《Journal of Chromatography A》：A Green and Efficient Boronate Affinity Solid-Phase Extraction Strategy for Ginsenosides Enrichment Based on Dendritic Mesoporous Silica
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基于硼酸配位作用的多孔树状硅纳米材料固相萃取技术用于人参皂苷的高效绿色分离，通过单因素与响应面法优化pH、洗脱体积及固液比，HPLC-CAD和UPLC-Q-TOF-MS分析显示其富集倍数达3.4-4.0（传统树脂的2倍），吸附/解吸回收率93.5-98.7%/88.9-97.9%，成功分离鉴定127种皂苷，并显著降低非目标干扰信号，绿色性指标优于传统方法。
Weiman Zhao|Longchan Liu|Wenxiang Fan|Ziwei Li|Haizhen Zhang|Linnan Li|Zhengtao Wang|Li Yang
中国中医药大学中药研究所中药功能成分发现与利用国家重点实验室、中药标准化教育部重点实验室、中药新资源与质量评价上海市重点实验室，上海201203，中国
摘要
人参皂苷是一类天然糖苷化合物，具有结构多样性和显著的生物活性，主要来源于五加属植物。然而，从复杂的植物基质中高效、绿色地分离人参皂苷仍面临挑战。传统方法通常存在有机溶剂消耗量大、选择性差和纯化过程复杂的问题。本研究基于硼酸配体与人参皂苷中的顺式二醇结构之间的可逆共价相互作用，制备了一种硼酸功能化的树状介孔二氧化硅纳米材料，并将其用作固相萃取吸附剂进行人参皂苷的分离和纯化。以人参茎叶煎剂为例，系统评估了该策略的吸附性能和杂质去除效率。通过单因素实验和Box-Behnken响应面方法优化了关键萃取参数。使用HPLC-CAD对九种主要人参皂苷进行定量分析，结果表明，所开发的策略优于传统的大孔树脂，富集倍数达到3.4-4.0倍，几乎是树脂的2.0倍，同时吸附回收率为93.5-98.7%，解吸回收率为88.9–97.9%。提取样品进一步通过UPLC-Q-TOF-MS进行分析，成功鉴定出127种人参皂苷，并显著降低了非人参皂苷的干扰信号。根据Analytical GREEnness指标和Green Analytical Procedure Index的绿色评价，硼亲和策略在环境友好性和过程可持续性方面具有显著优势。基于硼亲和材料的固相萃取技术为高效、大规模和绿色制备人参皂苷及其他顺式二醇类天然产物提供了有前景的方法。
引言
人参皂苷是一类结构多样、生物活性显著的天然糖苷化合物，主要来源于五加科植物的根和根茎[[1], [2], [3], [4]]。研究发现，这些植物的非药用部分（如茎、叶、花和果实）也富含多种独特结构的人参皂苷，大大扩展了其资源来源[[5], [6], [7]]。迄今为止，已分离和鉴定出500多种人参皂苷[8]。人参皂苷具有共同的结构特征：疏水性苷元骨架通过糖苷键与一个或多个亲水性糖基团连接，形成典型的两亲结构。这种独特结构赋予其广泛的药理活性，如抗炎、抗肿瘤和免疫调节作用[[9], [10], [11]]。这为其在现代治疗、功能性食品和营养保健品中的开发和应用奠定了基础。
植物提取物的复杂基质给高效、高选择性分离和制备高纯度天然产物带来了巨大挑战。目前，人参皂苷的制备主要依赖于大孔吸附树脂、硅胶柱色谱和制备型高效液相色谱等传统技术[[12], [13], [14], [15]]。然而，这些方法通常依赖于非特异性的物理化学作用（范德华力、极性分配）。其中，大孔树脂常用于总皂苷的大规模制备，尤其是去除植物中的色素，但往往需要消耗大量有机溶剂，浓缩步骤能耗高，且产生大量废弃物。此外，对于极性范围广泛的总皂苷（如极性较强的人参皂苷和稀有皂苷），单一色谱条件往往无法实现全面覆盖和高效富集，导致分离过程漫长且纯度不够理想。因此，开发高效、绿色的制备方法对于推动人参皂苷的深入研究和高质量应用具有重要意义。
开发高选择性分离材料是解决天然产物制备中上述瓶颈的关键策略[[16]]。值得注意的是，人参皂苷中常见的顺式二羟基单元在碱性条件下可以与硼酸基团形成可逆的共价酯键，在酸性环境中迅速解离。这一特性使硼酸亲和材料在分离科学和生物医学领域具有广泛的应用潜力[[17], [18], [19]]。基于这一原理，成功开发了多种硼酸功能化材料，实现了复杂基质中目标物质的高灵敏度和快速定量分析[[20], [21]]。尽管硼酸亲和材料在分析应用中具有巨大潜力，但其在大规模和绿色制备顺式二羟基化合物中的应用研究尚未充分开展。与传统方法相比，硼酸亲和材料的高选择性能够精确捕获目标人参皂苷，从根本上避免了大多数杂质的共吸附。可逆的共价作用机制通过简单的pH调节实现吸附和解吸，从而有望显著减少有毒有机溶剂的使用和后续浓缩过程中的能耗。
本研究制备了硼酸亲和树状介孔二氧化硅纳米材料，并开发了自制固相萃取（SPE） cartridges，探索其在人参皂苷绿色制备中的应用潜力（图1）。该材料不仅具有硼酸基团的特异性识别能力，其独特的树状介孔结构还具有优异的传质效率和尺寸排阻效应。与传统介孔二氧化硅相比，该材料具有更环保的合成路径和更好的生物降解性。本研究采用HPLC-CAD和UPLC-QTOF-MS/MS技术系统比较了硼酸亲和材料和大孔树脂的吸附性能和杂质去除能力。结合单因素实验和Box-Behnken响应面方法，优化了固相萃取的关键参数，包括pH值、洗脱液体积和固液比。最终，在SPE处理的样品中成功鉴定出127种人参皂苷。这些结果充分证明了硼酸亲和树状介孔二氧化硅纳米材料作为人参皂苷固相萃取吸附剂的巨大潜力，为其在人参皂苷及其他顺式二醇化合物绿色制备中的应用奠定了坚实基础。
化学试剂
所有试剂均至少为分析级。氰硼氢化钠（NaBH3CN，95%）和2′-脱氧腺苷（≥98%）购自上海Adamas Reagent有限公司；氯化鲸蜡基三甲基铵溶液（CTAC，25 wt.% in H2O）、三乙醇胺（TEA，97%）、正硅酸四乙酯（TEOS，99.0%）、腺苷（≥99%）、环己烷（≥99.8%）、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷（APTES，≥98%）和4-甲酰苯硼酸（FPBA，≥95.0%）购自Sigma Aldrich。共分离了31种人参皂苷
BA-DMSNs的制备与表征
本研究采用改进的双相法制备了树状介孔二氧化硅纳米颗粒（DMSNs）。传统方法通常依赖高温煅烧或硝酸铵乙醇去除模板剂并形成孔结构，但这些方法存在能耗高或潜在爆炸风险等问题。本研究提出使用盐酸-乙醇溶液作为模板去除的替代方法，该方法较为温和
结论
本研究成功制备了硼酸功能化的树状介孔二氧化硅纳米颗粒（BA-DMSNs），并将其用作固相萃取吸附剂，应用于总人参皂苷的样品预处理过程。该材料具有独特的三维开放框架结构，提供了高比表面积和丰富的活性位点。硼酸配体的修饰赋予了材料良好的吸附性能
Weiman Zhao：撰写初稿、数据可视化、验证、方法学设计、实验研究。Longchan Liu：数据可视化、数据管理、实验研究。Wenxiang Fan：资金筹集。Ziwei Li：软件应用、数据管理。Haizhen Zhang：软件应用、数据管理。Linnan Li：撰写、审稿与编辑、项目监督、项目管理。Zhengtao Wang：项目监督、项目管理、资金筹集。Li Yang：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思、资金筹集。
Weiman Zhao：撰写初稿、数据可视化、验证、方法学设计、实验研究。Longchan Liu：数据可视化、实验研究、数据管理。Wenxiang Fan：资源协调。Ziwei Li：软件应用、数据管理。Haizhen Zhang：软件应用、数据管理。Linnan Li：撰写、审稿与编辑、项目监督、项目管理。Zhengtao Wang：项目监督、项目管理、资金筹集。Li Yang：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金筹集、概念构思。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82130115、82404861）、国家重点研发计划（项目编号2024YFC3506600）和上海市科学技术委员会先锋计划（项目编号25TS1401500）的资助。
