Exploring the Functional Potential of the Xyrophytic Greek Carob (Ceratonia siliqua, L.) Cold Aqueous and Hydroethanolic Extracts
探索旱生植物希腊角豆（Ceratonia siliqua L.）冷水提取物和水-乙醇提取物的功能潜力
来源：Appl. Sci.2025, 15, 8909.
1. 摘要
本研究系统探究了旱生植物希腊角豆不同部位（青荚、熟荚、叶片）采用食品级溶剂（纯水和90:10 v/v水-乙醇混合物）冷浸制备的提取物的抗菌、抗氧化及体外抗糖尿病潜力。通过自动比浊法评估提取物对大肠杆菌ATCC25922和金黄色葡萄球菌ATCC6538的抑菌活性，采用分光光度法测定总酚含量、铁还原抗氧化能力（FRAP）和ABTS自由基清除能力，利用液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QToF-MS）分析酚类组成，并通过α-淀粉酶抑制实验评价体外抗糖尿病活性。结果显示，所有提取物均对两种致病菌表现出显著的抑菌作用，其中青荚和叶片提取物的活性最高；熟荚提取物的α-淀粉酶抑制活性最强，水-乙醇提取物的抑制率高达96.43%；LC-QToF-MS共鉴定出15种酚类化合物，揭示了提取物生物活性的物质基础。研究表明，希腊角豆冷浸提取物具有丰富的酚类组成和优异的生物活性，为开发角豆基功能饮料、膳食补充剂和天然食品防腐剂提供了科学依据。
2. 关键词
角豆、多酚、抗菌活性、α-淀粉酶、酚类组成、抗氧化活性
3. 研究目的
填补现有研究空白，系统比较希腊角豆不同部位（4月青荚、5月青荚、11月熟荚、叶片）在两种食品级提取溶剂下的抗菌、抗氧化和抗糖尿病活性差异。
采用温和的冷浸提取工艺，模拟传统角豆饮品的制备方式，评估其在实际消费场景下的生物活性。
通过LC-QToF-MS全面表征提取物的酚类组成，建立酚类成分与生物活性之间的相关性，揭示其作用的物质基础。
挖掘旱生植物希腊角豆的高值化利用潜力，为地中海干旱半干旱地区的可持续农业发展和功能食品开发提供新的原料选择。
4. 研究思路
首先采集希腊雅典大学西阿提卡校区不同生长阶段的角豆样品，包括4月和5月的未成熟青荚、11月的成熟荚果及同期叶片。采用室温冷浸法，分别用纯水和90:10 v/v水-乙醇混合物提取7天，过滤除菌后得到待测提取物。
随后开展多维度生物活性评价：使用芬兰Bioscreen C自动比浊仪连续监测48小时内提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长的影响，计算最大比生长速率和延迟期，定量评估抑菌活性；通过Folin-酚法测定总酚含量，FRAP法和ABTS法分别评价抗氧化和抗自由基能力；采用DNS法测定α-淀粉酶抑制率，评估体外抗糖尿病潜力。
利用LC-QToF-MS技术对提取物进行酚类组成分析，通过与标准品比对保留时间、精确质量数和二级质谱碎片，鉴定出15种酚类化合物，并比较不同样品中各成分的分布差异。
最后综合所有实验数据，分析不同部位和提取溶剂对提取物生物活性的影响，明确各部位的功能优势，为角豆的精准开发和利用提供科学指导。
5. 研究亮点
采用食品级溶剂和冷浸提取工艺，最大程度保留了热敏性活性成分，更贴近消费者日常饮用角豆茶的实际场景，研究结果具有更强的应用价值。
首次全面比较了希腊角豆不同生长阶段的荚果和叶片的生物活性，发现熟荚提取物具有极强的α-淀粉酶抑制活性（高达96.43%），显著优于多数已报道的天然植物提取物。
系统揭示了提取溶剂对生物活性的影响，证实90:10水-乙醇混合溶剂能更有效地提取酚类化合物，其总酚含量、抗氧化活性和α-淀粉酶抑制率均显著高于纯水提取物。
通过LC-QToF-MS鉴定出15种酚类化合物，包括没食子酸、原儿茶酸、儿茶素、表儿茶素等多种具有明确生物活性的成分，为后续活性成分的分离纯化和机制研究奠定了基础。
证实了旱生植物希腊角豆作为可持续功能食品原料的巨大潜力，为应对全球气候变化下的粮食安全和功能食品原料短缺问题提供了新的解决方案。
6. 可延伸的方向
开展体内动物实验和人体临床试验，验证角豆熟荚提取物的实际降糖效果，确定适宜的食用剂量和长期食用的安全性。
分离纯化角豆提取物中具有α-淀粉酶抑制活性的关键单体化合物，通过分子对接和酶动力学实验深入研究其作用机制。
优化提取工艺，引入超声辅助、微波辅助、酶辅助等绿色提取技术，提高活性成分的提取率和生产效率。
开发角豆基功能食品，如降糖饮料、代餐粉、膳食补充剂等，评估其在不同食品基质中的稳定性和感官品质。
研究角豆提取物与其他天然降糖成分（如肉桂提取物、桑叶提取物）的协同作用，开发复合降糖产品，进一步提高功效。
建立不同产地、不同品种角豆的酚类指纹图谱和生物活性数据库，制定角豆原料的质量标准。
探索角豆加工副产物（如种子、果壳）的综合利用途径，延长产业链，提高角豆产业的整体经济效益。
7. 测量的数据及其研究意义
大肠杆菌ATCC25922的生长速率和48小时动态生长曲线数据，数据来自图1。图1A定量展示了不同提取物对大肠杆菌最大比生长速率的抑制程度，青荚和叶片提取物的抑制作用显著强于熟荚；图1B1和B2直观呈现了纯水和水-乙醇提取物处理下的细菌生长动力学过程。这些数据首次系统证明了希腊角豆冷浸提取物对革兰氏阴性致病菌的抑菌活性，为其作为天然食品防腐剂提供了直接依据。
金黄色葡萄球菌ATCC6538的生长速率和48小时动态生长曲线数据，数据来自图2。图2A显示提取物对革兰氏阳性致病菌金黄色葡萄球菌同样具有显著的抑制作用，活性趋势与大肠杆菌一致；图2B1和B2展示了详细的生长曲线变化。这些数据表明角豆提取物具有广谱抑菌作用，可用于防控食品中多种致病菌的污染。
总酚含量、铁还原抗氧化能力和ABTS自由基清除能力数据，数据来自图3。图3A显示水-乙醇提取物的总酚含量比纯水提取物高33%-42%，青荚和叶片的总酚含量最高；图3B和3C显示抗氧化和抗自由基活性与总酚含量呈显著正相关。这些数据揭示了角豆提取物的抗氧化潜力，为其作为天然抗氧化剂应用于食品保鲜和人体健康提供了支持。
15种酚类化合物的定性鉴定和分布数据，数据来自图4。图4通过LC-QToF-MS准确鉴定出没食子酸、原儿茶酸、儿茶素、表儿茶素、对香豆酸、阿魏酸等15种酚类化合物，并比较了它们在不同样品中的存在情况。这些数据明确了角豆提取物生物活性的物质基础，解释了不同部位和溶剂提取物活性差异的原因。
α-淀粉酶抑制率数据，数据来自图5。图5显示熟荚水-乙醇提取物的α-淀粉酶抑制率高达96.43%，显著高于青荚提取物，而叶片提取物无抑制活性。这一核心发现是本研究最重要的创新点，证明了角豆熟荚是开发天然降糖产品的优质原料，具有巨大的应用前景。
8. 结论
本研究采用食品级溶剂和冷浸提取工艺，系统评价了希腊角豆不同部位提取物的功能潜力。结果表明，所有提取物均对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抑菌作用，其中青荚和叶片提取物的抑菌活性最强；熟荚提取物表现出极强的α-淀粉酶抑制活性，水-乙醇提取物的抑制率高达96.43%，是开发天然降糖产品的理想原料；90:10水-乙醇混合溶剂的提取效率显著高于纯水，能更有效地提取酚类化合物，从而提高提取物的生物活性；LC-QToF-MS分析共鉴定出15种酚类化合物，包括多种具有明确健康功效的成分，是角豆提取物生物活性的主要物质基础。这些发现证实了希腊角豆作为可持续功能食品原料的巨大价值，为开发角豆基天然防腐剂、抗氧化剂和降糖产品提供了科学依据。未来需要开展体内动物实验和临床研究，进一步验证其功效和安全性，并优化提取和应用工艺，推动其产业化发展。
9. 芬兰Bioscreen仪器测量的微生物生长曲线数据的研究意义
本研究使用芬兰Bioscreen C自动微生物生长曲线分析仪测定了角豆提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长抑制作用，每30分钟测定一次600nm吸光度，连续监测48小时，这些数据在本研究中具有以下关键意义：
实现高通量平行实验，消除批次差异：Bioscreen C采用100孔蜂窝板设计，可同时测定96个样品的生长曲线。本研究需要测试6种不同的角豆提取物，每种设置3次生物学重复，同时设置2种溶剂对照和2种空白对照，总计超过50个样品。这种高通量能力使得所有实验条件能在完全相同的温度（37℃±0.1℃）、振荡频率和测量时间下进行，彻底消除了传统试管法中不同批次培养带来的环境差异，显著提高了数据的可比性和可靠性。
提供高时间分辨率的抑菌动力学数据：仪器每30分钟自动测定一次吸光度，连续监测48小时，完整记录了细菌从延迟期、对数生长期到稳定期的整个生长过程，以及提取物处理后的生长速率降低、延迟期延长等动态变化。这比传统的24小时终点法能更准确地捕捉到提取物的作用起始时间、最大抑制速率等关键动力学参数，为定量评估抑菌活性的强弱提供了精确的数据支撑。
定量计算微生物生长动力学参数：通过ComBase软件对生长曲线进行拟合，可以计算出最大比生长速率（µmax）和延迟期（lag time）等关键参数。这些参数能够更客观、更定量地比较不同提取物的抑菌活性，避免了主观判断的误差。本研究正是通过比较不同提取物处理组的µmax，明确了青荚和叶片提取物的抑菌活性显著高于熟荚提取物。
准确区分抑菌作用类型：通过观察48小时内的生长曲线变化，可以准确判断提取物的作用类型。本研究的生长曲线数据表明，角豆提取物主要表现为抑菌作用，即通过抑制细菌的生长繁殖来发挥作用，而不是直接杀死细菌。这一结论对于角豆提取物在食品防腐中的应用具有重要指导意义，提示其更适合作为抑菌剂与其他杀菌手段联合使用。
排除溶剂本身的抑菌干扰：本研究中使用了90:10水-乙醇作为提取溶剂，通过设置溶剂对照组，Bioscreen的生长曲线数据证实了该浓度的乙醇对两种细菌的生长有一定的抑制作用，但提取物处理组的抑制作用显著强于溶剂对照组，排除了溶剂本身的干扰，确保了观察到的抑菌活性完全是由角豆中的活性成分引起的。
实现实验的标准化和可重复性：仪器内置的自动化控制系统消除了人工操作带来的主观误差和系统误差，使得实验结果具有高度的可重复性。同时，这种标准化的测定方法也为不同实验室之间比较植物提取物的抗菌活性提供了统一的基准，有利于研究结果的交流和验证。
为后续应用研究提供基础数据：生长曲线数据可以为角豆提取物在食品防腐中的应用提供重要的参考，例如确定最低有效浓度、最佳添加时间和作用时间等，为开发基于角豆提取物的天然食品防腐剂提供了基础数据支持。