2023年11月，食品学院韩永斌、陶阳课题组在国际期刊Chemical Engineering Journal发表题为“Mass transfer study on noncovalent adsorption and desorption of soluble phenolics by plant cell wall materials for green purification”的研究性论文。揭示了植物细胞壁材料非共价吸附/解离可溶性多酚的物理传质新机制，开发了可溶性多酚绿色纯化新技术。
膳食多酚可在延缓衰老、防治心血管疾病和神经退行性疾病等方面发挥作用。天然多酚主要来源于植物，分离纯化是制备高纯度植物多酚的关键环节。现有的酚类物质纯化方法在分离纯度、效率、成本、规模、环保等方面存在局限性。
基于植物细胞壁与可溶性多酚间的非共价互作关系，本团队提出通过调控植物细胞壁与可溶性多酚间的互作行为，从而实现植物多酚的绿色分离。本研究首先对比了多种果蔬细胞壁组分吸附多酚的能力，发现芹菜和蓝莓细胞壁组分具有较强的吸附能力；进一步探究了不同环境离子强度下芹菜和蓝莓细胞壁组分与多酚互作的理化特性，并基于多孔扩散理论数值仿真了芹菜和蓝莓细胞壁吸附/解离多酚的物理过程；最后系统比较了植物细胞壁吸附/解离与传统大孔树脂吸附/解离技术在分离多酚方面的优劣。
图1：不同环境离子强度下植物细胞壁材料对酚类物质的吸附动力学曲线
（点为实验数据，线为多孔扩散模型仿真结果；CCW为芹菜细胞壁材料；BCW为蓝莓细胞壁材料）
图2|：芹菜和蓝莓细胞壁材料非共价吸附多酚过程的可视化展示
（箭头表示植物细胞壁吸附的传质方向；圆圈内图案代表植物细胞壁结构；CCW为芹菜细胞壁材料；BCW为蓝莓细胞壁材料）
研究表明，植物细胞壁吸附多酚过程中，离子互作比疏水作用扮演更重要的作用。物理仿真发现，酚类物质跨越植物细胞壁表面固/液相界膜的能力不影响吸附行为；多酚沿细胞壁固体框架扩散（固体扩散）和孔隙内液体扩散（孔扩散）的能力仅决定多酚吸附的速率；植物细胞壁吸附位点的丰度则决定细胞壁吸附多酚的量；内部孔隙结构决定了固体扩散和孔扩散的贡献率，芹菜细胞壁组分的内部孔隙率高于蓝莓细胞壁，导致芹菜细胞壁吸附过程中孔扩散对多孔吸附的贡献率大于蓝莓细胞壁。植物细胞壁吸附/解离后的多酚纯度可达60%，与大孔树脂分离后的多酚纯度相当，但分离效率和成本大幅优于树脂分离技术。
图3：植物细胞壁材料非共价吸附酚类物质的物理机制示意图
本研究丰富了植物细胞壁与多酚互作的物理理论，研究成果可为植物多酚的绿色精准分离、植物源生物吸附剂的靶向设计、植物多酚的体内缓释控制、大宗果蔬的多酚减损加工提供理论依据和技术指导。
本文第一作者为南京农业大学kaiyun网页版登录入口硕士麻筱璇，陶阳副教授为通讯作者，韩永斌教授、李丹丹副教授参与了项目部分工作。本研究得到国家自然科学基金项目（32072351）、江苏省农业自主创新项目CX(22)2026、江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师等资助。
