基于三元低共熔溶剂耦合原位超声协同提取巫山淫羊藿黄酮类化合物的创新研究：机器学习优化、机制解析与抗氧化活性评价

推荐：本研究针对传统有机溶剂提取黄酮类化合物效率低、环境污染等问题，创新开发了三元低共熔溶剂(TDES)耦合原位超声协同提取(TDES-ISUSE)技术，通过RSM-ANN-GA多算法优化提取工艺，实现巫山淫羊藿总黄酮(TF)得率达26.39 mg/g，较传统方法提升显著。结合UHPLC-Q-TOF-MS鉴定15种活性成分，通过SEM和MD模拟揭示提取机制，为绿色中药提取技术提供新范式。

　　

巫山淫羊藿作为传统中药材，富含具有抗氧化、抗肿瘤等活性的黄酮类化合物，但传统有机溶剂提取法存在效率低、毒性大等问题。随着绿色化学理念兴起，深共熔溶剂(DES)因其可降解、低毒等优势成为研究热点，但二元DES对复杂植物基质的提取效率仍有局限。同时，超声辅助提取虽能通过空化效应破坏细胞结构，但单纯超声处理存在溶剂渗透不足的缺陷。如何整合新型溶剂体系与物理场强化技术，实现高效、环保的黄酮提取，成为中药现代化关键问题。

重庆教育大学Liu Cheng团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表研究，创新性构建胆碱酒石酸盐-尿素-甘油三元DES体系，结合原位超声涡旋协同技术(TDES-ISUSE)，通过机器学习优化提取工艺，系统解析提取机制并评价生物活性。研究采用响应面法(RSM)联合人工神经网络-遗传算法(ANN-GA)优化参数，利用UHPLC-Q-TOF-MS进行成分鉴定，结合FT-IR、SEM和分子动力学(MD)模拟阐明机制，最后通过DPPH、ABTS和铁还原力实验评价抗氧化活性。

3.1 最优DES筛选

从20种DES中筛选出胆碱酒石酸盐:尿素:甘油(1:2:2)三元体系，其TF提取效率(26.39 mg/g)显著优于乙醇(22.24 mg/g)，验证了"相似相溶"原理。

3.2 单因素实验

发现含水量32%、涡旋10分钟、液固比34:1 mL/g、超声30分钟(270W)时提取效率最佳，过量水或超声时间会导致副产物溶出或能量饱和。

3.3 模型优化

RSM-ANN-GA混合模型预测误差仅0.12%，较单一RSM模型(0.19%)更精准，显示机器学习在复杂工艺优化中的优势。

3.6 方法比较

TDES-ISUSE提取率较传统浸提法提高30%，时间缩短至1/16，证明协同技术兼具高效与环保特性。

3.7 成分鉴定

通过正负离子模式UHPLC-Q-TOF-MS首次明确鉴定15种成分，包括9种黄酮(如淫羊藿苷A-C)和3种有机酸，建立4种黄酮HPLC定量方法，LOD达0.33-0.46 μg/mL。

3.9 机制解析

FT-IR证实TDES氢键网络形成；SEM显示该方法使细胞壁破裂最显著；MD模拟揭示黄酮与TDES的氢键寿命(>5ns)是乙醇体系的3倍，从分子层面解释溶解性提升机制。

3.10 抗氧化活性

提取物在0.5 mg/mL时DPPH清除率达86.66%，ABTS清除率98.61%，铁还原能力吸光度0.558，证实其作为天然抗氧化剂的潜力。

该研究开创性地将三元DES与物理场强化技术结合，通过多尺度表征手段全面解析提取机制，为中药活性成分绿色提取提供新思路。所建立的TDES-ISUSE技术兼具高效(26.39 mg/g)、快速(40分钟)和环保(水基溶剂)优势，其机器学习优化策略为复杂提取工艺建模提供范式。研究发现巫山淫羊藿提取物具有显著抗氧化活性，为其在功能食品和药物开发中的应用奠定基础，对推动中医药现代化和可持续发展具有重要意义。