莫林加油树（Moringa oleifera）枝条的闭环生物精炼：通过NADES介导的级联工艺释放营养保健多酚和可发酵糖分

《Food Chemistry》：Closed-loop biorefining of Moringa oleifera branches: unlocking nutraceutical polyphenols and fermentable sugars via NADES-mediated Cascade processing

Moringa树枝通过自然深熔溶剂（NADES）和超声辅助提取技术实现多酚与发酵糖的高效分离，克服传统溶剂毒性高、能耗大等问题，为农业废弃物资源化利用提供环保方案。

　　

张瑞|周欣|杨芙瑜|徐勇

中国南京林业大学森林食品资源开发与利用国家重点实验室，南京210037

引言

Moringa oleifera Lam.（辣木）是一种多用途植物，因其应用于食品、医药和农业而受到重视（Hossain等人，2022年；Klimek-Szczykutowicz等人，2024年）。其种子可用于生产食用油并作为天然净水剂（Mariod等人，2017年），而树皮和根可以制成传统药物（Tripathy等人，2024年）。辣木叶富含维生素、矿物质、蛋白质和抗氧化剂（Anwar等人，2006年；Martínez等人，2025年），常被作为蔬菜食用或加工成具有增强免疫力和抗氧化作用的健康补充剂。

为了提高叶片产量和改善收割效率，通常通过修剪整枝来处理辣木树（du Toit等人，2020年；Mokgehle等人，2022年）。这有助于促进生物量的再生并确保持续生产（Vela等人，2024年）。然而，尽管这些被修剪的枝条的生物量是叶片的2-4倍，但它们往往被丢弃（Tshabalala等人，2021年）。这些枝条含有丰富的可发酵糖类和多酚（Peng等人，2020年），具有显著的抗氧化、抗炎和抗菌特性（Wu等人，2020a）。这些可发酵糖类也可以作为微生物发酵的底物或动物饲料。在资源有限的情况下，利用这些富含生物量的枝条对于提高农业可持续性和减少浪费至关重要。

然而，传统的溶剂如甲醇或乙醇常用于提取生物活性成分，但存在挥发性、毒性和生物降解性差等问题（Jauregi等人，2024年）。有趣的是，植物中的天然基质非常适合运输、储存和转化这些化合物。研究表明，植物中含有多种小分子，如胆碱衍生物、氨基酸、糖类和有机酸，它们可以在特定比例下形成天然深共晶溶剂（NADES）（Fu等人，2022年）。研究人员认为，正是这些相变介质促进了细胞内水不溶性物质的运输、储存和转化（Hikmawanti等人，2021年）。因此，NADES现在被广泛用于从植物中提取活性成分和进行生物催化（Pani?等人，2019年）。但由于其高粘度，NADES通常需要搅拌、微波或超声波等辅助提取技术（Ozkan，2023年）。其中，超声波辅助的NADES提取方法通过破坏细胞壁和加速化合物释放显示出优异的效率。此外，超声波辅助提取还能降低能耗，减少环境影响，并进一步提高多酚提取率，是一种高效且环保的方法（Chu等人，2024年）。

提取多酚后，剩余残渣中含有大量的可发酵糖类和结构多糖。虽然可发酵糖类可以通过热水提取，但剩余的结构多糖（主要是木质纤维素）具有很强的抗降解性，通常需要苛刻的预处理（例如酸、碱或蒸汽爆破）才能促进酶促水解（Hassan等人，2018年）。然而，这些方法往往能耗高、成本高且对环境有负面影响（Capolupo & Faraco，2016年）。相比之下，NADES作为一种有前景的木质纤维素预处理剂，在温和且环保的条件下能有效溶解木质素（Shen等人，2019年）。

这种集成和可持续的级联策略能够将辣木枝条环保地转化为多酚和可发酵糖类，从而提高农业系统的资源利用效率，无需依赖有害的有机溶剂、酸或高温高压设备。它代表了一种将农业废弃物转化为高价值生物产品的新型环保方法。

部分摘录

植物原料和化学品

辣木枝条采集自中国云南省昆明市官渡区的一个种植园（纬度：25°1′4.2″N，经度：102°44′30.8″E）。本研究中使用的辣木枝条由南京林业大学林业学院的刘国华教授鉴定。为了从分子生物学角度确认植物样本，还进行了ITS（内部转录间隔区）测序，测序结果包含在补充材料中。

NADES的选择

总体而言，测试的19种NADES中大多数都能成功从辣木枝条中提取多酚。值得注意的是，ChCl-LA、Pro-MA和Pro-LA组合的提取效果比传统溶剂（如水、60%乙醇和60%甲醇）提高了250%。NADES的极性在提取过程中起着关键作用，遵循相似相容性的原则（Xu等人，2019年）。一方面，NADES的极性范围比传统溶剂更广，使它们能够

结论

本研究采用了一种绿色、环保的NADES，这些NADES由植物基底物中的小分子组成，用于有效利用农业废弃物，特别是辣木枝条。该研究符合循环生物经济的原则，注重生物质的价值化、闭环处理和废物最小化，有助于实现可持续的生物精炼过程。研究采用了统一的设计和响应面方法来最大化

CRediT作者贡献声明

张瑞：撰写——原始草稿、调查、数据管理、概念化。周欣：撰写——审稿与编辑、验证、方法论。杨芙瑜：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、资金获取。徐勇：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（2022YFD1300903）的支持。

特别感谢南京林业大学林业学院的刘国华教授对本研究所用植物材料的专家鉴定。