亚临界溶剂萃取与微胶囊化技术提升洋葱皮废弃物中类黄酮的稳定性及应用潜力

本研究针对洋葱皮废弃物中高价值类黄酮（flavonoids）易降解、储存稳定性差的问题，通过亚临界溶剂萃取（SSE）技术高效提取活性成分，并创新性地采用经亚临界水处理的精细蜡质大米淀粉作为壁材，通过冷冻干燥和喷雾干燥法制备微胶囊。结果表明，微胶囊化显著提高了类黄酮的储存稳定性（8周后保留率达89.4%–98.8%），且精细淀粉可替代传统糊精作为有效壁材。该研究为食品废弃物高值化利用和功能性食品开发提供了技术支撑。

　　

在全球范围内，洋葱是消费量最大的蔬菜之一，每年产量超过1亿吨，但其中约10%的洋葱皮和茎部通常作为废弃物被丢弃。这些废弃物不仅造成资源浪费，还可能引发环境和生物问题。然而，洋葱皮并非一无是处——它富含多种生物活性成分，特别是类黄酮（flavonoids），如槲皮素（quercetin）、槲皮素-3,4′-二葡萄糖苷和山奈酚（kaempferol）等。这些化合物具有抗氧化、抗炎、抗菌甚至抗癌等多种健康益处，其抗氧化活性甚至高于洋葱的可食部分。

尽管类黄酮价值显著，但它们存在一个致命弱点：稳定性差。在储存过程中，类黄酮容易降解，例如有研究报告称，洋葱鳞茎中的槲皮素结合物在24周内减少15.9%至35.3%，而槲皮素苷元（aglycone）在12周内完全降解。这种不稳定性严重限制了类黄酮提取物的应用。

同时，传统的提取方法效率低下，而新兴的亚临界溶剂萃取（Subcritical Solvent Extraction, SSE）技术虽能提高提取效率，但提取后的储存和加工问题仍未解决。微胶囊化技术（Microencapsulation）被视为一种 promising 的解决方案，它能够隔离敏感化合物，提高其环境稳定性和加工性能。然而，常用的壁材如糊精（dextrin）成本较高，因此开发新型、高效的壁材具有重要意义。

在这一背景下，来自日本北海道大学的研究团队开展了一项创新研究，他们不仅利用亚临界水萃取技术从洋葱皮废弃物中高效提取类黄酮，还首次评估了经亚临界水处理的精细蜡质大米淀粉作为微胶囊壁材的可行性。该研究旨在解决类黄酮提取物储存稳定性差和加工性能不佳的问题，并为洋葱皮废弃物的高值化利用提供技术支持。研究成果发表在《Applied Food Research》上，为相关领域的应用奠定了坚实基础。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，使用亚临界溶剂萃取（SSE）系统在80–160°C条件下用水或50%乙醇提取洋葱皮废弃物中的类黄酮，并通过紫外分光光度法测定总类黄酮含量（Total Flavonoids Content, TFC）。其次，利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对提取物中的类黄酮成分和功能基团进行鉴定。然后，通过亚临界水处理蜡质大米淀粉制备纳米分散体作为壁材，并与提取物混合后采用冷冻干燥（freeze-drying）和喷雾干燥（spray-drying）技术制备微胶囊。最后，对微胶囊的封装效率（Encapsulation Efficiency, EE）、储存稳定性、形态学（扫描电子显微镜, SEM）、颜色和颗粒大小进行了系统表征。

3.1. TFC浓度 of extracts

通过亚临界水萃取，在140°C条件下获得最高TFC值（9.97 mg QE/mL），显著高于常规热水提取。160°C时TFC略有下降，可能是由于类黄酮的水解所致。这一结果表明亚临界水能高效提取类黄酮，且水作为溶剂可回收约68%的总类黄酮。

3.2. Identification of extracted flavonoids by LC–MS

LC-MS分析显示，亚临界水提取物中含有12种类黄酮，主要包括槲皮素苷元及其糖苷衍生物。与乙醇提取相比，水提取物中极性较高的化合物（如花青素苷）更易被检出，表明溶剂极性影响提取成分分布。

3.3. FTIR spectra of extracts

FTIR光谱证实提取物中存在类黄酮特征峰（如1598 cm^?1处的C=C-C芳香键振动），且水提取物中-OH基团信号更强，说明亚临界水更利于提取含糖苷的类黄酮。

3.4. Storage stability of crude extract

在40°C黑暗条件下储存12周，亚临界水提取物的TFC下降42.0%，而乙醇提取物稳定性更差。高浓度类黄酮可能通过共色素效应（co-pigmentation）增强稳定性，但仍需进一步保护。

3.5. Viscosity of feed solution

壁材溶液的粘度受亚临界水处理温度影响，160°C处理的淀粉溶液粘度较低（2.54 mPa·s），更适合喷雾干燥，而120°C处理的溶液因粘度过高无法用于喷雾干燥。

3.6. TFC retention of microcapsules

冷冻干燥微胶囊的封装效率（EE）较高（66.6%–78.0%），而喷雾干燥的EE较低（10.1%–14.1%），可能是由于高温导致类黄酮降解。所有微胶囊在8周储存后均表现出高类黄酮保留率（89.4%–98.8%），显著优于未封装提取物。

3.7. FTIR spectra of microcapsule

FTIR分析表明微胶囊为基质型（matrix type），类黄酮均匀分布在颗粒内部和表面，且壁材与核心材料相容性良好。

3.8. Color and morphology of microcapsule

微胶囊呈暗黄色，喷雾干燥产品的a*值较高，可能与美拉德反应有关。颗粒形态方面，冷冻干燥产品呈不规则片状，而喷雾干燥产品为球形，且后者粒径分布更均匀。

该研究通过亚临界溶剂萃取和微胶囊化技术，成功实现了从洋葱皮废弃物中高效提取类黄酮并显著提升其储存稳定性。研究发现，亚临界水在140°C下提取效果最佳，且水作为溶剂可回收大部分类黄酮。微胶囊化方面，冷冻干燥法封装效率更高，而喷雾干燥法虽效率较低但产品形态更均匀。更重要的是，经亚临界水处理的精细蜡质大米淀粉被证明可作为糊精的有效替代壁材，且所有微胶囊在加速储存条件下均表现出优异的类黄酮保留率（89.4%–98.8%）。

这项研究的意义在于：第一，为食品废弃物的资源化利用提供了技术路径，支持循环经济发展；第二，开发了一种新型、低成本的淀粉基微胶囊壁材，拓宽了类黄酮保护技术的选择范围；第三，通过提高类黄酮的稳定性，延长了其作为功能性食品、药品或化妆品原料的保质期和应用潜力。未来，该技术有望在食品、医药和材料科学领域发挥重要作用，推动天然产物高值化利用的创新发展。