绿色提取树：一种用于天然产物绿色提取的绿色度量新工具

《ACS Omega》：Green Extraction Tree: A Novel Tool to Greenness Metric for Green Extraction of Natural Products

绿色提取树（GET）工具整合绿色样本制备和提取的14项标准，通过颜色分级和量化评分（2-1-0）直观评估天然产物提取过程的环境影响，涵盖材料可持续性、溶剂安全、能耗、废弃物等六方面。案例研究表明GET能有效识别不同提取方法的绿色性差异，优于现有通用评估工具。

　　绿色提取技术（Green Extraction Tree, GET）是一种创新性的评估工具，专门用于对天然产物提取过程的绿色性进行综合且直观的评价。这一工具的提出，是为了弥补现有绿色评估工具在天然产物提取领域中的不足，使其能够更全面地覆盖从原料采集到最终产品的整个过程，并在绿色化学（Green Chemistry, GC）和绿色分析化学（Green Analytical Chemistry, GAC）的框架下，提供更具针对性的评估标准。GET的评估体系融合了绿色样品制备（Green Sample Preparation, GSP）的10项原则与绿色天然产物提取（Green Extraction of Natural Products, GENP）的6项原则，涵盖了样品、溶剂和试剂、能源消耗、副产物和废弃物、过程风险以及提取物质量等六个关键方面，共计14项评估指标。通过“树”状图的可视化方式，GET能够清晰地展示不同评估维度的绿色性水平，并采用绿色、黄色和红色三种颜色标记，分别代表低、中、高环境影响等级。这种可视化方法不仅提高了评估的直观性，还便于研究人员快速识别不同提取方法的绿色性差异，并据此优化提取流程。

GET的评估过程基于一套统一的量化评分系统，其中绿色对应2分，黄色对应1分，红色对应0分。这些评分依据具体的绿色性指标，最终汇总为一个总分（最大28分），用于横向比较不同提取方法的绿色性。该工具的开发基于一个开放获取的工具包，能够为研究人员生成对应的GET图像，从而实现对多种提取方法的绿色性进行快速对比和分析。这种工具的使用，不仅提高了绿色评估的效率，还为绿色技术的推广和应用提供了重要的参考依据。

GET在天然产物提取领域的应用，特别是在人参皂苷提取过程中，展现了其独特的优势。人参作为一种具有悠久药用历史的天然产物，其广泛的应用和高市场价值使其成为研究绿色提取技术的重要对象。通过GET对五种不同的提取方法进行评估，包括机械辅助提取（MCAE）、高压机械辅助提取（high-pressure MAE）、常规机械辅助提取（MAE）、液相微萃取（PLE）以及脉冲电场提取（PEF），研究者能够清晰地识别出每种方法在绿色性方面的优劣，并明确其需要改进的环节。例如，MCAE方法在绿色性方面表现最优，但其仍存在部分指标需优化；而MAE方法则在绿色性评估中得分最低，显示出其在多个方面仍需改进。GET的评估结果不仅为实验室研究提供了指导，还为未来工业化的可行性提供了依据。

GET的评估体系相较于传统的绿色评估工具，如Analytical Eco-Scale (AES)、Modified GAPI (MoGAPI)、AGREEprep和Sample Preparation Metric of Sustainability (SPMS)，具有更高的针对性和适用性。AES主要关注分析过程的绿色性，而GET则特别强调天然产物提取过程中特有的问题，如原料的可持续性、工业化的可行性以及目标化合物的提取效率。此外，GET还引入了更精确的能源消耗评估，以“每样品消耗的千瓦时（kWh）”为单位，这与AES和MoGAPI等工具的通用评估体系形成对比。同时，GET的“树”状图评估模型，通过清晰的分类标准，能够帮助研究人员更直观地理解绿色提取的关键要素，并在实践中进行有效优化。

在实际应用中，GET的评估结果能够为不同提取方法提供具体的改进方向。例如，MCAE方法虽然在绿色性方面表现良好，但仍需在样本量和溶剂使用方面进行优化，以进一步提升其绿色评分。对于MAE方法，由于其在多个关键指标上的表现较差，如样本量较大、使用有毒溶剂以及需要复杂的后处理步骤，因此其绿色性评分较低。然而，通过采用50%的乙醇作为溶剂、减少样本量和溶剂使用量，并简化后处理步骤，MAE方法的绿色性有望得到显著改善。同样，对于PEF方法，其在提取效率和样本处理能力方面表现出色，但受限于其高能耗和对工业设备的高要求，其绿色性评分仍需进一步优化。

GET的评估体系还特别关注提取过程中的安全性和可持续性问题。例如，在评估过程中，考虑到操作人员的健康风险，GET采用NFPA（美国国家防火协会）分类系统对溶剂和试剂的健康和安全风险进行评估。绿色评分对应于无特殊健康风险的溶剂和试剂，黄色评分则对应于中等健康风险的溶剂和试剂，而红色评分则用于标识高风险的溶剂和试剂。此外，GET还特别强调了提取过程中对环境的影响，如副产物和废弃物的生成量、能源消耗以及工业化的可行性，这些指标对于天然产物提取的绿色性评估至关重要。

GET的评估结果在实际应用中具有重要的指导意义。例如，在人参皂苷提取的研究中，GET不仅能够识别不同方法在绿色性方面的差异，还能够为优化提取流程提供明确的改进方向。通过量化评分和可视化展示，GET使得研究人员能够更加直观地比较不同方法的绿色性，并据此选择最优的提取方案。同时，GET的评估结果也为天然产物提取技术的工业化应用提供了理论依据和实践参考。例如，某些提取方法虽然在实验室中表现出色，但其在工业规模上的应用潜力有限，而GET的评估体系能够帮助研究人员识别这些潜在问题，并提出相应的改进措施。

GET的评估体系也展现了其在绿色化学领域中的创新性。不同于其他评估工具，GET特别关注天然产物提取过程中的一些关键问题，如避免使用濒危原料、提升提取效率以及实现工业化的可行性。这些指标的引入，使得GET能够更全面地评估天然产物提取方法的绿色性，并为绿色技术的开发和应用提供更加精准的指导。此外，GET还强调了绿色评估的多维度性，不仅关注环境影响，还考虑了操作的安全性、能源的高效利用以及对工业生产的适应性，这些因素在传统评估工具中往往被忽视。

GET的评估结果还表明，现有的绿色评估工具在天然产物提取领域的适用性存在一定的局限性。例如，AES和MoGAPI虽然能够对整个分析过程进行评估，但它们往往忽略了天然产物提取过程中特有的问题，如原料的可持续性、提取物的质量稳定性以及工业化的可行性。而AGREEprep和SPMS虽然更关注样品制备过程的绿色性，但它们在评估过程中缺乏对天然产物提取整体流程的考虑，难以全面反映提取方法的绿色性。因此，GET的引入，不仅填补了这一空白，还为天然产物提取的绿色评估提供了更加科学和系统的框架。

GET的评估体系也具备一定的灵活性和可扩展性。通过结合不同的绿色化学原则，GET能够适应多种天然产物的提取需求，并为不同提取方法的绿色性评估提供统一的标准。例如，在人参皂苷提取的研究中，GET能够根据不同的提取方法，对其在原料可持续性、能源消耗、废弃物生成量、操作风险以及提取效率等方面进行综合评估。这种综合评估方式，使得GET能够更全面地反映提取方法的绿色性，并为研究人员提供更加详细的反馈信息。

GET的评估体系还强调了绿色评估的动态性和实践性。在实验室研究中，研究人员可以根据具体的实验条件和目标，对提取方法进行优化，并通过GET的评估结果，验证其绿色性是否符合预期。这种评估方式不仅有助于提升实验室研究的绿色性，还为未来工业化应用提供了重要参考。此外，GET的评估结果还可以用于指导天然产物提取技术的开发，使其在满足绿色性要求的同时，提高提取效率和降低生产成本。

GET的评估体系在实际应用中也面临一定的挑战。例如，某些评估指标的界定可能存在一定的主观性，导致不同研究者对同一方法的绿色性评估结果存在差异。此外，对于一些复杂的天然产物提取系统，部分评估指标可能难以量化，从而影响评估的准确性。为了解决这些问题，未来的研究需要进一步完善GET的评估标准，使其更加科学、客观和适用。

总的来说，GET作为一种专门针对天然产物提取过程的绿色评估工具，其评估体系涵盖了多个关键方面，并通过直观的可视化方式，为研究人员提供了便捷的评估手段。GET的引入，不仅提高了绿色评估的准确性和针对性，还为天然产物提取技术的优化和推广提供了重要的理论依据和实践指导。在未来的研究和应用中，GET有望成为绿色提取技术评估的重要工具，推动天然产物提取领域的可持续发展。