用于Rhodotorula glutinis类胡萝卜素可持续回收及稳定性增强的低共熔溶剂筛选：实验与COSMO-SAC联合方法

《Separation and Purification Technology》：Screening of deep eutectic solvents for sustainable recovery and enhanced stability of carotenoids from Rhodotorula glutinis: A combined experimental and COSMO-SAC approach

　　

Rhodotorula glutinis酵母能够积累具有工业应用价值的重要类胡萝卜素。然而，从酵母细胞中提取类胡萝卜素以及类胡萝卜素在有机溶剂中的物理化学不稳定性，是其工业开发的关键瓶颈。本研究采用计算机模拟（COSMO-SAC）与实验相结合的方法，筛选基于L-薄荷醇（L-menthol）的低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）作为可持续替代方案，用于从R. glutinis生物质中同时回收类胡萝卜素，并直接在用于提取的DES中评估其稳定性。研究人员筛选了多种DES配方，发现用作氢键供体（Hydrogen Bond Donor, HBD）的羧酸显著影响提取率。由L-薄荷醇和己酸组成的DES（[Men:Hex]）在50%（v v^?1）乙醇溶液中实现了最高的类胡萝卜素回收率。此外，使用DES提取的类胡萝卜素在较低储存温度下表现出更高的稳定性。计算与实验相结合的策略能够合理选择最合适的溶剂体系，使基于L-薄荷醇的DES成为从微生物生物质中可持续回收类胡萝卜素的可行、适用且具有稳定作用的平台，与传统挥发性有机溶剂相比具有竞争优势。

类胡萝卜素（carotenoids）是一类具有共轭双键结构的天然色素，赋予生物体从黄色到红色的特征颜色，并具有多种生物活性，广泛应用于食品、营养保健品、制药、化妆品和动物饲料等领域。微生物来源因可利用低成本底物并在受控条件下优化生产而备受关注。其中，Rhodotorula glutinis酵母能够通过甲羟戊酸途径合成β-胡萝卜素（β-carotene）、圆红酵母红素（torularhodin）和红酵母烯（torulene），这些类胡萝卜素具有重要的工业应用潜力。然而，类胡萝卜素在酵母细胞内积累，其回收需要有效的细胞破碎和提取；传统方法依赖挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs），存在毒性、挥发性和环境污染等问题。同时，类胡萝卜素的共轭结构在提取和储存过程中易发生氧化和异构化降解。低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）作为一类绿色溶剂，具有低毒性、可忽略的挥发性、生物可降解性和易于制备等优点，特别是疏水性L-薄荷醇基DES对亲脂性分子有较高亲和力。但DES组合数量庞大，需要理性的筛选策略。COSMO-SAC模型可通过计算溶质-溶剂亲和力实现虚拟筛选。该研究结合实验与COSMO-SAC，系统评估了L-薄荷醇基DES从R. glutinis中回收类胡萝卜素的性能及稳定性，相关成果发表在《Separation and Purification Technology》。

研究人员开展的研究主要包括：采用COSMO-SAC模型以圆红酵母红素为代表分子，预测多种DES中的无限稀释活度系数（γ_i^∞）和σ-分布，筛选出L-薄荷醇基DES；通过固液萃取（Solid-Liquid Extraction, SLE）比较了不同羧酸（乙酸、丙酸、己酸、辛酸、癸酸）作为氢键供体时的提取率；系统优化了温度、孵育时间、固液比和DES-乙醇比例等关键参数；并在不同储存温度下考察了类胡萝卜素稳定性，结合一级反应动力学和Arrhenius方程确定降解动力学与热力学参数；此外，采用CIELAB色度系统评估颜色稳定性。所用菌株为Rhodotorula glutinis CCT-2186，来源于巴西热带培养物保藏中心André Tosello。主要关键方法包括：COSMO-SAC计算预测、DES合成与1H NMR表征、紫外-可见分光光度法（UV-VIS）定量、稳定性动力学建模及色度分析。

### 3.1 COSMO-SAC模型预测与DES筛选

通过COSMO-SAC计算发现，含L-薄荷醇的DES对圆红酵母红素表现出比含氯化胆碱的DES更低的ln γ_i^∞值