从马铃薯皮废弃物中依次回收酚类、淀粉和纤维素，并将其转化为保鲜膜

《Food and Bioproducts Processing》：Sequential Recovery of Phenolics, Starch, and Cellulose from Potato Peel Waste and Their Valorization into Preservative Films

土豆皮废弃物通过 sequential process 依次提取多酚（4.48±0.12 mg/g）、淀粉（58.74±3.25%）和纤维素（25.70±1.20%），并利用超声波辅助的 OSA 改性提升淀粉性能，纳米纤维素纤维增强薄膜机械强度达47.32%，添加6%多酚的薄膜使大肠杆菌和金黄色葡萄球菌减少1.97和2.51 log?? CFU/g，显著延长土豆切片保质期至12天。

　　

李浩鑫|华晨辉|穆克塔尔·阿萨德|阿布格里·阿尔伯特|于晓杰|周春山|马海乐

中国江苏省镇江市江苏大学食品与生物工程学院

摘要

马铃薯加工会产生大量废弃物，而目前大多数研究仅专注于提取单一成分，从而导致二次废弃物的产生；本研究开发了一种顺序工艺，用于从马铃薯皮中回收多酚、淀粉和纤维素。回收的多酚含量达到4.48 ± 0.12毫克/克干重，淀粉和纤维素的回收率分别为58.74 ± 3.25%和25.70 ± 1.20%（干重）。经过辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性的淀粉表现出更好的成膜性能，反应效率为83.48 ± 2.1%，膨胀能力为19.87克/克。这种改性显著提高了天然淀粉的疏水性，使其接触角增加了95.51%。由残渣制备的纤维素纳米纤维（长度423.82 ± 42.23纳米，宽度18.50 ± 2.58纳米）使淀粉膜的拉伸性能提高了47.32%。添加了6%多酚的薄膜（ES-CNF-6）具有5.45 ± 0.11兆帕的拉伸强度和73.68 ± 1.54%的断裂伸长率。与未添加多酚的薄膜相比，该薄膜还能将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的活菌数分别降低1.97和对数10倍。这种活性薄膜还能抑制褐变和重量损失，使马铃薯片的保质期延长至12天。所提出的顺序回收方法成功地将马铃薯皮中的大部分成分转化为高价值的薄膜制备材料，赋予了基于淀粉的薄膜低成本、高机械性能和高抗氧化活性的包装应用潜力，从而促进了农业废弃物的回收和食品加工的可持续性。

引言

马铃薯是全球第四大种植面积的粮食作物，其加工过程（如淀粉提取、马铃薯片生产、淀粉产品加工）会产生大量废弃物，包括马铃薯皮、芽、破损的块茎和残渣，占原材料的近40%（Gebrechristos等人，2018年）。然而，这些废弃物富含高价值成分，例如马铃薯皮中约30–52%的淀粉（Delville等人，2003年）。此外，马铃薯皮还含有纤维素（约占干重的20-40%）以及天然抗氧化剂，如绿原酸、咖啡酸和阿魏酸（占干重的0.5–3%）（Rasheed等人，2022年）。回收这些成分具有重要的经济和生态意义。例如，Ma等人（2022年）使用乙醇从马铃薯皮中提取多酚作为抗氧化剂用于薄膜制备；Almeida等人（2024年）通过干燥和研磨预处理后用乙醇提取，获得了46.9 ± 2.6毫克/克干提取物的总酚含量；Zhu等人（2023年）通过漂白和马来酸水解从紫色马铃薯中制备出了8.17%的纤维素纳米晶体。然而，大多数研究仅关注单一成分的提取，导致其他高价值成分的二次废弃物产生。因此，有必要开发一种能够全面回收马铃薯皮成分的工艺，以实现零废弃物排放。

新鲜切割的水果和蔬菜在食品加工领域备受青睐。然而，新鲜切割的马铃薯在储存过程中容易发生褐变、失水和微生物污染，从而导致品质下降和保质期缩短（Rashid等人，2021年）。活性薄膜可以直接应用于食品表面，作为防止氧气、水分和微生物入侵的物理屏障，延缓变质（Firdous等人，2023年；Imoisili等人，2024年）。淀粉和纤维素都是常见的天然聚合物，作为食品包装材料，它们在安全性和环保性方面优于石油衍生塑料。例如，Nikmanesh等人（2023年）在马铃薯淀粉薄膜中添加了3%的Viola odorata提取物，提高了冷冻鸡肉的质量，保质期超过8天；Murawski等人（2025年）使用糖-甘油混合物在长期储存过程中保持了马铃薯淀粉薄膜88%的机械性能；Sharip等人（2024年）发现8%的纤维素纳米晶体使马铃薯淀粉生物塑料的拉伸强度提高了71.96%。然而，现有的大多数淀粉薄膜依赖于价格较高的商业材料。此外，基于天然淀粉的薄膜存在机械性能差、糊化温度高和耐水性不足等缺点，严重限制了其在高水分水果和蔬菜包装等领域的应用（Imoisili等人，2024年；Wang等人，2020年）。因此，将食品加工废弃物转化为高性能的薄膜制备材料不仅可以减少对商业淀粉的依赖并降低成本，还能提高加工链的可持续性。

为了解决单一成分提取造成的资源浪费问题，并制备低成本、高性能的食品保鲜薄膜，本研究开发了一种从马铃薯皮废弃物中顺序回收多酚、淀粉和纤维素的工艺（图1）。该工艺从废弃物中回收了制备保鲜薄膜所需的所有原材料。为了提高薄膜性能，通过超声辅助的辛烯基琥珀酸酯化改性马铃薯皮淀粉，得到酯化淀粉颗粒；将马铃薯皮纤维素纳米化作为增强填料；同时，将马铃薯皮多酚作为天然抗氧化剂/抗菌剂加入薄膜中，以提供保鲜功能。最后，通过抑制新鲜切割马铃薯片的劣化效果验证了薄膜的保质期延长能力。这一转化系统不仅为提升马铃薯加工副产品的价值提供了参考，也为食品加工行业的可持续发展指明了方向。

原材料和化学试剂

马铃薯（Solanum tuberosum L.品种：Qingshu 9）购自中国镇东丰农贸市场。选择形状和结构相似、重量均匀（≤20克）、无土壤、虫害或机械损伤的块茎。清洗后，收集外皮（约2毫米厚），在37°C下干燥24小时，粉碎成粉末（80–100目），并储存在密封、避光的容器中。

分析级无水乙醇（≥99.7%），辛烯基

顺序回收过程的物料流动

图S1展示了从马铃薯皮中顺序提取多酚、淀粉和纤维素的工艺流程，详细说明了试剂用量、工艺参数和目标化合物的回收率。通过Folin-Ciocalteu方法测定，从马铃薯皮中提取的总多酚含量为4.48 ± 0.12毫克/克干重。进一步的HPLC分析确定了其主要成分，其中绿原酸含量最高（2.21 ± 0.71毫克/克）

结论

本研究建立了一种绿色顺序提取工艺，实现了从马铃薯皮废弃物中逐步回收多酚、淀粉和纤维素，并利用这些回收成分制备了低成本、高价值的活性保鲜薄膜。回收的多酚含量为4.48 ± 0.12毫克/克干重，淀粉和纤维素的回收率分别为58.74 ± 3.25%和25.70 ± 1.20%（干重）。超声辅助的酯化改性显著提高了薄膜的性能

未引用的参考文献

(Arunyanart和Charoenrein，2008年；Gebrechristos和Chen，2018年；Imoisili和Jen，2024年；Kola和Carvalho，2023年；Milanezzi和Silva，2025年；Rashid等人，2012年)

CRediT作者贡献声明

马海乐：监督、软件开发、项目管理。穆克塔尔·阿萨德：写作 – 审稿与编辑、资源协调。阿布格里·阿尔伯特：写作 – 审稿与编辑、软件开发、数据管理。于晓杰：验证、软件使用、资源协调。周春山：验证、资金筹集、数据分析。李浩鑫：初稿撰写、方法设计、实验研究。华晨辉：初稿撰写、数据管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（22378175）和中国国家重点研发计划（2024YFD2101400）的支持。