基于低共熔溶剂（DES）超声辅助提取铁皮石斛黄酮苷类化合物及UPLC-Triple-TOF/MS快速鉴定的研究

作者与发表信息

本研究由Minghui Sui（浙江工业大学食品科学与工程学院）、Simin Feng（浙江工业大学食品科学与工程学院/中国轻工业食品大分子资源加工技术研究重点实验室）、Gaodan Liu（浙江工业大学）、Bilian Chen（浙江省食品药品检验研究院）和Zhenhao Li（浙江寿仙谷植物药研究所）共同完成，通讯作者为Simin Feng和Ping Shao。研究成果发表于Food Chemistry期刊第401卷（2023年），文章编号134054，于2022年8月30日在线发表。

学术背景

研究领域与科学问题

本研究属于天然产物化学与绿色提取技术交叉领域，聚焦于铁皮石斛（*Dendrobium officinale*）中黄酮苷类化合物的高效提取与快速鉴定。铁皮石斛是亚洲、欧洲和澳大利亚广泛分布的多年生附生草本植物，其茎部富含黄酮类化合物（如芦丁、夏佛塔苷等），具有抗氧化、抗炎和抗慢性疾病（心血管疾病、糖尿病等）的潜在功效。然而，传统有机溶剂（如乙醇、甲醇）提取法存在毒性高、环境污染大、提取效率低等问题。

研究目标

1. 开发绿色提取方法：利用超声辅助低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）技术替代传统有机溶剂，提高黄酮苷提取效率；
   
2. 揭示提取机制：通过理化性质表征和分子动力学模拟，探究DES提取差异的氢键结构机制；
   
3. 建立快速鉴定方法：采用超高效液相色谱-三重四极杆飞行时间质谱（UPLC-Triple-TOF/MS）技术，无需去除DES直接鉴定黄酮苷类化合物。
   

研究流程与方法

1. DES制备与筛选

• DES组成：以氯化胆碱（Choline Chloride, Chol）为氢键受体（HBA），乳酸（Lactic Acid, Lac）、柠檬酸（Citric Acid, Cit）、苹果酸（Malic Acid, Mal）等为氢键供体（HBD），按不同摩尔比（1:1至1:5）制备40组DES。
  
• 理化性质测定：采用流变仪（MCR 52）、密度计（DMA4500M）等测定黏度、密度、pH和电导率。
  

2. 超声辅助提取

• 提取条件：固液比1:30（g/mL），超声温度50°C，功率40 W，离心后取上清液。
  
• 总黄酮定量：紫外分光光度法（UV-Vis）以芦丁为标准品，测定510 nm吸光度，计算提取率。
  

3. 分子动力学模拟

• 软件与模型：使用Material Studio 2020模拟DES与芦丁分子的氢键相互作用，量化氢键数量与长度。
  

4. UPLC-Triple-TOF/MS分析

• 色谱条件：Welch Ultimate LP-C18柱（250 mm×4.6 mm, 1.8 μm），流动相为0.1%甲酸-乙腈梯度洗脱。
  
• 质谱参数：负离子模式（ESI−），碰撞能量40 V，通过PeakView软件和PubChem数据库鉴定化合物。
  

5. 数据统计

• 工具：GraphPad Prism 9和SPSS进行单因素方差分析（ANOVA），R Studio进行聚类热图分析。
  

主要研究结果

1. DES提取效率优化

• 最佳DES筛选：氯化胆碱-乳酸（Chol-Lac, 1:4）提取率最高（35.23±2.12 mg/g），显著优于传统乙醇提取（10.56±0.82 mg/g）。
  
• 黏度与氢键关系：高黏度DES（如Chol-Cit）因紧密氢键网络表现出更高提取效率，但需通过磁搅拌克服扩散限制。
  

2. 分子机制解析

• 氢键结构：Chol-Lac与芦丁形成短而强的氢键（平均长度1.76–1.85 Å），而Chol-Cit因羧基数量多形成更多氢键（总数77.61）。
  
• 理化性质关联：酸性DES（pH）更利于黄酮苷溶解，符合“相似相溶”原则。
  

3. 黄酮苷鉴定与定量

• 化合物鉴定：共鉴定14种黄酮苷，包括芦丁（1.94±0.24 mg/g）、夏佛塔苷、芹菜素型黄酮等（表3）。
  
• 聚类分析：不同DES对黄酮苷的提取选择性差异显著，如Chol-Lac对芦丁提取最优，而Chol-But更适于柚皮素提取。
  

结论与价值

科学意义

1. 绿色技术突破：超声辅助DES技术为天然产物提取提供了高效、低毒的新方法；
   
2. 机制创新：首次通过分子动力学模拟揭示了DES氢键结构与提取效率的定量关系；
   
3. 分析方法优化：UPLC-Triple-TOF/MS无需DES去除步骤，简化了复杂基质中黄酮苷的鉴定流程。
   

应用前景

• 食品与医药领域：DES提取物可直接用于功能性食品或药物递送系统，如Chol-Lac提取的芦丁具有更高的生物可及性；
  
• 工业化潜力：DES的可回收性和低环境负荷符合可持续发展需求。
  

研究亮点

1. 多学科方法整合：结合实验表征、模拟计算与高分辨质谱，全面解析提取-结构-活性关系；
   
2. 新颖性发现：提出“黏度-氢键紧密度”正相关理论，为DES设计提供新思路；
   
3. 技术普适性：该方法可扩展至其他药用植物活性成分的提取与鉴定。
   

其他价值

• 数据库贡献：补充了铁皮石斛黄酮苷的组成信息，如首次报道其中含有山奈酚-3-O-芸香糖苷；
  
• 方法学启示：为天然产物研究中DES-质谱联用技术建立了标准化流程。
  

（全文共计约2000字）