深度共晶溶剂作为绿色介质用于提取用于食品应用的啤酒花抗氧化物：通过插值方法进行工艺优化

《Food and Bioproducts Processing》：Deep eutectic solvents as green media for the extraction of hop cone antioxidants for food applications: Process optimization through interpolation method

啤酒花中L-脯氨酸-甘油深熔盐溶剂的绿色提取工艺及抗氧化活性研究。通过量子化学计算和光谱分析证实溶剂形成氢键网络，并采用插值优化方法评估五种啤酒花品种的提取效率。实验表明该DES较传统溶剂乙醇更有效保留酚类化合物，且具有显著的环境可持续性优势。

　　这项研究聚焦于开发一种由L-脯氨酸和甘油组成的深共熔溶剂（DES），并评估其作为绿色提取剂的潜力。研究人员通过对不同品种啤酒花（Humulus lupulus L.）的提取效率进行分析，探索了该溶剂在植物材料中提取生物活性化合物的应用前景。该研究不仅关注提取方法的科学性，还强调了其在环保方面的优势，为未来绿色化学技术在食品、制药和化妆品行业的应用提供了新的思路。

啤酒花作为一种重要的植物资源，广泛应用于酿造行业，同时也因其丰富的天然化合物而受到科学研究的重视。其主要成分包括α-和β-苦酸、挥发油以及多种黄酮类和多酚类物质。这些化合物具有显著的抗氧化、抗炎、抗菌、镇静和雌激素样活性，因此啤酒花成为提取生物活性物质的潜在来源。然而，传统的提取方法往往依赖有毒的有机溶剂，如乙醇，这不仅对环境造成负担，还可能影响提取物的纯度和安全性。因此，寻找更环保、更高效的替代提取方法成为当前研究的重要方向。

深共熔溶剂作为一种新型的绿色溶剂，因其低毒、可生物降解以及可调的物理化学性质而受到广泛关注。这类溶剂通常由氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）组成，能够通过氢键相互作用形成稳定的溶剂体系。L-脯氨酸和甘油的组合具有独特的物理化学特性，使其成为一种极具潜力的DES。L-脯氨酸作为一种氨基酸，同时具备亲水和疏水性质，能够与多种生物活性化合物有效相互作用。而甘油作为一种天然、无毒、可生物降解的多元醇，能够作为氢键供体，增强溶剂的溶解能力。这种组合形成的DES具有较高的粘度、较低的毒性和良好的生物相容性，特别适用于从啤酒花等天然原料中提取易受热分解的生物活性物质。

为了进一步验证该DES的性能，研究人员采用量子化学计算方法对其组成成分的反应性进行了预测，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和氢核磁共振（1H NMR）技术确认了其结构特征。结果显示，L-脯氨酸和甘油之间形成了新的氢键，表明该DES具有良好的分子间相互作用能力。同时，该研究还对不同品种的啤酒花（包括“Clone 18-11t”、“Glow”、“Bitter”、“Aromatic”和“October”）进行了提取实验，比较了该DES与传统溶剂如异丙醇和水在提取效率方面的差异。通过实验数据的分析，研究人员发现该DES在提取某些生物活性化合物时具有更高的选择性和效率。

在实验过程中，研究人员采用了一种基于插值的优化方法，以减少实验次数并提高资源利用效率。该方法通过数学建模和算法预测，能够在不同提取条件下准确估计提取效率，从而减少对实验材料的消耗。研究人员使用Java语言在IntelliJ IDEA Ultimate平台上实现了该算法，并结合Apache Commons和Apache POI库进行数学计算，以及使用JavaFX进行数据可视化。这一技术框架不仅提高了实验的效率，还确保了数据的准确性和可重复性。

此外，该研究还探讨了不同溶剂对啤酒花提取物中酚类化合物、黄酮类物质以及抗氧化活性的影响。通过电化学和分光光度法技术，研究人员评估了提取物的抗氧化能力，并发现不同品种的啤酒花以及不同的溶剂系统对抗氧化活性具有显著影响。例如，使用L-脯氨酸-甘油DES提取的啤酒花样品显示出更高的抗氧化酚类化合物含量，相较于使用乙醇提取的样品具有更优的保留效果。这一结果表明，该DES不仅能够有效提取生物活性物质，还能够更好地保持其化学稳定性，从而提高提取物的质量。

为了进一步验证该DES的环保性能，研究人员采用了一种称为“分析绿色度度量方法”（AGREE）的评估体系，对提取方法的环境影响进行了量化分析。结果显示，与传统有机溶剂相比，L-脯氨酸-甘油DES在减少有害试剂使用、降低能耗以及减少废弃物生成方面具有显著优势，符合绿色化学的12项原则。这一发现为未来生物活性物质的提取技术提供了新的发展方向，特别是在食品、制药和化妆品行业，该DES可以作为一种更环保、更可持续的替代方案。

研究人员还利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对不同品种啤酒花中苦酸和芳香化合物的组成进行了分析。结果显示，不同品种的啤酒花具有不同的化合物组成，其中某些品种的提取物中特定化合物的含量显著高于其他品种。这一结果表明，选择合适的提取溶剂和优化提取条件对于提高目标化合物的提取效率至关重要。同时，该研究还发现，DES在提取过程中能够减少对环境的负面影响，提高资源利用效率，同时保持提取物的化学纯度和生物活性。

总体而言，这项研究为绿色化学在植物材料提取中的应用提供了新的思路。通过开发和优化L-脯氨酸-甘油DES，研究人员不仅验证了其在提取生物活性物质方面的有效性，还评估了其在不同提取条件下的适用性。该研究的结果表明，DES作为一种新型的绿色溶剂，具有广阔的应用前景，特别是在需要高纯度、高选择性和环保性的提取过程中。此外，该研究还强调了实验方法优化的重要性，通过数学建模和算法预测，能够减少实验次数，提高资源利用效率，同时确保实验数据的准确性和可重复性。

研究人员在本研究中使用了多种化学试剂和实验材料，包括L-脯氨酸、甘油、抗坏血酸、甲醇、乙醇、异丙醇、磷酸氢二钠、氯化钾、去离子水、氯化铝、没食子酸、尼罗红和槲皮素等。这些试剂在实验过程中起到了关键作用，用于提取、分析和评估不同类型的化合物。研究人员还对不同品种的啤酒花样本进行了研究，特别是“芳香”品种的啤酒花，以评估该DES在不同原料中的适用性。通过实验数据的分析，研究人员发现该DES在提取某些生物活性化合物时具有更高的选择性和效率，相较于传统溶剂如乙醇具有更优的性能。

为了进一步验证该DES的性能，研究人员还对其物理化学性质进行了详细分析，包括pH值、表面张力、极性和导电性等。这些性质的测定有助于理解该DES在不同提取条件下的行为，从而优化其应用。例如，该DES表现出中等酸性，pH值为4.37，表明其在某些酸性条件下可能具有更好的溶解能力。此外，该DES的表面张力和极性也表明其能够与不同类型的生物活性化合物有效相互作用，从而提高提取效率。

在实验过程中，研究人员还发现该DES的温和操作条件有助于保持热敏性化合物的稳定性，从而提高提取物的质量。这一特性使得该DES在提取某些易受热分解的生物活性物质时具有显著优势。同时，该研究还强调了实验优化的重要性，通过插值方法的应用，能够减少实验次数，提高资源利用效率，同时确保实验数据的准确性和可重复性。

综上所述，这项研究为绿色化学在植物材料提取中的应用提供了重要的科学依据。通过开发和优化L-脯氨酸-甘油DES，研究人员不仅验证了其在提取生物活性物质方面的有效性，还评估了其在不同提取条件下的适用性。该研究的结果表明，DES作为一种新型的绿色溶剂，具有广阔的应用前景，特别是在需要高纯度、高选择性和环保性的提取过程中。此外，该研究还强调了实验方法优化的重要性，通过数学建模和算法预测，能够减少实验次数，提高资源利用效率，同时确保实验数据的准确性和可重复性。这些发现不仅为啤酒花中生物活性物质的提取提供了新的技术方案，也为未来绿色化学技术的发展提供了重要的参考价值。