《Ultrasonics Sonochemistry》：Efficient extraction of
Cercis chinensis seeds polysaccharides by ultrasound-assisted deep eutectic solvent: Process optimization, identification, kinetics and bioactivity
編輯推薦：
本研究針對傳統熱水萃取法提取紫荊籽多糖（CCSPs）效率低、能耗高且易導致熱敏性成分降解等問題，創新性地采用超聲輔助低共熔溶劑（DES）進行高效綠色萃取。通過系統篩選與響應面優化，確定最佳溶劑體系（甜菜堿-乙二醇，DES-9）與工藝參數，將萃取產率提升至66.3 mg/g，是水提法的3.5倍。所得多糖具有更高的分子量、半乳糖含量及穩定性，并展現出中等的抗氧化活性與α-葡萄糖苷酶抑制能力。該研究為紫荊籽資源的高值化利用及功能性多糖的綠色制備提供了理論與技術支撐。
在追求健康與天然產品的今天，植物來源的多糖因其多樣的生物活性而備受關注。紫荊，這種在東亞廣泛分布的觀賞植物，其種子中蘊含著結構獨特、可能具有抗氧化、免疫調節和降血糖等潛力的多糖寶藏。然而，這些寶貴的資源長期被忽視，成為待開發的生物質“富礦”。傳統的提取方法，主要是熱水提取，雖然簡單，卻效率低下、耗時長、能耗高，還可能“誤傷”熱敏性的有效成分，限制了其大規模應用。有沒有一種方法，既能高效“挖出”這些寶藏，又能兼顧環保與可持續性呢？
為了回答這個問題，由Penghua Shu、Hao Yin、Zifan Zhang、Hao Yang、Si Chen、Yilin Chen、Xinfeng Fan、Lu Lv、Sirong Peng、Xialan Wei、Lin Zhang、Jingbo Zhou、Jihong Huang組成的研究團隊，在《Ultrasonics Sonochemistry》期刊上發表了一項研究，他們巧妙地將兩種綠色技術——低共熔溶劑和超聲波——結合起來，為高效、可持續地提取紫荊籽多糖開辟了一條新路徑。
為了開展這項研究，研究人員主要運用了以下關鍵技術方法：首先，采用恒溫加熱攪拌法合成了19種不同的低共熔溶劑并進行理化性質表征。其次，通過苯酚-硫酸法測定多糖含量，并以此為指標，結合單因素實驗與響應面法（RSM）系統優化了萃取工藝參數。再者，利用紅外光譜（IR）和核磁共振氫譜（1H NMR）分析了最優溶劑的氫鍵結構。此外，采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了不同方法提取后種粉的微觀形貌變化。最后，通過高效尺寸排阻色譜-多角度激光光散射-示差折光檢測器聯用技術（HPSEC-MALLS-RI）、高效陰離子交換色譜（HPAEC）等技術對提取的多糖進行了分子量分布和單糖組成分析，并評估了其體外抗氧化（DPPH、ABTS、羥基自由基清除）和α-葡萄糖苷酶抑制活性。
研究結果
3.2. DES篩選結果
研究人員從19種DES中篩選出甜菜堿與乙二醇按1:2摩爾比組成的DES-9作為最優溶劑。在初始條件下，其提取產率高達47.7 mg/g，是水提法（13.6 mg/g）的3.5倍。進一步研究發現，超聲輔助使DES-9的提取產率比不使用超聲時提高了96.86%，證明了超聲與DES的協同增效作用。
3.3. DES-9的紅外和核磁共振氫譜
通過IR和1H NMR光譜分析證實，DES-9中甜菜堿與乙二醇之間形成了廣泛的氫鍵網絡，這是其能夠有效溶解和提取多糖的關鍵。即使加入20%的水降低粘度后，該氫鍵網絡仍然保持完整。
3.5. 提取條件優化
通過單因素實驗和響應面法（RSM）優化，確定了超聲輔助DES-9提取CCSPs的最佳工藝參數為：含水量37%，溫度72°C，時間61分鐘，料液比1:25 g/mL，超聲功率240 W。在此條件下進行驗證實驗，平均產率達到66.3 mg/g，與模型預測值高度吻合。
3.7. CCSPs的穩定性
研究比較了DES-UAE法與水提法所得多糖在不同溫度（25°C, 4°C, -20°C）下儲存28天的穩定性。結果表明，水提多糖在25°C下14天即變質，4°C下21天長霉，而DES-UAE法提取的多糖在所有溫度下均保持相對穩定，僅含量緩慢下降，顯示出DES對多糖結構良好的保護作用。
3.8. 表面形貌分析
掃描電鏡（SEM）圖像直觀揭示了不同提取方法對紫荊籽粉微觀結構的影響。未處理樣品結構致密；水提樣品僅局部微松散；僅用DES-9（無超聲）處理的樣品部分解離；而DES-UAE處理的樣品則呈現高度疏松的蜂窩狀多孔結構，表明超聲波的空化效應與DES的化學溶脹作用協同，徹底破壞了細胞壁，從而實現了最高的提取效率。
3.9. CCSPs的單糖組成
單糖組成分析顯示，無論采用DES-UAE、DES單獨提取還是水提，所得CCSPs均含有相同的10種單糖，但比例不同。與水提多糖相比，DES提取（無論有無超聲輔助）的多糖中阿拉伯糖和半乳糖含量增加，而甘露糖含量顯著下降，表明DES-UAE方法可能選擇性斷裂了特定的糖苷鍵。
3.10. CCSPs的分子量分布
分子量分析表明，DES-UAE法提取的多糖具有最高的重均分子量（46.22 kDa），而僅用DES（無超聲）提取的多糖則表現出最窄的分子量分布（多分散指數1.167）。這說明超聲處理有助于釋放高分子量組分，但也可能導致鏈斷裂，而DES單獨提取則在溫和條件下保持了更均一的分子量。
3.11. DES的重復使用
通過AB-8大孔樹脂對DES-9進行回收再生，在重復使用4個循環后，其提取效率仍保持在初始效率的74%以上，證明了該DES具有良好的可回收性和工藝可持續性。
3.12. 多糖提取動力學
基于非穩態傳質理論和菲克第二定律建立的動力學模型很好地描述了CCSPs的提取過程。研究發現，提高溫度和采用適中的料液比（25 mL/g）能顯著增加提取速率常數(k)和表面擴散系數(Ds)。在料液比為25 mL/g時，計算的表觀活化能(Ea)僅為6.323 kJ·mol-1，表明該提取過程傳質阻力小，易于進行。
3.13. 抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性
在0.03125–1 mg/mL濃度范圍內，評估了不同方法提取的CCSPs的活性。DES-UAE和DES單獨提取的多糖在清除DPPH自由基和羥基自由基方面表現出比水提多糖更強的能力，其活性與較高的糖醛酸含量相關。在α-葡萄糖苷酶抑制實驗中，DES-UAE提取的多糖表現出最強的抑制活性（IC50= 0.3981 mg/mL），優于水提多糖和DES單獨提取的多糖，顯示出其在調節餐后血糖方面的潛在應用價值。純DES-9溶劑本身無顯著活性。
結論與意義
本研究成功建立了一種高效、綠色的超聲輔助低共熔溶劑提取技術，用于從紫荊籽中獲取高活性的多糖。研究不僅通過系統優化將提取產率提升至傳統水提法的近5倍，還從分子層面揭示了DES通過強氫鍵網絡增強多糖溶解的機制，并通過動力學分析闡明了其快速、低能耗的傳質特性。
該技術的意義重大且多元：首先，在資源利用層面，它將一種未被充分開發的農業副產物（紫荊籽）轉化為高附加值的功能性成分來源，符合循環生物經濟的理念。其次，在工藝技術層面，DES-UAE作為一種綠色、高效、節能的提取策略，其成功應用為其他植物活性成分的提取提供了可借鑒的范例。DES良好的可回收性進一步降低了成本和環境足跡。再者，在產品開發層面，所獲得的CCSPs具有改善的穩定性和明確的抗氧化、降血糖潛力，為其作為天然食品防腐劑、功能性食品或營養保健品原料的開發奠定了堅實基礎。
總之，這項工作不僅為紫荊籽資源的高值化利用開辟了新途徑，更展示了一種將綠色化學原理與物理場強化技術相結合，以實現生物活性成分可持續生產的強大平臺。其揭示的氫鍵介導的提取機制和建立的動力學模型，對深入理解和完善DES提取技術具有重要理論價值。
