超临界二氧化碳与微波辅助提取串联工艺用于浆果渣的双重增值利用

《Food Chemistry》：Sequential supercritical CO? and microwave-assisted extraction for dual valorization of berry pomace

　　

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  顺序SC-CO?与MAE实现了果渣的双重增值利用。
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  回收了富含多不饱和脂肪酸、植物甾醇和生育酚的油脂。
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  脱脂果渣显示出高含量的酚类、花青素和膳食纤维。
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  UPLC-MS/MS鉴定出超过40种个体酚类化合物。
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  提取物在体外显示出抗氧化和抗炎活性。

引言

近年来，食品行业越来越意识到加工过程中产生的大量废弃物，其中许多仍具有重要的营养和功能潜力。这些利用不足的副产品之一是浆果果渣，即榨汁后剩余的固体残渣。工业浆果加工过程中会产生大量果渣，但这一材料仍主要被丢弃或用于低价值应用，如动物饲料或堆肥。

浆果，包括红醋栗、黑醋栗、蓝莓和黑果腺肋花楸，被公认为营养丰富的水果，富含维生素、矿物质、膳食纤维以及多酚类等生物活性化合物，尤其是类黄酮、花青素和鞣花单宁（Koponen等，2007），这些化合物赋予其抗氧化、抗炎和心脏保护作用（Gil-Martínez等，2023；Skrovankova等，2015）。然而，在榨汁过程中，高达20–30%的总浆果质量以果渣形式残留。这一部分主要由果皮、种子和残留果肉组成，已知其含有大量膳食纤维和多酚类化合物。近期研究表明，与果汁本身相比，果渣中某些有价值化合物的浓度甚至更高（Struck等，2016）。事实上，根据水果类型和加工条件的不同，浆果果渣中的总酚含量可比相应果汁高出2至3倍（Harisson等，2013；Rodríguez-Werner等，2019）。此外，种子的存在使浆果果渣成为富含植物甾醇、生育酚和多不饱和脂肪酸的脂质部分的重要来源。这些特性使浆果果渣成为开发功能性食品、营养补充品或天然添加剂的生物活性成分的理想来源。

超临界二氧化碳萃取（SC-CO?）已成为从浆果果渣中回收高价值脂质部分的环保技术。SC-CO?的原理基于在其临界点（31.1 °C和73.8 bar）以上温度和压力下使用二氧化碳，此时二氧化碳表现出介于气体和液体之间的独特性质。在这种超临界状态下，CO?作为一种可调节的溶剂，具有优异的扩散性和低粘度，能够高效渗透植物基质并对目标化合物具有高选择性（Raj等，2025）。此外，可向SC-CO?系统中引入少量共溶剂以增强溶解度并提高萃取效率。该方法能够在不使用有毒有机溶剂的情况下，选择性萃取种子中的脂溶性化合物，如植物甾醇、生育酚和脂肪酸。然而，要实现最大萃取效率和选择性，必须仔细优化压力、温度、流速和萃取时间等工艺参数。优化不仅对提高产率至关重要，还对确保萃取脂质部分的质量和组成以及脱脂果渣对极性化合物进一步萃取的适用性至关重要。在其主要优势中，SC-CO?无毒、不燃，并确保无溶剂残留提取物，使其特别适用于食品、营养补充品和化妆品行业的应用。此外，温和的萃取条件有助于保持热不稳定化合物的完整性，而该过程本身易于放大并具有有利的工艺特性（Ahmed等，2019）。SC-CO?的另一个优势在于其作为后续极性化合物回收的预处理步骤的作用。通过SC-CO?对果渣进行脱脂，通过增强剩余基质中极性生物活性物质（如酚类化合物和花青素）的可及性，有助于后续的回收（Fadairo等，2025；Katsinas等，2021）。微波辅助萃取（MAE）作为回收这些化合物的有效方法被越来越多地探索，因为它通过快速加热和细胞破坏增强传质，同时减少萃取时间和溶剂消耗（Repaji?等，2024）。因此，SC-CO?与MAE的结合代表了一种有前景的顺序方法，可实现浆果果渣的双重增值利用，从而综合回收脂溶性和亲水性生物活性部分。

基于现有的科学报告，迄今为止尚无已发表的研究针对通过SC-CO?从各种浆果物种中获得的脂质部分和脱脂果渣中的化合物进行鉴定和定量分析。因此，本研究的目的是将SC-CO?应用于红醋栗、黑醋栗、蓝莓和黑果腺肋花楸的果渣，随后对脱脂残渣进行MAE处理。对萃取的脂质部分从脂肪酸组成、三萜类衍生物和生育酚方面进行表征，同时进一步分析脱脂果渣中总酚和个体多酚、花青素、膳食纤维和抗氧化能力的含量。总多酚、花青素和抗氧化能力的水平也与相应的未脱脂果渣进行了比较。此外，还使用体外生物系统对脱脂果渣提取物的生物活性进行了初步测试，评估了其抗增殖、抗氧化、抗炎和遗传毒性效应。

章节摘要

化学品与试剂

蒸馏水通过Milli-Q纯化系统获得（Millipore公司，美国马萨诸塞州贝德福德）。2,2'-偶氮双(2-氨基丙烷)二盐酸盐（AAPH）、2,2-二苯基-1-(2,4,6-三硝基苯基)肼（DPPH）、6-羟基-2,5,7,8-四甲基色满-2-甲酸（Trolox）、2,4,6-三(2-吡啶基)-s-三嗪（TPTZ）、2-丙醇、过硫酸钾、抗坏血酸、没食子酸、己烷、庚烷、Tris缓冲盐及叠氮化钠，以及原花青素B2、矢车菊素-3-葡萄糖苷的商业标准品

结果与讨论

首先，使用黑果腺肋花楸果渣优化了SC-CO?工艺，以脂质部分产率为主要响应参数。通过此过程确定的最佳萃取条件（见表2），随后被应用于其他测试的浆果果渣，作为标准条件进行比较评估。这些条件不应被视为其他浆果果渣的个体最优条件，因为它们的化学成分和存在差异

结论

本研究证明，浆果果渣是果汁加工的一种有价值副产品，可以通过结合SC-CO?和MAE的顺序萃取策略有效增值利用。所应用的SC-CO?工艺实现了从红醋栗、黑醋栗、蓝莓和黑果腺肋花楸果渣中高效回收高质量脂质部分，其中黑果腺肋花楸的脂质部分含量最高。萃取的脂质部分具有有利的脂质谱特征，

CRediT作者贡献声明

Ena Cegledi: 撰写 – 初稿、资源、调查、形式分析、数据管理、概念化。Ana Marti?: 调查、形式分析。Tomislava Grgi?: 撰写 – 初稿、调查、形式分析。Sandra Pedisi?: 调查、形式分析。Zdenka Pelai?: 调查、形式分析。Maja Repaji?: 撰写 – 审阅与编辑、概念化。Ksenija Durgo: 撰写 – 审阅与编辑、调查、形式分析。Ana Hu?ek Turkovi?: 撰写 –

资助

本研究由克罗地亚科学基金会项目资助，项目编号IP-2022-10-5499。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本论文中报告的研究。

致谢

作者感谢Zoran Herceg通过"半工业实践实验室配备以开发新食品技术"项目（KK.01.1.1.02.0001）提供实验室设备。

Ena Cegledi|Ana Marti?|Tomislava Grgi?|Sandra Pedisi?|Zdenka Pelai?|Maja Repaji?|Ksenija Durgo|Ana Hu?ek Turkovi?|Sandra Balbino|Verica Dragovi?-Uzelac|Ivona Elez Garofuli?