超声辅助下从十二花椒中提取多糖的深共晶溶剂萃取法：RSM优化、ANN预测、动力学研究、结构表征及细胞抗氧化活性分析

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound-assisted deep eutectic solvent extraction of polysaccharides from Melastoma dodecandrum: RSM optimization, ANN prediction, kinetics, structural characterization and cellular antioxidant activity

　　

瓦卡斯·海德尔|林志希|高奎旭|李景超|李亚飞|钟金楠|袁刘伟|陈周翔|陈宇驰|丁志山|周芳梅|周明远

摘要

天然多糖因其生物相容性、可生物降解性、低毒性以及多种生物活性而备受关注。然而，以可持续且高效的方式从Melastoma dodecandrum Lour.中提取多糖仍面临挑战。本研究采用了超声辅助深共晶溶剂提取法，以提高该植物多糖的产量和生物活性。在25种不同的深共晶溶剂体系中，DES-3.2（氯化胆碱：柠檬酸，1:2）的提取效果最佳。研究运用响应面分析法优化提取参数，并建立人工神经网络模型来预测提取过程及效果。此外，提取动力学也通过二阶动力学模型得到了有效描述。在最优条件下——液固比为30毫升/克、超声温度为60摄氏度、超声功率为360瓦特、超声时间为90分钟——该植物多糖的提取率可达1.38%，相比传统方法提高了51.65%。在预测精度方面，人工神经网络的表现优于响应面分析法，且能够更好地捕捉提取过程中复杂的非线性相互作用。结构分析（扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、氢谱-气相色谱-质谱联用及热重分析）显示，超声辅助深共晶溶剂提取法会显著破坏植物细胞壁，但不会改变该多糖的特征官能团及无定形结构，同时还会提高其分子量与热稳定性。单糖组成分析表明，半乳糖、半乳醛酸和葡萄糖是该多糖的主要成分，且超声辅助深共晶溶剂提取法相比传统方法能显著提高半乳醛酸的含量。此外，经此方法提取的植物多糖在化学抗氧化试验中表现出更强的抗氧化能力，在LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞中，还能显著降低细胞内的活性氧和一氧化氮水平，从而发挥更强的抗氧化和抗炎作用，且无细胞毒性。另外，DES-3.2在经过五次循环使用后，其提取效率仍可保持在91.25%以上，仅损失5.78%。尽管绝对提取率仅为1.38%，但DES-3.2出色的重复使用性能可通过降低溶剂成本和减少废物产生，带来显著的经济优势。总体而言，超声辅助深共晶溶剂提取法是一种高效、环保且性能优异的提取方法，可用于提取具有独特结构且具有生物活性的植物多糖，进而应用于功能性食品、营养品及药品领域。