《Process Biochemistry》：Deep eutectic solvent mediated microwave and enzyme assisted green extraction process for improving pectin yield from onion peel
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沙尚克·瓦桑特库马尔（Shashank Vasanthkumar）、昌丹·库马尔·萨胡（Chandan Kumar Sahu）和拉维-库马尔·卡德帕加里（Ravi-Kumar Kadeppagari）
印度班加罗尔塔塔古尼（Tataguni）乔蒂技术学院（Jyothy Insti
沙尚克·瓦桑特库马尔（Shashank Vasanthkumar）、昌丹·库马尔·萨胡（Chandan Kumar Sahu）和拉维-库马尔·卡德帕加里（Ravi-Kumar Kadeppagari）
印度班加罗尔塔塔古尼（Tataguni）乔蒂技术学院（Jyothy Institute of Technology）食品技术系孵化创新研究与咨询中心（Centre for Incubation Innovation Research and Consultancy, CIIRC），卡纳卡普拉主干道（Kanakapura Main Road）旁，邮编560082
摘要
酸水解需要在高温等恶劣条件下使用矿物酸进行。酶提取果胶所需时间较长。通过在酶作用前进行物理处理可以解决这一问题。深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvents, DESs）因其可生物降解性、低毒性和高提取效率而具有前景。在本研究中，对青葱皮进行了深共晶溶剂提取、微波处理以及纤维素酶和半纤维素酶处理，以提高果胶产量。通过上述方法获得的果胶产量（17.3%）高于酸提取（6.13%）和其他处理方法。酯化程度（DE，74.1% vs 72.7%）、甲氧基含量（12.4% vs 12.9%）、当量重量（982 g/mol vs 1035 g/mol）、半乳糖醛酸含量（78.4% vs 81.8%）、膨胀能力（19 ml/g vs 21 ml/g）、持水能力（20.8 g/g vs 21.7 g/g）和凝胶强度（143 g vs 145 g）与商业柑橘果胶（CCP）相当。两种果胶在pH 4和100℃条件下均保持稳定。两种果胶的溶剂残留量均可忽略不计。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示了果胶的特征峰，且深共晶溶剂的酯化程度与CCP相当（73.04% vs 70.92%）。用这两种果胶制成的果酱在感官评估中表现相当。这一过程为传统的酸提取方法提供了潜在的替代方案。
引言
果胶是一种复杂的杂多糖，主要存在于植物的初生细胞壁和中层膜中。它主要由半乳糖醛酸（Gal-A）单元和酯化的中性糖组成[1]。果胶因其优异的凝胶化、增稠和稳定性能而在食品、制药和化妆品行业中得到广泛应用。商业上，果胶通常从农业废弃物中提取，如柑橘皮、苹果渣和向日葵头[2]。随着需求的增加，人们开始探索更多果胶来源。洋葱皮废弃物就是其中之一，它是农业和食品工业的副产品。
洋葱废弃物中含有洋葱皮，由于其中含有硫化物和孢子，处理这些废弃物会带来环境挑战，导致废物管理效率低下。因此，通过提取果胶等化合物来利用洋葱皮既具有环境效益，也具有经济效益[3]。传统上，人们使用高温下的矿物酸进行酸水解来提取洋葱皮中的果胶，随后对提取物进行中和并纯化果胶。提取时间（1–12小时）和温度（50–100°C）对提高果胶产量至关重要[4]。然而，高温下使用强酸存在诸多限制：酸性条件可能导致加工设备腐蚀，影响工业操作的成本效益；此外，还会破坏果胶的分子结构，从而降低其技术性能[5]。
因此，研究人员正专注于基于酶法和物理处理的绿色提取技术。酶辅助提取是一种更环保的方法，已被广泛用于从各种蔬菜和水果废弃物中提取果胶。例如，纤维素酶已被用于从青柠皮[6]、猕猴桃渣[7]、苹果渣[8]、洋葱皮[9]、洋蓟粉[10]、石榴皮[11]和绿茶叶[12]中提取果胶。Babbar等人[13]使用Cellulast酶从压榨后的南瓜、洋葱壳、甜菜渣和浆果渣中提取果胶。此外，还结合使用多种酶进行果胶提取。Lang等人[14]使用5-阿拉伯糖苷酶和内α-1-阿拉伯呋喃糖苷酶的组合从苹果渣中提取果胶；Cui和Chang[15]使用纤维素酶（600 mg）和α-淀粉酶（500 mg）从生南瓜中提取果胶。虽然酶的使用能提高果胶产量，但其反应时间和维持最佳条件存在局限性，因为酶分解洋葱基质并提取果胶需要较长时间。通过预处理步骤（如微波辅助提取MAE）可以解决这一问题。
MAE可以分解细胞壁成分并破坏果胶与其他成分之间的连接，从而缩短酶接触基质的时间，提高果胶产量[16]。在先前的研究中，该策略已应用于多种农业废弃物，如无花果皮[17]、柚子皮[18]、百香果皮[19]、葡萄柚[20]、山楂[21]、废弃胡萝卜[22]、番茄废弃物[23]、芒果皮[24]、酸橙皮[25]、茄子皮[26]、香蕉皮[27]、大豆壳[28]、葡萄渣[29]、石榴皮[30]、火龙果皮[31]、红甜菜渣[32]和柑橘废弃物[34]。因此，将酶处理与微波结合使用有助于从基质中提取果胶。然而，溶剂的选择至关重要，它会影响酶活性、提取效率、可持续性和产品纯度。近年来，绿色溶剂因环保性和可持续性而在从农业废弃物中提取化合物方面受到重视[35]。深共晶溶剂（DESs）因其可生物降解性、低毒性和对多种生物分子的高提取能力而成为有前景的绿色提取介质[35]。在制备DES过程中，氢键供体与受体的具体组合会显著影响其理化性质，尤其是pH值（范围从酸性到碱性），这会影响果胶的提取效率[36]。
多项研究表明，DESs可用于从不同农业废弃物中提取果胶，例如Myrciaria cauliflora[37]、Averrhoa bilimbi[38]、苹果渣[39]、柚子皮[40]、菠萝蜜[41]、芒果皮[36]、百香果[44]和橙子皮[46]。在一项研究中，使用多元醇基DES和纤维素酶的组合从苹果细胞壁中提取果胶[47]。Riyamol和Jeevitha[48]使用由氯化胆碱和酒石酸组成的DES，获得了果胶产量（11.13%）及良好的技术性能。本研究的目的是开发一种基于DES和微波-酶辅助的提取工艺，以提高青葱皮中的果胶产量。具体目标包括：(1) 评估DES、微波和酶处理对提高青葱皮果胶产量的效果；(2) 研究提取果胶的理化和技术性能；(3) 评估用提取果胶制成的果酱的感官特性。DES的应用符合联合国2030年可持续发展议程[49]。本研究中使用的DES由氯化胆碱和柠檬酸组成，该DES与微波和酶处理结合使用后，使洋葱皮中的果胶产量提高了17.3%（±0.78%）。提取的果胶在结构和技术性能上与商业柑橘果胶（CCP）相当。所得果胶用于制作草莓果酱，其感官品质优于使用CCP制成的果酱。与传统的酸提取和加热方法相比，结合DES提取、微波和酶处理的方法能提取更高水平的果胶。
章节片段
材料与化学品
青葱皮购自印度班加罗尔的Yashavantapura农产品市场。椰子油、糖和草莓从当地商店购买。分析级乙醇、半乳糖醛酸、咔唑、纤维素酶、半纤维素酶、酚红和酚酞购自印度班加罗尔的Sigma-Aldrich公司。氯化胆碱、氢氧化钠（NaOH）、柠檬酸、氯化钠（NaCl）和盐酸（HCl）购自印度孟买的Loba Chemie Pvt. Ltd公司。
通过结合深共晶溶剂提取、微波和酶处理提高洋葱皮中的果胶产量
传统上使用酸提取方法（HCl，pH 2.5，95°C，50分钟）从农业废弃物中提取果胶，产量为3.47%±0.26%。而使用由氯化胆碱和酒石酸组成的DES时，果胶产量更高（6.2%±0.11%）。DES是一种环保型绿色溶剂。在本研究中，使用的DES由氯化胆碱和柠檬酸以1:1摩尔比组成
结论
经过组合处理（DES提取、微波、纤维素酶和半纤维素酶处理）后，青葱皮中的果胶产量最高（17.3%），优于其他处理方法（包括传统的酸提取，产量为6.13%）。所得果胶在酯化程度（DE，74.1% vs 72.7%）、甲氧基含量（12.4% vs 12.9%）、当量重量（982 g/mol vs 1035 g/mol）和半乳糖醛酸含量（78.4% vs 81.8%）等理化性质方面与商业柑橘果胶（CCP）相当。
作者贡献声明
沙尚克·瓦桑特库马尔（Shashank Vasanthkumar）：数据收集与撰写；昌丹·库马尔·萨胡（Chandan Kumar Sahu）：统计分析与数据分析；拉维-库马尔·卡德帕加里（Ravi-Kumar Kadeppagari）：概念构思、实验设计、数据分析、撰写与编辑
CRediT作者贡献声明
拉维-库马尔·卡德帕加里（Ravi-Kumar Kadeppagari）：撰写、审稿与编辑、可视化、监督、正式分析、概念构思。昌丹·库马尔·萨胡（Chandan Kumar Sahu）：软件应用、正式分析。沙尚克·瓦桑特库马尔（Shashank Vasanthkumar）：初稿撰写、方法设计、实验研究、数据整理。
利益冲突声明
作者声明，在论文“利用深共晶溶剂辅助的微波和酶辅助绿色提取工艺提高洋葱皮果胶产量”中不存在利益冲突。
致谢
作者感谢印度卡纳塔克邦斯林格里（Sringeri）的Sri Sharada Peetham提供的鼓励和支持。
利益冲突声明
作者声明在本文所述工作中不存在利益冲突。
