一种用于从平菇中绿色提取硒多糖的 pH 可切换低共熔溶剂：工艺优化、分子相互作用分析及抗氧化评价

《Food Bioscience》：A pH-switchable deep eutectic solvent for green extraction of selenopolysaccharides from Pleurotus ostreatus: process optimization, molecular-interaction analysis, and antioxidant evaluation

　　

摘要富硒平菇（*Pleurotus ostreatus*）是硒多糖（Se-PPs）的一个有前景的来源，但高效提取和溶剂回收仍然具有挑战性。本研究开发了一种综合策略，将 pH 可切换的芳樟醇/辛酸深共熔溶剂（DES）与高速剪切和超声技术相结合。通过单因素实验和响应面法对溶剂配方和提取条件进行了优化。匹配的高速剪切和超声辅助热水提取（HSU-HWE）作为对照。在优化条件下，HSU-DES 的 Se-PPs 得率为 146.94 ± 1.28 mg/g，而 HSU-HWE 为 74.80 ± 1.60 mg/g。在第 7 次使用时，DES-5 保留了 97.65% 的初始提取能力。FT-IR、基于 D2O 的 1H NMR 和 2D ROESY 分析支持了芳樟醇和辛酸之间的局部分子间缔合。使用葡萄糖作为代表性糖单元进行的 DFT 计算确定了 DES 成分和葡萄糖之间可能的非共价接触。这些结果与可能有助于 DES 形成和多糖回收的局部分子相互作用一致。HSU-DES-Se-PPs 比 HSU-HWE-Se-PPs 含有更少的水提 Se(IV) + Se(VI)，且具有更高的计算有机硒比例。它们对 DPPH、ABTS•+ 和羟自由基清除的 IC50 值也更低（分别为 1.04、3.42 和 1.00 mg/mL）。ComplexGAPI 和 0.72 的 AGREE 评分表明 HSU-DES 具有相对有利的实验室规模绿色性特征。总体而言，结果支持 HSU-DES 作为在测试实验室条件下回收 Se-PPs 的可重复利用方法。

引言硒（Se）是一种必需微量元素，具有多种生物学功能，包括解毒、免疫调节、抗癌特性和抗氧化活性（Bai 等，2025）。由于人体无法内源合成硒，必须完全通过饮食摄入获取。然而，全球土壤硒含量通常在 0.01 到 2.0 mg/kg 之间，导致广泛的硒缺乏，估计全球有 5 亿到 10 亿人受影响（Fordyce，2013）。因此，在硒缺乏地区可能需要补充。硒的生物学效应强烈取决于其化学形态，可能为无机、有机或元素态。与无机硒相比，有机硒具有更高的生物利用度和吸收率，且毒性更低（Jones 等，2017）。其形式包括硒蛋白、硒多糖和硒代蛋氨酸。硒多糖可提供硒，并可作为支持肠道微生物群系的益生元。它们还表现出比同源的未硒化多糖更强的生物活性（Qi 等，2024）。硒多糖可从天然来源获取，或通过原生多糖的化学硒化获得。然而，化学合成通常需要有害的有机溶剂和强酸，引发环境和食品安全担忧（Yang, Huang 等，2021a）。因此，天然来源更受青睐。在我们之前的工作中，我们培养了一种高富集硒的平菇菌株，解决了真菌天然硒多糖含量低的问题（Guan 等，2025）。然而，硒多糖的提取方法仍主要依赖于传统热水提取（HWE），这限制了生产效率。更高效的提取有助于解决硒营养问题，并从培养的真菌生物质中回收功能成分。这一目标与资源高效食品加工和循环生物经济相一致（Jin & Xu, 2025, 2026; Zhang & Xu, 2021a）。

虽然酸辅助和碱辅助提取可提供高得率，但产生的废水可能加重环境负担并损坏目标多糖。因此，开发了绿色提取技术，以回收低毒性残留风险和 high 产品纯度的生物活性化合物。例如，超临界 CO2 已被研究作为食品和相关专业安全、无毒且广泛可用的提取介质（Zhang & Xu, 2021b）。然而，溶剂本身并不能决定过程的可持续性。评估还必须考虑试剂使用、操作条件、能耗、下游分离和纯化、溶剂回收以及废物处理。因此，开发能与高效提取技术配合使用的更绿色溶剂系统仍然是必要的。

越来越多的证据表明，深共熔溶剂（DESs）具有成本低、合成容易、环境友好、可生物降解和优异的生物相容性等优势，使其成为提取天然产物优于传统溶剂的替代品（Popovic 等，2022）。DESs 已被用于从植物和真菌基质中分离和纯化黄酮类化合物、多酚、类胡萝卜素、氨基酸、酶和多糖（Cai, Ma 等，2024a; Oh & Brooks, 2025; Wang, Guo 等，2022a; Yan 等，2023）。DESs 通常是含有氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）的二元或三元共熔混合物，具有特定的化学计量比。它们可以破坏细胞壁，从而改善目标化合物的提取（Cao 等，2024）。

DESs 也已应用于复杂的食品和生物基质。例如，一种酸性氯化胆碱基 DES 结合超声技术，实现了从动物组织中提取几种元素（Ninayan 等，2024）。它还促进了分析物从复杂固体食品基质中的释放。然而，DES 的化学复杂性可能影响下游分析。据报道，酸性 DES 通过竞争配位和溶剂 - 分析物结合抑制 Al3+ 与黄酮类化合物的络合（Yatsyshina 等，2025）。因此，DES 的选择应考虑提取性能、溶剂 - 基质 - 分析物相互作用以及与后续分析的兼容性。DESs 的难挥发性和低蒸气压也使目标隔离和溶剂再利用复杂化。有机溶剂反萃取、大孔树脂分离、C18 固相萃取和膜透析已被用于 DES 回收。然而，这些方法可能引入有机溶剂污染并增加成本（Tang, Xu 等，2023a）。

可切换 DESs 可能解决这些局限性。它们可以在极性和非极性、亲水和疏水，或高和低离子强度状态之间可逆转变。这种转变可以由 CO2、温度、光或 pH 触发（Yan 等，2023）。pH 可切换 DESs 具有操作简便、提取效率高和具有工业放大潜力。Chen 等（2023）报告了一种 1:1 十二烷酸/辛酸 pH 可切换 DES，比传统方法更高效地提取葡萄籽多糖。该溶剂还显示出循环稳定性和可回收性。Lei 等（2025）开发了一种 1:2 四乙基氯化铵/辛酸 pH 可切换 DES，用于提取桑树多糖。它优于传统热水提取且可回收。pH 响应性氢键超分子组装体的研究提供了一个相关例子。这些组装体可以捕获客体分子并在酸或碱诱导的拆解后释放它们（Imoro 等，2021）。这种行为表明 pH 可以作为受控捕获和释放的外部触发器。利用 pH 可切换 DESs 从富硒食用菌制备硒多糖的研究尚少。据我们所知，可切换 DES 过程如何影响真菌 Se-PPs 中有机和无机硒的分布尚未见报道。这种分布很重要，因为硒的形态决定了营养价值。

物理预处理和联合工艺被广泛用于提高提取得率。这些包括高速剪切、超声、微波、超高压处理和动态高压微流化（Zhang, Yang 等，2025c）。高速剪切和超声辅助提取因其相对简单而广泛应用于食品加工（Vo 等，2024）。在高速剪切过程中，快速旋转的转子产生强烈的剪切力和冲击驱动湍流。这些效应促进材料的分散、压缩和破碎。旋转还在腔室两侧产生压力差，改善样品和溶剂之间的传质（Guo, Zhao 等，2017a）。在超声辅助提取过程中，空化和机械效应破坏细胞壁并促进多糖溶解（Ye 等，2025）。溶剂特性，包括净碱性和氢键能力，也会影响超声辅助分散（Domínguez 等，2025）。这些证据表明，物理破坏和溶剂 - 溶质相互作用共同影响碳水化合物的分散。高速剪切和超声，单独或一起使用，已被应用于几种多糖（Gu 等，2025; Ren 等，2024）。然而，它们与 pH 可切换 DESs 联合使用很少被报道。

密度泛函理论（DFT）计算越来越多地用于研究基于 DES 的植物营养素提取。例子包括 DES 和果胶之间的特异性结合（Zhang, Wu 等，2025d）以及 DES 对半乳甘露聚糖溶解的影响（Guo, Han 等，2025b）。非共价系统的模拟表明，组分预缔合和溶剂竞争可能影响计算的结合能（Polonnikov 等，2023; Sysoeva 等，2023）。因此，我们使用 DFT 比较代表性二元和三元复合物，并估算它们的反冲校正相互作用能（| ）。这些计算并不旨在模拟完整的多糖 - 溶剂系统。

在本研究中，开发了一种 pH 可切换 DES 提取方法，结合高速剪切和超声辅助（HSU-DES），用于从富硒平菇中高效回收硒多糖（Se-PPs），并以高速剪切 - 超声辅助热水提取（HSU-HWE）作为对照。所得产物根据其相应的提取方法分别命名为 HSU-HWE-Se-PPs 和 HSU-DES-Se-PPs。使用响应面法（RSM）优化了 HSU-DES 提取参数。然后，我们评估了提取性能、光谱特征、基于定性 DFT 的相互作用模型、溶剂可重用性、实验室规模绿色性、体外抗氧化活性和总硒含量。我们还评估了可提取无机硒和计算有机硒的操作分布。

章节片段
材料与试剂
富硒平菇菌株来自我们之前的研究（Guan 等，2025）。其子实体由江苏中农科食品工程有限公司培养并加工成 300 目粉末。L-薄荷醇（99.5%）、芳樟醇（98%）、百里香酚（98%）、己酸（99%）、正辛酸（99%）、癸酸（99%）、L-抗坏血酸（99%）、2,2-二苯基 -1-苦基肼（DPPH, 98%）、2,2′-连氮 - 双 (3-乙基苯并噻唑 -6-磺酸) 二铵盐（ABTS, 98%）和尼罗红...

pH 切换 DES 对 Se-PPs 提取过程的影响
最初筛选了 9 种 pH 可切换 DES 从富硒平菇中提取 Se-PPs。如图 2A 所示，不同溶剂体系的提取得率差异很大，表明 HBA-HBD 组合影响了 Se-PPs 的回收。在匹配的样品负载和提取条件下，热水提取的 Se-PPs 得率为 74.80 mg/g，而 DES-5 显著更高（118.69 mg/g）。结合图 2B 中的贡献分析，这些结果表明...

结论
本研究开发了一种结合高速剪切和超声的 pH 可切换芳樟醇/辛酸 DES 工艺，用于从平菇中回收 Se-PPs。HSU-DES 比匹配的 HSU-HWE 产生了更高的得率。DES-5 在 7 次使用后保留了 97.65% 的初始得率，尽管在后续循环中得率略有但显著下降。ComplexGAPI 和 AGREE 表明，在定义的评估边界内具有相对有利的实验室规模绿色性特征。光谱数据...

CRediT 作者贡献声明
杜玉光：可视化。黄田田：监督。庞欣宇：软件，形式分析。张一帆：撰写 – 初稿，形式分析，数据管理。张晶：资源，项目管理。宋松：方法论，数据管理。宗帅：撰写 – 审查与编辑，方法论，资金获取，概念化。

未引用参考文献
Cai et al., 2024; Cai et al., 2024; Cheng et al., 2002; Cheng et al., 2013; Guo et al., 2025; Guo et al., 2022; Guo et al., 2017; Tang et al., 2021; Wang et al., 2011; Wang et al., 2023; Wang et al., 2025; Wang and Li, 2022; Wang et al., 2023; Wang et al., 2022; Yang et al., 2023; Yang et al., 2020; Yang et al., 2021; Yuan et al., 2021; Yuan et al., 2020; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2020; Zhang et al., 2022; Zhang et al., 2025; Zhang et al., 2021.

竞争利益声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或可能影响本论文报告工作的个人关系。

数据可用性声明
支持本研究结果的数据可在合理请求下从通讯作者处获得。

竞争利益声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或可能影响本论文报告工作的个人关系。

致谢
这项工作得到了扬州大学高层次人才研究启动基金（项目编号 137012023）和江苏省产学研联合项目（项目编号 BY20251509）的支持。

宗帅 | 张一帆 | 庞欣宇 | 宋松 | 张晶 | 黄田田 | 杜玉光
扬州大学食品科学与工程学院，中国扬州 225127