介电常数较低的溶剂则更适合溶解非极性溶质30。在多元醇中，甘油的介电常数相对较高，为41.14，而己二醇、戊二醇和1,2-己二醇的介电常数则较低，分别为25.86、17.31和15.4531,32。本研究结果表明，样品中的生物活性化合物可能包含低极性成分。

通过优化溶剂的选择和组成，可以提高提取效率，还需进一步实验以确定最合适的溶剂体系。尽管该研究具有潜力，但其仅聚焦于多元醇辅助的微波提取，且对其他变量的评估有限，包括提取时间、温度、溶剂浓度、固液比和提取功率。此外，由于多元醇具有不同的介电常数，直接影响其对极性或非极性溶质的溶解能力，因此有必要开展机理研究以阐明多元醇的作用机制。多元醇之间介电常数的差异凸显了探究其在提取生物活性化合物过程中特异性机制的重要性。此类研究将为溶剂-溶质相互作用提供有价值的见解，有助于优化并选择高效的提取溶剂体系。

关于微波辅助提取（MAE）过程，存在一些局限性。尽管MAE能够实现快速加热，但精确的温度控制可能较难实现，可能导致过热并引起热敏性化合物的降解33。然而，可通过将梯度升温和提取温度的微波功率设定为相同值，以避免提取过程中出现温度失控的情况。此外，MAE对热敏感的植物成分存在应用限制。不过，先进的Ethos X MAE技术可通过介电加热在较短时间内实现有效加热，从而降低成分劣化的风险34。MAE腔体中的每个反应罐都有其各自限定的最大固体量和液体容量。超过该限制的固液比会显著影响提取物的浓度11。使用搅拌子可促进溶剂与溶质之间的溶解，从而可能提高提取效率和得率35。此外，可通过进一步分析（如液相色谱三重四极杆质谱法（LC-QQQ）和液相色谱四极杆飞行时间质谱法（LC-QTOF））对提取物中的酚类和黄酮类化合物进行验证，以确定特定生物活性化合物的存在及其相应含量36。

采用水相多元醇通过微波辅助提取法（MAE）从咖啡银皮中提取多酚和抗氧化剂，其效率高于水提法和乙醇水溶液提取法。根据基于多元醇的微波辅助提取咖啡银皮提取物的结果，使用水相己二醇、水相1,2-己二醇和水相戊二醇体系可显著提高生物活性化合物的提取得率及抗氧化能力。此外，这些结果凸显了利用此类提取物进行后续研究分析的潜力。在植物材料中通过微波辅助提取法使用多元醇作为绿色溶剂提取生物活性化合物，不仅具有环境友好优势，还能提高生物活性成分的得率，为化妆品应用提供了一种可持续的途径。

披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本研究由湄芳大学资助。作者感谢湄芳大学茶叶与咖啡研究所为研究人员与当地农户之间建立联系所提供的协助，从而促成了咖啡银皮样本的获取。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1,2-己二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
2,2'-连氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS）SigmaA1888
2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）SigmaD9132
2,4,6-三(2-吡啶基)-均三嗪（TPTZ）Sigma93285
2-位数字天平OhausPioneer
4-位数字天平DenverSI-234
6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸（Trolox）Sigma238813
96孔板SPL Life Science
无水乙醇RCI Labscan64175
乙酸RCI Labscan64197
氯化铝Loba Chemie898
自动移液器LabnetBiopett
丁二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
微波辅助萃取仪 Ethos XMilestone Srl, Sorisole, Italy
硫酸亚铁Ajex Finechem3850
福林-酚试剂（Folin-Ciocalteu's reagent）Loba Chemie3870
超低温冰箱 SFSanyoC697(GYN)
没食子酸Sigma398225
研磨机Ou Hardware Products Co.,Ltd
己二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
盐酸（37%）RCI LabscanAR1107
三氯化铁Loba Chemie3820
异戊二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
甲醇RCI Labscan67561
甲基丙二醇 Chanjao Longevity Co., Ltd.
戊二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
过硫酸钾Loba Chemie5420
丙二醇Chanjao Longevity Co., Ltd.
槲皮素SigmaQ4951
冷冻离心机Hettich
乙酸钠Loba Chemie5758
碳酸钠Loba Chemie5810
氢氧化钠RCI LabscanAR1325
亚硝酸钠Loba Chemie5954
SPECTROstar Nano 微孔板读数仪BMG- LABTECH
SPSS 软件IBM SPSS Statistics 20
托盘式干燥器France EtuvesXUE343

参考文献

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