结合两步提取法的新型溶剂用于从Pueraria lobata中提取总黄酮：深入优化、机理研究及抗氧化活性分析

《Microchemical Journal》：Novel solvents combined with two-step extraction of total flavonoids from Pueraria lobata: In-depth optimization, mechanistic investigation and antioxidant activities

绿色高效提取技术通过三元深熔盐溶剂与原位超声协同作用从蒲公英根中提取总黄酮，优化参数包括37%水分、11分钟涡旋时间、66:1液固比、30分钟超声时间和240W超声功率，获得223.79±1.89mg/g的提取效率。FTIR证实溶剂制备成功，SEM和分子动力学模拟揭示协同破壁机制，UPLC-Q-TOF-MS鉴定出15种成分含14种黄酮。抗氧化实验表明其具有显著活性，为药食同源植物开发新方法。

　　

赵颖|雷杰|陈瑶玉|唐文彦|庞春燕|张欣宇|李倩|刘成|陈少成

中国重庆教育大学三峡库区传统中药科学观测与研究站，重庆400067

摘要

本研究创新开发了一种绿色高效的提取技术，结合了三元深共晶溶剂和原位超声协同提取方法，用于从Pueraria lobata中提取总黄酮类化合物，旨在解决传统提取方法的不足。经过对20种共晶溶剂系统的系统筛选，发现酒石酸胆碱：乳酸：甘油组合为最佳溶剂。通过集成响应面方法-人工神经网络-遗传算法框架获得了最优参数：水分含量37%，涡流时间11分钟，液固比66:1 mL/g，超声时间30分钟，超声功率240 W。优化后的提取效率为223.79 ± 1.89 mg/g。利用超高性能液相色谱-四极杆飞行时间质谱法对P. lobata的化学成分进行鉴定，明确识别出15种化合物，其中包括14种黄酮类物质。FT-IR光谱分析提供了新型三元深共晶溶剂制备成功的结构证据，扫描电子显微镜和分子动力学模拟阐明了其提取机制。此外，TF提取物在三种独立检测中表现出显著的抗氧化能力，显示出其作为功能性健康产品的开发潜力。总之，本研究开发了一种新的提取方法，可用于从P. lobata中提取生物活性黄酮类化合物，为绿色化学的发展以及具有药食双重特性的传统中药的进一步研究提供了理论基础。

引言

Pueraria lobata是中国的一种传统作物，主要分布在湖北省、重庆市、四川省和云南省[25], [35]。几千年来，它既被用作食物，也被用作药用草药：在医学上，它被用于治疗伤寒、发热性头痛、发热伴随的烦躁和多饮以及腹泻等症状。作为一种食品，P. lobata在中国非常受欢迎，这归功于其独特的风味和显著的保健作用[24], [44]。现代药理学和植物化学研究表明，P. lobata富含多种生物活性成分，包括黄酮类、三萜类和香豆素类[26], [46]。其中，黄酮类被认为是主要且最具特色的生物活性成分。这些黄酮类化合物具有显著的药理活性，如抗肿瘤、抗氧化和抗菌作用。由于其良好的安全性和多靶点生物活性，P. lobata衍生的黄酮类化合物在食品工业中得到了广泛应用，例如作为天然抗氧化剂或功能性食品添加剂。在制药领域，它们被用于开发治疗氧化应激相关疾病或微生物感染的药物。

然而，传统的黄酮类提取方法（如浸渍和回流提取）通常存在效率低、处理时间长和有机溶剂消耗过多的问题。近年来，辅助提取技术如超声辅助提取和微波辅助提取已被应用于黄酮类提取。这些技术在一定程度上解决了传统方法的效率问题，但由于技术限制，单一辅助技术仍无法实现最佳提取效果。因此，开发兼具高效率、环境友好性和长期可持续性的先进提取技术仍然是当前从自然资源中分离和纯化黄酮类化合物研究的核心焦点。

作为绿色溶剂体系，深共晶溶剂（DESs）具有制备简便、成本低、环境友好性和高设计性等显著优势，使其成为天然产物提取领域的有前景的替代方案，具有推进可持续分离技术的巨大潜力[19]。通常，DESs由氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）组成。它们独特的物理化学性质，如低挥发性、可调极性和强溶解能力，使得目标生物活性成分能够高效溶解。与传统有机溶剂相比，这一特性显著提高了提取效率（J. W. [33]）。Yan等人[43]使用甜菜碱-戊二酸作为DES从Raphani semen中选择性提取硫代葡萄糖苷（GLS），在最佳反应条件下，GLS的产量达到了93.86 mg/g，比传统溶剂具有更高的提取效率。Luo等人（J. W. [33]）使用氯化胆碱和丙烯酸作为DES，并结合UAE，从Sophorae Tonkinensis Radix Et Rhizoma中高效提取TF，优化后的提取条件下TF的产量为3.785 ± 0.026 mg/g，明显高于使用传统有机溶剂（甲醇和乙醇）获得的提取物。

尽管DESs已成为提取生物活性化合物的有前景的绿色介质，超声辅助提取（UAE）也被广泛用于增强传质效果，但大多数现有研究仍局限于传统DESs与独立超声协议的简单组合。这些方法往往忽略了通过集成协同机制来强化工艺的潜力。为了超越这些现有技术，我们提出了一种新颖且合理设计的策略：TDES-ISUSE。这种集成方法不仅仅是一种简单的组合，而是一个经过精心设计的工艺。具体来说，强烈的涡流混合确保了植物基质在定制的TDES中的即时均匀分散，促进了有效的溶剂-样品接触和细胞结构的预先破坏。随后，原位施加的超声直接作用于这种均匀混合物，其中空化诱导的效果（包括局部高压、微喷射和热效应）协同增强了细胞壁的破坏和化合物的溶解。

为了解决传统提取方法的固有局限性，本研究开创了深共晶溶剂-原位超声辅助提取（DES-ISUAE）方法，建立了一种高效、环保的从P. lobata中回收TF的方案。研究设计包括五个相互关联的目标：（1）合成了二十种DESs配方并评估了它们的提取性能，以确定能够最大化P. lobat中TF含量的溶剂系统；（2）首次将酒石酸胆碱：乳酸：甘油组合为TDES用于黄酮类提取；（3）采用RSM-ANN-GA混合优化策略来细化关键提取参数，确保过程的稳健性和效率；（4）利用UPLC-Q-TOF-MS表征优化提取物的化学成分，以鉴定目标黄酮类；（5）结合SEM进行植物组织形态分析、MD模拟探索分子水平的溶剂-黄酮相互作用，以及先进的FTIR技术来阐明提取机制；（6）使用建立的检测方法系统评估提取TF的体外抗氧化能力。本研究旨在提高从P. lobata中提取TF的效率并保持其抗氧化活性，同时为在“药食同源植物”中应用天然抗氧化剂提供科学支持。

材料与试剂

P. lobata采自重庆开州。1,1-二苯基-2-吡啶基肼（DPPH，394.32 g/mol）、2,2'-偶氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐（ABTS，548.68 g/mol）、氯化胆碱（139.62 g/mol）、尿素（60.06 g/mol）、乙二醇（62.07 g/mol）、甘油（92.09 g/mol）、丙二醇（76.09 g/mol）、三乙二醇（150.17 g/mol）、乳酸（90.08 g/mol）、L-苹果酸（134.09 g/mol）、戊二酸（116.12 g/mol）、柠檬酸（192.12 g/mol）、L-脯氨酸

DES筛选

以TF提取产率为核心评价指标，评估了20种不同DESs从P. lobata中提取TF的性能。如图2所示，DES-19的TF提取率最高。直接比较显示，在相同处理条件下，乙醇的TF产量（121.54 ± 4.71 mg/g）显著低于DES-19。DES-19的优异提取效率可能与其广泛的氢键网络有关

结论

本研究建立了一种从P. lobata中提取TF的新方法。确定酒石酸胆碱：乳酸：甘油（Chb:Lac:Gly）为理想溶剂。通过RSM-ANN-GA集成优化得到以下最佳条件：水分含量37%，涡流时间11分钟，液固比66:1 mL/g，超声时间30分钟，超声功率240 W。在该参数设置下，TF含量达到223.79 ± 1.89 mg/g。与传统提取技术相比，

CRediT作者贡献声明

赵颖：撰写——初稿，研究。雷杰：撰写——审阅与编辑，方法学。陈瑶玉：数据分析。唐文彦：研究。庞春燕：研究。张欣宇：软件支持。李倩：软件支持。刘成：项目管理。陈少成：资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了重庆教育大学高层次人才科研计划的支持（资助编号：BSRC2025030）。