论文标题：Optimization of Carotenoids and Other Antioxidant Compounds Extraction from Carrot Peels Using Response Surface Methodology

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8783/5/1/3

期刊名： Biomass

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/biomass

一、引言

食品消费产生大量植物性废弃物，这些废弃物可被视为高附加值生物分子的重要来源。水果中的天然生物活性化合物（包括类胡萝卜素、槲皮素衍生物、酚酸和皂苷）主要存在于果皮中，其含量由果皮向果肉逐渐降低。胡萝卜含有丰富的多酚、黄酮类化合物以及其他抗氧化物质（如抗坏血酸和类胡萝卜素）。

近年来，出于对环境可持续性的考量，工业界和研究人员致力于将绿色提取技术应用于食品废弃物及副产物的处理中。因此，多种绿色提取技术，如超临界流体萃取、高静水压处理、微波辅助提取、脉冲电场（PEF）处理和超声波辅助提取（US），已被应用于从果蔬废弃物中提取。本研究的主要目标是确定环保预处理技术的最佳组合，以制备富含抗氧化成分（如类胡萝卜素、抗坏血酸、多酚和黄酮类化合物）的提取物。

二、材料与方法

每个样品分别接受了20分钟的脉冲电场（PEF）或超声波（US）处理。若同时采用这两种工艺，样品先进行20分钟的PEF处理，随后进行20分钟的US处理。最后，所有混合物均通过搅拌（ST）进行提取。PEF处理采用恒定的电场强度1.0 kV/cm，频率为1 kHz，脉冲持续时间为10 μs，脉冲周期为1 ms。US处理在频率37 kHz和恒温（30 °C）的超声波水浴中进行。

常规搅拌工艺要求溶剂-粉末混合物在20至80 °C的温度范围内加热30至150分钟，并保持500 rpm的连续磁力搅拌。提取结束后，将样品提取液在10,000× g的离心力下离心10分钟。随后收集上清液，并将其保存于−40 °C以备后续检测。该工艺涉及多个考察因素的组合，其编码水平见表1。

三、分析与结果

图1展示了胡萝卜皮提取工艺优化的三维图，阐明了各工艺变量对响应值（具体为总酚含量，TPC）的影响。图(A)显示了X1与X2的协同变化；图(B)显示了X1与X3的协同变化；图(C)展示了X1与X4的协同变化；图(D)展示了X2与X3的协同变化；图(E)展示了X2与X4的协同变化；图(F)展示了X3与X4的协同变化

图1展示了与TPC相关的详细三维响应曲面图，阐述了各参数对提取结果的影响。

图2. TPC (A)、FRAP (B)、DPPH (C)、AAC (D) 和 TCC (E) 测定指标的转换后估计值以帕累托图（Pareto plots）展示。图中粉色星号用于标示显著性水平（p < 0.05）；蓝色柱状条表示正向效应，红色柱状条则表示负向效应

图2展示了各独立因素——即提取技术（X1）、溶剂浓度（X2）、提取时间（X3）和提取温度（X4）——对生物活性分子及抗氧化活性的影响

图4展示了用于优化胡萝卜皮提取物的期望函数（结合外推控制与偏最小二乘法 [PLS] 预测概况图），其中图 (A) 为该函数的示意图。图 (B) 展示了各预测变量的变量重要性（VIP）指标值；VIP 图中 0.8 处的蓝色虚线标示了各变量的显著性水平

图 4 展示了该模型的相关载荷图。除提取技术 外，显著影响生物活性分子提取的条件还包括温度、溶剂组成和提取时间。但本研究再次证实了生物活性分子在高温下易于溶解和提取的普遍特性；基于此，确定最佳温度参数（X4）为 80 °C。

四、展望与结论

本研究旨在探索利用胡萝卜皮作为生物活性化合物的宝贵来源，从而减少工业和家庭层面的食物浪费。研究结果凸显了胡萝卜皮在回收重要营养成分（尤其是类胡萝卜素）方面的巨大潜力。经优化提取得到的产物总类胡萝卜素含量高达 137 μg CtE/g dw显示出其在医药和化妆品领域的应用前景。此外，胡萝卜皮中还含有绿原酸、儿茶素和芦丁等其他生物活性化合物，可作为食品、饮料、动物饲料乃至化妆品或医药制剂的强化成分。这些化合物不仅能提升产品的营养价值，还能赋予产品极高的抗氧化能力。

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Dimitris P. Makris

Biomass (ISSN 2673-8783) 创刊于2021年，是一个国际开放获取期刊。期刊内容涵盖生物能源、材料/能源的生物精炼以及以生物质形式的生物碳的循环利用等各个方面。

2025 Impact Factor：6.1

2025 CiteScore：6.7

Time to First Decision：19.3 Days

Acceptance to Publication：7.7 Days