超声-微波协同优化莳萝汁低热强化策略：基于MLP-RSM模型提升生物可及性与功能特性

本研究创新性地采用超声-微波协同技术（USMW）处理莳萝（Anethum graveolens L.）汁，通过响应面法（RSM）和多层感知机（MLP）模型优化工艺参数，显著提升总酚含量（TPC）、β-胡萝卜素、叶绿素等生物活性成分，并证实其增强的抗氧化能力（FRAP）与α-葡萄糖苷酶/淀粉酶抑制活性（61.65%/53.11%）。该技术为开发功能性饮品提供了可持续的低热加工替代方案。

　　

1 引言

莳萝作为富含酚类、类胡萝卜素和叶绿素的药用植物，其汁液的传统热加工易导致热敏成分降解。研究采用超声-微波协同技术（USMW），通过空化效应和体积加热的协同作用，突破细胞壁屏障，显著提升活性成分提取效率。该技术兼具能耗低和环境友好特性，为功能性饮品开发提供新思路。

2 材料与方法

莳萝汁经超声（26 kHz, 200 W, 60-100%振幅）与微波（200-700 W, 20-35 s）序贯处理，通过Box-Behnken设计建立RSM模型，结合MLP神经网络预测β-胡萝卜素和叶绿素含量。生物活性测定包括：Folin-Ciocalteu法测总酚（TPC），紫外分光光度法测类胡萝卜素，FRAP法评估抗氧化能力，并采用体外模拟消化模型评估生物可及性。

3 结果与讨论

3.1 RSM优化结果

最优参数组合（超声15.45 min/74.61%振幅+微波25.55 s/252.53 W）使β-胡萝卜素和叶绿素分别达42.85 mg/100 mL和4.42 g/100 mL，较热巴氏杀菌（DJ-TP）提升27.3%和24.2%。微波功率（X₄）对叶绿素影响最显著（F值640.68），而超声振幅（X₂）与微波功率交互作用产生协同效应。

3.2 MLP模型优势

MLP预测偏差（β-胡萝卜素1.52%，叶绿素3.62%）低于RSM，更精准捕捉非线性关系。敏感性分析显示超声时间（X₁）对β-胡萝卜素预测贡献度达100%，而微波功率（X₄）主导叶绿素含量（标准化重要性92.7%）。

3.3 生物活性提升

USMW处理组TPC（126.08 mg GAE/100 mL）、FRAP（10.34 mmol TE/L）显著高于对照组（p<0.05）。叶绿素与FRAP强相关（r≈0.88），而p-香豆酸与α-淀粉酶抑制活性高度关联（r=0.812）。独特的是，USMW组首次检出黄酮类化合物chrysin（15.19 μg/mL），其与α-葡萄糖苷酶抑制率呈正相关（r=0.894）。

3.4 消化稳定性

模拟消化显示USMW组在肠相仍保留30.91 mg GAE/100 mL TPC，回收率（24.52%）显著高于热处理组（18.1%）。胃相中叶绿素保留量（1.42 g/100 mL）较DJ-TP高35.2%，证实非热加工对热敏成分的保护作用。

3.5 聚类分析验证

PCA显示USMW组在PC1（81.29%方差）上明显分离，与FRAP、叶绿素等参数强关联。层次聚类将其独立成簇，而热处理与对照组聚为一类，凸显USMW对功能成分的差异化影响。

4 结论

超声-微波协同技术通过物理-热协同效应，突破莳萝细胞壁释放包埋成分，并维持消化稳定性。其提升的生物可及性与抗糖尿病活性，为植物基功能饮料工业化提供新范式。未来需通过体内研究验证消化模型预测的可靠性。