通过超声波结合微波辅助的深共晶溶剂技术，实现青蒿叶精油的高效、绿色提取

《Sustainable Chemistry and Pharmacy》：Green and efficient extraction of Artemisia integrifolia leaves essential oil via ultrasound coupled with microwave-assisted deep eutectic solvent

本研究采用超声耦合微波辅助深熔溶剂（UDME）提取艾蒿叶挥发性油，相比传统水蒸气蒸馏（HD）方法，提取率提升31.92%（5.29±0.13 mg/g vs 4.01±0.11 mg/g），氧代萜烯占比达67.80%，包括艾蒿醇（+7.81%）、艾蒿酮（+5.25%）和桉叶油醇（+4.93%）。分子动力学模拟显示，强静电作用驱动艾蒿醇在胆碱盐-乳酸DES中的溶解，氢键（尤其是乳酸酸）主导其溶解机制。抗氧化实验显示其IC50值为0.4930 mg/mL（DPPH）和0.5196 mg/mL（ABTS+），对李斯特菌的最小抑菌浓度为0.20 mg/mL，证实UDME方法高效环保且具有显著生物活性。

　　

张青芬|何志强|丁超|卢琦|张志健

中国哈尔滨市东北林业大学化学、化学工程与资源利用学院，邮编150040

摘要

本研究报道了一种绿色高效的方法，利用超声波与微波辅助深共晶溶剂（DES）提取技术（UDME），从Artemisia integrifolia叶片中提取富含氧化萜类化合物的精油。超声波预处理破坏了植物细胞壁结构，从而增强了DES的渗透效果和随后的微波辅助传质过程。UDME技术得到的精油产量为5.29 ± 0.13 mg/g，比传统的蒸馏法（4.01 ± 0.11 mg/g）提高了31.92%。值得注意的是，UDME方法相比传统方法降低了能耗和二氧化碳排放。光谱分析（FTIR和GC-MS）显示，UDME提取的精油中含有67.80%的氧化萜类化合物，其中artemisia醇（+7.81%）、artemisia酮（+5.25%）和桉叶油醇（+4.93%）的含量显著增加。分子动力学（MD）模拟进一步阐明了artemisia醇在betaine-lactate DES中的溶解机制，这一过程主要受强静电作用驱动。径向分布函数（RDF）分析证实，氢键作用，尤其是来自乳酸的氢键，是促进高效溶解的关键因素。这些成分优势体现在精油的优良生物活性上：AEO的抗氧化能力IC₅₀值分别为0.4930 mg/mL（DPPH）和0.5196 mg/mL（ABTS⁺），对Listeria monocytogenes的最小抑制浓度（MIC）为0.20 mg/mL。因此，UDME方法在从A. integrifolia叶片中提取优质精油方面既环保又高效。

引言

精油在食品领域作为天然防腐剂和风味增强剂越来越受到重视（Espinoza-Vasquez等人，2023年）。Artemisia integrifolia是一种属于菊科Artemisia属的多年生草本植物，广泛分布于中国北方、俄罗斯和韩国（Park和Chung，2012年）。A. integrifolia是一种未被充分利用的生物活性精油（AEO）来源，富含热敏感的氧化萜类化合物——这些化合物具有已证实的生物活性（Ekiert等人，2022年；Zhu等人，2013年）。传统的精油提取方法，如蒸馏法（HD）和溶剂萃取法（SE），存在能耗高、提取效率低以及有机溶剂残留和环境污染等问题（Li等人，2012年）。对于Artemisia属植物而言，这些问题尤为明显，因为热不稳定的倍半萜类和单萜类化合物在长时间热处理下会降解。

微波辅助提取（MAE）显著加快了传质速度，缩短了处理时间，并降低了能耗（Chan等人，2011年；Fiorini等人，2020年）。近年来，深共晶溶剂（DES）因其低毒性、可生物降解性和优异的溶解性而受到关注（Li等人，2022年）。DES可以在低温条件下溶解精油，从而减少对热敏感成分的热损伤（Chaisawat等人，2024年；Kizil等人，2022年）。然而，DES的实际应用面临一个关键限制：其固有的高粘度严重限制了溶剂在植物组织中的渗透，阻碍了与细胞内油脂储库的有效接触（Guo等人，2021年）。虽然水稀释可以降低粘度，但同时也会降低溶剂的渗透性和提取效率，形成了一个尚未解决的技术瓶颈（Li等人，2022年）。

为克服这一根本障碍，我们采用了一种双物理场策略，结合超声波和微波辅助提取技术，并使用DES作为溶剂（UDME）从A. integrifolia中提取精油。尽管UDME之前已被用于从不同植物材料中提取生物活性化合物（例如从丁香花蕾中提取精油（Suttiarporn等人，2025年）以及从芹菜叶中提取酚类和萜类化合物（Vo等人，2025年），但其应用于Artemisia属植物，特别是A. integrifolia的精油提取的研究尚未见报道。我们筛选出了适用于AEO提取的高溶解性DES溶剂。超声波产生的强烈空化作用机械性地破坏了Artemisia中储存精油的主要结构——腺毛，并在植物组织内形成了微通道网络（Chen等人，2022年；Li等人，2019年）。这种结构改变增强了DES的渗透深度，并通过声流效应加速了溶剂与油脂的接触。随后的微波提取过程实现了快速且节能的传质，同时最小化了氧化萜类化合物的热降解（Guo等人，2021年；Xu等人，2021年）。我们对提取动力学进行了系统研究，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了精油的功能基团组成，通过气相色谱-质谱（GC-MS）分析了其化学成分。分子动力学（MD）模拟探讨了artemisia醇（一种关键的氧化萜类化合物）与所选betaine/lactic acid DES之间的相互作用机制。此外，还通过能耗和二氧化碳排放分析评估了UDME方法的环境可持续性，并评估了精油的体外抗氧化和抗菌活性。

材料与化学品

2024年6月，我们从中国黑龙江省大兴安岭山脉（50°24′?50°42′N，123°45′?124°26′E）采集了A. integrifolia的新鲜叶片。这些A. integrifolia叶片由东北林业大学的杨凤健教授鉴定。叶片在25 ± 2°C下阴干72小时，然后存放在密封容器中，置于4°C、相对湿度<30%的黑暗环境中。所用试剂包括甜菜碱（Bet）、氯化胆碱（ChCl）、苹果酸（MA）和乳酸（LA）。

通过UDME提取AEO的DES溶剂筛选

使用DES提取精油的效率与DES的类型密切相关。因此，筛选合适的DES类型至关重要，这种DES是由甜菜碱和氯化胆碱分别与不同的氢供体结合而成的。为了研究DES对精油提取的影响，我们比较了不同DES条件下的精油产量（图2a）。实验结果显示出统计学上的显著差异。

结论

研究表明，UDME是一种有效且环保的方法，可用于从A. integrifolia叶片中提取精油。在测试的各种条件中，使用Bet/MA作为DES且DES中水分含量为30%时效果最佳。超声波预处理在200 W下进行10分钟，随后进行280 W下的微波辐照20分钟。与传统蒸馏法相比，UDME方法不仅实现了更高的提取效率和产量，还表现出

CRediT作者贡献声明

张青芬：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法论设计，概念构思。何志强：验证，实验研究，数据分析。丁超：监督，资源协调。卢琦：撰写——初稿，资源管理，项目协调，资金筹集，概念构思。张志健：软件支持。

资助

本研究得到了黑龙江省自然科学基金的支持（LH2022C005）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。