基于COSMO-RS模型筛选天然低共熔溶剂高效提取辣木叶多糖的绿色工艺及溶解机制解析

针对传统多糖提取方法效率低、耗时长、环境污染等问题，研究人员通过COSMO-RS模型筛选出高效天然低共熔溶剂(NADES)组合Bet-LA，其超声辅助提取辣木叶多糖(MOLP)效率较乙醇提升2.67倍，结合FMO和RDG分析揭示溶解机制，并证实提取物具有优异抗氧化活性，为功能性多糖绿色提取提供新策略。

　　

辣木（Moringa oleifera Lam.）作为兼具药用和食用价值的"奇迹之树"，其叶片中富含的多糖成分因具有抗氧化、抗炎甚至抑制肿瘤生长的潜力而备受关注。然而传统水提醇沉法存在提取效率低、能耗高、有机溶剂污染等问题，严重制约了辣木多糖(MOLP)的开发利用。更棘手的是，天然低共熔溶剂(NADES)虽被誉为绿色溶剂新星，但数以千计的潜在组合使得实验筛选犹如大海捞针。如何突破"试错法"瓶颈，建立理性高效的NADES筛选体系，并阐明其溶解机制，成为摆在研究者面前的重大课题。

来自中国的研究团队创新性地将量子化学计算模型COSMO-RS引入该领域，通过对32种NADES的理论预筛，结合实验验证，发现甜菜碱-乳酸(Bet-LA)组合的MOLP提取效率达到传统乙醇法的2.67倍。更引人注目的是，研究者运用前沿分子轨道(FMO)和还原密度梯度(RDG)等理论计算方法，首次在电子层面揭示了NADES与多糖分子的相互作用机制。相关成果发表在食品科学顶级期刊《Food Research International》上，为功能性多糖的绿色提取提供了全新范式。

研究主要采用四大关键技术：1) COSMO-RS模型预筛32种NADES的溶解参数；2) 超声辅助NADES提取工艺优化；3) 高效液相色谱(HPLC)分析多糖组成；4) 结合DPPH/ABTS自由基清除实验和软骨细胞ROS检测评估抗氧化活性。

COSMO-RS-based prediction of MOLP dissolving property of 32 NADESs
通过计算32种NADES的σ-profile和σ-potential，预测其与MOLP模型单体的相互作用能，筛选出8种潜在高效溶剂。理论计算显示Bet-LA组合具有最优的氢键受体/供体匹配度，其预测溶解度参数与实验值高度吻合(R²

0.9)。

Ultrasonic-assisted extraction optimization
实际提取验证中，Bet-LA在固液比1:30、超声功率400W、时间40min条件下取得最高得率(18.7±0.6%)，显著优于传统溶剂。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实提取物保持完整多糖结构特征。

Mechanistic exploration via FMO and RDG analyses
前沿分子轨道分析显示Bet-LA的HOMO轨道与MOLP的LUMO轨道能级差仅1.38eV，表明易发生电荷转移。RDG等值面分析直观呈现了溶剂-溶质间的氢键(蓝色区域)和范德华力(绿色区域)相互作用位点。

Antioxidant activity evaluation
Bet-LA提取的MOLP展现出卓越的自由基清除能力：对DPPH和ABTS⁺
的IC₅₀
分别为0.42和0.38mg/mL，铁还原力(FRAP)达2.1mmol Fe²⁺
/g，且能显著降低软骨细胞内ROS水平(p<0.01)。

该研究不仅建立了"理论预测-实验验证-机制解析"的NADES理性筛选体系，更通过多尺度表征揭示了溶剂-多糖相互作用本质。特别值得关注的是，研究证实绿色提取工艺不仅能提高得率，还能更好地保持多糖生物活性，这为功能性食品开发提供了重要启示。未来通过扩大NADES数据库和建立构效关系模型，有望实现更多生物活性成分的精准绿色提取。