超声辅助天然深共晶溶剂提取鹰茶黄酮类化合物：COSMO-RS筛选、优化及体外淀粉消化

《Food Chemistry: X》：Ultrasound-assisted natural deep eutectic solvent for the extraction of flavonoids from hawk tea: COSMO-RS screening, optimization, and in vitro starch digestion

　　

研究人员开发了一种超声辅助天然深共晶溶剂（UAE–NADES）方法，用于提取鹰茶黄酮类化合物（HTFA）。通过真实溶剂导体屏蔽模型（COSMO-RS）引导的筛选和实验验证，确定了甜菜碱-尿素为最佳溶剂。采用响应面法（RSM）优化了UAE–NADES系统用于HTFA提取，获得了832.96?±?14.72?mg RE/g DW的产率。机制研究表明，UAE–NADES系统通过细胞壁破坏和氢键作用促进提取。HPD600树脂有效纯化了粗提物，吸附遵循准二级动力学，而回收的NADES在四个循环中保持了良好的提取性能。纯化提取物（PFE）中的主要黄酮类化合物为紫云英苷、异槲皮苷和金丝桃苷。在体外淀粉消化过程中，PFE降低了估算血糖指数，增加了抗性淀粉，并抑制了α-淀粉酶（IC₅₀?=?0.13?mg/mL）。该研究为HTFA提供了一种绿色提取和纯化策略，并展示了其对α-淀粉酶活性和体外淀粉消化的影响。

**论文解读：超声辅助天然深共晶溶剂提取鹰茶黄酮类化合物的绿色策略及体外消化特性**

**1. 研究背景与意义**

鹰茶（Hawk Tea, HT）作为一种兼具药用与营养价值的非茶类草本饮料，其黄酮类化合物（HTFA）具有降血糖、抗氧化和抗炎等生物活性，在功能性食品领域潜力巨大。然而，传统有机溶剂提取法存在环境与安全问题，而天然深共晶溶剂（NADES）虽为绿色替代品，但其组合众多，依赖经验筛选效率低下。超声辅助提取（UAE）可增强传质，但与NADES联用仍需优化。此外，HTFA提取物的纯化及对淀粉消化的影响尚不明确。因此，研究人员开发了一种集成COSMO-RS（真实溶剂导体屏蔽模型）预测筛选、UAE-NADES提取及树脂纯化的可持续策略，旨在高效回收HTFA并评估其体外抗氧化、α-淀粉酶抑制及淀粉消化调节作用。该论文发表在《Food Chemistry: X》。

**2. 主要关键技术方法**

研究人员采用的主要关键技术包括：①基于密度泛函理论（DFT）的COSMO-RS模拟，预测238种NADES系统中五种代表黄酮的相对溶解度，筛选出高效溶剂；②超声辅助天然深共晶溶剂（UAE-NADES）提取，结合响应面法（RSM）中的Box-Behnken设计优化提取参数；③大孔树脂（HPD600）静态及动态吸附/解吸实验，用于纯化粗提物；④超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）进行非靶向代谢物谱分析和靶向定量；⑤体外DPPH和ABTS^•+自由基清除实验评估抗氧化活性，以及α-淀粉酶抑制实验和体外淀粉消化模型（模拟胃肠消化，计算快速消化淀粉RDS、慢速消化淀粉SDS、抗性淀粉RS及估算血糖指数eGI）。样本来源：鹰茶茶叶（Litsea coreana Levl. var. lanuginosa）采集自重庆市农业科学院茶叶研究所茶树种质资源库。

**3. 研究结果**

**3.1 COSMO-RS-based prediction and experimental validation of NADES**
通过COSMO-RS预测，五种黄酮在甜菜碱或肉碱类NADES中溶解度较高，这与σ-谱图和σ-电势分析揭示的强氢键接受能力一致。实验验证中，甜菜碱-尿素（Bet:Ur）因中等黏度和弱碱性pH，获得最高提取产率（635.16 mg RE/g DW），比80%乙醇高18.1%，且COSMO-RS预测与实验产率呈中等正相关（r=0.477），证明其作为预筛选工具的有效性。

**3.2 Extraction process optimization**
单因素实验表明，在液料比50 mL/g、超声时间30 min、超声功率300 W、温度50°C、含水量20%及HBA/HBD摩尔比1:2时产率最高。Plackett-Burman设计筛选出含水量、液料比和超声温度为关键因素。Box-Behnken响应面优化确定最优条件：含水量21.3%、液料比47 mL/g、超声温度48°C，实际产率832.96±14.72 mg RE/g DW，与预测值一致。

**3.3 FTIR spectroscopy and SEM studies**
FTIR显示Bet:Ur NADES通过氢键稳定存在，UAE-NADES提取物在OH和CO伸缩区吸收峰增强，表明氢键作用促进黄酮溶解。SEM图像显示，UAE-NADES处理后残渣表面出现大量孔洞、裂缝和结构剥落，细胞壁破坏程度远超传统溶剂提取，归因于超声空化与尿素-纤维素氢键相互作用的协同效应。

**3.4 Resin selection for crude extract enrichment**
比较16种大孔树脂，HPD600因吸附容量（4.62 mg/g）与解吸率（93.07%）的均衡性被选中。吸附动力学符合准二级模型（R²=0.9987），表明化学吸附为主导。吸附等温线符合Langmuir模型（R²>0.99），为单分子层吸附，且温度升高吸附量降低。热力学参数（ΔG<0，ΔH=-11.42 kJ/mol，ΔS<0）表明吸附为自发、放热、物理吸附过程。

**3.5 Enrichment of crude flavonoid extract by the HPD600 resin column**
动态吸附实验中，流速1.5 BV/h时突破体积（BV₁₀）为4.56 BV，动态突破容量（q₁₀）为3.17 g/L树脂床，兼顾效率与容量。洗脱优化表明，70%乙醇在1.5 BV/h下洗脱效果最佳，3 BV洗脱体积可回收95.3%的黄酮，乙醇回收率在四个循环中稳定在86-88%。

**3.6 Reusability of NADES**
Bet:Ur NADES在四个连续提取-解吸循环中提取效率无显著下降，FTIR、pH和黏度分析显示其理化性质稳定，表明具有良好的可回收性和重复使用性。

**3.7 Non-targeted metabolite profiling and UPLC–QTOF–MS targeted quantification of purified extract**
非靶向代谢组学鉴定出108种黄酮相关化合物，以黄酮苷类为主（38%）。靶向定量表明，紫云英苷（astragalin）含量最高（11.79 mg/g），其次为异槲皮苷（isoquercitrin, 9.47 mg/g）和金丝桃苷（hyperoside, 1.76 mg/g），并首次检测到三叶豆苷（trifolin）和山奈酚-3-O-芸香糖苷（kaempferol-3-O-rutinoside）。

**3.8 Antioxidant capacity of the PFE**
纯化提取物（PFE）在2 mg/mL浓度下，DPPH和ABTS^•+自由基清除率分别为76.8%和93.8%，IC₅₀值分别为0.205 mg/mL和0.404 mg/mL，表现出浓度依赖的抗氧化活性。

**3.9 In vitro digestive properties**
PFE对α-淀粉酶呈浓度依赖抑制，IC₅₀为0.13 mg/mL，其中金丝桃苷抑制活性最强（IC₅₀=0.13 mg/mL），其次为紫云英苷、三叶豆苷、山奈酚-3-O-芸香糖苷和异槲皮苷，表明苷元结构与糖基化模式共同影响抑制活性。体外淀粉消化实验显示，PFE降低淀粉水解率（57.92% vs 对照69.67%），抗性淀粉（RS）含量从12.77%升至36.57%，水解指数（HI）降至46.27%，估算血糖指数（eGI）降至65.11%，表明其可延缓淀粉消化并增加抗性淀粉比例。

**4. 讨论与结论**

讨论部分指出，该研究成功建立了集成COSMO-RS预测、UAE-NADES提取和树脂纯化的绿色策略，实现了HTFA的高效回收（832.96 mg RE/g DW），并揭示了超声与NADES的协同机制。PFE具有良好的抗氧化性和α-淀粉酶抑制活性，在体外消化模型中可降低淀粉消化率和eGI，主要活性成分黄酮苷的结构差异（如C2=C3双键和C3羟基）是功能基础。但COSMO-RS预测未充分考虑实际含水量、黄酮形态及传质效应，机制验证需进一步分子层面研究；生物活性评价限于体外，主要黄酮单体抗氧化活性未单独明确；回收NADES中残留尿素及单体组成变化也未定量评估。未来需整合分子模拟、细胞和动物实验、残留分析及中试评估。

**研究结论翻译**：
本研究建立了一种绿色高效的策略，整合了COSMO-RS引导的溶剂筛选、UAE-NADES提取和树脂纯化，用于鹰茶黄酮的资源化利用。热力学预测与实验优化的结合不仅实现了高提取产率（832.96 mg RE/g DW），还提供了超声-NADES协同效应的机制见解。值得注意的是，回收的NADES在四个循环中保持了良好的提取性能，而纯化提取物表现出显著的抗氧化活性和α-淀粉酶抑制（IC₅₀=0.13 mg/mL）。五种定量黄酮单体也显示出不同程度的α-淀粉酶抑制，其中金丝桃苷活性最强，其次为紫云英苷、三叶豆苷、山奈酚-3-O-芸香糖苷和异槲皮苷。在体外消化模型中，PFE进一步降低了淀粉水解率和估算的血糖指数。这些发现凸显了所提出平台在可持续回收生物活性黄酮方面的潜力，并展示了PFE在体外条件下对α-淀粉酶活性和淀粉消化的影响。