《Food and Bioproducts Processing》：Sequential Recovery of Phenolics, Starch, and Cellulose from Potato Peel Waste and Their Valorization into Preservative Films
編輯推薦：
土豆皮廢棄物通過 sequential process 依次提取多酚（4.48±0.12 mg/g）、淀粉（58.74±3.25%）和纖維素（25.70±1.20%），并利用超聲波輔助的 OSA 改性提升淀粉性能，納米纖維素纖維增強薄膜機械強度達47.32%，添加6%多酚的薄膜使大腸桿菌和金黃色葡萄球菌減少1.97和2.51 log?? CFU/g，顯著延長土豆切片保質期至12天。
李浩鑫|華晨輝|穆克塔爾·阿薩德|阿布格里·阿爾伯特|于曉杰|周春山|馬海樂
中國江蘇省鎮江市江蘇大學食品與生物工程學院
摘要
馬鈴薯加工會產生大量廢棄物，而目前大多數研究僅專注于提取單一成分，從而導致二次廢棄物的產生；本研究開發了一種順序工藝，用于從馬鈴薯皮中回收多酚、淀粉和纖維素。回收的多酚含量達到4.48 ± 0.12毫克/克干重，淀粉和纖維素的回收率分別為58.74 ± 3.25%和25.70 ± 1.20%（干重）。經過辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性的淀粉表現出更好的成膜性能，反應效率為83.48 ± 2.1%，膨脹能力為19.87克/克。這種改性顯著提高了天然淀粉的疏水性，使其接觸角增加了95.51%。由殘渣制備的纖維素納米纖維（長度423.82 ± 42.23納米，寬度18.50 ± 2.58納米）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 ± 0.11兆帕的拉伸強度和73.68 ± 1.54%的斷裂伸長率。與未添加多酚的薄膜相比，該薄膜還能將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的活菌數分別降低1.97和對數10倍。這種活性薄膜還能抑制褐變和重量損失，使馬鈴薯片的保質期延長至12天。所提出的順序回收方法成功地將馬鈴薯皮中的大部分成分轉化為高價值的薄膜制備材料，賦予了基于淀粉的薄膜低成本、高機械性能和高抗氧化活性的包裝應用潛力，從而促進了農業廢棄物的回收和食品加工的可持續性。
引言
馬鈴薯是全球第四大種植面積的糧食作物，其加工過程（如淀粉提取、馬鈴薯片生產、淀粉產品加工）會產生大量廢棄物，包括馬鈴薯皮、芽、破損的塊莖和殘渣，占原材料的近40%（Gebrechristos等人，2018年）。然而，這些廢棄物富含高價值成分，例如馬鈴薯皮中約30–52%的淀粉（Delville等人，2003年）。此外，馬鈴薯皮還含有纖維素（約占干重的20-40%）以及天然抗氧化劑，如綠原酸、咖啡酸和阿魏酸（占干重的0.5–3%）（Rasheed等人，2022年）。回收這些成分具有重要的經濟和生態意義。例如，Ma等人（2022年）使用乙醇從馬鈴薯皮中提取多酚作為抗氧化劑用于薄膜制備；Almeida等人（2024年）通過干燥和研磨預處理后用乙醇提取，獲得了46.9 ± 2.6毫克/克干提取物的總酚含量；Zhu等人（2023年）通過漂白和馬來酸水解從紫色馬鈴薯中制備出了8.17%的纖維素納米晶體。然而，大多數研究僅關注單一成分的提取，導致其他高價值成分的二次廢棄物產生。因此，有必要開發一種能夠全面回收馬鈴薯皮成分的工藝，以實現零廢棄物排放。新鮮切割的水果和蔬菜在食品加工領域備受青睞。然而，新鮮切割的馬鈴薯在儲存過程中容易發生褐變、失水和微生物污染，從而導致品質下降和保質期縮短（Rashid等人，2021年）。活性薄膜可以直接應用于食品表面，作為防止氧氣、水分和微生物入侵的物理屏障，延緩變質（Firdous等人，2023年；Imoisili等人，2024年）。淀粉和纖維素都是常見的天然聚合物，作為食品包裝材料，它們在安全性和環保性方面優于石油衍生塑料。例如，Nikmanesh等人（2023年）在馬鈴薯淀粉薄膜中添加了3%的Viola odorata提取物，提高了冷凍雞肉的質量，保質期超過8天；Murawski等人（2025年）使用糖-甘油混合物在長期儲存過程中保持了馬鈴薯淀粉薄膜88%的機械性能；Sharip等人（2024年）發現8%的纖維素納米晶體使馬鈴薯淀粉生物塑料的拉伸強度提高了71.96%。然而，現有的大多數淀粉薄膜依賴于價格較高的商業材料。此外，基于天然淀粉的薄膜存在機械性能差、糊化溫度高和耐水性不足等缺點，嚴重限制了其在高水分水果和蔬菜包裝等領域的應用（Imoisili等人，2024年；Wang等人，2020年）。因此，將食品加工廢棄物轉化為高性能的薄膜制備材料不僅可以減少對商業淀粉的依賴并降低成本，還能提高加工鏈的可持續性。
為了解決單一成分提取造成的資源浪費問題，并制備低成本、高性能的食品保鮮薄膜，本研究開發了一種從馬鈴薯皮廢棄物中順序回收多酚、淀粉和纖維素的工藝（圖1）。該工藝從廢棄物中回收了制備保鮮薄膜所需的所有原材料。為了提高薄膜性能，通過超聲輔助的辛烯基琥珀酸酯化改性馬鈴薯皮淀粉，得到酯化淀粉顆粒；將馬鈴薯皮纖維素納米化作為增強填料；同時，將馬鈴薯皮多酚作為天然抗氧化劑/抗菌劑加入薄膜中，以提供保鮮功能。最后，通過抑制新鮮切割馬鈴薯片的劣化效果驗證了薄膜的保質期延長能力。這一轉化系統不僅為提升馬鈴薯加工副產品的價值提供了參考，也為食品加工行業的可持續發展指明了方向。
原材料和化學試劑
馬鈴薯（Solanum tuberosum L.品種：Qingshu 9）購自中國鎮東豐農貿市場。選擇形狀和結構相似、重量均勻（≤20克）、無土壤、蟲害或機械損傷的塊莖。清洗后，收集外皮（約2毫米厚），在37°C下干燥24小時，粉碎成粉末（80–100目），并儲存在密封、避光的容器中。分析級無水乙醇（≥99.7%），辛烯基
順序回收過程的物料流動
圖S1展示了從馬鈴薯皮中順序提取多酚、淀粉和纖維素的工藝流程，詳細說明了試劑用量、工藝參數和目標化合物的回收率。通過Folin-Ciocalteu方法測定，從馬鈴薯皮中提取的總多酚含量為4.48 ± 0.12毫克/克干重。進一步的HPLC分析確定了其主要成分，其中綠原酸含量最高（2.21 ± 0.71毫克/克）結論
本研究建立了一種綠色順序提取工藝，實現了從馬鈴薯皮廢棄物中逐步回收多酚、淀粉和纖維素，并利用這些回收成分制備了低成本、高價值的活性保鮮薄膜。回收的多酚含量為4.48 ± 0.12毫克/克干重，淀粉和纖維素的回收率分別為58.74 ± 3.25%和25.70 ± 1.20%（干重）。超聲輔助的酯化改性顯著提高了薄膜的性能未引用的參考文獻
(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作者貢獻聲明
馬海樂：監督、軟件開發、項目管理。
穆克塔爾·阿薩德：寫作 – 審稿與編輯、資源協調。
阿布格里·阿爾伯特：寫作 – 審稿與編輯、軟件開發、數據管理。
于曉杰：驗證、軟件使用、資源協調。
周春山：驗證、資金籌集、數據分析。
李浩鑫：初稿撰寫、方法設計、實驗研究。
華晨輝：初稿撰寫、數據管理、概念構思。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的可能影響本文工作的財務利益或個人關系。致謝
本研究得到了中國國家自然科學基金（22378175）和中國國家重點研發計劃（2024YFD2101400）的支持。
