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本研究创新性地构建了DES-酶复合系统，结合微波水热蒸馏和提取技术（DEP-MHE）从柑橘皮中高效提取挥发油（EO）、黄酮类（FLs）和果胶（PE）。优化参数下，EO、FLs和PE的提取率分别达24.82±0.94 mg/g、15.87±0.49 mg/g和29.34±0.76%，且氧气化成分占比高达45.52%。该技术具有能耗低、环境友好和重复利用（5次循环后提取率仍超90%）的特点，系统阐释了DES与酶协同破壁及微波强化传质机制，为植物生物质资源高值化利用提供新策略。
张强|王亚路|金浩|徐生祥|严天豪|傅旭业|杨磊|陈凤丽
河北大学生物相互作用基础科学中心生命科学学院，保定，071002，中国
摘要
在这项工作中，创新构建了一种深共晶溶剂（DES）-酶复合系统，并结合微波水蒸馏和提取（DEP-MHE）技术从柑橘皮中提取精油（EO）、黄酮类化合物（FLs）和果胶（PE）。通过单因素实验和响应面实验进行了系统筛选，得到最佳条件为：ChCl/1,2-丙二醇比例为60%，水含量为60%，纤维素酶浓度为1.6%，固液比为1/12 g/mL，pH值为4，预处理时间为2小时，温度为50°C，微波辐照时间为20分钟，功率为540 W。结果表明，EO、FLs和PE的提取量分别为24.82 ± 0.94 mg/g、15.87 ± 0.49 mg/g和29.34 ± 0.76%。与参考技术相比，DEP-MHE具有更高的提取效率、更低的能耗和更小的环境影响，且提取的EO中含有更高比例的氧化化合物（45.52%）。系统探讨了提取机制，包括粘度、K-T溶剂化参数、模式物质溶解性、酶活性和材料表征。结果表明，该复合系统具有优异的质量传递和溶解性能，能够通过增加纤维素酶的活性位点并保持其高活性来共同分解细胞壁结构。此外，DEP-MHE表现出良好的重复使用性，经过五次循环后提取量仍保持在90%以上。总之，本研究提出了一种有效克服植物细胞壁物理障碍的新方法，为从药用和食用植物中提取活性成分提供了绿色可持续的策略。
引言
柑橘（Citrus reticulata Blanco.）是一种属于芸香科的小型常绿树或灌木，广泛分布于全球的热带和亚热带地区，是最重要的经济果树之一。在中国，柑橘具有悠久的栽培历史，主要种植在秦岭山脉和淮河以南地区。柑橘果实因其酸甜口感和高营养价值而备受青睐，不仅可作为新鲜水果食用，还用于食品工业加工成果汁（Xiao等人，2024年）。值得注意的是，全球柑橘年产量超过1.243亿吨，但在加工和利用过程中约有40-60%的果实被浪费（Mahato等人，2020年）。其中，柑橘皮作为主要的柑橘废弃物（每年约4500万吨），如果处理不当，会造成资源浪费和环境污染。研究表明，柑橘皮富含精油（EO）、果胶（PE）和黄酮类化合物（FLs），在食品、化妆品和药物开发领域具有广泛的应用前景（Liu等人，2022年）。柑橘精油具有芳香特性，并表现出多种生物活性，如抗氧化和抗菌作用（Gómez-Mejía等人，2025年）。柑橘果胶对抑制结肠癌和乳腺癌等恶性肿瘤的生长和扩散具有显著效果（Chandel等人，2022年）。橙皮苷（HP）和柚皮苷（NR）是两种重要的柑橘黄酮类化合物，HP可以减缓癌细胞的生长和发育，而NR具有降低血脂、降低血糖和抗炎作用（Alam等人，2014年）。从可持续发展和循环经济的角度来看，从柑橘皮中提取和分离高价值成分对于提高柑橘产业的经济效益和减少资源浪费具有重要意义。
传统的提取挥发性成分（如EO）和非挥发性成分（如PE和FLs）的方法主要使用水或乙醇作为溶剂，并在加热条件下进行蒸馏或提取。这些方法效率低下且耗时较长，长时间高温处理容易导致成分降解（Shi等人，2021年）。近年来，微波、超声波和酶辅助提取技术逐渐得到应用和推广（Peng等人，2022年；Venkitachalapathy等人，2025年）。其中，微波具有快速均匀加热的优点，可以通过增强热量和物质的传递来加速目标分析物在溶剂中的溶解，从而提高提取效率（Zhou等人，2022年）。相比之下，细胞壁水解酶可以特异性地降解植物细胞壁，提高溶剂的渗透性，从而促进活性成分的释放。
深共晶溶剂（DES）是一种由氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）之间的氢键相互作用形成的低温共熔混合物。近年来，随着环境意识的增强和“绿色化学”概念的推广，DES逐渐成为传统有机溶剂的绿色替代品。这得益于其简单的合成工艺、低成本、无毒性和良好的生物相容性等优点（Contreras-Gámez等人，2023年）。据报道，DES已应用于催化、电化学、生物精炼和提取等多个领域，具有巨大潜力（Tran等人，2019年）。此外，DES具有功能可控性，即通过选择合适的HBA和HBD类型及比例，可以合成具有不同物理化学性质（如粘度、极性和溶解性）的DES（Cai等人，2023年）。根据极性不同，DES可分为亲水性DES和疏水性DES。亲水性DES可溶于水，通常使用强极性成分（如ChCl）合成，适用于提取水溶性成分，如黄酮类和生物碱（Lu等人，2024年；Tang等人，2023年，2024年）。疏水性DES在水中溶解度较低，主要由弱极性/非极性成分组成，适用于提取脂肪酸等疏水性物质（Cao和Su，2021年；Zhang等人，2025年）。
此外，DES对植物细胞壁成分也具有高溶解性。它可以通过氢键与这些成分结合，从而破坏细胞壁的紧密网络结构（Ee等人，2023年）。用于分解和分离植物细胞壁成分的DES主要使用ChCl作为HBA，有机酸、多元醇、酰胺和酚类化合物作为HBD（Kohli等人，2020年；Ling等人，2020年）。这是因为基于ChCl的DES具有优异的溶解性和生物相容性。由于纯DES粘度较高，通常使用水作为共溶剂以降低系统粘度，从而提高渗透性和质量传递性能。然而，水的添加会显著降低DES溶解细胞壁成分（如纤维素和半纤维素）的能力。有趣的是，一些研究发现，在某些DES水溶液中，细胞壁水解酶仍能保持相对较高的活性（Sawhney等人，2023年）。因此，基于DES的优异溶解性和细胞壁水解酶的特定降解能力，构建一种绿色高效的DES-酶复合系统，以实现植物底物的有效解聚和细胞内成分的快速释放，可以为植物生物质资源的利用提供技术支持。
在这项工作中，构建了一种创新的DES-酶预处理系统，并结合微波水蒸馏和提取技术从柑橘皮中提取活性成分（EO、HP、NR和PE）。通过对预处理和提取工艺参数的系统筛选，通过多维度比较与传统方法进行了综合评估，重点关注提取效率、能耗、二氧化碳排放、EO化学组成和重复使用性。此外，通过整合物理化学表征、溶解性和酶活性，初步阐明了DEP-MHE的提取机制。本研究为柑橘皮的高价值利用提供了一种新的技术方法。
材料与化学品
柑橘果实购自中国河北保定的水果市场，去皮、干燥、粉碎（60目）、密封并冷藏。DES合成试剂（如HBA（ChCl）和HBD（1,2-丙二醇（1,2-P）、甘油（GY）、1,4-丁二醇（1,4-B）、草酸（OA）、乳酸（LA）、苹果酸（MA）、柠檬酸（CA）、酒石酸（TA）、葡萄糖（GU）、尿素（U）从上海Yien Chemical Technology Co. Ltd.（中国上海）购买。生物酶从
DES类型和水含量的影响
DES可用作酶促反应和溶解反应的溶剂介质，也可用作活性成分的提取介质。由于DES的物理化学性质不同，不同类型DES与目标物质之间的相互作用强度也有所不同。因此，DES的提取效率与其组成和水含量密切相关，适当的筛选非常重要。
为了比较，合成了10种类型的DES
结论
在这项研究中，构建了一种ChCl/1,2-丙二醇-纤维素酶复合系统，用于从柑橘皮中提取EO、FLs和PE。在最佳条件下（S/L比为1/12 g/mL，pH值为4，微波辐照时间为20分钟），获得了更高的提取效率（EO、FLs和PE分别为24.82 ± 0.94 mg/g、15.87 ± 0.49 mg/g和29.34 ± 0.76%），并且提取的EO中含有更高比例的氧化化合物（45.52%）。物理化学性质（粘度、K-T值、溶解性和酶活性）的结果表明
CRediT作者贡献声明
张强：撰写——初稿，资源获取，实验设计，数据分析。王亚路：撰写——初稿，方法学设计，实验设计。金浩：软件应用，方法学设计。徐生祥：数据验证，软件应用。严天豪：实验设计，数据分析。傅旭业：数据验证，软件应用。杨磊：撰写——审稿与编辑，概念构思。陈凤丽：撰写——审稿与编辑，项目管理，资金争取，数据管理，概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（NSFC 22308077）、河北燕赵金平台人才集聚计划核心人才项目（教育平台，HJYB202505）、河北省科技计划（22326504D）、河北大学自然科学跨学科研究计划（DXK202214）以及生命科学与绿色发展青年人才计划（050001-513300202015）的财政支持。
