基于超声波辅助深共晶溶剂的沙棘果渣多酚绿色提取：提取行为、稳定性及其在功能食品应用中的降血糖潜力

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Green recovery of polyphenols from sea buckthorn pomace using ultrasound-assisted deep eutectic solvents: Extraction behavior, stability and hypoglycemic potential for functional food applications

　　

摘要

沙棘渣是果汁和油脂加工过程中产生的主要副产品，是富含多酚的宝贵资源，在功能性食品领域具有潜在应用价值。然而，目前针对这些生物活性化合物的高效提取策略仍然有限。本研究开发了一种超声辅助深共晶溶剂（DES）体系，以增强从沙棘渣中回收多酚的能力，并评估其在食品应用中的稳定性与降糖功能。研究筛选了五种基于氯化胆碱的DES，确定ChCl-PEG为最优溶剂。在固液比固定为20 mL/g的条件下，优化的DES含水率、超声功率和提取温度分别为21%、257 W和45 °C，总酚含量达到78.88 mg GAE/g DW。结构与微观结构分析（FTIR和SEM）表明，DES-超声体系促进了细胞壁破坏，并通过增强传质和氢键相互作用促进了多酚释放。所得提取物表现出较强的抗氧化能力和优异的储存稳定性，在4 °C条件下储存30天后仍保留了89.90%的总多酚。此外，提取物对碳水化合物水解酶表现出显著的抑制活性，尤其是对α-葡萄糖苷酶（IC₅₀ = 2.09 μg/mL），提示其在餐后血糖调控方面具有潜在应用前景。分子对接进一步证实了主要多酚与酶活性位点之间的强相互作用。通过绿豆发芽和Caco-2细胞模型进行的安全性评估表明，在测试条件下DES体系具有良好的生物相容性。总体而言，本研究为从沙棘渣中回收多酚提供了一种绿色高效的策略，并为食品相关应用中DES辅助工艺的进一步开发提供了支持。

引言

可持续食品生产的创新策略已聚焦于食品加工副产品和农业废弃物的资源化利用，以契合循环经济和可持续发展目标。据估计，全球每年产生13亿吨食品和农业废弃物，若管理不当将造成严重的资源浪费和环境污染（Panzella et al., 2020; Wang et al., 2025）。历史上，这些废弃物被视为低价值废料，通常通过填埋、焚烧或作为动物饲料处理，导致生物质资源的浪费（Ferrara et al., 2025）。然而，从植物化学角度来看，这些所谓的"废弃物"往往含有比植物主要可食用部分更高浓度的有价值次生代谢产物，包括多酚、黄酮、花青素和膳食纤维（Zhang et al., 2023）。由于其显著的生物活性，如抗氧化、抗炎和代谢调节作用（包括调控餐后血糖响应），这些化合物在食品功能性成分、药物、化妆品和新兴材料领域具有巨大潜力（Agulló, García-Viguera, Medina, & Domínguez-Perles, 2025; Sun et al., 2024）。因此，在循环经济原则指导下，开发从食品加工副产品中回收增值化合物的提取策略，对于提高生物质利用率具有重要意义。然而，从工艺层面而言，这些策略的整体可持续性还取决于溶剂和能源投入。

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）是一种耐旱耐冷的药用和食用兼用植物，广泛分布于欧亚大陆，因具有显著的生态和经济价值而在中国被广泛种植。在沙棘汁和沙棘油的工业化生产过程中，会产生大量沙棘渣作为副产品。研究表明，沙棘渣中仍保留着相当数量的酚酸和黄酮类化合物（Peng et al., 2025）。先前的超声辅助提取（UAE）研究进一步凸显了这一副产品的资源化利用潜力。Wu等（2024）证实，溶剂选择显著影响沙棘渣提取物中多酚的组成和抗氧化活性，其中75%乙醇产生的总酚含量（TPC）最高，75%甘油产生的总黄酮含量（TFC）最高。Hussain、Sharma和Bhat（2021）利用UAE和响应面法（RSM）优化了从沙棘渣中回收可溶性膳食纤维的工艺，证明了超声辅助加工在回收该基体中不同功能组分方面的适用性。尽管传统溶剂提取方法（如使用甲醇或乙醇）已被广泛应用于植物多酚的回收，但其高挥发性、易燃性和潜在毒性不符合绿色化学原则（Chaisawat et al., 2024; El Mannoubi, 2023）。因此，需要开发既能提高从沙棘渣中回收生物活性化合物效率，又能减少对传统有机溶剂依赖的提取策略。

DES作为可调谐的提取介质，具有低挥发性和可调节的溶解特性。其经济和环保性能具有工艺特异性，取决于溶剂组成、固液比、加工条件、电力消耗和溶剂回收情况。比较评估表明，基于DES的提取与水基提取的相对性能随工艺设计和评估边界而变化（Bouhzam et al., 2024; Rai et al., 2025）。将DES与UAE结合，可通过声致空化和微流体现象增强传质，从而提高多酚的回收率（Li et al., 2025）。天然DES-UAE已在不同生物基体中增强了酚类物质的回收（Ianni et al., 2023; Zeb, Gerhardt, Johannesen, Underhaug, & Jordheim, 2024）。针对沙棘而言，Ma等（2024）筛选了23种天然DES配方，选择了甜菜碱-乳酸（1:2）用于超声辅助提取沙棘果实中的黄酮。经工艺优化后，黄酮产率比60%乙醇和水分别提高了2.4倍和3.1倍。这些发现表明，溶剂配方和超声条件均是决定沙棘原料中黄酮回收率的重要因素。尽管DES在多酚提取方面已展现出巨大前景，但其生物相容性受溶剂组成和暴露浓度影响显著（Popovi? et al., 2023）。因此，在开发用于食品相关应用的DES基工艺时，针对特定配方的理化表征和生物相容性评估至关重要。

此外，多酚化合物对光、热和氧气敏感，但关于DES微环境如何通过减轻环境胁迫来增强多酚稳定性的机制研究仍然有限。最后，当前研究大多侧重于提取条件的优化，而对溶剂-溶质相互作用、微观传质行为以及提取物稳定性与功能性的关系仍缺乏充分阐明。针对这些挑战，本研究旨在建立一种高效绿色的基于DES的沙棘多酚提取体系，并关注初步的生物相容性和应用潜力。从转化应用角度来看，DES在食品领域的应用需要考虑溶剂组成、预期用途以及特定管辖区的监管要求。在中国，现行食品标准对氯化胆碱和聚乙二醇作为独立物质定义了特定用途和质量要求（中华人民共和国卫生部, 2012; 国家卫生健康委员会和国家市场监督管理总局, 2018, 2021, 2024）。这些法规为基于ChCl的DES体系的开发提供了组分层面的参考依据。具体而言，本研究筛选并表征了一系列离子型天然DES配方，并优化了超声辅助提取工艺。随后，利用LC-QTRAP-MS、FTIR和SEM对提取物进行了分析，以阐明其化学成分并探究溶剂-溶质相互作用机制，同时通过加速稳定性试验评估DES体系在热和光胁迫下对多酚的保护作用。最后，通过抗氧化活性试验和α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制试验结合分子对接，评估了提取物的生物功能特性，以阐明主要生物活性成分降糖潜力的作用机制。这种综合方法为通过绿色加工技术在食品和医药领域实现食品工业副产品的资源化利用提供了新的机制见解和技术支持。

章节摘要

材料与试剂

沙棘渣采自中国陕西省延安市吴起县。将物料在45 °C下使用电热恒温培养箱（DZF-6130，德工机械设备有限公司，中国广州）干燥至恒重，然后用研磨机（上杰五金制品有限公司，中国金华）进行研磨，并通过40目筛网获得粒径约为0.42 mm的粉末。粉末在?20 °C条件下储存备用。

主要试剂包括：

不同DES的筛选及其理化性质分析

合成并评估了五种含有不同氢键供体（HBD）的基于ChCl的DES用于沙棘渣中多酚的提取。如图1A所示，所有DES在提取后均从无色变为黄色或橙色，表明色素和多酚化合物从生物质基体转移到了溶剂相中。ChCl-甲酸体系的颜色变化最为明显，其次是ChCl-PEG和ChCl-甘油，表明它们在不同溶质的溶解能力方面存在显著差异。

结论

本研究证明，在所评估的五种DES配方中，ChCl-PEG实现了从沙棘渣中最高水平的多酚回收，并在储存过程中保持了较高的多酚保留率。在固液比固定为20 mL/g的条件下，优化工艺获得的总酚含量（TPC）为78.88 ± 4.90 mg GAE/g DW，芦丁含量达到29.646 mg/g DW。储存30天后，4 °C和25 °C条件下分别保留了初始多酚含量的89.90%和83.77%。

CRediT作者贡献声明

雷文智：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化，形式分析，数据管理，概念构思。卢逸杰：软件，方法学，形式分析，数据管理，概念构思。王思琪：验证。陈雁婷：形式分析。韩亦柯：软件。高震鹏：撰写—审阅与编辑，监督，项目管理，经费获取。

未引用参考文献

Lei et al., 2025

Sun et al., 2024

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了陕西省重点研发计划（2025QY-GJHX-39）的资助。我们特别感谢西北农林科技大学杨凌校区的张强先生在酶标仪实验中提供的技术支持。我们感谢西北农林科技大学园艺科学研究中心的张女士在LC-MS/MS分析中提供的专业技术协助。

雷文智|卢逸杰|王思琪|陈雁婷|韩亦柯|高震鹏

西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌，712100，中华人民共和国