基于生态友好型天然低共熔溶剂超声辅助提取洋葱皮生物活性化合物的优化

《Food Science & Nutrition》：Optimization of Onion Peel Bioactive Compounds Using Eco-Friendly Natural Deep Eutectic Solvent Based Ultrasound-Assisted Extraction

　　

当前研究旨在利用超声辅助提取（Ultrasound-Assisted Extraction, UAE）结合天然低共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NADES）从洋葱皮中提取生物活性化合物。采用响应面法（Response Surface Methodology, RSM）设计以实现生物活性化合物的最大提取率。通过RSM设计对UAE-NADES提取方法进行了优化，自变量包括水含量（A：35%–55%）、提取时间（B：15–35 min）和固液比（C：10–30 g/mL）。研究结果表明，第14次运行条件下[条件：水含量35%，提取时间25 min，固液比30 g/mL]总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）最高，为105.06 mg GAE/g，DPPH自由基清除活性最高，为50.06 mg TE/g。设计运行的比较分析还表明，提取时间等因素对酚类含量有显著影响，其次为水含量百分比。三维响应结果也揭示，溶剂混合物中设定的变量显著提高了原料（皮）中酚类及其抗氧化活性的提取效率。总之，该研究聚焦于新兴的绿色提取技术用于生物活性化合物回收，因其作为可持续和环境友好方法的高效性，以及在功能性/营养保健品食品工业中的潜在应用而备受关注。

论文解读：基于天然低共熔溶剂超声辅助提取洋葱皮生物活性化合物的优化研究

食品加工业产生大量洋葱（*Allium cepa* L.）废弃物，其中洋葱皮年产量超过100万吨，常被填埋处理，造成环境污染和废弃物管理难题。洋葱皮富含酚类、黄酮类、花青素等多酚类生物活性物质，具有抗氧化、抗菌、抗炎等多种生理功能，可应用于食品、制药和化妆品行业。传统的有机溶剂提取法存在环境不友好、效率低等缺点。因此，开发绿色高效的提取技术成为废弃物资源化利用的关键。天然低共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NADES）作为新兴绿色溶剂，具有低蒸汽压、高溶解度、可生物降解等优点，可替代传统有机溶剂。超声辅助提取（Ultrasound-Assisted Extraction, UAE）则具有提取时间短、能耗低、环境友好等优势。本研究旨在将UAE与NADES联用，通过响应面法（Response Surface Methodology, RSM）优化红洋葱皮中生物活性化合物的提取条件，实现洋葱废弃物的增值转化，为功能性食品和营养保健品工业提供可持续的原料来源。该论文发表在《Food Science》。

研究人员从巴基斯坦古杰兰瓦拉当地市场采集红洋葱皮样品（100 kg），经人工分选、蒸馏水清洗、50°C热风干燥24 h后粉碎过筛（40–60目）。NADES由氯化胆碱（Choline Chloride, ChCl）与柠檬酸（Citric Acid, CA）、甘油或尿素按1:1摩尔比制备，其中ChCl:CA用于优化实验。UAE处理采用超声浴（200 W，40 kHz，振幅40%），提取时间、水含量和固液比作为自变量。采用Box-Behnken设计（BBD）结合RSM进行16次实验，以总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）和DPPH自由基清除活性为响应值。TPC采用Folin-Ciocalteu比色法测定，DPPH法评估抗氧化活性，高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography, HPLC）定量酚类化合物。所有实验均设三次重复，数据通过ANOVA和Design-Expert软件分析。

研究结果如下：

**3.1 优化洋葱皮NADES-UAE提取条件**
采用BBD设计的RSM对三个独立变量（水含量35%–55%，超声时间15–35 min，固液比10–30 g/mL）进行优化。16次实验的TPC范围为76.01–105.06 mg GAE/g，DPPH范围为40.10–50.06 mg TE/g。第14次运行（水含量35%，时间25 min，固液比30 g/mL）获得最高TPC（105.06 mg GAE/g）和最高DPPH（50.06 mg TE/g）。模型方差分析显示，水含量、时间和固液比对TPC均有显著影响（p < 0.05），失拟项不显著，R² = 0.9820，表明模型拟合良好。

**3.2 总酚含量（TPC）**
随水含量从35%增至55%，超声时间从15 min增至35 min，TPC先升后降。水含量35%、时间25 min时TPC最高；高水含量（55%）和长超声时间（35 min）导致TPC降至76 mg GAE/g，可能因长时间超声产生的热量和自由基引起酚类降解。水含量与固液比的交互作用不显著（p > 0.05）。研究表明，NADES中适当增加水含量可降低粘度、提高传质效率，但过量水会破坏氢键网络，降低提取效率。最佳条件为水含量35%、时间15 min、固液比20 g/mL（由模型预测）。

**3.3 DPPH自由基清除活性**
DPPH活性受水含量与提取时间、水含量与固液比、时间与固液比交互作用的影响。最高DPPH活性（50.06 mg TE/g）出现在水含量35%、时间25 min、固液比30 g/mL。低水含量有利于中等极性酚类物质的溶解，高固液比提供更大的溶剂体积和传质驱动力。最短提取时间（15 min）和低固液比（10 g/mL）导致活性最低，因为生物活性物质释放不足。模型R² = 0.9825，表明各因素与响应值相关性显著。

**3.4 高效液相色谱（HPLC）分析**
在最优条件下制备的洋葱皮提取物经HPLC鉴定出6种酚类化合物：阿魏酸（0.165 mg/g DW）、槲皮素（5.097 mg/g DW）、没食子酸（1.070 mg/g DW）、咖啡酸（0.503 mg/g DW）、杨梅素（0.120 mg/g DW）和山柰酚（0.145 mg/g DW）。其中槲皮素含量最高，与文献报道一致。

讨论部分指出，UAE产生的空化效应破坏细胞壁，促进酚类释放；但过度超声会导致热敏性化合物降解。NADES中水含量需平衡粘度与氢键网络稳定性。固液比过高或过低均影响传质效率和能量密度。这些参数协同决定提取效果，优化工艺可将洋葱皮转化为高附加值功能成分。

研究结论：本研究成功将UAE与NADES结合用于优化洋葱皮废弃物的提取工艺。通过RSM和BBD确定最佳条件为水含量35%、提取时间25 min、固液比30 g/mL，此时TPC为105.06 mg GAE/g，DPPH为50.06 mg TE/g。HPLC分析确认红洋葱皮提取物主要含酚酸（没食子酸1.07 mg/g DW）和黄酮类（槲皮素5 mg/g DW）。结果表明，洋葱皮作为丰富的农业副产物，可有效转化为适用于食品和制药领域的功能性成分，支持可持续废弃物利用和循环生物经济发展。未来研究需通过生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）评估环境影响，并通过体内消化实验验证其在胃肠道（Gastrointestinal Tract, GIT）中的功效，以推动食品和营养保健品应用。