**天然低共熔溶剂提取酸橙（*Citrus aurantium* L.）副产物中黄酮类化合物的工艺优化及最优体系的理化表征**

《Molecules》：Natural Deep Eutectic Solvent-Based Extraction of Flavonoids from Citrus Aurantium L. By-Products: Process Optimization and Physicochemical Characterization of Optimal System

　　

酸橙（*Citrus aurantium* L.）副产物是具有潜在工业应用的生物活性化合物的宝贵来源。本研究评估了以氯化胆碱作为氢键受体（HBA）、果糖作为氢键供体（HBD）配制的天然低共熔溶剂（NADESs），并结合超声辅助提取来优化从酸橙（*Citrus aurantium* L.）工业副产物中回收黄酮类化合物的工艺。采用中心复合设计（CCD）对总黄酮含量（TFC）进行优化。对摩尔比（MR；每摩尔HBA对应1和2摩尔HBD）和加水量（AW；40%和60%）进行了优化。除TFC外，还评估了总酚含量（TPC）、总抗坏血酸（TAA）、抗氧化能力（Ax）和酚类物质谱图。通过响应面法（RSM）获得的最佳提取条件为：HBD与HBA的摩尔比为1.33:1，加水量为47.48%，对应的TFC最优值为1576.63 ± 4.9 mg槲皮素当量（QE）/100 g干重（DM）。同时获得的最大值分别为：TPC 4276.94 ± 25.4 mg没食子酸当量（GAE）/100 g DM，TAA 2077.66 ± 21.3 mg/100 g DM，以及Ax 88.09 ± 0.1%抑制率。通过密度、粘度、pH值、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱对最优NADES进行了表征。此外，酚类物质谱图分析显示橙皮苷（2747.1 mg/100 g DM）、柚皮素（1251.93 mg/100 g DM）和槲皮素+木犀草素（660.65 mg/100 g DM）的浓度较高。

**基于天然低共熔溶剂与超声辅助提取的酸橙副产物黄酮类化合物回收工艺优化及最优体系理化特性研究——论文解读**

**1. 研究背景与意义**

随着人类活动对环境影响日益受到关注，消费者对可持续生产方式下开发的商品与服务表现出越来越浓厚的兴趣。这种趋势促使工业界采纳更环保的实践，致力于开发天然产物并减少可能对生态系统有害的合成化合物的使用。在此背景下，开发能够高效且环境友好地提取蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素及多酚等生物活性分子的技术成为研究热点。多酚是植物应对不同胁迫条件合成的次级代谢产物，其中黄酮类化合物因其广泛的生物活性及药理效应，如免疫调节、降血糖、抗菌以及在预防癌症、阿尔茨海默病和糖尿病等方面的作用，而受到最为广泛的研究。全球每年产生超过1.9亿吨的农工业副产物，这些副产物通常被填埋或堆放，其缓慢降解不仅导致温室气体排放，还造成空气、水和土壤污染。柑橘类水果加工副产物是这类废弃物的主要来源之一。酸橙（*Citrus aurantium* L.）虽非全球产量最大的柑橘品种，但在传统中医药中具有重要地位，并且在墨西哥尤卡坦半岛等地具有重要烹饪价值。当地加工厂提取果汁和精油后产生大量主要由黄皮、白皮层、果肉和种子组成的副产物。传统有机溶剂提取法存在得率低、溶剂消耗大及热敏性化合物易降解等局限。因此，基于绿色化学原则，采用替代溶剂并优化提取工艺以实现工业副产物的增值利用具有重要意义。天然低共熔溶剂（NADESs）由氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）以特定比例混合形成，具有可设计性、可生物降解和低毒等优点，是绿色化学实践的典型代表。本研究旨在利用响应面法（RSM）优化以氯化胆碱为HBA、果糖为HBD的NADES配方，并结合超声辅助提取，以实现从酸橙工业副产物中最大化回收黄酮类化合物，同时对最优体系进行全面的理化表征。

**2. 研究方法概述**

研究人员从墨西哥尤卡坦州Akil镇的ARPEN Juicer S.P.R. de R.L. de C.V.公司收集了新鲜酸橙副产物（包含白皮层、黄皮层、果肉和种子混合物）。实验采用中心复合设计（CCD）优化NADES组成。以氯化胆碱作为氢键受体（HBA），果糖作为氢键供体（HBD），考察了摩尔比（MR）和加水量（AW）两个因素。利用超声波探针进行提取，并测定了所有实验组的总黄酮含量（TFC）、总酚含量（TPC）、总抗坏血酸（TAA）、抗氧化能力（Ax）及酚类物质谱图。采用响应面法（RSM）建立TFC的预测模型并确定最优条件。对最优NADES体系，通过流变仪测定粘度，比重瓶法测定密度，pH计测定酸碱度，傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱进行波谱学表征，并采用超高效液相色谱（UPLC）对最优提取物进行酚类物质谱图分析。

**3. 主要研究结果**

**3.1. 总黄酮含量、总酚含量、总抗坏血酸含量及抗氧化能力**

研究表明，不同NADES组成显著影响提取效率。对于总黄酮含量（TFC），中心点实验组（#5-#8）表现出最高的TFC值（1474.95-1493.97 mg QE/100 g DM），而具有最高摩尔比（#10）和最高加水量（#12）的轴向点实验组TFC值最低。对于总酚含量（TPC），在#11实验条件下获得最高值（4276.94 ± 25.4 mg GAE/100 g DM）。总抗坏血酸（TAA）在#2实验条件下最高，达2077.66 ± 21.3 mg/100 g DM。抗氧化能力（Ax）在#1、#2和#6实验条件下均表现出较高的DPPH自由基清除率（87.45%-88.09%），在轴向点实验组中则显著下降。

**3.2. 响应面法优化总黄酮含量**

对初始实验设计进行一阶回归分析，发现仅TFC对一阶模型拟合不佳，因此扩展实验设计加入四个轴向点。对完整实验数据（12次实验）进行分析，TFC拟合了二阶模型（R2 = 81.24%; p = 0.0001）。通过该模型预测的最优提取条件为：果糖与氯化胆碱摩尔比1:1.33，加水量47.48%，预测最大TFC为1540.16 mg QE/100 g DM。模型验证实验在该条件下测得TFC为1576.63 ± 4.9 mg QE/100 g DM，与预测值的相对误差仅为2.37%，表明模型具有良好的预测能力。

**3.3. 酚类化合物谱图分析**

在所有鉴定出的黄酮类化合物中，橙皮苷、槲皮素+木犀草素和柚皮素是酸橙副产物提取物中的主要化合物。这三种黄酮的最高浓度均在#2实验条件下（MR: 1:2，AW: 40%）获得，分别为2747.1 ± 19.9 mg/100 g DM、660.6 ± 25.1 mg/100 g DM和1251.9 ± 4.91 mg/100 g DM。对各个单体酚类化合物进行一阶回归分析后，未发现显著失拟，因此未针对单体酚进行额外优化。

**3.4. 最优NADES体系理化表征**

对最优NADES的FTIR光谱分析显示，3301 cm?1处的宽吸收带归因于O-H伸缩振动，表明存在氢键相互作用；2939 cm?1处的谱带归因于C-H伸缩振动；1476 cm?1处的峰对应与氯化胆碱季铵阳离子相关的CH?/CH?变形振动。拉曼光谱在715 cm?1、1061 cm?1、1451 cm?1及高波数区（2936、2977、3037 cm?1）的谱带分别对应C-N/C-C/C-O骨架振动、C-O/C-C伸缩振动、CH变形振动及C-H伸缩振动。流变学测量表明，最优NADES在加水前后均表现出牛顿流体行为。水的添加使粘度从173.24 ± 6.56 Pa·s显著降低至7.8 × 10?3 ± 0.0002 Pa·s（p < 0.05），这归因于水分子削弱了共晶体系内的氢键网络，增加了分子流动性。最优NADES的密度为1.17 ± 0.4 g mL?1，pH值为3.97 ± 0.06。

**4. 讨论与结论**

讨论部分指出，本研究获得的总黄酮含量（1576.63 ± 4.9 mg QE/100 g DM）高于文献中采用常规溶剂提取酸橙所得的结果，这归功于优化后的NADES与超声辅助提取的协同效应，增强了溶剂渗透和传质效率。然而，该值低于某些使用有机溶剂（如80%丙酮）或不同NADES体系（如甜菜碱-尿素）优化的研究报道，这种差异主要归因于提取条件及植物基质的差异。本研究中获得的TPC、TAA和Ax均处于较高水平，表明该溶剂体系对不同类型生物活性化合物均具有提取潜力。酚类谱图以橙皮苷、柚皮素和槲皮素+木犀草素为主，符合酸橙的特征性酚类组成。FTIR和拉曼光谱证实了最优NADES中氢键相互作用的存在，但尚不能作为形成新超分子结构的决定性证据。粘度的显著降低有助于提高传质效率，促进黄酮类化合物的回收。

研究结论总结如下：通过RSM结合超声辅助提取，成功优化了以氯化胆碱为HBA、果糖为HBD的NADES配方，实现了从酸橙副产物中最大化回收总黄酮。尽管优化仅针对总黄酮含量，但所得提取物也表现出可观的TPC、TAA和Ax值以及高浓度的单体酚类化合物，这些结果与既往研究相当甚至更优，凸显了优化溶剂对不同类别生物活性化合物的提取潜力。通过粘度、密度、pH、FTIR和拉曼分析对最优NADES进行的理化表征，为理解其物化特性和振动特征提供了有价值的信息。总体而言，优化NADES与超声辅助提取的组合为酸橙工业副产物的增值化利用提供了一种有前景的绿色可持续途径。