干燥温度调控留兰香、鼠尾草与百里香品质及精油生物活性：基于能源效率与抗癌潜力的多维优化研究

《Heliyon》：Drying temperature affects Mentha spicata, Salvia officinalis, and Thymus vulgaris quality, essential oil yield, composition and biocidal properties

本研究针对药用芳香植物（MAPs）干燥过程中温度对品质与精油（EO）生物活性的影响，系统评估了20℃、35℃、42℃和49℃干燥温度对留兰香（Mentha spicata）、鼠尾草（Salvia officinalis）和百里香（Thymus vulgaris）的干燥效率、精油产量、化学成分及抗氧化、抗菌和细胞毒性（如对乳腺癌MDA-MB-231和卵巢癌SkoV-3细胞）活性的影响。结果表明，不同物种对干燥温度的响应各异，优化干燥参数可显著提升精油品质与生物活性，同时降低能耗与二氧化碳排放，为绿色加工高价值植物资源提供理论依据。

　　

在当今追求天然产物的浪潮中，药用芳香植物（MAPs）因其丰富的生物活性成分成为食品、制药和化妆品行业的宠儿。然而，这些植物在采摘后极易腐败，干燥作为核心保存手段，其温度调控却是一把双刃剑——过高的温度可能破坏热敏性成分，而过低的温度则效率低下且易引发霉变。更棘手的是，不同植物物种的组织结构和化学成分差异巨大，如何针对特定物种“量身定制”干燥方案，在保障品质的同时兼顾能源消耗与可持续发展，成为产业与科研面临的共同挑战。

以留兰香、鼠尾草和百里香这三种广泛应用的代表性植物为模型，发表于《Heliyon》的这项研究深入探讨了20℃、35℃、42℃和49℃四种干燥温度对其综合品质的影响。研究团队不仅关注干燥后植物的物理特性（如颜色、叶绿素含量）和精油提取率，更将目光投向精油的化学成分变化及其引发的抗氧化、抗菌乃至抗癌活性的改变，并首次系统评估了不同干燥方案的能耗与碳足迹，为绿色加工提供了数据支撑。

研究团队运用了多项关键技术方法：通过烘箱干燥结合数学模型分析水分蒸发动力学与能耗；利用色差计和分光光度法测定植物材料颜色与叶绿素含量；采用水蒸气蒸馏法提取精油并通过气相色谱-质谱联用（GC/MS）解析其化学成分；通过体外抗氧化实验（DPPH、ABTS自由基清除及总抗氧化能力TAC测定）、微量稀释法评估抗菌活性（针对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和李斯特菌），以及MTT法检测精油对两种女性常见癌症细胞系（MDA-MB-231和SkoV-3）的细胞毒性。

3.1. 干燥效率与环境影响

研究通过建立水分含量随时间变化的动力学模型，发现升高温度能显著缩短干燥时间。例如，百里香在49℃下干燥至目标水分含量仅需21.3小时，而在20℃下则需要177.4小时。然而，能耗与二氧化碳（CO₂）排放分析显示，尽管49℃比42℃能耗略低（因时间缩短），但相较于35℃，其能耗与排放均有所增加。这表明单纯追求高温并非最优解，需平衡效率与环境成本。

3.2. 植物材料品质

颜色测量表明，高温（49℃）干燥通常导致产品颜色更深（色调角降低，颜色指数升高），叶绿素含量（尤其是叶绿素b和总叶绿素）也呈现下降趋势，这在鼠尾草和百里香中尤为明显。这提示高温可能加速了色素降解和美拉德反应，影响了产品外观品质。

3.3. 精油产量与化学成分

精油产量和成分对干燥温度响应显著。留兰香和百里香在49℃干燥时精油得率显著降低，而鼠尾草的精油得率则相对稳定。GC/MS分析揭示了关键活性成分的变化规律：留兰香精油中的主要活性成分香芹酮（Carvone）在35℃和42℃干燥时含量最高（约70%）；鼠尾草精油中的α-侧柏酮（α-thujone）在20℃干燥时含量最高（28.82%），随温度升高略有下降；百里香精油的核心抗菌抗癌成分百里香酚（Thymol）在20℃干燥时含量最高（46.25%），而对-伞花烃（p-cymene）则在42℃干燥时含量最高。这些变化直接关联到精油的生物活性。

3.4. 精油的生物活性

3.4.1. 抗氧化活性

总酚含量（TPC）和抗氧化能力测定显示，百里香精油的抗氧化活性普遍最强，且其TPC在49℃干燥时达到最高。留兰香精油在35℃和42℃干燥时表现出最佳的DPPH和ABTS自由基清除能力。鼠尾草精油在所有温度下均显示出优于标准品（抗坏血酸AA）的ABTS自由基清除能力。

3.4.2. 抗菌活性

抗菌实验表明，三种精油对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌和李斯特菌）的抑制作用普遍强于革兰氏阴性菌（大肠杆菌）。其中，百里香精油表现出最强的抗菌活性，其对于金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC）和半抑制浓度（IC₅₀）值最低。干燥温度显著影响抗菌效果，例如，35℃和49℃干燥的百里香精油对大肠杆菌的抑制作用更强。

3.4.3. 细胞毒性活性

MTT实验结果显示，在测试浓度范围内，只有百里香精油对两种女性癌症细胞系（MDA-MB-231和SkoV-3）表现出显著的细胞毒性（IC₅₀值远低于1000 μg/mL），而留兰香和鼠尾草精油则活性较弱。百里香酚被认为是其主要活性贡献者。值得注意的是，百里香精油对MDA-MB-231细胞的抑制作用普遍强于对SkoV-3细胞，且干燥温度影响其效力，20℃和42℃干燥得到的百里香精油表现出更强的抗癌活性。

本研究得出结论：干燥温度对留兰香、鼠尾草和百里香的品质、精油产量、化学成分及生物活性具有物种特异性影响。留兰香在35-42℃干燥可获得生物活性较佳的精油；鼠尾草在20-42℃干燥能保持其精油（富含α-侧柏酮）的良好抗菌抗氧化特性；百里香在低于49℃（尤其是42℃）干燥时，其精油（富含百里香酚、对-伞花烃和γ-松油烯）展现出最强的综合生物活性，包括显著的抗癌潜力。研究强调，针对不同MAPs优化干燥参数至关重要，这不仅关乎最终产品质量，也影响着生产过程的能源效率与环境可持续性。该研究为药用芳香植物的高值化、绿色化加工提供了重要的实践指导与理论依据。