超声波助攻低共熔溶剂：从毛冬青中高效 “捕获” 芦丁的绿色新路径

为解决传统芦丁提取方法的不足，湘南学院的研究人员开展从 IACB 中提取芦丁的研究。结果显示，超声辅助 DES 法可优化提取工艺，提高提取量。该研究为 IACB 综合利用提供参考，值得科研读者一读。

　　

在神奇的植物王国里，有一种名为毛冬青（Ilex asprella (Hook. et Arn.) Champ. ex Benth.，简称 IACB）的传统中药材，它在中国广东、广西、湖南等地默默生长。别看它貌不惊人，其干燥的根和茎可是许多中药制剂和凉茶的重要组成部分呢！毛冬青味道有点苦又带点甜，性质寒凉，有着清热、解毒、生津、止渴等诸多功效。而其中的黄酮类化合物，更是具有抗感染、抗菌、抗肿瘤的神奇本领，尤其是芦丁（rutin），作为黄酮类化合物的代表，具有极高的开发利用价值。

然而，想要从毛冬青中提取芦丁可没那么简单。以往常用的提取方法，像溶剂萃取、超临界流体萃取、微波辅助萃取等，虽然各有优势，但也存在不少让人头疼的问题。这些方法有的要消耗大量有机溶剂，不仅不环保，还增加了成本；有的需要昂贵的设备，一般实验室根本负担不起；还有的在产品安全性方面存在隐患，难以满足绿色化学的要求。所以，寻找一种绿色又可持续的溶剂来提取芦丁，成了科研人员亟待解决的问题。

就在大家为这个难题发愁的时候，一种新型绿色溶剂 —— 低共熔溶剂（Deep eutectic solvents，DESs）走进了人们的视野。它是 2003 年被提出的，由氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）按特定比例和温度混合而成。DESs 就像一个 “多面手”，具有很多优点：它提取效率高，能快速把我们想要的物质提取出来；制备方法简单，不需要复杂的步骤；成本也低，不会让实验室的经费捉襟见肘；而且它无毒或低毒，还能生物降解，对环境十分友好；更厉害的是，它的特性可以根据需要进行调整。正因如此，DESs 在生物活性成分提取、药物分析、化学反应催化等多个领域都备受关注，被广泛应用。不过，目前用 DESs 从毛冬青中提取芦丁的研究还很少，这就为科研人员提供了一个全新的研究方向。

为了攻克这个难题，湘南学院的研究人员在《Scientific Reports》期刊上发表了一篇名为 “Ultrasound-assisted deep eutectic solvent extraction of rutin from Ilex asprella (Hook. et Arn.) Champ. ex Benth. and process optimization by response surface methodology” 的论文。他们通过一系列实验，找到了从毛冬青中提取芦丁的最佳条件，还证明了用 DESs 提取芦丁的方法是可行的，这为毛冬青的综合利用提供了重要参考，也拓宽了 DESs 的应用范围。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键技术方法。首先是高效液相色谱（HPLC）技术，它就像一个 “火眼金睛”，能精准测量芦丁的峰面积，从而计算出芦丁的提取量。然后是傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，它可以帮助研究人员了解 DESs 及相关物质的化学性质，看看在提取过程中它们发生了哪些变化。还有响应面法，研究人员利用它优化了芦丁的提取工艺，找到最佳提取条件，就像在复杂的迷宫中找到了出口。

下面我们来看看研究人员都有哪些有趣的发现吧。

筛选 DES

研究人员准备了 9 种不同的 DESs，想看看哪种对芦丁的提取效果最好。他们把毛冬青粉末放入离心管，加入不同的 DESs，在相同的超声条件下进行提取。结果发现，DES - 1（以乳酸为 HBD，氯化胆碱为 HBA）的提取效率最高。这是为什么呢？原来，DES - 1 内部有广泛的氢键网络，在提取过程中能和芦丁的酚羟基化合物产生很强的相互作用。而且，DES - 1 的 pH 值比较低，酸性环境更有利于芦丁的提取。乳酸结构里的羧基和羟基，也能和芦丁形成更多的氢键，让芦丁更容易从植物基质中解离出来，大大提高了提取效率。所以，研究人员决定在后续实验中，就用 ChCl - 乳酸体系作为提取芦丁的溶剂系统。

傅里叶变换红外（FTIR）分析

研究人员通过 FTIR 分析，对乳酸、ChCl、DES - 1、含 30% 水的 DES - 1 以及 DES - 1 提取液进行了 “体检”，观察它们的红外光谱图。结果发现，在形成 DES - 1 后，由于 ChCl 和乳酸之间的氢键作用，一些吸收峰发生了小的位移或强度变化。比如，O - H 伸缩振动的吸收峰变宽变强了，C - H 弯曲振动的峰也发生了位移。而且，在含 30% 水的 DES - 1 和提取液的光谱图中，还能看到自由水的峰。不过，对比这两个光谱图，发现除了 C = O 峰有一点位移外，其他变化不大，这说明 DES - 1 在提取过程中化学结构比较稳定。

乳酸和 ChCl 的摩尔比

研究人员改变乳酸和 ChCl 的摩尔比，发现随着乳酸比例降低，DESs 的粘度逐渐增加，pH 值也上升，而芦丁的提取效率却是先升高后降低。当乳酸和 ChCl 的比例超过 1:1 时，芦丁和氯离子的相互作用减弱，提取率就下降了。所以，他们确定最佳的摩尔比为 1:1。

含水量的影响

DESs 的高粘度会阻碍物质从药材向提取液的传输，所以研究人员研究了含水量对芦丁提取量的影响。他们发现，随着含水量增加，芦丁提取量先增加，在 30% 含水量时达到最大值，之后又下降。这是因为含水量低时，DESs 粘度高，影响了物质传输；而含水量过高，又会破坏 DESs 的氢键，影响其性质，还会减少目标分子和提取溶剂之间的相互作用。所以，DES - 1 的最佳含水量是 30%。

液固比的影响

研究人员用不同液固比进行提取实验，发现液固比从 10:1 增加到 20:1 时，芦丁提取量增加；超过 20:1 后，提取量又开始下降。这是因为液固比低时，DES 不能充分接触药材粉末，而且其粘性影响了传质；而液固比过高，虽然能让药材和 DES 充分接触，但会消耗更多超声能量，导致超声空化效果变差。所以，最佳液固比是 20:1 mL/g。

超声时间的影响

研究人员在不同超声时间下进行实验，发现芦丁提取量先增加后减少，在 30 分钟时达到最大值。刚开始，超声能破坏植物细胞结构，帮助芦丁溶解在 DES 中；但超声时间过长，就会让其他成分也溶解出来，降低了芦丁在 DES 中的溶解度。所以，最佳超声时间是 30 分钟。

超声功率的影响

研究人员改变超声功率，发现随着超声功率增加，芦丁提取量反而下降。一定的超声功率能增强提取效果，但当功率足够破坏细胞后，再增加功率就会产生很多无用气泡，降低提取效率。所以，最佳超声功率是 100 W。

超声温度的影响

研究人员在不同超声温度下实验，发现芦丁提取量先上升后下降，在 40℃时达到最大值。温度超过 40℃后，芦丁和 DES 的相互作用减弱，高温还可能破坏目标成分。所以，最佳超声温度是 40℃。

BBD 实验结果

研究人员根据单因素实验结果，选择液固比、含水量和超声时间作为三个因素，用 Box - Behnken 响应面设计（BBD）进行实验，并利用 Design Expert 13 软件分析数据，得到了一个回归方程。这个模型很厉害，它的显著性很高（p＜0.0001），失拟值不显著（p = 0.2801＞0.01），调整后的 R2（0.9640）和变异系数（CV，4.11%）表明模型相关性强、可靠性高、预测值和实际值拟合度高，可以用来分析和预测芦丁的提取过程。通过模型预测，最佳工艺参数是液固比 20.410:1 mL/g、含水量 28.247%、超声时间 30.979 min，此时芦丁提取量最大，为 87.034 μg/g。考虑到实际操作的限制，研究人员将条件调整为液固比 20:1 mL/g、含水量 28%、超声时间 31 min，在这个条件下，芦丁的实际提取量为 86.553 ± 1.35 μg/g，和预测值相差不到 0.6%，说明这个模型非常可信。而且，DES - 1 对芦丁的提取效率明显高于传统试剂。

最后，我们来总结一下这项研究的结论和意义。研究人员用超声辅助 DES 方法从毛冬青中提取芦丁，并对提取过程进行了优化。他们发现，用 DES - 1 作为溶剂，在最佳条件下（DES - 1 摩尔比 1:1、超声温度 40℃、超声时间 31 min、含水量 28%、液固比 20:1 mL/g），芦丁的提取量能达到 86.553 ± 1.35 μg/g，和预测值很接近，这证明了用 DESs 提取芦丁的方法是可行的。这种方法有很多优点，超声能帮助芦丁溶解，提高提取效率；DESs 可生物降解，比有机溶剂更环保，符合绿色化学的理念。不过，研究人员也指出，从 DESs 中回收活性物质还需要进一步研究，这样才能让这种方法在大规模生产中得到更广泛的应用。另外，DES 提取物的生物活性和安全性也需要进一步评估，如果能直接把 DES 提取物用作药物活性成分或化妆品原料，跳过回收和纯化步骤，说不定能带来新的突破呢！毕竟 DESs 在促进透皮吸收方面有潜力，也许未来能在局部制剂领域大放异彩。这项研究为毛冬青中芦丁的提取提供了新方法，也为 DESs 在中药成分提取领域的发展开辟了新道路，让我们对中药资源的开发利用有了更多的期待！