基于Brij 58的超声辅助浊点萃取回收玫瑰残渣中N1, N5, N10-(E)-tri-p-coumaroylspermidine：工艺优化、表征与分子互作

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound-assisted cloud point extraction of phenolamide from rose residues: optimization, characterization and molecular interactions

　　

研究人员开发了超声辅助浊点萃取（UA-CPE；ultrasound-assisted cloud point extraction）策略，用于从玫瑰（Rosa spp.）精油加工残渣中回收和预富集N¹, N⁵, N¹⁰-(E)-tri-p-coumaroylspermidine（ETCS）。通过筛选非离子表面活性剂并优化提取与相分离条件，确定5%（w/v）Brij 58（聚氧乙烯十六烷基醚，polyoxyethylene cetyl ether）水溶液、固液比1:40 g/mL、480 W和50 °C超声30 min，随后以10%（w/v）Na₂SO₄在pH 4.0和35 °C下相分离。在此条件下，ETCS产率为2.86 ± 0.15 mg/g，相分离后富集因子为7.1倍、回收率为98%；与超声辅助乙醇提取（UEE；ultrasound-assisted ethanol extraction）相比，UA-CPE使ETCS产率提高约80%，同时降低提取和预富集阶段对有机溶剂的依赖。FE-SEM（冷场发射扫描电子显微镜，cold field emission scanning electron microscopy）和DLS（动态光散射，dynamic light scattering）提供基质破坏和水动力尺寸变化信息；XRD（X射线衍射，X-ray diffraction）、UV–Vis（紫外–可见吸收光谱，UV–Vis absorption spectroscopy）、FTIR（傅里叶变换红外光谱，Fourier transform infrared spectroscopy）和DFT（密度泛函理论，density functional theory）计算提供ETCS与Brij 58可能相互作用的互补证据。结果表明，ETCS可能与Brij 58胶束较亲水的POE（聚氧乙烯，polyoxyethylene）区域结合，氢键和范德华相互作用可能参与其中。总体而言，UA-CPE为从玫瑰加工残渣中回收和预富集ETCS提供了高效方法；表面活性剂与盐回收、能耗和放大性能仍需进一步研究以评估更广泛应用。

玫瑰（Rosa spp.）是高值经济作物，广泛用于食品、化妆品和制药工业。玫瑰精油主要经蒸汽蒸馏生产，但该过程提取效率较低并产生大量固体残渣；工业上残渣多用作低值生物肥料甚至被丢弃，造成资源降级利用和环境负担。前期分析发现玫瑰残渣中存在ETCS，且该化合物具有抗氧化、抗炎、代谢调节和保肝等 reported 生物活性。进一步研究和应用需要足量高纯度ETCS，但现有提取主要依赖传统有机溶剂，存在效率较低、流程长、溶剂消耗大和环境问题。绿色提取技术中，超声可通过空化冲击波和微射流促进组织破坏、溶剂渗透和传质；浊点萃取（CPE；cloud point extraction）可利用非离子表面活性剂胶束和相分离实现富集。将二者结合的UA-CPE尚未见用于ETCS提取。该研究发表于《Ultrasonics Sonochemistry》，旨在优化UA-CPE、纯化目标物、评价绿色度，并通过表征和DFT探究ETCS与Brij 58的可能分子互作，以提高玫瑰加工副产物利用价值。
关键技术方法概括（约250字内）：样本来自山东平阴新鲜Rosa rugosa花，经蒸汽蒸馏后获得残渣并合并，60 °C干燥24 h、粉碎过60目、?80 °C保存。研究人员筛选非离子表面活性剂，采用单因素逐一优化表面活性剂浓度、固液比、pH、超声功率、温度和时间；优化Na₂SO₄盐析相分离的盐浓度、温度、时间和pH；以HPLC-DAD定量ETCS；用D101大孔树脂和Sephadex LH-20纯化，NMR鉴定并用DPPH/ABTS评价抗氧化；采用AGREE、AGREEprep和BAGI评价绿色度与实用性；结合FE-SEM、DLS、XRD、UV–Vis、FTIR及DFT的ESP和IGMH分析进行表征。
研究结果：3.1.1 表面活性剂与提取条件的影响：通过比较7种非离子表面活性剂和乙醇，Brij 58提取产率最高且色谱兼容性较好，Triton X-100存在紫外干扰并涉及环境关注；优化Brij 58浓度、超声功率、时间、温度、固液比和pH后，确定5%（w/v）Brij 58、1:40 g/mL、480 W、50 °C、30 min，ETCS产率2.86 ± 0.15 mg/g，pH影响较小。3.1.2 盐与相分离条件的影响：通过加热和5种无机盐筛选，5% Brij 58体系需140 °C才发生相分离；Na₂SO₄相分离能力最强，SO₄^2?强水合可促进Brij 58的POE链脱水；10%（w/v）Na₂SO₄、35 °C、pH 4.0下回收率98%，富集因子7.1倍，上层相分数约0.98。3.1.3 UA-CPE与传统方法性能比较：通过UEE、超声辅助水提取（UWE；ultrasound-assisted water extraction）和搅拌辅助浊点萃取（SA-CPE；stirring-assisted cloud point extraction）对比，产率顺序为UA-CPE（2.86 ± 0.15 mg/g）> SA-CPE（1.78 ± 0.03 mg/g）> UEE（1.58 ± 0.10 mg/g）> UWE（0.10 ± 0.01 mg/g）；第二次UA-CPE循环回收0.57 ± 0.06 mg/g，第三次未检出，前两循环累计3.43 mg/g，首循环占83.4%。3.2 纯化性能：经D101和Sephadex LH-20纯化，HPLC-DAD峰面积归一化纯度为93.1%，总纯化回收率54.1%；1H NMR非交换信号计32H，与ETCS预期组成一致，参考品谱相似；纯化ETCS对DPPH和ABTS呈浓度依赖性清除，IC₅₀分别为2.369 mM和31.14 μM。3.3 绿色度与实用性评价：AGREE、AGREEprep和BAGI得分分别为0.72、0.75和80；水相非离子表面活性剂体系减少有机溶剂使用，Na₂SO₄将相分离温度由140 °C降至35 °C；但纯化仍需乙醇洗脱和蒸发，放大需考虑Brij 58回收、超声能耗及含盐废水处理。3.4.1 FE-SEM分析玫瑰残渣形貌：定性比较显示UA-CPE后残渣表面破坏、孔裂更明显，较SA-CPE更强，支持超声促进基质破坏和传质；形貌差异未与产率定量关联。3.4.2 DLS分析粒径分布：空白Brij 58胶束平均水动力直径5.5 nm；UA-CPE和SA-CPE提取物呈约5 nm和130 nm双峰，较大群体分别占69%和79%；加入400–2500 ppm ETCS仅有限改变尺寸分布，>2500 ppm出现沉淀，尺寸分布不能单独解释UA-CPE产率提高。3.4.3 XRD分析Brij 58–ETCS体系：Brij 58在2θ 19°–24°显示POE特征晶峰；冻干ETCS有多重晶峰；Brij 58–ETCS体系中ETCS特征峰不明显而Brij 58峰占主导，提示ETCS结晶度降低、分散于Brij 58基质或低比例信号衰减。3.4.4 UV–Vis光谱分析：ETCS在297 nm有特征吸收，进入Brij 58体系后谱形高度相似且无明显位移，说明其共轭发色结构基本保持。3.4.5 FTIR分析Brij 58–ETCS体系：Brij 58–ETCS的O–H伸缩区改变，2916 cm^?1烷基C–H和1114 cm^?1醚C–O–C强度增加；ETCS在3158 cm^?1宽吸收来自–NH–/–OH，1604、1221和827 cm^?1分别对应酰胺I、C–N/C–O和芳香C–H，综合提示局部分子环境改变并可能与氢键作用有关。3.4.6 DFT分析Brij 58–ETCS相互作用：ESP显示ETCS酚羟基/酰胺氧及Brij 58醚氧为负电势区，ETCS酚羟基氢和Brij 58端羟基氢为正电势区，互补分布支持氢键可能；IGMH显示负λ₂区低梯度峰对应吸引性非共价作用，可能包括氢键和范德华作用，正λ₂区高梯度信号提示排斥作用；模型为简化1:1复合物，结果应作定性解读。
讨论部分总结：实验表征与DFT计算提供互补信息。DLS仅显示ETCS加入后水动力尺寸分布有限变化；XRD、UV–Vis和FTIR提示ETCS在Brij 58存在下结晶与光谱特征改变，符合二者可能发生非共价相互作用；ESP和IGMH进一步支持氢键和范德华作用可能参与ETCS与Brij 58结合，ETCS可能结合于Brij 58较亲水的POE区域。方法绿色度评价较好，但纯化阶段仍使用乙醇，Na₂SO₄虽降低相分离温度，Brij 58回收复用、超声能耗、含盐废水处理及放大经济性仍需评估；OFAT优化未评价变量交互，DFT模型也未完全再现胶束环境，因此相关机制结论为定性认识。
研究结论翻译：本研究建立了超声辅助浊点萃取（UA-CPE）策略，用于从玫瑰精油加工残渣中回收和预富集ETCS。经非离子表面活性剂筛选及提取和相分离条件优化，选定流程为5%（w/v）Brij 58水溶液、固液比1:40 g/mL、480 W和50 °C超声30 min，随后以10%（w/v）Na₂SO₄在pH 4.0和35 °C下相分离。在此条件下，ETCS产率达2.86 ± 0.15 mg/g，相分离后富集因子7.1倍、回收率98%。与超声辅助乙醇提取相比，UA-CPE使ETCS产率提高约80%，同时降低提取和预富集阶段对有机溶剂的依赖。FE-SEM和DLS提供基质破坏及水动力尺寸变化信息；XRD、UV–Vis、FTIR和DFT计算提供ETCS与Brij 58可能相互作用的互补认识。结果提示ETCS可能结合于Brij 58胶束较亲水的POE区域，氢键和范德华相互作用可能参与该结合。总体而言，UA-CPE为从玫瑰加工残渣中回收和预富集ETCS提供了高效方法；为评估更广泛应用，仍需进一步研究表面活性剂和盐回收、能耗及放大性能。