基于低共熔溶剂的温敏微乳体系强化雨生红球藻生物活性成分的提取与分离

本研究开发了一种由离子液体型低共熔溶剂（DES）构成的新型温度响应微乳（ME）体系，通过其独特的UCST行为实现雨生红球藻多组分高效共提取与低温触发分相。该系统在30°C形成稳定纳米颗粒，4°C自发破乳，利用分子相互作用能变化（-56.44 kcal/mol→-45.85 kcal/mol）实现类胡萝卜素（111.3 mg/g）与脂质（313.6 mg/g）的DES相富集（logK>0）及蛋白质向水相迁移。DES-ME显著提升色素储存稳定性（ΔE=7.89）并展现强抗氧化（DPPH>95%）与抗菌活性，GAPI评分88证实其绿色可持续性。

　　

Materials and reagents

雨生红球藻（H. pluvialis）粉末购自泽元藻类健康科技公司（云南，中国），其类胡萝卜素、多糖、脂质和蛋白质含量分别为10.68±0.22、30.92±1.02、35.56±2.82和27.34±1.82 g/100 g。四丁基三氟乙酸铵（[P₄₄₄₄]CF₃COO, >98%）和三丁基(辛基)溴化鏻（[P₄₄₄₈]Br, >98%）购自中科院兰州化学物理研究所。癸酸（DA）、月桂酸（LA）、乙醇（EtOH）、甲基橙溶液等试剂均为分析纯。

Characterization of DES

与传统微乳中易挥发、有害环境的烷烃等油相不同，离子液体（ILs）和低共熔溶剂（DESs）凭借低挥发性、可调控性和低毒性成为绿色替代品。特别值得注意的是，基于IL的DES同时兼具IL的独特性质和传统DES的实用性，为提取过程提供了增强的功能性。本研究选择[P₄₄₄₄]CF₃COO和[P₄₄₄₈]Br作为氢键受体（HBAs），依据其温度响应特性和结构可设计性，与癸酸（DA）组合形成DES。通过FT-IR和NMR分析证实了氢键网络的成功构建——DA的羧基与IL的阴离子间形成强相互作用，这为微乳的温度响应行为奠定了分子基础。

Conclusion

本研究成功利用IL基DES制备了温度响应微乳（ME）体系，并应用于雨生红球藻活性物质的提取。该ME体系呈现上限临界溶解温度（UCST）行为：30°C时保持稳定的低粘度（<8 mPa·s）各向同性纳米颗粒（6.81–78.12 nm），而在4°C时因[P₄₄₄₈]Br-DA相互作用减弱（相互作用能：30°C时为-56.44 kcal/mol，4°C时为-45.85 kcal/mol）和乙醇水合作用增强而发生破乳。通过将温度从35°C调节至4°C，实现了破乳驱动的高效相分离，从而完成生物活性物质的定向富集。DES基ME在提取效率（类胡萝卜素：111.3 mg/g，脂质：313.6 mg/g，蛋白质：150.1 mg/g，碳水化合物：26.98 mg/g）、产物稳定性（色素降解ΔE = 7.89）和生物活性（DPPH清除率>95%，对大肠杆菌强效抗菌）方面均显著优于传统IL基ME和有机溶剂。分子模拟揭示了温度调控相平衡及CH-π/O相互作用主导选择性分离的机制。环境评估（GAPI评分：88）进一步验证了该技术的低毒性、可回收性和能源效率，标志着DES基ME成为一种可持续的高性能提取替代方案。