[论文解读] Optimization of Sequential Microwave-Ultrasound-Assisted Extraction for Maximum Recovery of Quercetin and Total Flavonoids from Red Onion (Allium cepa L.) Skin Wastes

Zeinab Jabbari Velisdeh, Ghasem Najafpour+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2021

Garlic and Onion Studies参考文献 45被引用 15

一句话总结

本研究通过响应面法优化了顺序微波-超声波辅助提取工艺，以最大化从红洋葱皮废料中提取槲皮素（10.32%）和总黄酮（12.52%）。最佳条件为：70 °C下微波辐照60 s，随后进行15 min超声处理，使用70%乙醇（溶剂/固比30 mL/g），实验结果接近预测值，且优于单一方法的提取效果。

ABSTRACT

This study aimed to optimize the extraction conditions in order to maximize the recovery yields of quercetin and total flavonoids from red onion skin wastes using sequential microwave-ultrasound-assisted extraction. Five effective factors on quercetin extraction yield were investigated using response surface methodology. The method was successfully performed under optimal conditions of 60 s microwave irradiation followed by 15 min sonication at 70 °C, 70% ethanol with solvent to solid ratio of 30 mL/g. Based on the optimization results, ultrasound temperature was found to be a highly significant and influential factor for the recovery. The maximum recovery yields of quercetin and total flavonoids from red onion skin were estimated to be 10.32 and 12.52%, respectively. The predicted values for quercetin (10.05%) and total flavonoids (12.72%) were very close to the experimental results. The recovery yields obtained from different extraction methods were as follows: ultrasound-microwave-assisted extraction (7.66% quercetin and 10.18% total flavonoids), ultrasound-assisted extraction (5.36% quercetin and 8.34% total flavonoids), and microwave-assisted extraction (5.03% quercetin and 7.91 % total flavonoids). The validity of the projected model was examined by the obtained experimental data; in which, the validated model was suitable for the recovery of the valuable products from onion skin wastes for further scale-up in the food processes.

研究动机与目标

• 开发并优化一种顺序微波-超声波辅助提取工艺，以最大化从红洋葱皮废料中回收槲皮素和总黄酮。
• 利用响应面法识别影响提取率的最关键操作参数。
• 比较顺序法与单一模式微波或超声波提取的性能差异。
• 验证预测模型在食品加工工业应用中的可扩展性。

提出的方法

• 采用响应面法（Box-Behnken设计）评估五个独立变量：微波时间、超声时间、温度、乙醇浓度和溶剂/固比。
• 提取过程采用两步顺序操作：先进行微波辐照（60 s），随后进行超声处理（15 min）。
• 通过统计建模和偏好函数法确定最优条件，以同时最大化槲皮素和总黄酮的产量。
• 使用70%乙醇在70 °C下进行提取，溶剂/固比为30 mL/g。
• 采用紫外-可见分光光度法测定产量，并与预测值进行验证。
• 通过比较实验结果与预测值，验证了模型的预测准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何确定顺序微波-超声波辅助提取的最优条件，以最大化从红洋葱皮废料中提取槲皮素？
• RQ2 在微波时间、超声时间、温度、乙醇浓度和溶剂/固比中，哪些参数对槲皮素和总黄酮回收率影响最大？
• RQ3 与单一模式的微波或超声波提取相比，顺序微波-超声波方法在效率上有何差异？
• RQ4 响应面模型预测的产量与实验结果的吻合程度如何？
• RQ5 该优化后的模型是否可可靠地实现工业化放大，适用于食品加工领域？

主要发现

• 槲皮素的最大实验回收率为10.32%，与预测值10.05%非常接近。
• 总黄酮的最大实验回收率为12.52%，略低于预测值12.72%，但依然具有高度准确性。
• 超声温度被确定为显著影响并提升提取率的最关键因素。
• 顺序微波-超声波方法优于单一模式方法，槲皮素产量达7.66%，总黄酮达10.18%；而仅使用微波法的产量为5.03%和7.91%，仅使用超声波法的产量为5.36%和8.34%。
• 经验证的模型表现出高度可靠性，支持其在食品应用中实现工艺放大的可行性。
• 溶剂/固比30 mL/g、70%乙醇和70 °C的温度是实现最佳产量的关键因素。