《Bioresource Technology Reports》：Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent extraction of polyphenols from walnut shells and high-value residue utilization
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摘要核桃壳废弃物是一种富含生物活性多酚的木质纤维素类农业副产物，但其资源利用效率极低，导致资源浪费和环境负担。当前研究将多酚提取与木质纤维素预处理分别进行，导致工艺流程长、运行成本高。为实现核桃壳的全组分增值利用，本研究建立了一种集成的超声辅助天然深共晶溶剂（DES）工艺，同
摘要
核桃壳废弃物是一种富含生物活性多酚的木质纤维素类农业副产物，但其资源利用效率极低，导致资源浪费和环境负担。当前研究将多酚提取与木质纤维素预处理分别进行，导致工艺流程长、运行成本高。为实现核桃壳的全组分增值利用，本研究建立了一种集成的超声辅助天然深共晶溶剂（DES）工艺，同时实现核桃壳的多酚提取和木质纤维素改性预处理。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对提取前后残余物的结构变化进行了表征。此外，通过酶解实验评估了DES预处理对残余物产糖效果的影响。优化后的提取工艺总多酚含量为116.90 ± 0.73 mg/g，所得提取液表现出优异的抗氧化活性。DES提取破坏了核桃壳坚硬的木质纤维素结构，选择性去除木质素和半纤维素，保留了纤维素。这种结构改性使残余物在48小时的酶解效率显著提高2.58倍。本研究创新性地将生物活性多酚回收与残余物增值利用整合到单一DES处理体系中，无需额外的独立预处理操作。所得结果提供了一种低成本、环保的技术路线，用于核桃壳废弃物的全组分高值利用，同时也为其他木质纤维素类农业副产物的综合开发利用提供了理论参考。
引言
鉴于全球对可持续资源利用的重视，农业废弃物的高值化转化已引起研究和产业的广泛关注（Sun等，2024年）。作为核桃油生产的主要副产物，核桃壳随着核桃产业的发展而不断增加，导致资源浪费并对环境构成潜在威胁（Senneca等，2018年；Pasayeva等，2025年）。尽管核桃壳被视为废弃物，但其富含纤维素、半纤维素和木质素等天然聚合物，以及具有显著生物活性的次生代谢产物，包括多酚和黄酮类化合物。这些成分在药品、功能性食品、保健品、化妆品等领域展现出广阔的应用前景（Qing等，2026年；Jia等，2025年）。核桃壳中的多酚表现出强大的抗氧化、抗炎和抗菌活性（Ventura等，2024年），使其成为合成化学品的理想天然替代品。
然而，核桃壳致密的细胞壁结构和复杂的组成对传统加工方法提出了挑战。一方面，使用有机溶剂提取活性成分存在溶剂消耗量大、回收困难和活性物质易降解等问题（Zhou等，2025年；Sanches Yaekashi等，2024年）。另一方面，单一的木质纤维素预处理方法通常涉及高能耗和严重的环境污染，且难以与活性成分提取工艺整合，导致资源利用效率低下（Didion等，2024年）。因此，开发可持续的集成技术，以高效提取核桃壳中的高价值活性成分并同时进行木质纤维素预处理，对于解决农业废弃物增值利用的挑战至关重要。
深共晶溶剂（DESs）被认为是具有独特优势的绿色溶剂，包括环境安全性、无毒、可生物降解、低蒸气压、稳定性和可回收性（Fouda等，2026年；Suniya等，2026年）。DESs通过氢键供体和受体之间的非共价相互作用形成（Romaito等，2025年），能有效溶解酚类和黄酮类等极性生物活性成分。它们还能破坏木质纤维素中的氢键网络和木质素-碳水化合物复合物，使纤维素和半纤维素溶解并去除木质素（Jiao等，2024年；Yao等，2024年）。由于木质素难以降解的结构显著限制了木质纤维素的生物转化（Yang等，2026a；Yang等，2026b），能够优先溶解木质素的绿色溶剂对于木聚糖提取至关重要。近期研究强调了DESs在生物活性成分提取和木质纤维素预处理中的有效性。Wang等（2022年）使用绿色DESs从朴树叶中提取黄酮类、多酚类等活性化合物，而Mwanakaba等（2024年）使用乳酸-氯化胆碱DESs预处理玉米秸秆，显著提高了后续酶解效率。然而，目前大多数研究将生物活性成分提取和木质纤维素预处理视为两个独立过程，未能充分利用DESs的多功能特性，导致工艺复杂、成本增加和工业应用受限。
本研究开发了一种利用DESs同时提取总多酚含量和预处理核桃壳木质纤维素的新方法。通过选择合适的DES体系建立了一体化单锅工艺。在提取核桃壳总多酚含量的过程中，同时利用DES的木质纤维素解构效应破坏细胞壁结构并分离主要成分。这提高了酶解效率，促进了核桃壳的高值利用（图S1）。所提出的策略超越了先提取后预处理的传统分步工艺，利用DESs的多功能特性将生物活性成分提取与木质纤维素预处理整合，减少了工艺复杂性和能耗。本研究不仅为核桃壳废弃物的综合利用提供了新思路，也为木质纤维素生物质加工的绿色集成技术提供了理论依据和实践参考。对于促进农业废弃物的可持续资源利用和环保化学技术的发展具有重要的学术和实用价值。
章节片段
材料与方法
核桃壳被研磨成细粉，过20目标准筛，在室温干燥条件下储存备用。去离子水使用Milli-Q水纯化系统（Millipore，Billerica，MA）制备，98%纯度的齐墩果酸标准品购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。Folin-Ciocalteu试剂、碳酸钠、氯化胆碱、甘油、乳酸、乙二醇和1,3-丙二醇均为
DES类型和关键因素对总多酚提取率的影响
本研究使用氯化胆碱和甜菜碱作为氢键受体（HBA），结合四种氢键供体（HBD）制备了八种DES。值得注意的是，本研究中DES的组分选择和摩尔比基于先前研究，研究表明酸性、糖类和多醇类HBD由于与目标酚类化合物的化学相容性不同，其提取效率存在差异（Osamede Airouyuwa等，2022年；Benítez-Correa等，2023年）。此外，将DES与
结论
本研究建立了一种集成生物精炼策略，实现了核桃壳废弃物中生物活性多酚绿色提取与残余物酶解糖化的协同耦合。采用响应面法（RSM）优化并确认了氯化胆碱-乳酸DES体系的最佳提取参数。该溶剂体系同时富集了具有强抗氧化活性的多酚并改性了木质纤维素结构。酶解效率为
CRediT作者贡献声明
Wang Lei：写作–初稿，项目管理，资金获取，概念设计。黄晓德：形式分析。孙晓霞：数据整理。胡寒露：方法学。Zhang Hao：数据整理。
资金
本研究由全国供销合作总社2024年科技创新项目资助（GXKJ-2024-005）。
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经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢全国供销合作总社2024年科技创新项目的支持。
Wang Lei | 黄晓德 | 孙晓霞 | 胡寒露 | Zhang Hao
中国供销合作总社南京野生植物综合利用研究所，南京，211111，中国
