《Food and Bioproducts Processing》：Process-intensified deep eutectic solvent-based flow platform for fully automated quantification of polysaccharides and polyphenols in functional plant bioproducts
编辑推荐：
安全高效处理植物基生物制品需依赖流程强化与自动化技术。本研究首次构建了基于深熔盐（DES）的自动化流式平台，通过超声波辅助提取结合在线紫外检测与HPLC-UV联用，实现当归根中多糖和酚类抗氧化剂的同步提取与定量分析。优化后的DES体系（胆碱盐-乙二醇）在65℃、40min条件下获得10.5mg/g多糖提取量，方法线性良好（R2=0.9972-0.9976），检测限低至0.0008mg/g，回收率98-99%，验证了该平台在食品级原料分析中的可靠性。分子动力学模拟揭示了适度 hydration（30%水质量分数）对保持DES晶格结构并增强分子可移动性的协同作用。该绿色技术体系显著降低溶剂消耗，提升操作安全性，为功能植物生物制品的标准化分析提供了新范式。
塔蒂亚娜·博奇科（Tatiana Bochko）|克谢尼娅·斯米尔诺娃（Ksenia Smirnova）|塔马尔·班纳吉（Tamal Banerjee）|阿努普·基肖尔·瓦蒂（Anoop Kishore Vatti）|安德烈·希绍夫（Andrey Shishov）
圣彼得堡国立大学，Universitetskaya Emb. 7/9，199034，圣彼得堡，俄罗斯
摘要
植物基生物产品的安全高效加工越来越依赖于工艺强化和自动化操作。在这项工作中，首次开发了一种基于深度共晶溶剂（DES）的流动平台，用于完全自动化地提取和定量功能性植物材料中的关键生物活性成分，如多糖和多酚类抗氧化剂。以Arctium lappa L.的根作为代表性的食品级基质。该系统集成了温控流道中的超声辅助提取、注射器内的显色反应以及在线UV-Vis检测，并随后对同一DES提取物中的多酚进行HPLC-UV分析。在测试的七种DES配方中，氯化胆碱-乙二醇被选为最佳介质。通过调整DES的水合程度，并使用响应面方法对温度和提取时间进行统计优化，最终在65°C和40分钟条件下获得了10.5毫克/克的多糖产量。分子动力学模拟提供了关于多糖与DES相互作用的定量见解，结果表明适度的水合可以保持共晶结构的同时增强分子流动性，这解释了实验观察到的在30%重量百分比水分时的最大产量。该自动化程序已针对β-葡聚糖和菊粉进行了验证，显示出优异的线性（R2 = 0.9972-0.9976）、低检测限（0.0008-0.012毫克/克）和高回收率（98-99%）以及良好的精度（RSD ≤ 4.7%）。与甲醇提取相比，基于DES的工艺获得了更高的多酚类抗氧化剂回收率。该验证方法成功应用于牛蒡根和其他谷物基质（燕麦草、珍珠粉）的分析，与标准酶法参考方法的结果高度一致。使用AGREE工具进行的绿色评估证实了溶剂消耗的减少、废物产生的限制以及操作人员安全性的提高。所提出的平台通过结合绿色溶剂设计、工艺强化和自动化，扩展了食品和生物产品加工的边界。
引言
对安全、营养价值高且具有生物活性的植物衍生生物产品日益增长的需求，促进了能够实现高效、可控且环保加工的工程解决方案的发展。特别是多糖（Malakhova等人，2025年）在功能性食品的生理功能和健康促进特性中起着关键作用（Ma等人，2022年）。Arctium lappa L.（牛蒡）因其富含菊粉型果聚糖和β-葡聚糖而被视为代表性基质，这些成分具有益生元、免疫调节和抗糖尿病作用（Young等人，2021年）。除了作为功能性食品成分外，Arctium lappa L.还被俄罗斯联邦国家药典正式认可为药用植物，并被欧洲药品管理局（EMA）的Arctii radix专论所引用。它也被记录在欧洲植物疗法科学合作组织（ESCOP）的草药专论中，并在传统中医中有悠久的应用历史，进一步证明了其作为分析方法开发代表性基质的相关性。准确量化这些大分子对于保持产品一致性、验证营养声明以及优化与食品和营养保健品制造相关的生物加工参数至关重要（Da Silva Magalh?es等人，2024年）。由于多糖组成强烈依赖于植物来源、收获和预处理条件（Ilhan等人，2025年），分析方法需要高度的可重复性、最小的操作者干预以及能够集成到自动化质量控制工作流中的能力。
传统的基于水的提取方法完全符合绿色化学的原则，但通常需要较高的温度和较长的处理时间才能获得可接受的产量。此外，水不能有效释放像多酚这样的低极性生物活性分子（Neis等人，2025年），而这些分子也对植物基生物产品的功能性有重要贡献。有机溶剂如乙醇或丙酮可以部分扩展提取效果，但会引入挥发性、毒性和易燃性，这与现代食品加工的可持续性和安全要求相矛盾。基于流动的分析平台已被提出，以克服批量方法的局限性，提供更高的通量、自动化（Gemuh等人，2022年；Suárez等人，2014年）以及食品（Cerdà等人，2012年）和植物化学分析（Chen等人，2010年）中的改进的可重复性。然而，许多报道的系统仍然依赖于挥发性有机化合物，限制了它们的环境性能，并给处理热不稳定天然聚合物带来了挑战（Wu等人，2023年）。这一限制凸显了需要结合提取效率、操作安全性、低挥发性和与自动化设备兼容性的替代溶剂系统的需求。
在这种情况下，深度共晶溶剂（DESs）（Kozhevnikova等人，2024年）作为一种合理的替代品出现，它们具有可调的物理化学性质和本质上更安全的处理敏感生物聚合物组分的特性。这些氢键供体-受体混合物表现出微弱的挥发性、低毒性、高生物降解性和可调的极性，与绿色分析化学的原则非常吻合（Cunha和Fernandes，2018年）。最近的研究表明，DESs可以显著提高从各种生物基质中提取多糖的效果——例如，乳酸-葡萄糖DES提高了从灵芝中提取多糖的效率同时保持了结构完整性（Li等人，2024年），而苹果酸-蔗糖系统在果胶提取方面的表现优于乙醇（Chen和Lahaye，2021年）。除了选择氢键供体和受体之外，通过控制水合程度还可以进一步定制DESs的性能，这是一个关键但常被低估的设计参数。最近的系统研究表明，适量的水分添加可以精细调节粘度、氢键强度和质量传递性质，同时保持高达30%重量百分比水分的共晶结构。
随着DESs的提取效率和应用范围的不断扩大，人们越来越关注其在食品相关应用中的全面安全性评估。特别是，共晶溶剂同时溶解有机目标化合物和无机成分的能力，需要仔细评估潜在的微量元素共提取问题。最近的系统研究表明，这些效应并非DESs的固有缺点，而是强烈依赖于溶剂组成，尤其是氢键供体的性质和系统的水合程度。应用于Glycyrrhiza glabra L根的基于酸的天然DES（NADES）被证明会与甘草酸共同提取某些元素；然而，全面的统计评估和健康风险评估表明，尽管目标化合物回收率与金属污染指数之间存在正相关，但所有测试的NADES提取物均无毒，对口服和局部应用均无健康风险（Shikov等人，2022b）。对于褐藻Fucus vesiculosus的NADES提取物也得到了类似的结论，其中共提取的痕量金属水平通常低于使用传统水或有机溶剂获得的水平，并且根据既定的危害指数处于安全范围内，进一步突显了合理设计的共晶系统的安全性优势（Shikov等人，2022a）。
重要的是，最近的体内研究提供了直接的支持NADES提取物安全性的毒理学证据。在动物模型中进行的口服和皮肤给药实验未发现NADES基植物提取物具有急性毒性，LD??值很高，刺激作用最小，证实了合理设计的NADES系统可以在不牺牲安全性的前提下实现高提取效率（Shikova等人，2025年）。总体而言，这些发现表明安全性考虑与DESs的化学设计密切相关，并且可以通过控制氢键供体和水分含量来有效管理。
然而，尽管NADESs的使用日益增加，但它们与自动化流动分析平台的集成仍然有限。现有的基于NADES的方法主要依赖于手动批量协议，并且在定量测定之前需要相转移或中间处理，增加了变异性，阻碍了其在工业或高通量环境中的应用。
最近的一些DES辅助流动系统的例子展示了它们的潜力，特别是在确定食品中的有害物质（如重金属，Shishov和Bulatov，2024年）和致癌物（Somaia，2025年）方面。然而，对于食品产品中的有益成分（如多糖和酚类抗氧化剂）尚未有全面的工作流程报告。这一技术差距限制了DESs在食品工程中的应用，并阻碍了功能性植物材料的自动化、多参数和环保特性分析的进展。
因此，本工作的目的是开发并评估一种基于DES的自动化流动平台，用于从Arctium lappa中提取和测定多糖和多酚。所提出的系统结合了DES介导的超声辅助提取、注射器内的衍生化、在线UV–Vis检测以及随后对同一提取物中的多酚进行HPLC–UV分析。该研究重点评估了在统一的分析工作流中结合溶剂设计、工艺自动化和建模方法的可行性。
试剂和溶液
研究中使用的所有试剂均为分析级或更高级别，以确保工艺的可重复性和与自动化流体处理组件的兼容性。超纯水（18 MΩ·cm）使用Milli-Q纯化系统（Millipore，美国）制备。甲酸（99.5%）、HPLC级乙腈和甲醇、乙醇（96%）、盐酸（用于制备2M HCl）、硫酸（用于制备5M H?SO?）、蒽酮（认证标准，CAS编号90-44-8，99%）、溴化钾
DES性质对多糖提取的影响
为了确定适当的提取介质以进行后续优化和自动化实施，系统地比较了不同深度共晶溶剂的提取效率。选择是基于在相同提取条件下目标多糖（β-葡聚糖和菊粉）的定量回收率。
获得的数据显示出多糖提取效率存在明显的溶剂依赖性差异。
结论
在这项研究中，开发了一个工艺强化的完全自动化分析平台，用于同时提取和测定植物基生物产品中的关键生物活性化合物，即多糖和多酚类抗氧化剂，以Arctium lappa L根作为代表性的食品级基质。所提出的工作流程结合了绿色溶剂工程和先进的流动分析自动化，使得提取、衍生化和检测能够在统一的
未引用的参考文献
(Shishov等人，2024年；Mansour等人，2025年)
CRediT作者贡献声明
安德烈·希绍夫（Andrey Shishov）：撰写——原始草案，概念化。塔马尔·班纳吉（Tamal Banerjee）：可视化，方法学，研究。阿努普·基肖尔·瓦蒂（Anoop Kishore Vatti）：可视化，方法学。克谢尼娅·斯米尔诺娃（Ksenia Smirnova）：方法学，研究。塔蒂亚娜·博奇科（Tatiana Bochko）：撰写——原始草案，方法学，研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
安德烈·希绍夫衷心感谢俄罗斯科学基金会（研究项目编号24-43-02023）的财政支持。科学研究使用了圣彼得堡国立大学研究园区的设备（化学分析和材料研究中心，圣彼得堡国立大学科学园区医学功能材料诊断中心）。塔马尔·班纳吉感谢通过DST/IC/RSF/2024/333项目的资助
