综述：从植物废弃物中提取生物活性化合物的绿色溶剂萃取法及环保新技术：应用前景与循环经济

《Applied Food Research》：Green Solvent Extraction and Eco-friendly Novel techniques of Bioactive Compounds from plant waste: Applications, Future perspective and circular economy

农业废弃物中生物活性化合物的绿色提取技术研究与应用

　　植物工业废料富含生物活性化合物（BCs），这些化合物具有广泛的健康和工业应用价值。随着全球对可持续发展和绿色技术的重视，如何高效、环保地从植物废料中提取这些生物活性成分成为研究的重点。传统提取方法虽然在某些情况下有效，但往往伴随着高能耗、高溶剂使用量以及对环境的潜在危害，因此需要探索更加绿色、高效的替代技术。当前，许多新兴的提取技术，如超声波辅助提取（UAE）、微波辅助提取（MAE）和超临界流体提取（SCF），正逐渐被应用于生物活性化合物的提取过程中。这些技术不仅提高了提取效率，还降低了能源消耗和溶剂使用量，同时减少了对热敏性成分的破坏。此外，绿色溶剂如离子液体（ILs）、天然深共晶溶剂（NADES）、超临界二氧化碳（SCCO?）、生物乙醇和可切换水等，为传统石油基溶剂提供了低毒、可回收和环保的替代方案。

植物废料作为生物活性成分的来源，包括果皮、果肉、果核、叶、茎等，它们通常被丢弃，但实际上是天然的资源宝库。例如，石榴果皮、柑橘果皮、苹果果皮、洋葱皮、甜菜叶、核桃壳等，均含有丰富的多酚类、黄酮类、萜类和生物碱类化合物。这些成分不仅具有抗氧化、抗炎、抗微生物等生物活性，还在医药、营养保健品和食品工业中展现出广阔的应用前景。随着人们对健康饮食和环保理念的重视，这些植物废料中的生物活性成分被越来越多地用于开发功能性食品、天然添加剂和生物活性产品。

在提取过程中，传统方法如浸泡法、索氏提取法和回流提取法虽然在实验室和工业中广泛应用，但其效率低、能耗高、溶剂消耗大等问题限制了其在可持续发展中的应用。因此，研究者们开始探索新的提取方法和绿色溶剂的结合使用，以提高提取效率和降低环境影响。例如，将超声波辅助提取与天然深共晶溶剂结合，不仅提高了多酚类化合物的提取效率，还减少了溶剂的使用量和对环境的污染。此外，超临界二氧化碳作为一种非挥发性、无毒且可回收的溶剂，因其良好的溶解能力和环境友好性而受到广泛关注。通过添加少量极性溶剂，如乙醇，可以进一步增强其对极性化合物的溶解能力。

随着科技的进步，绿色溶剂的开发和应用成为提取生物活性化合物的重要方向。这些溶剂不仅具有较低的毒性，还能减少对环境的污染。例如，水作为最环保的溶剂，其使用已被广泛推广。而“可切换水”技术通过调节CO?的加入或去除，能够改变水的性质，使其成为极性化合物的有效提取介质。此外，天然溶剂如生物乙醇、酯类化合物、甘油和异山梨醇等，因其来源广泛、可再生且环境友好，成为替代石油基溶剂的理想选择。这些溶剂的使用不仅降低了提取过程中的污染，还提高了产品的纯度和稳定性。

在绿色提取方法的应用中，超声波辅助提取因其独特的物理特性而备受关注。超声波通过产生空化效应，可以加速溶剂渗透，提高细胞壁的破裂效率，从而增强生物活性化合物的提取率。研究表明，超声波辅助提取不仅能显著提高多酚类化合物的提取效率，还能在较短时间内完成提取过程，降低能耗。此外，超声波可以与其他提取技术如微波、高压等相结合，进一步提升提取效果。这种多技术融合的方式不仅提高了提取效率，还减少了对环境的影响。

微波辅助提取（MAE）同样展现出良好的应用前景。微波技术能够通过快速加热和增强分子运动，提高生物活性化合物的提取效率。与传统方法相比，微波辅助提取不仅缩短了提取时间，还降低了温度对热敏性成分的影响。例如，研究表明，使用微波辅助提取可以从香蕉皮中高效提取多酚类化合物，而无需长时间的加热过程。此外，微波技术还被用于从番茄皮和柑橘皮中提取多酚和类胡萝卜素，这些成分在食品工业中具有重要的抗氧化和营养补充作用。

超临界流体提取（SCF）是一种结合了气体和液体特性的先进提取技术。在超临界状态下，二氧化碳具有良好的溶解能力和较低的环境影响，因此成为提取生物活性化合物的理想溶剂。通过调节压力和温度，可以有效控制提取过程中的溶剂选择性和提取效率。例如，从苹果籽油中提取生育酚时，较高的压力有助于提高提取率，但温度升高则会降低提取效率。因此，需要在合适的条件下进行优化，以实现最佳的提取效果。此外，超临界流体提取还被用于从洋葱废料中提取类黄酮，如槲皮素和山奈酚，这些成分在抗氧化和抗炎方面表现出色。

生物活性化合物的提取不仅限于单一技术，而是多种技术的综合应用。例如，使用超临界二氧化碳和乙醇的混合溶剂，能够有效提取洋葱废料中的多种成分，包括类黄酮和酚类化合物。研究表明，这种方法可以显著提高提取效率，同时减少溶剂的使用量和对环境的污染。此外，结合超声波和微波技术的多模式提取方法也被用于提高提取效率，如从番茄皮中提取多酚和类胡萝卜素，以及从黑醋栗果实中提取花青素。这些方法不仅提高了提取效率，还确保了生物活性成分的完整性。

生物活性化合物的提取在食品、医药和化妆品等多个领域展现出广泛的应用潜力。例如，多酚类化合物因其强大的抗氧化能力，被广泛用于食品添加剂和营养补充剂。在医药领域，黄酮类化合物如山奈酚和柚皮素被用于开发抗炎和心血管保护药物。而在化妆品行业中，类胡萝卜素和萜类化合物因其抗氧化和抗衰老特性，被用于制作天然护肤品。此外，一些生物活性化合物如维生素E和类胡萝卜素还被用于开发功能性食品，以提高消费者的健康水平。

然而，绿色提取技术的推广仍面临一些挑战。首先，如何选择合适的溶剂是提取过程中的一大难题。虽然天然深共晶溶剂（NADES）具有良好的生物相容性和可调节的极性，但其高粘度可能影响质量传递效率，限制其大规模应用。其次，绿色提取方法的可扩展性仍需进一步研究。尽管这些技术在实验室条件下表现良好，但在工业规模上的应用仍面临技术瓶颈，如如何在大规模生产中保持稳定的能量分布和提取效率。此外，绿色提取技术的初始成本较高，限制了其在中小型企业的推广。因此，需要政府和企业共同努力，提供财政激励和政策支持，以推动绿色提取技术的广泛应用。

未来的研究方向将集中在优化绿色提取方法和溶剂，以提高其效率和可扩展性。例如，开发低粘度的天然深共晶溶剂，以及利用人工智能技术对提取过程进行实时监控和优化，有助于提高提取的稳定性和一致性。此外，零废弃理念的实施，如通过级联提取方法从单一废料中提取多种生物活性化合物，将进一步提高资源利用率，减少环境污染。同时，标准化的监管框架和生命周期评估（LCA）方法的引入，将有助于确保绿色提取技术的安全性和可持续性，促进其在食品、医药和化妆品等行业的应用。

绿色提取技术的推广不仅有助于减少工业废料的产生，还能推动循环经济的发展。通过将植物废料转化为有价值的生物活性化合物，可以实现资源的高效利用和环境的可持续发展。此外，绿色提取技术的应用还能够减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，从而缓解全球气候变化问题。随着全球对可持续发展的重视，绿色提取技术将在未来的工业发展中扮演越来越重要的角色。通过不断的技术创新和政策支持，绿色提取方法有望成为传统提取技术的替代方案，推动生物活性化合物的可持续生产和应用。