基于甘油的深共晶混合物在葡萄渣废弃物增值及赭曲霉毒素A降解中的应用

《ACS Sustainable Resource Management》：Glycerol-Based Deep Eutectic Mixtures for Grape Pomace Waste Valorization and Ochratoxin A Degradation

葡萄渣中黄曲霉毒素A（OTA）的酶催化降解与生物活性成分协同提取利用甘油基深共熔溶剂（DES）实现。最佳DES2（甘油:葡萄糖1:1）在90%水含量下4小时降解率达90%，同时高效提取多酚类物质如表没食子儿茶素没食子酸酯，pH调节后降解效率提升至68%，确保产物安全适用于化妆品。 葡萄渣|深共熔溶剂|黄曲霉毒素A降解|多酚提取|酶催化|pH调节|生物活性成分|可持续 valorization|葡萄酒工业副产物|安全化妆品原料

　　葡萄皮渣是葡萄酒工业中的主要副产品之一，富含多种生物活性化合物，近年来被广泛研究用于可持续利用。然而，若缺乏适当的储存条件，葡萄皮渣可能被污染，尤其是由曲霉菌和青霉菌产生的赭曲霉毒素A（OTA）。这种毒素具有肾毒性，且潜在致癌性，因此其在食品中的含量受到欧盟的严格限制。本研究探讨了利用甘油基深共熔溶剂（DES）作为可持续介质，从葡萄皮渣中提取生物活性化合物并同时通过猪胰脂肪酶（PPL）进行OTA的酶促降解。研究合成并表征了多种甘油基DES，包括甘油/乙酸钠（1:1，DES1）、甘油/葡萄糖（1:1，DES2；2:1，DES3）、甘油/胆碱氯化物/尿素（1:1:1，DES4）、甘油/甜菜碱（1:1，DES5）以及甘油/乳酸钠（1:1，DES6）。研究还评估了不同水含量对这些DES的物理化学性质的影响，并在体外筛选中发现DES2（甘油与葡萄糖1:1配比，含90%水）对OTA的降解效果最佳，4小时内可实现超过90%的降解率。随后，该DES被用于提取酚类化合物，结果显示其在25%水含量下表现出优于超纯水的提取效果。为提高葡萄皮渣中的降解效率，研究将提取物调整为90%水含量并校正pH值，这一策略使得在24小时内达到67%的OTA降解率，同时保留了生物活性化合物，将酿酒副产品转化为化妆品应用的潜力。

葡萄皮渣的可持续利用是当前食品工业和环保领域关注的热点。全球每年生产超过7400万吨葡萄，其中大部分酚类物质保留在果皮和种子中，导致约10-1300万吨的葡萄皮渣作为副产品产生，若不加以利用，不仅造成资源浪费，还可能对环境产生负面影响。葡萄皮渣中含有多种生物活性化合物，如没食子酸、儿茶素、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯以及槲皮素等，其中种子中的含量尤为丰富。这些化合物在模拟消化过程中保持稳定和活性，尤其是儿茶素和白藜芦醇，被认为可能对阿尔茨海默病的预防具有潜在作用。然而，葡萄皮渣中的OTA污染问题使得其在利用过程中面临安全挑战。因此，研究开发一种既能高效提取生物活性化合物又能有效去除OTA的方法显得尤为重要。

深共熔溶剂（DES）因其环保性和良好的溶解能力，正逐渐成为替代传统有机溶剂的理想选择。多项研究表明，使用DES提取葡萄皮渣中的多酚类物质比使用水或乙醇更为高效。DES的效率主要依赖于其与多酚的氢键作用，而添加20-50%的水可以改善溶解性。此外，水还能改变DES的氢键结构，形成三元共熔体系，降低熔点。甘油基DES在食品和制药领域已得到广泛研究，其在酚类提取方面表现出色。例如，含有胆碱氯化物、乙酸钠或苯甲酸的甘油基DES已被证实具有较高的提取效率。此外，含有甜菜碱或脯氨酸的DES也展现出良好的性能。一项研究甚至表明，甘油/柠檬酸/脯氨酸的三元DES在抗氧化方面优于水相和乙醇相提取物。

然而，在循环经济的框架下，葡萄皮渣的利用仍面临安全挑战。不当储存条件可能促进霉菌生长，导致OTA的积累。OTA不仅对健康有害，还可能影响产品的安全性。因此，研究如何在提取过程中去除OTA具有重要意义。尽管欧盟法规限制了化学脱毒方法的使用，但酶促降解作为一种替代方案，正受到越来越多的关注。特别是脂酶，因其在水相中对OTA的降解效果良好，被视为极具前景的生物催化剂。

DES在酶促反应中的应用也引起了研究者的兴趣。脂酶在DES中的活性和稳定性可以得到增强，从而提高降解效率。2008年首次报道了脂酶催化的DES反应，其转化率高于在甲苯中的反应。然而，尽管这一领域发展迅速，关于脂酶在DES中的催化反应的研究仍较为有限。一些研究表明，甘油基DES能够显著提高某些脂酶的活性，如*Candida rugosa*脂酶的活性可提高155%。而*Burkholderia cepacia*脂酶在40%体积比的胆碱氯化物/乙二醇混合DES中，其降解率比在缓冲液中提高了230%。然而，纯DES可能会导致酶失活，因此需要适当调整水含量以提高反应效率。

本研究中，DES2（甘油与葡萄糖1:1配比，含90%水）在体外实验中表现出最佳的OTA降解效果，4小时内达到90%以上。这可能与其较高的极性和适宜的pH值有关。此外，水的加入有助于降低DES的粘度，从而提高酶的活性和OTA的溶解性。研究还发现，DES2在25%水含量时对酚类化合物的提取效果优于其他DES，这可能与其平衡的氢键网络有关，能够促进酚类物质的溶解。然而，在葡萄皮渣提取物中，由于复杂的基质效应，OTA的降解率较低。为了提高降解效率，研究将提取物调整为90%水含量，并将pH校正至6，这一调整显著提高了OTA的降解率，达到67%。此外，研究还发现，调整pH至3可以恢复提取物中酚类物质的含量，表明这种变化是可逆的。

研究通过LC-MS技术对提取物中的化合物进行了分析，确认了多种酚类酸和黄酮类物质的存在，这些物质具有抗氧化、抗炎、光保护、保湿和抗黑色素生成等特性。其中，儿茶素、芦丁、异鼠李素、阿魏酸和没食子酸等化合物已被广泛研究，显示出良好的生物活性。此外，研究还发现，一些生物活性物质如表没食子儿茶素没食子酸酯和儿茶素没食子酸酯可能对脂酶活性产生一定的抑制作用，因此在提取过程中需要注意这些物质的影响。然而，通过适当的pH调整，可以有效减少这些干扰，同时保持生物活性物质的完整性。

本研究的成果表明，利用甘油基DES不仅可以高效提取生物活性化合物，还能在提取过程中去除OTA，从而提高葡萄皮渣的利用价值和安全性。这种一体化的方法符合循环经济的理念，能够减少废弃物并提升资源利用率。同时，该方法具有环保优势，使用可生物降解的溶剂，有助于实现绿色化学目标。此外，研究还发现，调整水含量和pH值可以显著提高OTA的降解效率，而不会对生物活性物质造成明显损害。因此，甘油基DES在葡萄皮渣的可持续利用方面展现出广阔的应用前景。