超声波辅助低共熔溶剂提取光叶紫荆叶黄酮的工艺优化、表征及生物活性研究

为解决传统黄酮提取方法效率低、环境污染等问题，研究人员采用超声波辅助低共熔溶剂（UAE-DESs）技术优化光叶紫荆叶黄酮提取工艺。通过筛选22种DESs体系，确定氯化胆碱-乙酰丙酸（ChCl:Lev）为最佳溶剂，结合响应面法优化参数，使黄酮得率达8.01 mg/g，较传统乙醇法提升1.31倍。研究揭示了氢键网络驱动的提取机制，并证实提取物具有显著抗氧化（DPPH清除率92.74%）及酶抑制（乙酰胆碱酯酶抑制率64.42%）活性，为天然产物绿色提取与高值化利用提供新策略。

　　

研究背景与意义
植物黄酮因其广泛的药理活性成为研究热点，但传统提取方法面临有机溶剂毒性、能耗高、热敏成分降解等瓶颈。光叶紫荆（Cercis glabra）叶富含具有抗炎、抗氧化和神经保护潜力的黄酮类物质，如杨梅苷（myricitrin）和阿福豆苷（afzelin）。如何实现高效、环保的提取成为关键科学问题。

研究机构与方法
许昌学院的研究团队创新性地将超声波辅助（UAE）与低共熔溶剂（DESs）技术结合，系统评估22种DESs体系，通过响应面法（Box-Behnken设计）优化提取参数。关键技术包括：

1. DESs筛选与表征：测试溶剂极性（ENR）、粘度、电导率等理化性质；
2. 超声提取动力学：基于Fick第二定律建立扩散模型；
3. 分子机制解析：采用分子动力学模拟（MD）和核磁共振氢谱（¹
   H NMR）分析氢键相互作用；
4. 生物活性评价：测定DPPH/ABTS/PTIO自由基清除率及酪氨酸酶（tyrosinase）、α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）、乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制活性。

研究结果

1. 溶剂优化与工艺验证

   • 氯化胆碱-乙酰丙酸（ChCl:Lev，摩尔比1:2）在20%含水量下极性最优（ENR=0.0208 kcal/mol），提取效率较80%乙醇提高31%；
   • 响应面模型确定最佳条件：液固比25:1 mL/g、40℃、39分钟，实际得率8.01 mg/g，与预测值误差<1.2%。

2. 机制解析

   • 动力学分析：表面扩散系数（Ds）与温度呈指数关系（10⁴
     Ds=0.2848e^0.01094T
     ），活化能（E_a
     ）表明升温显著促进传质；
   • 分子相互作用：RDG分析显示Cl^?
     与黄酮羟基形成强氢键（结合能-43.50 kcal/mol），而乙酰丙酸通过π-烷基作用辅助溶解；
   • 氢键网络：¹
     H NMR证实酚羟基化学位移偏移（Δδ=0.378 ppm），揭示DESs动态重组能力对提取的促进作用。

3. 生物活性

   • 抗氧化：粗提物对DPPH清除率（92.74%）显著高于VC，单体化合物杨梅苷（1）和山柰酚（5）表现突出；
   • 酶抑制：阿福豆苷（4）对AChE的IC₅₀
     （51.51 μg/mL）优于临床药物多奈哌齐（81.7 μg/mL），提示其抗阿尔茨海默病潜力。

结论与意义
该研究建立了首个基于UAE-DESs的光叶紫荆叶黄酮绿色提取技术，通过多尺度机制解析（从宏观动力学到分子相互作用）证实氢键网络的核心作用。提取物兼具高效抗氧化与多靶点酶抑制特性，为功能性食品和药物开发提供优质原料。方法论上，将分子模拟与传统提取工艺结合，为天然产物绿色制造提供新范式。

创新点

1. 首次将ChCl:Lev体系应用于紫荆属植物黄酮提取；
2. 通过MD模拟可视化DESs-黄酮的溶质分散行为；
3. 发现阿福豆苷（4）的强效AChE抑制活性，拓展其药用价值。

应用前景
该技术可推广至其他植物活性成分提取，DESs的可回收性（3次循环后效率保持>85%）进一步降低工业成本。研究成果发表于《Ultrasonics Sonochemistry》，为天然产物的可持续开发提供理论和技术支撑。