一种基于深共熔溶剂与微波协同强化的紫苏籽多类型高值物质一锅接力提取新方法

《Industrial Crops and Products》：A novel approach involving one-pot relay extraction of different types of valuable substances from Perilla frutescens (L.) Britt seeds: Synergistic enhancement via the use of deep eutectic solvents and microwave assistance

　　

本文采用深共熔溶剂（DES）与微波蒸馏接力提取（DES-MWD-RE）耦合策略，从紫苏籽（Perilla frutescens (L.) Britt.）中连续分离紫苏籽油、迷迭香酸（RA, rosmarinic acid）和精油。通过对不同DES体系筛选、加水比例、液料比、微波时间和微波功率等因素进行单因素考察，并结合Box-Behnken设计（BBD）与响应面法优化工艺参数，获得了较优提取条件。结果表明，ChCl:oxalic acid（1:2）为最佳DES；优化后工艺条件为DES含水量42%、液料比21 mL/g、微波时间17.5 min。验证试验显示，该方法可获得0.17±0.07 g/g紫苏籽油、10.27±0.12 mg/g迷迭香酸以及0.4±0.10 mg/kg精油。该研究证明，DES结合微波接力提取可在绿色、简便的流程中实现紫苏籽多组分高效利用。

紫苏（Perilla frutescens (L.) Britt.）属于唇形科植物，在中国及东亚地区广泛栽培，兼具药用与食用价值。紫苏籽富含不饱和脂肪酸、蛋白质、维生素E和矿物质，其中迷迭香酸（rosmarinic acid, RA）具有抗炎、抗氧化和抗菌活性；紫苏籽油以α-亚麻酸（α-linolenic acid）含量较高而受到关注；紫苏精油则含有紫苏醛（perilla aldehyde）等挥发性活性成分。传统上，这些成分因理化性质差异而分别提取，导致资源利用效率不高。微波辅助提取（MAE, microwave-assisted extraction）虽可缩短时间并提高传质效率，但对溶剂极性与体系稳定性要求较高；深共熔溶剂（DES, deep eutectic solvents）具有可调极性、较强微波吸收能力和绿色低毒等特点，与微波联用有望提升萃取与分相效率。因此，研究人员提出以DES-MWD-RE实现紫苏籽油、迷迭香酸和精油的一锅接力提取，以提高多组分协同回收效率并降低有机溶剂使用。

研究材料为黑龙江省延安市林业局购得的成熟紫苏籽，经自然干燥、粉碎后使用。研究首先制备6种ChCl（choline chloride）为HBA（hydrogen bond acceptor，氢键受体）、酸/醇类为HBD（hydrogen bond donor，氢键供体）的NADES（natural deep eutectic solvents，天然深共熔溶剂），并以甲醇提取作为对照筛选迷迭香酸提取性能。随后采用超高效液相色谱（UHPLC）测定迷迭香酸，采用气相色谱-质谱（GC-MS）分析籽油和精油组成。提取过程分两阶段进行：先在纯DES体系中微波提取并离心分相获得籽油，再加入水并联用微波水蒸馏/类Clevenger装置继续提取，获得精油并同时回收水相中的迷迭香酸。之后通过单因素试验与响应面法（RSM, response surface methodology）优化工艺参数。

### 结果与讨论

#### 1. 最优NADES筛选
6种NADES中，酸性体系整体优于醇类体系，ChCl-oxalic acid（1:2）对迷迭香酸和籽油均表现最佳。其原因与酸性DES更高极性、较强微波响应以及更有利于细胞壁组分水解相关，同时该体系高密度、较高凝固点有利于离心分层，便于籽油快速分离。

#### 2. 单因素影响
加水可降低DES黏度并调节极性。迷迭香酸产率随含水量增加而上升，40%时达到较优水平；精油产率受含水量影响较小。液料比从5至20 mL/g增加时，迷迭香酸和籽油产率均上升，继续增加则出现下降。微波时间延长有利于目标物释放，但过长会出现热敏性成分降解或达到固液平衡。微波功率升高可增强传热与细胞破壁作用，但过高会引起热降解或局部过热；综合考虑，385 W被确定为较优功率。

#### 3. 响应面优化
BBD与ANOVA结果表明，迷迭香酸模型与籽油模型均显著且拟合良好。迷迭香酸提取中，微波时间、液料比及其交互作用影响明显；籽油提取中，液料比影响最显著。优化后条件为DES含水量42%、液料比21 mL/g、微波时间17.5 min。验证试验表明，模型预测与实测结果一致，说明优化可靠。

#### 4. 籽油脂肪酸组成
GC-MS结果显示，DES-MWD-RE与传统正己烷法获得的籽油脂肪酸组成相近，均检测到11种脂肪酸，主要为α-亚麻酸、亚油酸、油酸和棕榈酸。其中α-亚麻酸含量均超过55%，说明该方法未明显改变籽油脂肪酸特征。

#### 5. 精油组成分析
与传统水蒸馏（HD, hydrodistillation）相比，DES-MWD-RE获得的紫苏精油组成基本一致，共检出18种成分，主要为紫苏醛，其次为α-亚麻酸、十六烷酸等。两种方法中氧化萜类占比均较高，说明该接力提取流程可有效回收原本易被忽略的挥发性组分，同时缩短提取时间并提高效率。

### 讨论与结论
研究人员构建的DES-MWD-RE方法充分利用了高密度DES的分层特性、微波快速加热特性以及加水后对极性和黏度的调控作用，实现了紫苏籽油、迷迭香酸和精油的连续高效分离。该方法避免使用有机溶剂，减少残留风险，流程简洁，具有绿色、节能和可扩展的应用潜力。论文发表于《Industrial Crops and Products》，其意义在于为紫苏籽多组分高值化利用提供了可行的绿色工艺路径，也为芳香/油料植物的多极性成分同步提取提供了方法学参考。