利用天然三元深共晶溶剂，在超声辅助下一步提取红花红色和黄色色素：提取过程的优化与机制、色素的分离及其生物活性

《Food Chemistry》：Ultrasound-assisted one-step extraction of safflower red and yellow pigments by natural ternary deep eutectic solvents: Extraction optimization and mechanism, separation and biological activities of pigments

绿色超声辅助提取技术用于一步获取 safflower 红黄色素，采用 ChCl-EG-AM 自然三元深共晶溶剂，优化条件为固液比 50.5 mg/mL、48°C、21 分钟、含水率 12.8%，溶剂可回收再利用，色素稳定性及抗氧化、心血管保护活性显著。

　　

Ximei Zhang|张 张|赵 博|杨 新宇|张 一欣|唐 玉萍|岳 志军

河北中医薬大学药学院，中国石家庄 050200

摘要

本研究探索了一种基于天然三元深共晶溶剂（NATDES）和协同超声辅助提取（UAE）的绿色可持续方法，用于从红花花片中提取色素。成功合成了氯化胆碱-乙二醇-乙酰胺（ChCl-EG-AM，1:3:1）并将其鉴定为一步提取红花红色和黄色色素最有效的NATDES。ChCl-EG-AM-UAE的最佳条件如下：固液比为50.5 mg/mL，提取温度为48°C，提取时间为21分钟，水分含量为12.8%。此外，该NATDES系统可以高效回收并重复用于红花色素的提取。在4°C的暗条件下，红花色素在ChCl-EG-AM中的稳定性更高。使用AGREE、AGREEprep和BAGI工具评估了这一提取过程，表明其具有环保性。傅里叶变换红外光谱结果显示，ChCl-EG-AM主要通过氢键结合。扫描电子显微镜观察发现，ChCl-EG-AM破坏了红花花片的表面结构，促进了红色和黄色色素的释放。通过静电势、密度梯度降低和分子动力学模拟揭示了ChCl-EG-AM-UAE的提取机制，结果表明氢键相互作用是其高性能的关键因素。分离出的色素（羟基红花黄A、无水红花黄B和红花黄）在体外表现出良好的抗氧化活性和心脏保护作用。

引言

红花（Carthamus tinctorius L.）属于菊科植物，其花瓣中含有两类主要的生物活性色素：红色和黄色色素（Zhang等人，2024年）。红花红色色素的主要成分是红花黄，而黄色色素主要由羟基红花黄A（HSYA）和无水红花黄B（AHSYB）组成。红花色素不仅因其良好的着色性能而受到重视，还因其潜在的健康益处而受到关注，包括对心血管系统的保护（Yu等人，2024年）、肝脏保护（Xue等人，2024年）和抗氧化特性（Zhang等人，2023年）。特别是在食品行业中，由于消费者担心合成色素可能带来的健康风险和环境影响，红花色素被广泛用作天然色素。例如，红花色素常用于为饮料、糖果、冰淇淋和糕点着色（Popescu等人，2022年）。除了食品行业，红花色素在制药领域也有广泛的应用。红花黄常用于传统中药中，用于治疗冠心病、动脉粥样硬化等疾病（Bai等人，2020年）。

尽管红花色素的应用非常广泛，但其提取仍面临挑战。传统的提取方法（如乙醇提取、碱性提取和酸沉淀）通常产量低、步骤复杂、提取时间长，并且难以一步同时提取红色和黄色色素（Wang等人，2025年）。更重要的是，这些提取试剂（有机溶剂、酸和碱）不仅对环境有害，而且由于其固有的毒性而引发安全问题。因此，这些方法不符合绿色化学的原则。为了解决这些问题，天然深共晶溶剂（NADES）被视为传统溶剂的有希望的替代品。NADES是由天然、可生物降解的氢键供体（HBDs）和氢键受体（HBAs）混合形成的共晶混合物，其熔点低于各组分的熔点（Abbott等人，2003年）。它们的低毒性、可生物降解性、易于制备以及可调节的物理化学性质使其成为可持续提取过程的理想选择（Ran等人，2025年）。

近年来，NADES已成功应用于多种生物活性植物化学物质的提取，显示出优异的效率和环境兼容性。与微波辅助提取相比，超声辅助提取（UAE）更适合提取热敏化合物，如红色色素。UAE能够更精确地控制系统温度，从而降低因不当微波条件导致的色素降解风险（Bener等人，2022年；Cao等人，2025年）。由于提取时间短、提取效率高、能耗低等原因，NADES和协同UAE得到了广泛应用（Wang等人，2025年）。尽管少数研究表明NADES在提取HSYA和AHSYB方面具有更高的效率（Wu等人，2025年），但目前尚未有研究报道一步提取红花红色和黄色色素的方法。与二元NADES系统相比，三元NADES（NATDES）在植物化学物质提取中似乎具有更好的效率（Yan等人，2021年）。因此，本研究探讨了NATDES-UAE在一步提取红花红色和黄色色素方面的定向优化。这项工作不仅符合绿色化学的原则，也满足了食品和医药等行业对天然色素日益增长的需求。

材料

红花花片购自陕西科丹制药有限公司（中国陕西）。葡萄糖和乳酸购自天津凯米欧化学试剂有限公司（中国天津）。氯化胆碱（纯度≥98%）、1,4-丁二醇、甲酰胺和蔗糖购自Sigma-Aldrich（中国上海）。1,1-二苯基-2-吡啶基肼基-2,2-二苯基-1-(2,4,6-三硝基苯)肼（DPPH）、2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS）、L-脯氨酸、柠檬酸

NADES类型的提取效率

NADES通常具有较高的传质阻力，其较高的粘度显著影响红花色素的提取效率（Patil等人，2021年）。通过添加适量的水，我们降低了溶剂系统的粘度，从而提高了提取效率并降低了NADES的成本（Vilková等人，2020年）。为了研究不同NADES的效果，我们首先确定了提取条件（固液比为150:1 mg/mL）

结论

本研究证明，ChCl-EG-AM-UAE是一种高效且环保的方法，可用于一步提取红花花片中的红色和黄色色素，简化了传统提取过程的复杂性。使用绿色评估工具AGREE、AGREEprep和BAGI对提取过程进行了评估，确认其是一种绿色方法。在优化条件下（固液比：50.5 mg/mL，提取温度：48°C）

CRediT作者贡献声明

Ximei Zhang：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，软件，方法学，数据管理。Zhang Zhang：撰写 – 审稿与编辑，方法学。Xinyu Yang：撰写 – 审稿与编辑，软件，资源管理。Yixin Zhang：资源管理，项目统筹。Yuping Tang：监督，项目统筹，资源管理，方法学，资金筹集，概念构思。

未引用参考文献

Chen等人，2021年

Gao等人，2022年

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工作。

致谢

本工作得到了河北省高等教育机构科研项目（QN2025158）的财政支持。