《Sustainable Food Technology》：Accelerated solvent extraction of spent lemon peels after limoncello production: chemometric optimization and characterization of the obtained extractsOpen Access
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通过替代性萃取策略实现食品副产物增值化，是构建循环食品体系的可行途径。本研究以柠檬酸为萃取介质，采用加速溶剂萃取（ASE）技术，考察了Limoncello生产后产生的废弃柠檬皮中高价值化合物的回收情况。研究采用面心中心复合设计（FCCD），评价温度、萃取时间与
通过替代性萃取策略实现食品副产物增值化，是构建循环食品体系的可行途径。本研究以柠檬酸为萃取介质，采用加速溶剂萃取（ASE）技术，考察了Limoncello生产后产生的废弃柠檬皮中高价值化合物的回收情况。研究采用面心中心复合设计（FCCD），评价温度、萃取时间与pH对果胶富集组分回收率的影响。确定的最优萃取条件为64 °C、11 min、pH ≈ 2。在此条件下，所得萃取物的果胶富集组分得率为0.45%，并进一步对其化学组成进行了表征。优化后的萃取物含酚类化合物，包括橙皮苷（hesperidin）、柚皮苷（naringin）、咖啡酸（caffeic acid）和绿原酸（chlorogenic acid），这些成分赋予其抗氧化潜力。上述结果表明，Limoncello生产产生的废弃柠檬皮可作为回收生物基组分的宝贵二次原料。尽管仍需进一步研究以评估其在食品基质中的纯度、功能性与性能，但所回收的萃取物有望成为食品配方、营养保健品、化妆品应用或可生物降解包装材料中功能性成分的候选物。
研究背景方面，柠檬为全球重要农产品，其果皮外层的黄皮层（flavedo）富含类胡萝卜素，并因高果胶含量而成为食品工业的重要原料。Limoncello为意大利坎帕尼亚地区的传统柠檬利口酒，通过将柠檬黄皮层在95%（v/v）乙醇中浸渍数周制得，约需15个柠檬生产1 L利口酒，从而产生大量废弃柠檬皮。与既往研究常用的新鲜柠檬皮不同，经乙醇浸渍后的废弃柠檬皮在化学组成上已发生变化，相对更富含纤维素、果胶和单糖，属于研究不足的基质。果胶提取传统上采用盐酸、硫酸或硝酸等无机酸，虽效率高、成本低，但存在毒性、腐蚀性废液及需额外纯化等问题。柠檬酸因可生物降解、低毒、与食品应用兼容（E330）且水解作用温和、可减少果胶降解而成为有前景的替代介质；离子液体（ILs）与低共熔溶剂（DESs）虽受关注，但受成本、毒性、黏度、回收困难及工业验证不足等限制。加速溶剂萃取（ASE）通过高温高压（50–200 °C、10–15 MPa）增强溶剂渗透与传质，具有时间短、溶剂消耗少、重现性好等优势，但工业规模应用受仪器成本限制。既有研究多针对新鲜柠檬皮或聚焦生物活性物回收，对Limoncello生产废弃柠檬皮及加压萃取与常规酸萃取的直接比较研究有限。因此，本研究以食品级柠檬酸水溶液为介质，将ASE应用于Limoncello废弃柠檬皮，采用面心中心复合设计（FCCD）结合响应面法（RSM）优化温度、时间与pH，并以果胶富集组分得率为响应值；同时制备盐酸对照（HAC）与柠檬酸对照（CAC），在相同最优温度、时间与pH下但不加压进行对比，全面表征果胶富集组分得率、半乳糖醛酸（GalA）含量、甲基化度（DM）、总酚含量（TPC）、抗氧化活性、残留乙醇、酚酸、类黄酮及挥发性有机化合物（VOCs）。研究意义在于首次针对该工业废弃基质，结合ASE与食品级柠檬酸实现果胶富集组分及生物活性化合物的回收，并明确加压萃取的贡献。
关键技术方法方面（不超过250字）：样品为意大利那不勒斯省Gioia Luisa S.r.l. Limoncello di Sorrento提供的Sorrento Oval柠檬（Citrus limon (L.) Burm. f. cv. Ovale di Sorrento，受“Limone di Sorrento PGI”保护）黄皮层，经14天室温、皮:乙醇=1:4工业浸渍后于?20 °C冻存、粉碎至≤2.5 mm；干物质24.12%（w/w），残留乙醇10.25%（w/w）。采用Dionex ASE 350萃取器，约10 g样品、66 mL萃取池、50 mL溶剂（固液比约20 g/100 mL），压力约1400 psi（9.7 MPa），静态萃取，5 min预热，单次循环，无冲洗，氮气吹扫100 s，终体积约40 mL。实验设计为FCCD（温度50–70 °C、时间5–15 min、pH 1.5–2.5），17次运行并重复一次共34次，随机化，以Statgraphics Centurion XIX进行RSM与方差分析（ANOVA）。常规对照于200 rpm振荡、8000 rpm离心10 min制备。表征包括乙醇沉淀法测果胶富集组分得率、酶法测乙醇、Folin-Ciocalteu法测TPC、DPPH/ABTS/FRAP抗氧化评价、硫酸-硼砂-间羟基联苯法测GalA、滴定法测DM、超高效液相色谱（UHPLC）测单个酚类、顶空固相微萃取-气相色谱/质谱（GC/MS）测VOCs，并以R 4.5.3进行Pearson相关分析及Benjamini–Hochberg FDR校正。
研究结果方面：
3.1 果胶富集组分得率响应面拟合：ANOVA显示模型拟合良好，R2、校正R2与预测R2分别为0.8678、0.8103、0.7336，失拟检验不显著（p = 0.0605），变异系数（CV）7.54%，估计标准误0.0351，Durbin–Watson统计量1.989（p = 0.4533）。温度、pH的线性项及温度二次项、pH二次项显著，时间线性项及温度×时间、温度×pH、时间二次项、时间×pH不显著。响应面显示温度升高使响应略升但高温下效应减弱；pH升高至最大值后响应下降，与pH负二次项一致。通过期望函数得最优条件：64 °C、11 min、pH ≈ 2，验证实验值0.45 ± 0.03与预测值0.48相符。
3.2 果胶富集组分含量、DM、GalA与乙醇含量：ASE、CAC、HAC的果胶富集组分得率分别为0.45 ± 0.03、0.19 ± 0.02、0.13 ± 0.05 g/100 mL，差异显著；以干重计分别为7.20、3.04、2.08 g/100 g DW，低于新鲜柠檬皮8–13.1%的报道，归因于基质已历经乙醇萃取。DM三者无显著差异（61.26%、60.33%、62.14%），属高甲氧基果胶（>50%）。GalA以ASE最高（176.23 mg L?1），归一化后ASE、CAC、HAC分别为3.9%、8.70%、11.42%。乙醇含量CAC与ASE较高，HAC最低。
3.3 总酚含量与抗氧化活性：ASE的TPC最高（180.21 mg GAE/L），较CAC提高约38%；ABTS与FRAP分别提高7%与24%，DPPH（IC50）降低9%。差异部分归因于ASE高压增强溶剂渗透、溶解度与传质。
3.4 单个酚类含量：主要酚类依次为橙皮苷、芦丁（rutin）、绿原酸、柚皮苷、咖啡酸，ASE均最高（橙皮苷175.52、芦丁71.83、绿原酸44.20、柚皮苷12.51、咖啡酸6.35 mg L?1）。与新鲜柠檬皮相比浓度较低，因浸渍过程中部分酚类转入酒液，但橙皮苷与芦丁仍为主要成分（2.5与1.03 mg g?1 DW）。高压促进细胞壁破碎、低pH水解果胶释放酚类。Pearson相关分析显示各酚类与TPC强正相关（r = 0.832–0.979，FDR校正后p < 0.05），柚皮苷与绿原酸同ABTS（r = 0.771、0.770）及FRAP（r = 0.896、0.891）显著相关，芦丁与FRAP相关（r = 0.761），橙皮苷与咖啡酸同抗氧化参数无显著相关，所有化合物与DPPH均无显著相关。
3.5 挥发性有机化合物：共鉴定27种挥发物，包括醛类4种、萜烯16种、醇类3种、酯类3种、酚类1种，以单萜与倍半萜为主。ASE总萜烯最高（52 172.97 ppb），柠檬烯（limonene）在ASE中最高（8570.36 ppb），橙花醇（nerol，12 150.84 ppb）与香叶醇（geraniol，9399.76 ppb）亦以ASE显著较高，提示ASE条件有利于含氧萜类回收；酯类以CAC最高，醇类与酚类以HAC最高，醛类以ASE最高。
讨论与结论部分：研究证实Limoncello废弃柠檬皮仍是有价值的二次原料，ASE结合柠檬酸可获得富含果胶相关化合物及生物活性分子的萃取物。萃取技术与化学计量学工具结合可确定适宜工艺条件并评价参数影响；尽管优化以果胶富集组分得率为响应值，所得萃取物仍含生物活性化合物，显示其作为生物基配料来源的潜力。回收萃取物有望作为功能性成分应用于冰淇淋、烘焙产品、饮料及水果基制品等增值食品，其抗氧化组成亦提示可用于营养保健品、化妆品及活性可降解包装材料。研究为废弃柠檬皮增值化提供概念验证，结合工业副产物利用、食品级柠檬酸与萃取效率提升，有助于提高资源效率并支撑循环经济。后续需开展全面结构与功能表征、工艺放大及专门的生命周期评价，以量化溶剂与能耗、废物产生与碳足迹，从而全面评估回收组分的技术、环境与工业潜力。
