《Separation and Purification Technology》：Green extraction of polyphenols from food and agricultural waste using NADES and non-thermal technologies: Mechanisms, optimization, and circular bioeconomy applications
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摘要：随着功能性食品、营养保健品、化妆品及可持续材料领域对天然多酚需求的增长，从食品和农工业废弃物中提取多酚受到全球关注。传统的有机溶剂法因易导致生物活性损失、能耗高、使用有毒溶剂及选择性差，被认为不可持续、效果欠佳或不经济。为克服上述局限并兼顾可持续性，绿色
摘要：随着功能性食品、营养保健品、化妆品及可持续材料领域对天然多酚需求的增长，从食品和农工业废弃物中提取多酚受到全球关注。传统的有机溶剂法因易导致生物活性损失、能耗高、使用有毒溶剂及选择性差，被认为不可持续、效果欠佳或不经济。为克服上述局限并兼顾可持续性，绿色化学领域取得显著进展，涌现出多种基于天然深共熔溶剂(natural deep eutectic solvents, NADES)和非热技术的策略，并已开发出大量以NADES为介质、可获得高多酚得率的平台。由NADES与非热技术（如超声波、脉冲电场、高压及冷等离子体(cold plasma, CP)）组成的杂化平台的研究也随科学活动的增加而取得长足进展。本综述梳理了NADES与非热技术协同应用于从食品和农工残渣中回收多酚的最新进展与突破，重点关注其分子作用基础及对多酚回收效率的影响。研究人员还指出了该领域现存挑战与关键障碍，并展望其在循环应用中的快速增长潜力。最后，对未来利用人工智能(artificial intelligence, AI)和机器学习(machine learning, ML)算法设计可食用或高效NADES溶剂体系进行了展望。新型NADES赋能的非热平台为高效回收多酚提供了令人振奋的机会，并推动废弃物增值化和循环生物经济转型。
论文解读：利用天然低共熔溶剂(NADES)与非热技术从食品及农业废弃物中绿色提取多酚——机理、工艺优化及循环生物经济应用
本文发表于Separation and Purification Technology，针对传统有机溶剂加热浸提法回收农工废弃物中多酚时存在的毒性大、能耗高、热敏性多酚易降解及选择性差等问题，研究人员系统综述了天然深共熔溶剂(natural deep eutectic solvents, NADES)与超声辅助提取(ultrasound?assisted extraction, UAE)、脉冲电场(pulsed electric field, PEF)、高压处理(high?pressure processing, HPP)、冷等离子体(cold plasma, CP)等非热技术联用平台的分子机理、工艺优化、下游分离及循环生物经济价值，并指出当前研究缺口与未来方向。
研究人员通过检索Scopus、Web of Science、ScienceDirect、PubMed和Google Scholar近五年170余篇同行评议文献，按纳入排除标准筛选NADES配方、非热提取体系、分子相互作用机理、提取效率、纯化策略、可持续性评估及农工残渣增值化相关研究，进行归纳与分析。
研究结果
2. 食品及农工业废弃物中的多酚
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2.1 多酚类型与主要农业废弃物来源：多酚分为黄酮类、酚酸类、单宁及芪类等，富集于果皮、种皮等保护组织。葡萄皮渣、柑橘皮、苹果渣、茶渣、咖啡渣、可可壳、浆果废料、石榴皮、橄榄叶、谷物麸皮（稻麦高粱）、木薯皮、坚果壳与种皮均为富含特定多酚类的农工副产物。
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2.2 多酚提取的挑战：①多酚结构多样且对环境敏感，高温或强超声可致降解/氧化/异构化，使总酚含量(total phenolic content, TPC)虚高但实际活性降低；②酚类物质常以结合态与细胞壁纤维素/木质素键合，常规溶剂难释放；③Folin?Ciocalteu法测定TPC易受糖、抗坏血酸等还原物干扰致高估，宜结合HPLC/UPLC?MS色谱轮廓分析。
3. 非热多酚提取技术
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3.1 超声辅助提取(UAE)：声空化微气泡溃灭产生微射流与剪切力破坏植物细胞壁，增大溶剂接触面积与传质。适度功率(100–400 W, 20–40 kHz)与短时处理可提取得率高于传统浸渍且保留黄酮谱；过高功率或过长时可产生活性氧与局部温升致多酚降解。
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3.2 脉冲电场(PEF)：适宜场强(1–5 kV/cm)与比能(5–20 kJ/kg)诱导细胞膜电穿孔(electroporation)提高通透性促进胞内多酚扩散；过强场强或能量可致rutin等酚类下降及氧化。
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3.3 高压处理(HPP)：100–600 MPa静水压使细胞骨架松动、膜透性增加，在适中压力(300–400 MPa)下可提高橄榄叶、果渣中多酚与oleuropein得率并保留花色苷；>500–600 MPa或长保压可致花色苷降解。
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3.4 低势热杂化体系与加压辅助提取：冷等离子体(CP)预处理可蚀刻残渣表面增溶，但过强氧化会改变化合物结构；加压液体提取(pressurized liquid extraction, PLE/ASE)借高压升温提速，需严控条件以防共提杂质。
4. 新兴天然深共熔溶剂(NADES)
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4.1 概念、演变与分类：NADES由氢键受体(hydrogen?bond acceptor, HBA，如氯化胆碱ChCl、甜菜碱)与氢键供体(hydrogen?bond donor, HBD，如糖、有机酸、氨基酸、多元醇)按一定摩尔比混配，靠强氢键网络大幅降低熔点形成室温液体，分ChCl基、糖类基、氨基酸基与有机酸基等。
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4.2 影响多酚提取的理化性质：极性可调——高极性NADES利亲水性酚酸，中极性利黄酮与单宁；加水(通常≤30–60% w/w)可降低粘度促传质，过量水破坏共熔结构降选择性；pH、密度亦影响溶解行为与多酚稳定。
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4.3 定制NADES：分子设计方法：依据溶剂?溶质亲和原则（极性匹配、氢键互补、π?π堆积），借助密度泛函理论(density functional theory, DFT)解析氢键网络，用COSMO?RS(导体型屏蔽模型—实溶剂—类导体屏蔽模型)与定量构效关系(quantitative structure?property relationship, QSPR)预测溶解度与筛选配方，仍需实验验证。
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4.4 AI与机器学习(ML)辅助NADES设计与优化：采用自适应神经模糊推理系统(adaptive neuro?fuzzy inference system, ANFIS)、随机森林(random forest, RF)、极端梯度提升(extreme gradient boosting, XGBoost)及人工神经网络(artificial neural network, ANN)建模关联组成—物化性质—得率，较响应面法(response surface methodology, RSM)预测更准并可识别关键变量(时间、液固比)；但需注意过拟合与外推局限。
5. NADES与非热技术杂化提取策略
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5.1 协同效应与性能增益：NADES＋UAE/PEF双杂化较单一法显著提高番茄皮lycopene、β?胡萝卜素与多酚得率；ChCl?乳酸NADES＋PEF使可可壳TPC↑45%、总黄酮↑48%；ChCl:葡萄糖NADES(加60%水)选择性提柑橘黄酮(橙皮苷、新橙皮苷)；蓝莓叶与芒果皮中NADES?UAE较80%乙醇提取得率与抗氧化活性分别提升1.4–2.2倍与1.6–2.8倍，且时间减半、溶剂量减。
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5.2 联合作用机理：NADES通过氢键网络、极性匹配及π?π相互作用特异性溶解并稳定多酚羟基；UAE空化崩解细胞壁促NADES渗入；PEF电穿孔形成瞬态孔道加速胞内酚释放后NADES氢键稳定之；HPP使壁结构疏松增溶剂可及度。扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)与独立梯度模型基于Hirshfeld划分(independent gradient model based on Hirshfeld partition, IGMH)分析证实NADES?多酚间存在氢键(蓝色区)与范德华作用(绿色区)。
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5.3 提高效率的优化策略：调节NADES组分/摩尔比/含水量降粘增传质；控制超声振幅/PEF场强与脉宽/ HPP压力与保压时间至恰可释放化合物而不引降解；用间歇脉冲防热累积；以RSM、ANN及满意度函数确定最优工况。
6. 回收、纯化与溶剂回用
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6.1 产物回收与纯化：抗溶剂沉淀(加乙醇或水破共熔析出多酚)简便可放大；超滤/透析(如2500 Da膜)按分子量截留多酚去NADES组分，免大量稀释但受高粘度致膜污染限制。
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6.2 NADES可回收性挑战：强氢键与高粘度使蒸馏回收耗能高，可用膜分馏、真空蒸发或选择性抗溶剂，尚需开发低粘度、可切换食品级NADES。
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6.3 副产物增值化与循环加工：提完多酚的果渣、麸皮、壳等仍富膳食纤维/蛋白，可经干燥、酶解制成功能配料或生物复合材料填料，实现全组分梯级利用。
7. 环境、经济与法规考量
生命周期评价(life?cycle assessment, LCA)显示可再生NADES与低能非热法降温室气体与毒性，但DES合成能耗与回收成本可能削弱环境优势；需权衡得率与环境表现。NADES单体多具GRAS(一般公认安全)地位但共熔体系残留需经细胞毒、残留量化及感官评估；目前监管依单体添加剂判定，缺专门针对NADES残留标准。放大受高粘度影响混合输送，需专用设备及溶剂再生。
8. 研究空白与未来方向
需深化植物基质?多酚?NADES分子相互作用认知，结合多组学定位酚分布及COSMO?RS/ML指导理性设计；发展可直添食品的清洁标签(edible/clean label) NADES并评残留与稳定性；推进连续流提取、膜辅助分离与杂化绿色级联；标准化安全评价与LCA以支撑产业化。
讨论与结论（翻译浓缩）
研究表明，NADES与非热技术联用通过靶向增溶、强化传质及最小化热降解，在从农工废弃物中选择性回收结构完整、生物活性保留的多酚方面持续优于传统溶剂?加热法。经计算工具辅助设计的NADES配合非热破胞技术可实现不同多酚亚类的选择性回收。当前领域仍处于早期阶段，工业化需解决NADES可回收性、粘度制约传质、食品级应用法规认可及规模化连续生产成本效益等问题。从批次小试走向商业化须依托连续流提取、膜辅助纯化、杂化绿色级联与技术?经济模型缩小差距。未来靠食品科学、材料学与计算化学交叉融合，借助可食用NADES配方、AI引导溶剂设计、多组学优化及下游共产物增值路径进一步强化系统可持续性。总体而言，NADES赋能的非热提取为解锁农业废弃物生物活性潜力提供了多功能平台，将助推零废弃循环食品体系转型及可持续生物炼制发展。
