《Food Chemistry》：Hydrophobic deep eutectic solvents for carotenoid extraction from tomato pomace: Solvent screening and effect of extraction conditions
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本研究针对传统有机溶剂提取番茄加工副产物类胡萝卜素存在的毒性大、效率低等问题，创新性地采用疏水性低共熔溶剂（HDES）作为绿色替代方案。通过COSMO-RS模型筛选出辛酸-癸酸（1.8:1）最优溶剂体系，并结合中心复合设计优化提取工艺，发现温度是影响类胡萝卜素得率的关键因素（最高达141.46 μg/g）。该HDES提取效率显著优于植物油，且能促进Z-型番茄红素异构化（占比达27%），为农副产物高值化利用提供了新策略。
每年全球番茄加工产业产生数百万吨的番茄渣（主要成分为果皮和种子），这些废弃物中富含类胡萝卜素等高价值生物活性物质，却常被用作动物饲料或直接丢弃。类胡萝卜素作为天然色素，不仅具有着色功能，还被证实拥有抗氧化、抗炎和化学预防活性，是合成染料的理想替代品。然而，从番茄渣中高效提取这些脂溶性化合物面临巨大挑战：传统有机溶剂如丙酮、乙醇、己烷等虽提取效果较好，但存在毒性高、易燃易爆、环境不友好等问题；而植物油作为绿色溶剂又因粘度高、扩散性差导致提取效率有限。因此，开发高效、安全、可持续的新型提取体系迫在眉睫。
为此，巴西里约热内卢联邦大学的研究团队在《Food Chemistry》发表论文，系统探讨了利用疏水性低共熔溶剂（Hydrophobic Deep Eutectic Solvents, HDES）从番茄渣中提取类胡萝卜素的可行性。HDES是由两种或以上组分（通常为氢键供体和受体）形成的低共熔混合物，具有低挥发性、可调极性、生物可降解等优势，尤其疏水型HDES因其低极性和高亲脂性，在提取非极性化合物方面展现出独特潜力。该研究通过计算模拟与实验验证相结合的策略，不仅筛选出高性能溶剂体系，还深入分析了提取条件对类胡萝卜素得率及组成的影响，为农业废弃物资源化提供了创新解决方案。
研究采用COSMO-RS（真实溶剂类导体屏蔽模型）对49种由脂肪酸和脂肪醇组成的HDES进行理论筛选，以番茄红素和β-胡萝卜素为代表化合物，通过活度系数预测其溶解能力。随后通过实验验证，并利用中心复合旋转设计（CCRD）考察温度（21–49°C）和料液比（1:3–1:17）对提取效果的影响。关键实验技术包括：基于密度泛函理论（DFT）的分子构型优化、紫外-可见分光光度法测定总类胡萝卜素含量、高效液相色谱（HPLC）分析具体类胡萝卜素组成（如番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素），以及聚类分析（HCA）和响应面法（RSM）等统计方法。
3.1. 溶剂筛选与性能分析
通过聚类分析将40种液态HDES按提取效率分为高（C1）、中（C2）、低（C3）三组。其中C1组以中短链饱和脂肪酸（如辛酸、癸酸）为主的溶剂表现最佳，尤以辛酸-癸酸（1.8:1）的提取效果最突出（100.21±4.17 μg/g），显著优于丙酮（90.09±1.67 μg/g）。该组合粘度低、扩散性好，与类胡萝卜素结构相似度高，利于疏水相互作用。而含长链或不饱和组分（如油酸、油醇）的HDES因粘度高、空间位阻大，提取效率较差。
3.2. 提取条件优化与溶剂比较
响应面分析表明，温度对提取效率影响最显著（β2=16.99*），升高温度可降低溶剂粘度、增强分子扩散。在最优条件（45°C, 料液比1:15）下，辛酸-癸酸HDES的类胡萝卜素得率高达141.46±6.19 μg/g，显著优于四种植物油（椰子油、MCT油等）。HDES的优势归因于其游离脂肪酸结构带来的低粘度、高亲和力，而植物油中的甘油三酯分子刚性较强，限制了质量传递。
3.3. 类胡萝卜素组成与异构化现象
HPLC分析显示，提取物中主要含番茄红素（E型）、β-胡萝卜素、叶黄素和Z-型番茄红素。值得注意的是，Z-型番茄红素占比达总番茄红素的27%，表明提取过程可能促进了E型向Z型的异构化。后者具有更高生物利用度，提升了提取物的功能性价值。
本研究证实辛酸-癸酸（1.8:1）HDES是一种高效、绿色的类胡萝卜素提取介质，其性能超越传统有机溶剂和植物油。该溶剂不仅实现了番茄渣的高值化利用，其促进Z型异构体生成的特点进一步增强了产物的应用潜力。研究提出的计算-实验联合筛选策略为设计针对性溶剂体系提供了新思路，有望在食品、化妆品和营养保健品领域推广。
