从Paederia scandens中绿色提取生物活性化合物：一种基于离子液体的超声辅助基质固相分散方法，并结合计算机辅助分析

《Journal of Chromatography A》：Green extraction of bioactive compounds from Paederia scandens: An ionic liquid-based ultrasound-assisted matrix solid phase dispersion approach with computer-aided analysis

　　

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  开发了一种针对Paederia scandens的绿色离子液体-超声辅助基质固相分散（IL-UAMSPD）提取方法。
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  计算机辅助分析阐明了提取机制。
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  该方法比传统技术的提取效率更高。
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  这种方法是天然产物提取的可持续且有效的方法。

引言

植物提取物是天然药物的重要来源，特别是在传统中医（TCM）中。植物提取物的价值在于其次生代谢物的结构多样性，这一特性使得生物活性化合物能够与多种生物靶点相互作用^{[1, 2}。这些化合物具有抗菌、抗炎和抗寄生虫作用，这些效果在中医理论中有记载，并通过现代药理学研究得到证实^[3, [4], [5]^{。获取植物提取物首先需要从植物材料中高效提取目标化合物。因此，选择合适的提取方法对于实现目标化合物的回收至关重要。}

Paederia scandens（Lour.）Merr.属于茜草科，其全株和根均可用于药用^{[6。传统上，它被用来驱风除湿、促进消化和缓解咳嗽[7。现代研究表明，鸢尾苷（如paederoside、paederosidic acid、asperuloside）和绿原酸具有抗炎、神经保护和抗氧化作用[8, [9], [10]。由于Paederia scandens未收录在《中国药典》中，目前没有官方的质量控制参考物质。因此，开发一种简单、可靠且环保的提取和定量方法对其临床应用和质量控制至关重要。}

传统的提取方法（如溶剂提取和回流提取）会消耗大量有机溶剂和能源^{[11, 12。此外，高温可能导致不稳定成分的降解[13。因此，需要更高效、更环保的提取方法。已经探索了几种绿色溶剂，包括超临界流体、深共晶溶剂（DES）和离子液体（ILs）[14, [15], [16]。其中，ILs具有几乎可以忽略的蒸气压和高热稳定性[17。除了这些特性外，ILs既可作为氢键受体（通过阴离子），也可作为氢键供体（通过阳离子），从而与分析物发生多种相互作用（如氢键连接、π-π堆积和静电作用），共同提高提取效率[18。由于这些优势，ILs已被广泛用于提取精油、黄酮类和多糖[19, [20], [21]。然而，ILs的相对较高粘度要求将其与高效的样品制备技术结合使用，以减少消耗并提高传质速率。超声辅助可以有效降低ILs的粘度，促进溶剂与目标分析物之间的接触并加速传质[22, 23。基质固相分散（MSPD）是一种绿色样品预处理方法，将研磨、匀质化、提取、纯化和富集集成到一个操作中，减少了有机溶剂的消耗和操作时间[24。传统的MSPD吸附剂选择性有限且基质干扰严重[25。分子筛作为吸附剂，通过可调纳米通道和高的比表面积实现高效吸附[26, 27。}

为了进一步阐明IL增强目标分析物提取效率的分子机制，采用了量子化学计算和视觉分析方法。密度泛函理论（DFT）计算可以确定ILs与目标分析物之间的 binding能量，并识别最理想的相互作用位点^{[28, 29。基于DFT的静电势（ESP）分布分析和独立梯度模型（IGMH）等技术被广泛用于可视化并解释分子层面的分子间相互作用[30, 31。这些方法为理解基于IL的提取机制提供了重要见解，使其成为阐明IL基提取过程的强大工具[32。}

本研究建立了一种基于离子液体的超声辅助基质固相分散（IL-UAMSPD）方法。通过单因素实验优化了提取参数。在优化条件下，该方法用于从Paederia scandens中提取8种化合物，包括7种鸢尾苷和绿原酸。这项工作的创新之处有二：首先，所建立的IL-UAMSPD方法不仅适用于Paederia scandens，还具有扩展到其他中药材的潜力，体现了其多功能性；其次，引入了DFT模拟来揭示IL与目标分析物在分子层面的相互作用，为基于IL的提取系统的合理设计提供了理论基础。最后，使用分析生态尺度（AES）和绿色分析程序指数（GAPI）评估了该方法的环境友好性。

章节片段

材料与试剂

参考物质购自成都Dest Biotechnology（中国成都），包括Scandoside（批次号DSTDQ007102，纯度≥98%）、Deacetyl asperulosidic acid methyl ester（批次号DST230801-069，纯度≥98%）、Asperulosidic acid（批次号DSTDC006801，纯度≥98%）、Chlorogenic acid（批次号DSTDL002103，纯度≥98%）、Asperuloside（批次号DST241107-067，纯度≥98%）、Paederosidic acid（批次号DST230815-009，纯度≥98%）、Paederoside（批次号DST230329-008，纯度≥98%）等。

吸附剂类型

在IL-UAMSPD方法中，吸附剂不仅通过机械方式破坏植物细胞结构释放目标分析物，还基于其表面性质吸附这些分析物。这样，在合适的洗脱条件下，分析物可以有效地转移到溶剂相中^{[36。系统比较了多种吸附剂（包括ZSM-5、ZSM-22（未煅烧）、ZSM-22(70)、ZSM-35、MCM-41和SBA-3）对生物活性化合物的提取效率}

结论

建立了一种环保高效的IL-UAMSPD提取方法，用于从Paederia scandens中提取鸢尾苷和绿原酸。通过DFT和IGMH研究了最优IL与目标分析物之间的分子相互作用机制，发现氢键在提高提取效率中起着关键作用。与传统提取方法相比，所开发的IL-UAMSPD方法获得了更高的提取效率

作者贡献声明

Xiaoyu Miao：撰写 – 原始草稿、方法学设计、数据整理。 Yang Liu：验证、监督、软件开发。 Ting Zhang：撰写 – 审稿与编辑、数据整理。 Jiaxin Shi：方法学设计、实验研究。 Zhaoyu Jia：方法学设计、实验研究。 Wenyu Shi：方法学设计、实验研究。 Byambasuren Dorjsuren：撰写 – 审稿与编辑、监督。 Jin Li：监督、数据整理。 Hua Jin：撰写 – 审稿与编辑、概念构思。 Shujing Chen：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了现代中药新技术创新专项（24ZXZKSY00010）和海河实验室现代中药科技项目（25HHZYSS00028）的资助。