基于分子动力学设计的三元低共熔溶剂协同提取玫瑰花瓣活性成分与纤维素纳米纤维的创新研究

针对传统植物活性成分提取方法效率低、环境风险高的问题，中国研究人员通过分子动力学(MD)筛选出新型三元低共熔溶剂(DES) ChCl:LA:Sor(1:2:1)，其与多酚类物质的氢键结合能达-1336.76 kJ/mol。结合超声辅助提取(UAE)技术，总酚含量(TPC)和总黄酮含量(TFC)分别提升至150.28 mg GAE/g DW和72.88 mg RE/g DW，同步获得结晶度(CrI)提高15%的纤维素纳米纤维(CNF)，为绿色高效提取提供新策略。

　　

玫瑰作为兼具观赏价值与功能特性的植物，其花瓣中富含的多酚类物质（如黄酮、酚酸和花青素）具有抗氧化、抗炎等生理活性，在食品、医药和化妆品领域应用广泛。然而，传统有机溶剂提取法存在效率低下、高温易导致热敏性成分降解等问题，且难以同步实现植物纤维资源的综合利用。深共熔溶剂(DES)作为一种由氢键受体(HBA)和氢键供体(HBD)构成的绿色溶剂，因其可调控的理化性质和低温操作优势成为研究热点，但现有二元DES对复杂植物基质的提取选择性仍有局限。

中国山东省的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，首次将山梨醇(Sor)引入胆碱氯化物(ChCl)-乳酸(LA)体系构建三元DES，通过分子动力学模拟与实验验证相结合，实现玫瑰活性成分高效提取与纤维素纳米纤维(CNF)制备的双重目标。研究采用分子动力学(MD)预筛溶剂配比，结合超声辅助提取(UAE)优化工艺，通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征纤维结构，并利用密度泛函理论(DFT)阐明氢键主导的提取机制。

分子动力学筛选与相互作用分析
MD模拟显示ChCl:LA:Sor(1:2:1)与花青素、芦丁和没食子酸的相互作用能达-1336.76 kJ/mol，其中Cl^?
与羟基的氢键贡献显著。径向分布函数(RDF)证实Sor的多羟基结构可增强DES与酚羟基的配位能力，较二元DES提取效率提升28%。

超声辅助提取工艺优化
实验验证该三元DES的TPC和TFC分别达150.28 mg GAE/g DW和72.88 mg RE/g DW，Sor的引入使酚类物质溶解度提高。电镜观察发现提取后花瓣形成致密纤维网络，XRD显示纤维素结晶度(CrI)从52%增至67%，证明非晶区有效去除。

DFT揭示氢键协同机制
DFT计算表明DES中LA的羧基氧(V_max
=-77.62 kcal/mol)与酚羟基形成强氢键，结合能较传统溶剂提高40%。静电势分析显示ChCl⁺
的氮正电中心与酚环π电子云存在静电吸引，构成多位点协同提取。

该研究创新性地将DES设计从二元扩展至三元体系，通过分子模拟指导溶剂开发，实现活性成分提取与纳米纤维制备的"一步法"工艺。所获CNF可用于纺织和食品包装，而高纯度多酚提取物为功能性产品开发提供原料基础。研究不仅为植物资源高值化利用提供新思路，其"计算指导-实验验证"的研究范式也为绿色溶剂设计树立了标杆。