超声辅助三元天然低共熔溶剂提取柚皮苷的绿色工艺优化及生物活性研究

本研究针对传统柚皮苷(Nar)提取方法效率低、溶剂污染等问题，开发了基于甘油的三元天然低共熔溶剂(NADES)结合超声辅助提取(UAE)新工艺。通过ANN-GA优化获得175.30±2.94 mg/g的高提取率，揭示其通过氢键网络增强溶解的机制，并证实提取物对α-葡萄糖苷酶(IC50=19.6 μg/mL)等靶标具有显著抑制活性，为糖尿病、阿尔茨海默病等疾病的天然药物开发提供绿色解决方案。

　　

在传统中药和功能性食品领域，柚皮苷(Naringin, Nar)作为柑橘类植物中的主要活性成分，因其显著的抗氧化、降血糖和神经保护作用备受关注。然而，现有提取方法面临有机溶剂毒性大、能耗高、效率低等瓶颈问题。更棘手的是，常规提取工艺难以兼顾环境友好性与高提取率，而天然低共熔溶剂(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)这一新兴绿色溶剂体系为解决该矛盾提供了新思路。

为突破这些限制，来自遵义医科大学的Ran Hailin团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表研究，创新性地将三元NADES与超声辅助提取(Ultrasound-assisted extraction, UAE)技术结合。研究人员首先筛选出甘油-苹果酸-丙二酸(1:1:2摩尔比)的三元NADES体系，通过人工神经网络-遗传算法(Artificial Neural Network-Genetic Algorithm, ANN-GA)优化参数，结合分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟揭示作用机制，并系统评估了提取物的生物活性。

关键技术包括：1) 采用Box-Behnken设计结合ANN-GA模型优化提取参数；2) 扫描电镜(SEM)观察材料微观结构变化；3) 基于Fick第二定律建立提取动力学模型；4) 分子动力学模拟分析溶剂-溶质相互作用；5) 酶抑制实验测定α-葡萄糖苷酶、胰脂肪酶和乙酰胆碱酯酶抑制活性。实验所用化橘红(Exocarpium Citri Grandis, ECG)样本来自广东化州。

3.1. 最有效NADES的筛选

通过比较17种溶剂体系，发现三元NADES-6(甘油:苹果酸:丙二酸=1:1:2)提取率最高(147.55±1.78 mg/g)，较传统50%乙醇提取提高20%。FTIR证实该体系通过羟基和羧基形成密集氢键网络。

3.3. 单因素实验结果

确定最佳超声功率280W，温度50℃时提取率出现峰值，高温会导致热敏性成分降解。动力学分析显示活化能为40.45 kJ/mol，扩散系数随温度升高而增大。

3.5. ANN-GA优化

ANN-GA模型(R²=0.9806)优于传统响应面法(RSM)，预测最优条件为57℃、25.9 mL/g、24.4分钟，实际得率175.30±2.94 mg/g，较RSM预测值提高2.8%。

3.7. NADES回收利用

HPD-600大孔树脂可实现NADES循环使用3次，Nar回收率达122.42±5.42 mg/g，第四次循环时效率显著下降。

3.10. 分子动力学分析

MD模拟显示Nar在NADES中分散均匀，而在50%乙醇中聚集。氢键分析表明NADES体系平均氢键数量(8.7个/ns)和寿命(12.4 ps)均优于乙醇体系。

3.11. 酶抑制活性

提取的Nar对α-葡萄糖苷酶抑制活性最强(IC₅₀=19.6 μg/mL)，对胰脂肪酶(2.73 mg/mL)和乙酰胆碱酯酶(1086 μg/mL)也显示中等抑制，提示其在糖尿病、肥胖和阿尔茨海默病治疗的潜在应用价值。

该研究通过多学科技术融合，不仅建立了高效绿色的Nar提取工艺，更从分子层面阐释了NADES的增效机制。特别值得注意的是，ANN-GA模型的成功应用为天然产物提取优化提供了新范式，而MD模拟首次可视化揭示了NADES中氢键网络对萜类化合物溶解的促进作用。从应用角度看，30%含水量的NADES既保证了提取效率又降低了粘度，这种"可设计溶剂"理念为绿色化学提供了重要参考。生物活性实验结果则直接将提取工艺与药理功效关联，实现了从提取方法创新到实际应用的完整价值链构建。这项研究对推动中药现代化和功能性食品开发具有双重意义，其技术路线也可拓展应用于其他植物活性成分的可持续开发。