基于分子动力学模拟的深共熔溶剂优化藏红花生物活性成分提取研究

本研究针对传统植物活性成分提取方法效率低、环境污染等问题，采用分子动力学(MD)模拟技术系统评估6种二元深共熔溶剂(DESs)对藏红花中α-胡萝卜素(ACA)、β-胡萝卜素(BCA)等生物活性成分的提取效能。研究发现CAP+DLM溶剂对ACA/BCA/玉米黄质(ZEA)的提取能分别达-134.349/-137.136/-143.676 kJ/mol，揭示DESs通过氢键(HB)和范德华力(vdW)协同作用实现高效选择性提取，为绿色化学工程提供新策略。

　　

藏红花作为"红色黄金"，其富含的藏花素(crocins)、藏红花醛(safranal)等成分具有抗肿瘤、抗抑郁等药理价值，但传统有机溶剂提取法存在效率低、环境污染等问题。深共熔溶剂(DESs)作为新型绿色溶剂，虽在植物提取中展现出潜力，但其与特定生物活性分子的相互作用机制尚不明确。伊朗比尔詹德大学团队通过分子动力学模拟，首次系统解析了DESs提取藏红花活性成分的分子机制。

研究采用GROMACS软件构建35个模拟体系，运用CHARMM全原子力场，通过105 ns分子动力学模拟结合量子力学(QM)计算，评估6种DESs对7种藏红花成分的提取效能。关键发现包括：CAP+DLM溶剂对ACA/BCA/ZEA展现出最强结合能(-134至-143 kJ/mol)，RDF分析显示其作用距离为0.3-2 nm；CHO+ACE溶剂通过OH···O氢键(-42.6 kJ/mol)高效捕获SAF；CHO+MLO溶剂则因Cl···PIC相互作用(ρ_bcp=0.025 au)优先提取苦藏花素(PIC)。

【DESs和生物活性物相互作用】部分揭示：DES-1(CHO+ACE)通过π-π堆积和氢键对SAF实现-57.47 kJ/mol强吸附；DES-2(CAP+DLM)依靠芳香环vdW作用优先提取ZEA；DES-3(CHO+LAC)通过CRC分子中C=O基团形成稳定复合物；DES-4/5中CHO的Cl原子对PIC稳定起关键作用。

【量子力学计算】通过QTAIM分析证实：CHO+MLO_PIC体系中Cl···PIC相互作用(?²ρ>0)属闭壳层相互作用，而CHO+ACE_SAF体系的OH···O氢键能达-42.6 kJ/mol。

该研究创新性构建了DESs提取活性成分的分子设计框架，证实溶剂表面特性与目标分子结构匹配度决定提取效率。发表于《Scientific Reports》的这项成果，不仅为藏红花高值化利用提供绿色方案，其建立的分子模拟方法学更可拓展至其他药用植物活性成分的提取优化，推动可持续化学工程发展。