低共熔溶剂在食品工业中的应用研究进展

吴若楠1,2,王卉1,2,张玲玲1,2,刘雁红1,2*

(1.天津科技大学食品质量与健康重点实验室,天津 300457;2.天津科技大学食品科学与工程学院,天津 300457)

摘 要:作为一种新型的绿色溶剂,低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)具有无毒、制备简单、生物降解性高、100%原子利用率等优点。随着对低共熔溶剂研究的不断深入,其在食品工业中的研究日趋广泛。该文概述低共熔溶剂的制备方法,综述近年来低共熔溶剂在提取分离功能因子、分析检测有毒有害物质、食品包装和生物技术等食品工业中的应用,旨在为低共熔溶剂的进一步深入研究和产业化奠定基础。

关键词:低共熔溶剂;食品工业;提取;检测;增塑;生物技术

有机溶剂在化学合成、储存和分离过程中具有重要作用,但其本身具有高度挥发性、亲脂性和毒性,对人类和环境造成了一系列问题。在绿色化学的背景下,新型溶剂应运而生。离子液体(ionic liquid,IL)由有机阳离子或无机阴离子组成,作为代替有机溶剂的新型溶剂,在食品领域广泛应用[1]。迄今为止,常用的IL已显示出潜在的环境危害,在释放后可能对水生和陆地生态系统构成严重威胁,并且因为制备困难、成本较高,限制了其在食品工业中应用[2]。低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)是由Abbott 等[3]在2003 年提出来的一类新型绿色溶剂,由氢键受体(hydrogen bond acceptor,HBA)和氢键供体(hydrogen bond donor,HBD)组合而成,是继IL 之后的新一代绿色溶剂。

DES 具有无毒无害、不易燃、制备简单、成本低、原子利用率可达100%等优势,弥补了IL 的潜在毒性、合成困难和不可生物降解等缺点。DES 作为一种新型绿色溶剂,在食品、药品、石油化工、电化学、生物技术等领域中应用。天然低共熔溶剂(natual deep eutectic solvent,NADES)[4]作为DES 的一个亚类,来源于植物的初级代谢物,能溶解不溶于水的代谢物和大分子,如DNA、RNA 和酶,近年来关于其的研究也逐渐增加。

图1 显示了从2013 年1 月至2021 年12 月期间关于低共熔溶剂在食品领域的应用中的发表文章数量和被引频次(数据收集自中国知网和Web of Science数据库,主题为“低共熔溶剂”和“食品”)。

图1 2013 年1 月至2021 年12 月期间DES 在食品领域中应用的发文量统计
Fig.1 Articles published concerning the application of deep eutectic solvent in food science from January 2013 to December 2021

由图1 可知,有关DES 的发文量和被引频次近几年间急剧增加,证明DES 作为离子液体和有害有机溶剂的替代品,在研究中的关注度和可行性。

1 低共熔溶剂的制备方法

DES 的优势是制备过程简单,不需要分多个步骤进行,制备过程中无副产物生成[5]。DES 的制备合成有很多方法,如加热法、研磨法、冷冻干燥法等。

1.1 加热法

加热法是制备DES 最常用的方法,特别是对于热稳定的原材料,将HBA 与HBD 以一定摩尔比进行混合加热,直至形成均一、稳定、澄清的透明液体[6]。Shafie等[7]使用加热法将氯化胆碱和一水柠檬酸合成DES,研究发现摩尔比在控制DES 的熔点方面起着关键作用,在摩尔比为1 ∶1 时熔点最低。Fan 等[8]使用氮气保护其疏水型DES 的加热制备,使用L-薄荷醇为HBA,1-丙醇为HBD,对红豆杉中的紫杉烷类进行高效提取。

1.2 冷冻干燥法

冷冻干燥法成功避免了原材料的热降解,但是相较于加热法,其处理时间较长、对设备要求较高。Gutiérrez 等[9]将单个组分的水溶液冷冻干燥,当得到透明的黏液时停止冻干,混合后得到尿素∶氯化胆碱(摩尔比为2 ∶1)、硫脲∶氯化胆碱(摩尔比为2 ∶1)的2 种DES,通过测定证明了这种冷冻干燥方法适用于制备结合大单层脂质体的纯DES。

1.3 研磨法

研磨法通常在氮气或手套箱中进行,将2 种固体成分在研钵中混合,研磨直至产生透明、均匀的液体,HBA 和HBD 反应形成氢键[10]。Araya-Sibaja 等[11]提出了一种液体辅助研磨技术,并成功制备了洛伐他汀和3 种羧酸的DES。但该方法在研磨的过程中容易出现吸潮、提取含量不稳定、温度可控性低等问题,不适用于大规模生产。

一些操作简便的新型制备方法也被开发,如湿法合成尿素∶氯化胆碱型DES[12],此方法省去了氯化胆碱蒸发除水和干燥的步骤,避免了物料混合后反应效率低的问题。

2 低共熔溶剂在食品提取分离方面的应用

食品的提取分离常用方法包括蒸馏、压榨、溶剂萃取和升华等。溶剂萃取是分离提纯最有效的方法,溶剂的选择是影响萃取效率和性能的关键,需要考虑成本、安全性、选择性和溶解性等因素。近些年,低共熔溶剂萃取法作为一种新型提取方法的研究日益增加。在食品工业中,使用DES 提取分离食品中的功能因子,不仅对有效活性物质的萃取效率高、极性范围广,更为重要的是,提取物可以保持其生物效应且无毒无害[13]。此外,在分析食品中的有毒有害物质时,DES可以对食品样品进行有效的前处理。DES 的高度可调性使其在分离富集目标物时具有高选择性,广泛地应用于食品样品检测[14]

2.1 在提取分离食品色素中的应用

食品工业中使用了许多食品添加剂,食品色素是其中重要的一类,主要通过对食品上色,提升食品的色泽及品质。食品色素分为天然色素和合成色素,天然色素大多来自天然可食资源,但稳定性较差;合成色素不能为身体提供营养物质,还会存在超量添加的问题,对人体造成不同程度的危害。因此,对天然色素进行绿色有效的提取显得尤为重要。研究表明,DES 是一种提高色素产量经济有效的方法[15]。Da Silva 等[16]将DES 用于提取花青素类色素,结果表明以氯化胆碱∶甘油∶柠檬酸(摩尔比0.5 ∶2.0 ∶0.5)组成的NADES 从蓝莓中提取花青素提取率最高。在相同的样品和溶剂比下进行比较时,与有机溶剂一样有效,且具有经济和环境优势。此外,使用NADES 从蓝莓中获得的纯化花青素中主要为阿拉伯糖苷花青素,证明了此种NADES 溶剂是获得选择性富集阿拉伯糖苷花青素的有效方法。

Stupar 等[17]开发了一种从南瓜中回收β-胡萝卜素的绿色可持续提取工艺,以不同的NADES 为提取溶剂,并与超声辅助提取相结合,采用响应面法和人工神经网络模型分析提取参数的显著性,确定最优提取方法。该试验结合可切换溶剂的概念,提出了从脂肪酸为基础的疏水NADES 提取物中可持续分离类胡萝卜素的方法,通过极性的切换,类胡萝卜素以一种温和的方式从溶剂中分离出来,对操作人员和环境的影响最小,与现有技术相比具有明显的创新与进步。

在使用DES 提取食品色素的研究方面,本课题组验证了由有机酸和糖形成的NADES 在提取姜黄素类的天然色素方面的有效性,选取含水15%的柠檬酸∶葡萄糖(摩尔比为1 ∶1)的NADES 为最优提取溶剂,可得到最佳提取率,经验证,姜黄素类化合物在天然低共熔溶剂中有较好的抗氧化能力和稳定性[18]。表1对低共熔溶剂在食品色素提取中的应用进行了总结。

表1 低共熔溶剂在食品色素提取中的应用
Table 1 Applications of deep eutectic solvents in the extraction of food pigment

色素类型 样品源 低共熔溶剂 摩尔比 辅助方法 提取物质 提取量 参考文献花青素 蓝莓 氯化胆碱∶甘油∶柠檬酸 0.5∶2∶0.5 超声辅助 阿拉伯糖苷花青素 362.3 mg/100 g [16]葡萄 氯化胆碱∶柠檬酸 2∶1 微波辅助 花青素-3-O-单葡糖苷 1.77 mg/g [19]桑葚果渣 氯化胆碱∶1,2 丙二醇 1∶2 微波辅助 花青素 35.97 mg/g [20]草莓 氯化胆碱∶乙醇酸∶草酸 1∶1.7∶0.3 花青素 1.28 mg/100 mg [21]覆盆子 氯化胆碱∶柠檬酸∶葡萄糖 1∶1∶1 花青素 6.05 mg/g [22]类胡萝卜素 南瓜 辛酸∶月桂酸 3∶1 超声辅助 β-胡萝卜素 151.41 μg/mL [17]虾废料 氯化胆碱∶乳酸 1∶1 超声辅助 虾青素 68.98 μg/g [23]杏氯化胆碱∶酒石酸 2∶1 超声辅助 β-胡萝卜素 76.11 mg/100 g [24]姜黄素 姜黄 氯化胆碱∶乳酸 1∶1 超声辅助 姜黄素 77.13 mg/g [25]姜黄 柠檬酸∶葡萄糖 1∶1 姜黄素 21.18 mg/g [18]

2.2 在提取分离香辛料中的挥发性成分中的应用

香辛料指具有芳香和辛香典型风味的天然植物制品,对食品的调味和色泽有着重要的作用,从叶或果实中所提的精油应用也十分广泛。但是,香辛料提取物质的易挥发性增加了提取难度,而相比于IL,DES的绿色分离富集作用更受研究者的青睐。陈长锴等[26]以胡椒叶为原料,利用氯化胆碱和尿素组成的DES 来提取胡椒叶中的精油,共检测到34 种挥发性物质,比水蒸气蒸馏精油得率提高了14.33%,证明了DES 提取胡椒叶精油的方法是可行的。

Zhao 等[27]使用NADES(氯化胆碱∶乳酸)作为预处理溶剂,结合微波加氢蒸馏的新方法从孜然中提取精油。在最佳条件下,精油的最高收率为2.22%,可检测到87 种挥发性物质,相对标准偏差为5.3%,表明该方法精密度好。试验评估了精油提取过程的能源消耗,与未使用NADES 的方法相比,总节能率高达51%,有利于降低精油提取成本,是一种从植物资源中提取绿色精油挥发性成分的经济环保工艺。

Chen 等[28]以紫苏叶为原料,由氯化胆碱和苹果酸以摩尔比2 ∶1 制备NADES 结合超声辅助加氢蒸馏提取精油,与超声辅助加氢蒸馏相比,这种新方法有效地将回收率从0.21%提高到0.69%,共检测到71 种挥发性物质。值得注意的是NADES 组的精油,除主要成分外,还富含脂肪族化合物和芳香族化合物,其总酚含量高,抗氧化性较好,并且提取后的精油成分和气味均发生了变化。故需要进一步挖掘NADES 更深层的潜力,在食品工业中实现更绿色、更有效的生产过程。

2.3 在分析检测农、兽药残留方面的应用

农、兽药残留超标是我国食品污染的主要源头之一,食用被污染过的食物会导致免疫毒性[29]、体内酶的抑制[30]和生殖系统受损[31]等,危害消费者的健康,应密切监测它们在食品中的浓度。

表2 对低共熔溶剂在食品中农、兽药残留检测中的应用进行了总结。

表2 低共熔溶剂在食品中农、兽药残留检测中的应用
Table 2 Applications of deep eutectic solvents in the detection of pesticides and veterinary drug residues in food

样品源 目标物 低共熔溶剂 摩尔比 前处理方法 测定方法 平均回收率/% 参考文献橄榄油 农药 百里香酚∶香兰素 1∶1 涡旋辅助乳化液-液微萃取气相色谱 63.1~119.4 [32]食用油 有机磷农药 氯化胆碱∶3,3-二甲基丁酸 漂浮有机液滴凝固液相微萃取气相色谱-氮磷检测器 68~77 [33]

续表2 低共熔溶剂在食品中农、兽药残留检测中的应用
Continue table 2 Applications of deep eutectic solvents in the detection of pesticides and veterinary drug residues in food

样品源 目标物 低共熔溶剂 摩尔比 前处理方法 测定方法 平均回收率/% 参考文献食用油 新烟碱类杀虫剂 氯化胆碱∶乙二醇 2∶1 分散液-液微萃取 高效液相色谱-二极管阵列检测81.9~98.0 [34]食用油 全氟羧酸 氯化胆碱∶1-甲基双胍 1∶1 磁性微萃取 高效液相色谱-三重四极杆-飞行时间质谱90~109 [35]饮料 拟除虫菊酯 六氟异丙醇∶甜菜碱 1∶2 分散液-液微萃取 高效液相色谱-二极管阵列检测85.1~109.4 [36]果汁 有机磷农药 氯化胆碱∶4-氯苯酚 超声辅助液-液微萃取高效液相色谱-紫外检测 87.3~116.7 [37]饮料 邻苯二甲酸盐 氯化胆碱∶苯酚 1∶2 涡旋辅助乳化液-液微萃取高效液相色谱-二极管阵列检测84~120 [38]蔬菜 三唑类杀菌剂 氯化胆碱∶4-氯苯酚 1∶2 顶空单滴微萃取 气相色谱-火焰电离 93~97 [39]葡萄皮 甲霜灵、多菌灵 氯化胆碱∶乙二醇 1∶2 超声辅助液-液微萃取高效液相色谱-二极管阵列检测91~112 [40]蜂蜜 多类农药 薄荷醇∶二氯乙酸 1∶2 分散液-液微萃取 气相色谱-火焰电离 56~86 [41]鸡肉 磺胺类药物 四丁基溴化铵∶丙二酸∶己酸 1∶1∶1 分散液-液微萃取 高效液相色谱-紫外检测 86-104 [42]牛奶 多类农药 氯化胆碱∶癸酸 1∶2 分散液-液微萃取 气相色谱-火焰电离 64~89 [43]豆奶 三嗪类、苯脲类除草剂 六氟异丙醇∶四丁基氯化铵 1∶1 分散液-液微萃取 高效液相色谱 86.4~117 [44]果汁 拟除虫菊酯 氯化胆碱∶丁酸 1∶2 空气辅助分散液-液微萃取气相色谱-质谱 83~92 [45]牛奶 磺胺类药物 百里酚∶辛酸 1∶1 分散液-液微萃取 高效液相色谱-紫外检测 93~100 [46]

由表2 可知,DES 对食品中农、兽药残留检测中的应用,适用于多种类的样品源,作为分析检测的关键步骤,前处理方法以分散液-液微萃取为主,磁性微萃取、涡旋辅助乳化液-液微萃取等新型方法也逐步应用,平均回收率较高。

安琪等[47]比较了DES 与传统有机溶剂对西红柿中多菌灵和吡虫啉2 种农药的提取率,发现摩尔比1 ∶2 的氯化胆碱与甘油组成DES 的提取率分别是甲醇的1.4 倍和1.53 倍。

Soltani 等[48]以摩尔比1 ∶4 的氯化胆碱和聚乙二醇制备DES 作为萃取剂,从茶叶中提取农药,并用氯化胆碱和尿素(摩尔比1 ∶2)制备DES 用作吸附剂,采用磁分散固相微萃取的方法净化茶叶提取物。在优化条件下,线性范围为0.70 μg/kg~500.00 μg/kg,定量限为0.70 μg/kg~1.90 μg/kg,该方法用于检测绿茶和红茶中农药的回收率为70.2%~105.2%。

近年,分子印迹技术在样品前处理过程中的应用研究迅速发展,有研究在食品有毒有害物质检测中将DES 与分子印迹聚合物材料联用。Surapong 等[49]以三元基(咖啡酸、氯化胆碱、甲酸)DES 为功能单体,合成了一种水溶性磁性双模板分子印迹聚合物。新设计的吸附剂对有机磷农药在吸附时间(30 s)内的吸附能力为218.62 mg/g,选择性因子为4.45,最低检出限为0.015 μg/L~0.030 μg/L,富集系数达691,回收率在80%~117%。该方法以简单快速的萃取过程,在很短的时间内对有机磷具有高选择性和吸附能力,成功应用于果蔬中有机磷的富集,为农药残留提供了一种强大的分析方法。

2.4 在分析检测重金属残留方面的应用

工业化进程不断推进,重金属污染随之增加,检测食品和水中的重金属十分重要。一些先进的检测方法,如原子吸收光谱法[50]、电感耦合等离子体质谱法[51]等已经用于重金属的检测,然而,对于痕量微金属的检测,由于其低浓度和样品的复杂性,样品制备成为了重中之重。近年来,DES 在痕量金属检测方面的应用越来越多。

Ul Haq 等[52]开发了一种基于银纳米粒子的DES作为超声辅助微萃取系统的萃取剂分析食用油中的铅(II)的方法,用于不同的商业食用油产品中铅的提取和测定。确定了一种以氯化胆碱和苯酚以摩尔比1 ∶2 组成的DES,结果显示,加标样品的定量回收率为97%~105%,检测限和定量限分别为0.28 μg/L 和0.94 μg/L,相对标准偏差为4.5%,与现有的优化方法相比,优化后的方法简单、易操作、提取时间短且富集系数高。

Elik 等[53]研究了一种使用DES 和空气辅助液相微萃取结合火焰原子吸收光谱法测定Co 的方法,制备了6 种不同的疏水性DES 在相同条件下用于提取Co离子,结果表示以四氯基氨和十八烯酸以摩尔比1 ∶1组成的DES 有最佳回收率(91.7%),研究者为其探究了样品适用性,共选择了数十种固体、液体样品进行了测试,并在自来水和红葡萄酒样品中成功检测到Co,验证了该方法的有效性。

除此之外,DES 还可同时做络合剂和萃取剂[54],采用合成的三元基(山梨糖醇、薄荷醇、扁桃酸)DES结合分散液相微萃取的方法提取牛奶中的重金属,该方法与其它方法比较,具有更宽的线性范围(1μg/L~40 μg/L),得到的相对标准偏差和检出限分别为3.4%~4.1%和0.38 μg/L~0.42 μg/L。最后,该方法成功地应用于不同牛奶样品中Cd(II)、Cu(II)、Pb(II)离子的测定。

3 低共熔溶剂在食品包装方面的应用

不可降解的塑料制品会对环境带来持续性的危害。食品包装作为食品工业中重要的一道工序,其开发更多关注到材料的安全性、环保性,由天然材料组成的可降解食品包装——可食用膜应运而生。可食用膜是一种以天然大分子物质(糖、蛋白质、脂质等)为成膜基质的一层可食薄膜[55],增塑剂作为其制作过程中必不可少的成分之一,可以降低聚合物分子间的作用力,提高薄膜的柔韧性和延伸性[56]。增塑剂要与成膜基质有很好的相容性,有学者使用DES 作为天然增塑剂对薄膜进行增塑,在淀粉、壳聚糖、果胶等种类的薄膜中均有应用。

淀粉是自然界中含量最丰富的天然生物聚合物之一。淀粉薄膜具有成本低、易加工、可再生等优点,但是,其湿敏性差和脆性限制了其在食品包装中的应用[57]。Zdanowicz 等[58]制备一种糖醇基DES,并测试其作为热塑性淀粉薄膜增塑剂的性能。与常规增塑剂的甘油相比,糖醇基DES 与淀粉的聚合物链形成更强的相互作用,具有更好的力学性能,并抑制了淀粉再结晶的趋势。Liu 等[59]从马铃薯皮废料中回收的淀粉进行阳离子改性,通过溶液流延法制备出一种由DES 增塑并负载姜黄素的阳离子淀粉基生物聚合物薄膜。

壳聚糖是一种具有生物相容性、可生物降解的多糖。研究发现壳聚糖薄膜具有高吸附能力和杀菌性能,使其成为一种很有前途的活性包装材料[60]。然而,纯壳聚糖薄膜具有脆性、弹性低等固有的机械性能,制作出的常规包装并不令人满意[61]。DES 可以明显影响分散在其中的聚合物的氢键结构,从而提供了一种增塑多糖基薄膜的新方法[62]。Jakubowska 等[63]使用氯化胆碱和丙二酸组成DES 对溶液流延法制备的壳聚糖薄膜进行了增塑,并与纯壳聚糖薄膜的性质进行了比较,结果表明,DES 含量越高,薄膜的弹性越高。增塑剂的成功加入,使2 种薄膜成分通过氢键相互作用,所有薄膜在高达130 ℃时仍保持热稳定性。研究人员在接下来的试验中使用氯化胆碱和乳酸组成DES 对壳聚糖薄膜进行增塑[64],所得结果证实DES 明显提高了薄膜的柔韧性。更重要的是,DES 的添加对薄膜的抗氧化性能有积极的影响,所制得的薄膜具有作为新型、可生物降解和活性食品包装前体的潜力。

食品包装直接与食品的外表面接触,在符合材料安全的前提下,还要满足抗氧化、抑菌等食品储存条件,仅添加增塑剂不适于生产常规食品包装。Zhang 等[65]将木质素溶解在甜菜碱和乳酸组成的DES 中,并以此DES 为增塑剂制备出一种新型壳聚糖-天然果酸薄膜。研究发现壳聚糖-天然果酸-DES-木质素膜具有良好的生物相容性,DES 的添加增强了木质素在薄膜基质中的分布和相容性,木质素的添加提高了薄膜的抗菌性和抗氧化性,为生产食品包装提供了良好的条件。

4 低共熔溶剂在生物技术方面的应用

生物精炼是实现资源可持续利用的过程,是生物技术研发创新的未来趋势。生物精炼过程将废弃物转化成高附加值产品,如饲料、化学品、燃料、热量等,在食品工业中发挥着极关键作用。Panic等[66]提出了一种对橘皮废料进行综合生物精炼的NADES(氯化胆碱、乙二醇),研究表明,由于NADES 的成分是初级代谢物,可为酶提供类似细胞质的环境,保证了橙皮中水解酶的活性和稳定性。同时,从橙皮废料中提取出D-柠檬烯和蛋白质。试验确定了在多步骤过程中使用单一NADES 的集成生物精炼方法,实现了橘皮废料的价值化,达到食品工业废弃物增值的目的。

甘蔗是我国南方种植的重要作物,是我国制糖业的主要原料来源。而食品加工中产生的大量的甘蔗渣通常作为燃料燃烧,带来严重的环境问题[67]。Liu 等[68]使用苄基三乙基氯化铵与乳酸组成DES 用于甘蔗渣预处理。研究表明,使用DES 处理的甘蔗渣,纤维素消化率达到(88.23±1.24)%,比未处理的高约228%,乙醇产量和产率分别为0.70 g/(L·h)和0.42 g/g 可发酵糖。重要的是,经过5 次循环回收的DES 处理后,酶解消化率保持不变。因此,使用DES 预处理甘蔗渣,在生物精炼厂节约成本和可回收性方面具有巨大的潜力。

酶作为生物催化剂,在食品工业中有着广泛的应用。为提高酶的生物催化性能,需解决天然生物酶催化活性低、稳定性差等问题,有研究者引入绿色溶剂DES 作为反应溶剂[69]。几乎所有的酶,如脂肪酶、乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶等,都在DES系统中得到应用。Ar1kaya 等[70]通过研究证明了DES 是乳酸酯化的优良溶剂,在脂肪酶催化的乳酸酯化反应中使用氯化胆碱和甘油以摩尔比1 ∶2 组成的DES,最终得到28.7%的乳酸乙酯,脂肪酶活性提高了3 倍。Knudsen 等[71]利用NADES 对高粱中蜀黍氰甙生物合成酶的稳定性进行研究,发现参与该途径的酶在NADES中表现出更高的稳定性。

此外,研究发现DES 的含水量、温度与酶的催化活性和热稳定性之间呈正相关[72]。Sun 等[73]通过使用DES 催化细胞色素P450BM-3 酶,发现醇基DES 可明显提高酶的催化活性和稳定性,在醇基DES 中,氢键供体乙二醇、1,2-丙二醇和甘油分别具有2 个和3 个羟基,在与胆碱盐阴离子形成DES 的过程中,2 种组分之间可以形成更多的氢键,并且与有机溶剂和IL 相比,DES 的水分活度值较低,形成的氢键网络也可以作为保护层,防止离子穿透蛋白质的螺旋结构,从而提高酶的稳定性。该研究以具有优异生物相容性的DES 作为底物溶剂,构建了DES-缓冲液双相体系,作为P450BM-3 酶催化吲哚生产靛蓝的反应介质。

低共熔溶剂作为一种新型绿色溶剂在食品工业中有着广泛的应用前景,图2 对其在食品工业中的应用进行了总结。

图2 低共熔溶剂在食品工业中的应用
Fig.2 Applications of deep eutectic solvents in food industry

5 总结与展望

绿色化学在可持续发展中发挥着越来越重要的作用,低共熔溶剂作为替代传统有机溶剂的绿色溶剂,安全、成本低、稳定性强,在食品工业中应用广泛。低共熔溶剂在提取分离食品中功能因子及分析检测食品中有毒有害物质方面,提取效率高,萃取时具有选择性,同时,其高度可调节性,可更好地适应食品工业中的工艺要求;在食品包装方面,低共熔溶剂作为增塑剂,明显改善薄膜的力学性能,起到增塑作用;在生物技术方面,低共熔溶剂应用于生物精炼过程,达到食品工业废弃物增值目的,以及提高酶的生物催化性、稳定性。

然而,大部分研究中未对低共熔溶剂作用于食品样品的机理进行深入分析,且目前的研究仅限于实验室规模,需要通过进一步试验对其进行量化,以达到产业化的目的。未来还需利用低共熔溶剂独特的理化性质,深入其在食品工业中应用的研究。

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Advances in Research and Application of Deep Eutectic Solvents in Food Industry

WU Ruo-nan1,2,WANG Hui1,2,ZHANG Ling-ling1,2,LIU Yan-hong1,2*
(1.Key Laboratory of Food Quality and Health,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China;2.Collage of Food Science and Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China)

Abstract:As a new green solvent,deep eutectic solvent is characterized by non-toxicity,simple preparation,high biodegradability,and 100% atomic efficiency. With the deepening of research,the application of deep eutectic solvent in food industry has been extensively studied.The preparation methods of deep eutectic solvent were introduced.Further,the applications of deep eutectic solvent in the food industry in recent years,such as the extraction and separation of functional factors,the analysis and detection of toxic and harmful substances,food packaging,and biotechnology,were reviewed,which can lay a foundation for further research and industrialization of deep eutectic solvent.

Key words:deep eutectic solvent;food industry;extraction;detection;plastification;biotechnology

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.07.028

基金项目:食品营养与安全教育部重点实验室/天津市食品营养与安全重点实验室项目(TJS202003)

作者简介:吴若楠(1999—),女(汉),在读硕士研究生,研究方向:食品安全。

*通信作者:刘雁红(1966—),女(汉),教授,研究方向:低共熔溶剂的合成及应用。

引文格式:

吴若楠,王卉,张玲玲,等.低共熔溶剂在食品工业中的应用研究进展[J].食品研究与开发,2023,44(7):204-211.

WU Ruonan,WANG Hui,ZHANG Lingling,et al.Advances in Research and Application of Deep Eutectic Solvents in Food Industry[J].Food Research and Development,2023,44(7):204-211.

加工编辑:刘艳美

收稿日期:2022-07-20