天然低共熔溶剂在细菌灵菌红素生物色素提取中的应用与绿色替代研究

本研究针对传统有机溶剂提取细菌色素的环境污染和效率问题，创新性地采用天然低共熔溶剂（NADES）从革兰阴性菌Serratia marcescens和革兰阳性菌Streptomyces sp.中提取灵菌红素（PG）和链霉菌红素（SB）。结果表明，甘油:抗坏血酸（1:1 M）NADES对PG的提取效率接近酸乙酯（2.14 vs 2.36 mg/100 mg生物量），而甜菜碱:乳酸（1:1 M）对SB提取效率较低（0.0834 mg/100 mg），揭示了NADES在革兰阴性菌下游处理中的绿色潜力，为微生物天然产物的可持续开发提供新策略。

　　

在追求可持续发展的时代，合成染料的毒性问题与微生物天然产物的提取效率矛盾日益凸显。细菌生产的灵菌红素（Prodigiosin, PG）和链霉菌红素（Streptorubin, SB）作为具有抗癌、抗菌活性的红色素，其传统提取依赖丙酮、甲醇等有机溶剂，存在环境风险与能耗问题。革兰阳性菌的厚肽聚糖层更增加了提取难度。为此，塞尔维亚的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表研究，首次系统评估天然低共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NADES）对两类细菌色素的提取效能。

研究采用紫外光谱（UV-Vis）、高效液相色谱（HPLC）等技术，对比了酸乙酯、甲醇等绿色有机溶剂与12种NADES的提取效率。通过3 L规模发酵获得Serratia marcescens ATCC 27117和Streptomyces sp. BPS43冻干菌体，重点分析溶剂极性、粘度对提取的影响。

材料与方法
研究团队设计了两组NADES：胆碱氯化物组（含甘油、丙二醇等氢键供体HBD）和甜菜碱组（含乳酸、苹果酸等），另测试甘油:抗坏血酸（1:1 M）体系。通过离心-冻干法获得菌体，溶剂提取后经硅胶柱纯化，LC-MS和¹H NMR验证产物结构。

结果与讨论

1. PG提取效率：酸乙酯（1% HCl）以2.36 mg PG/100 mg生物量居首，但甘油:抗坏血酸NADES表现惊艳（2.14 mg），证明其对革兰阴性菌细胞壁的高渗透性。
2. SB提取瓶颈：酸乙酯（1.41 mg）效率远超最佳NADES甜菜碱:乳酸（0.0834 mg），凸显革兰阳性菌肽聚糖层对NADES的阻隔作用。
3. 溶剂特性分析：含有机酸的NADES因高极性更适合PG提取，而高粘度NADES在SB提取中质量转移受限。

结论
该研究首次证实NADES可替代传统溶剂高效提取PG，但SB提取需结合机械破碎等辅助手段。甘油:抗坏血酸NADES的优异表现（提取率90.6%）为规模化生产提供绿色方案，而甜菜碱:乳酸体系对SB的低提取率（仅为酸乙酯5.9%）提示需开发复合破壁策略。论文为微生物色素产业的环保转型提供了理论依据与技术路径，推动NADES在生物制造领域的应用边界。