王新茗，馬天宇，徐麗華，王 曉*

（1.山東中醫(yī)藥大學 藥學院，山東 濟南 250355；2.齊魯工業(yè)大學（山東省科學院），山東省分析測試中心，山東 濟南 250014）

天然產(chǎn)物是指動物、植物和微生物體內(nèi)的活性成分及代謝產(chǎn)物等，包括黃酮類、木質(zhì)素類、酚類、生物堿類、多糖類、精油類等化合物[1]。作為主要原料或添加劑，天然產(chǎn)物已廣泛應用于食品、飲料、藥品、化妝品等領(lǐng)域。天然產(chǎn)物的傳統(tǒng)提取溶劑多為乙醇、乙酸乙酯、石油醚等有機溶劑，而有機溶劑提取普遍存在提取耗時長，消耗溶劑量大，提取效率低，對環(huán)境污染嚴重等問題。隨著人們的環(huán)境保護意識逐漸深刻，對天然產(chǎn)物的提取用溶劑提出了更高的要求，探索能替代傳統(tǒng)溶劑的新型綠色溶劑成為天然產(chǎn)物提取的熱點問題。

離子液體（ionic liquid，IL）是一種熔點接近或低于室溫的綠色溶劑，與傳統(tǒng)的有機溶劑相比，它具有低毒、環(huán)保、可回收、結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)節(jié)等特點，在催化反應、電化學、分析化學、提取分離等領(lǐng)域應用廣泛。但由于其成本較高，合成工序較為復雜，生物降解性差，且合成離子溶劑常用的吡啶、咪唑等仍具有不亞于有機溶劑的毒性，因此在實際應用中有一定的局限性[2-3]。一種性質(zhì)與離子液體十分類似的新型溶劑——低共熔溶劑（deep eutectic solvent，DES）在2003年由Abbott首次發(fā)現(xiàn)，該溶劑由氯化膽堿和尿素（摩爾比1:2）組成，熔點為12 ℃。與離子液體相比，低共熔溶劑還具有價廉易得、無毒環(huán)保、易于制備、可生物降解等優(yōu)點[4-5]。隨著公眾對于“天然”、“環(huán)?！焙汀熬G色”的要求不斷提高，綠色化學成為近年的研究熱點之一，低共熔溶劑作為一種無毒可降解的綠色溶劑，在有機合成、提取分離、環(huán)境分析、功能材料合成等領(lǐng)域都有廣泛的應用。本文對低共熔溶劑提取天然產(chǎn)物的研究進行綜述，以期為低共熔溶劑在天然產(chǎn)物提取方面的應用提供參考。

1 低共熔溶劑的組成和制備

低共熔溶劑通常是由一定摩爾比的氫鍵供體（hydrogen-bond donor，HBD）和氫鍵受體（hydrogen-bond acceptor，HBA）通過分子間氫鍵形成的室溫條件下呈液態(tài)的均一混合物。其中的氫鍵供體常選用有機酸、多元醇、酰胺類和糖類等，氫鍵受體常用季銨堿、氨基酸、金屬離子等[6-7]。常見的低共熔溶劑分類見表1。

表1 低共熔溶劑的分類[6]

制備DES常使用加熱制備和冷凍干燥兩種方法。其中加熱制備法是在一定溫度條件下將氫鍵供體和氫鍵受體混合均勻的制備方法；而冷凍干燥法是將各組分分別溶于水后合并并混勻、低溫冷凍，待呈澄清黏稠時進行干燥。目前的研究中多使用加熱制備法進行制備。

2 低共熔溶劑的性質(zhì)

與離子液體一樣，低共熔溶劑也具有許多特殊的理化性質(zhì)，且隨組分的種類和摩爾比不同，理化性質(zhì)也有以下差異：（1）熔點：大多數(shù)情況下，DES的熔點較低且低于任一組分，大多在-66～150 ℃范圍內(nèi)[8]。這一性質(zhì)主要是氫鍵供體和氫鍵受體之間形成了氫鍵網(wǎng)絡，使離子出現(xiàn)電荷離域所形成的；此外，DES組分的化學計量比也會影響其熔點。熔點越低，越有利于提取過程中介質(zhì)的傳輸，因此熔點較低的DES在提取分離中有更為廣泛的應用[9]。（2）黏度：DES一般黏度較高（＞100 cP）[10]。Abbott等[11]在研究氯化膽堿與羧酸形成的DES時，發(fā)現(xiàn)其黏度主要受離子的流動性和空穴效應的影響。同時，DES中各組分之間大量的氫鍵網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、范德華力及其他靜電相互作用力也大大降低了它的流動性。在一些萃取過程，如單滴液相微萃取（SDME）中，高黏度有利于萃取液在針尖形成較大的懸浮液滴，對提取起到積極作用[7]。但在大多數(shù)的提取應用中，高黏度的DES往往會對目標化合物的擴散產(chǎn)生負面影響，使其應用有一定的局限性。因此，在實際應用中，常通過加水對DES的黏度、極性等性質(zhì)進行調(diào)整，以達最佳的提取效率。（3）導電性：DES與離子液體類似，也具有較高的導電性，其電導率范圍多在0.028～52 mS/cm[8]。DES的導電性源于其中陰陽離子的移動傳輸電荷和體系內(nèi)氫鍵網(wǎng)絡的電子移動傳輸電荷。溫度是影響DES電導率的主要因素，溫度越高，氫鍵網(wǎng)絡中電子傳輸效率越快，電導率越高。同時，氫鍵供體與氫鍵受體的摩爾比也對其電導率有一定影響。（4）表面張力：DES的表面張力大于多數(shù)傳統(tǒng)分子溶劑、咪挫類離子液體等。其大小也主要取決于DES中分子間作用力的強弱，因此與黏度有相似的趨勢，常隨溫度的升高而降低[12]，且隨氫鍵供體的比例增加而降低。如氯化膽堿-尿素組成的DES中，氯化膽堿的摩爾比越大，分子間相互作用（如氫鍵網(wǎng)絡）的強度降低，表面張力變小。（5）極性和溶解度：DES的極性范圍較寬，主要與溫度[13]、組成組分和氫鍵供體的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般情況下，DES的極性隨溫度的升高而降低。同時，DES對金屬氧化物、氣體（尤其是CO2）、藥物分子等都具有很好的溶解性能，因此DES常作為溶劑應用于提取分離過程。（6）含水量：在DES中添加一定比例的水可達到調(diào)節(jié)其物理化學性質(zhì)的效果。Dai等[14]研究表明，少量的水能降低DES黏度。而電導率隨含水量的增加而增大，并在達到10～100倍后下降。但由于DES組分間由氫鍵相連，因此水等高極性溶劑的存在不僅能改變其理化性質(zhì)，還會對其提取能力產(chǎn)生影響[15]，當含水量在50 %以上時，HBA與HBD的相互作用隨水的稀釋而減弱甚至消失，因此在實際應用中合適的含水量十分重要[14]。（7）低毒性：DES毒性較低，且易于生物降解[16]。但有研究指出，DES的毒理學行為與其組成組分（HBD和HBA）的毒理學行為不同，其細胞毒性高于單個組分，DES對人和動物細胞的毒理作用仍待進一步研究[17]。

3 低共熔溶劑在天然產(chǎn)物提取中的應用

3.1 DES在黃酮類化合物提取中的應用

黃酮是以C6-C3-C6為基本骨架的一類化合物，具有抗癌、抗腫瘤、治療心腦血管疾病、抗炎鎮(zhèn)痛、保肝護肝等藥理作用[18-21]。對黃酮類化合物的提取分離一直是研究人員關(guān)注的熱點。Ahmad等[22]采用超聲輔助DES提取蕎麥芽中主要黃酮化合物，并對18種不同的氯化膽堿型DES的提取能力進行了評價和優(yōu)化，最終選取了含水量為20 %的氯化膽堿-三乙二醇（摩爾比1:4），該溶劑對蕎麥芽中黃酮的提取效率顯著高于試驗中其他DES（P＜ 0.05），且對杜荊素和蘆丁的提取率顯著高于傳統(tǒng)提取溶劑甲醇（P＜ 0.05）。該研究指出，這是由于氯化膽堿-三乙二醇DES中缺少HBD組分，且三乙二醇缺少包封氯離子的支鏈，從而增強了黃酮類與氯離子之間親和力。采用響應面法對試驗條件進行優(yōu)化：最優(yōu)提取溫度為56 ℃，提取時間為40 min。用C18柱固相萃取可對DES中的黃酮類化合物進行高效回收，回收率可達97 %。這為基于綠色提取法從植物原料中提取黃酮類化合物提供了一種高效、便捷的選擇。

Cui等[23]采用微波輔助低共熔溶劑提取法（DES-MAE）對鴿豆根中的染料木漆（genistin）、染料木素（genistein）和芹菜素（apigenin）進行提取，通過響應面設計對試驗條件進行優(yōu)化：將含水量為30 %的己二醇-氯化膽堿（摩爾比7:1）組成的DES作為提取溶劑，在微波功率為600 W、液料比為14 ml/g、提取溫度80 ℃、提取時間11 min的條件下，得到染料木漆、染料木素和芹菜素的提取率分別為0.499，0.617，0.221 mg/g。與熱回流輔助和超聲輔助提取相比，DES-MAE法提取效率高，提取時間短。

DES作為提取溶劑可增加活性組分的溶解度。Zhang等[24]建立了一種運用天然低共熔溶劑（NADES）從槐花中提取蘆丁的方法。與水提法相比，蘆丁在選用的11種NADES中的溶解度增加了67～3116倍，提取效率最高的是摩爾為1:1的氯化膽堿-三甘醇[提取率：（280.4±2.7）mg/ml]。

花青素及其衍生物作為一種離子型的黃酮類化合物，多具有較強的自由基清除能力，是一類優(yōu)秀的天然抗氧化劑。Cao等[25]采用氯化膽堿-丙二酸組成的DES（Ch-M55）對銀杏葉中原花青素（PAC）進行提取，并用響應面法對提取條件進行優(yōu)化：氯化膽堿-丙二酸（摩爾比1:2），含水量55 %，提取溫度65 ℃，提取時間53 min，液料比10.57 ml/g，提取率高達（22.19±0.71）mg/g，遠高于傳統(tǒng)有機溶劑。同時對各提取法得到的PAC抗氧化活性進行了比較，發(fā)現(xiàn)Ch-M55提取的PAC抗氧化活性與70 %丙酮提取的PAC相近，但略低于70 %甲醇和70 %丙酮提取的PAC。這可能是由于各溶劑提取的PAC聚合度不同。但考慮到生物降解性和毒性，基于Ch-M55的提取方法更高效、綠色、環(huán)保，可為從銀杏葉中提取PAC提供參考。此外，PAC非常不穩(wěn)定，其核心黃酮陽離子結(jié)構(gòu)對熱、光照、氧化和酶脅迫敏感性較高，加熱即會導致其共價鍵斷裂。而DES中PAC穩(wěn)定性明顯提高。Dai等[26]研究表明，與傳統(tǒng)溶劑水、40 %乙醇等相比，NADES能提高花色苷在高溫、光照等條件下的穩(wěn)定性，NADES含水量越高，黏度越低，花色苷的穩(wěn)定性越好。這可能與花色苷與溶劑之間的強氫鍵作用有關(guān)。

除了傳統(tǒng)的超聲輔助低共熔溶劑提取法（DES-UAE）、DES-MAE等，研究人員還將一些新技術(shù)作為輔助以提高DES對天然產(chǎn)物的提取能力，如超高壓提?。║PE）[9]、負壓空化萃?。∟PCE）、高速均質(zhì)化法（HSH）等。

3.2 DES在木質(zhì)素類化合物提取中的應用

木質(zhì)素是一種多酚類大分子物質(zhì)，由于其分子量大、分子內(nèi)和分子間具有氫鍵網(wǎng)絡、芳香集團pi-pi的堆積作用等，結(jié)構(gòu)非常緊湊，因此溶解木質(zhì)素較為困難。從植物原料中分離木質(zhì)素常用兩種方法：其一是將原料中除木質(zhì)素之外的組分溶解并除去，過濾分離得到木質(zhì)素；其二是將木質(zhì)素溶解，過濾除去纖維素等不溶性組分。目前DES提取木質(zhì)素類物質(zhì)多采用第一種方法[27]。Malaeke等[28]運用DES對木質(zhì)素、纖維素和木聚糖的溶解能力進行了研究，發(fā)現(xiàn)所有DES都表現(xiàn)出良好的木質(zhì)素溶解能力，在氯化膽堿-間苯二酚DES中溶解度高達48.15 %（w/w），為目前木質(zhì)纖維素生物聚合物在溶劑中能達到的最大溶解度，而纖維素和半纖維素的溶解度均明顯低于木質(zhì)素。該研究指出，這是由于DES中氯化膽堿等具有易于接受氫鍵的性質(zhì)，能克服木質(zhì)素分子間和分子內(nèi)的相互作用，提高溶液中組分的遷移率和擴散率。而氫鍵供體，羥基和苯基都能與木質(zhì)素低聚糖相互作用，起到增溶效果。Song等[29]建立了一種基于DES處理和連續(xù)有機溶劑分離的溫和條件下通過酸解和疏水作用從白楊中分離木質(zhì)素的有效方法。采用DES提取預處理過的白楊樣品后依次用乙酸乙酯、乙醇、丙酮、二烷/水（95:5）進行萃取，有效去除了以糖類衍生物為主的雜質(zhì)。該方法能分離出具有可調(diào)節(jié)鍵、基團和各種結(jié)構(gòu)特征的木質(zhì)素組分，并在木質(zhì)素的分離、改性和解聚中起到重要作用。

同時DES的pH對木質(zhì)素的分離效果也有一定的影響，且該影響與傳統(tǒng)的酸性或堿性溶劑相似。Tan等[30]用6種pH不同的DES對油棕櫚果串進行了一步分餾處理，并對pH值和官能團變化對脫木質(zhì)素效率的影響進行了評估。用水對油棕櫚果串進行提取后乙醇萃取24 h，得到的油棕櫚果提取物與DES（10 %，w/w）在120 ℃油浴條件下充分混合提取8 h。發(fā)現(xiàn)摩爾比為1:5的氯化膽堿-乳酸組成的DES（pH 0～1）表現(xiàn)出了良好脫木質(zhì)素效果，木質(zhì)素的去除率為88 %。同時，與傳統(tǒng)酸水解的原理不同，酸性DES對木質(zhì)素的解離作用主要靠HBD和HBA之間的氫鍵，且酸性DES分離木質(zhì)素的效率多優(yōu)于傳統(tǒng)的酸水解。

3.3 DES在酚類化合物提取中的應用

酚類化合物是一種來源廣泛的優(yōu)秀的天然抗氧化劑，具有調(diào)節(jié)免疫、預防心血管疾病、修復肝損傷、預防癌癥等藥理活性[31-33]。Wei等[34]用14種DES對木豆葉中極性不同的14種酚類進行提取，發(fā)現(xiàn)由氯化膽堿和麥芽糖組成的DES對不同極性化合物的萃取范圍較寬，對14種酚類物質(zhì)的總提取率高，且優(yōu)于常規(guī)溶劑。優(yōu)化條件如下：氯化膽堿-麥芽糖（摩爾比1:2），含水量20 %，萃取溫度60 ℃，料液比30:1 ml/g，微波時間12 min。另外，采用主成分分析對不同提取溶劑和目標化合物提取效率的相關(guān)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和乳酸制備的DES和80 %乙醇對其中的弱極性酚類提取效率最優(yōu)。

通過改變組成DES的溶劑種類和比例，能實現(xiàn)對目標化合物的選擇性提取。Wang等[35]建立了一種利用DES從無花果中同時提取補骨脂素（PSL）、補骨脂酸葡萄糖苷（PAG）、蘆?。≧T）、咖啡基蘋果酸（CMA）、香柑內(nèi)酯（BET）5種活性成分的方法。該研究發(fā)現(xiàn)，氯化膽堿-甘油組成的DES對CMA和PAG的提取率最高，氯化膽堿-木糖醇對RT的提取率最高，而氯化膽堿-果糖對BET的提取率最高，甘油、木糖醇和果糖組成的DES可能對目標化合物均有較好的提取能力。最終優(yōu)化得到的提取率最高的DES由甘油、木糖醇、D-果糖（摩爾比3:3:3）組成，與傳統(tǒng)提取溶劑甲醇相比，能同時提高5個目標化合物的提取率。該研究為利用DES的選擇性提高酚類的提取效率提供了一定參考。

Chanioti等[36]采用DES，并聯(lián)合使用高速均質(zhì)化法（HAE）、微波提取法（MAE）、超聲提取法（UAE）和高靜水壓提取法（HHPAE）等較為創(chuàng)新的輔助提取方法對橄欖果渣中總酚進行提取，并對橄欖果渣中總酚含量、抗氧化活性和單個酚類化合物的提取效率的相關(guān)性進行了研究。發(fā)現(xiàn)NADES對提取物的抗氧化活性有顯著影響，在均質(zhì)速度12 000 r/min、溫度60 ℃條件下，提取物抗氧化活性以IC50計可達5.11±0.85 g（提取物）/g（DPPH）。且與傳統(tǒng)溶劑（70 %乙醇）相比，研究中多數(shù)DES都能顯著提高酚類化合物的提取效率，為大規(guī)?；厥臻蠙旃蟹宇惢衔锾峁┝艘环N快速高效的選擇。

DES提取法在食品和保健品領(lǐng)域也有潛在的應用前景。阮懌航等[37]運用乳酸-甜菜堿（摩爾比2:1）制備的DES成功提取了鐵觀音中烏龍茶中的多酚類主要成分，主要包括兒茶素（C）、表沒食子兒茶素（EGC）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素（EC）、沒食子兒茶素（GC）等。以兒茶素的提取為響應值進行Box-Behnken分析，優(yōu)化得到最優(yōu)的提取條件為：提取時間40 min、提取溫度60 ℃、DES含水量32 %。并對兒茶素提取物進行高效液相色譜（HPLC）分析，發(fā)現(xiàn)提取物中主要成分為EGCG和EGC，占總量的69.2 %，由此推斷兒茶素中具有保健功效的成分主要為EGCG和EGC。

3.4 DES在生物堿提取中的應用

生物堿是自然界中一類含氮的堿性有機化合物，大多具有重要的生物活性，如抗糖尿病、抗抑郁抗焦慮、抗內(nèi)毒素、抗炎、抗氧化等[38-41]。目前有研究人員將DES運用到生物堿的提取分離中，發(fā)現(xiàn)這種新型溶劑比傳統(tǒng)溶劑有更高的提取效率。Takla等[42]開發(fā)了以非離子表面活性劑和天然DES為綠色提取溶劑，以石蒜堿、龍葵堿、龍葵胺為標記化合物，從鮑氏文殊蘭中提取生物堿的方法。非離子表面活性劑Genapol X-80的提取率為138 %，149 %和145 %；氯化膽堿-果糖組成的DES作為提取溶劑時提取效率最高，分別為243 %，225 %和238 %，且研究中多數(shù)DES對生物堿的提取能力均高于傳統(tǒng)溶劑（甲醇、乙醇和水）。尚憲超等[43]也對DES提取煙草中生物堿的方法進行了優(yōu)化，在DES含水量32 %、提取溫度40 ℃、料液比10 mg/ml、提取時間30 min時煙堿得率最高，為22.72 mg/g，為煙堿的綠色提取提供技術(shù)參考，結(jié)果也表明膽堿類DES是一種優(yōu)良的生物堿提取溶劑。

同時，DES可作為新型流動相添加劑，大大提高生物堿的色譜純化效率，使生物堿的峰尾減少、分辨率提高，分離效果明顯改善。Tan等[44]以乙腈和1.0 % DES水溶液（pH 3.3）為流動相，顯著提高C18柱上氯化魚腥草堿、氯化小檗堿、白屈菜堿等季銨鹽的分離度。

3.5 DES在多糖類提取中的應用

多糖是由10個以上的單糖分子通過糖苷鍵相連組成的天然高分子化合物，分為同多糖和雜多糖。多糖具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力、維持人體機能、抗腫瘤、抗菌消炎、抗病毒等藥理活性[45]。Gao等[46]采用環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷共聚物（EOPO）和DES的熱分離水性兩相體系，對山茶籽中的多糖進行提取。首先使用DES進行粗提，并對提取溫度、時間、pH值等進行優(yōu)化，在最佳條件下獲得了152.37 mg/g的最大提取收率。之后采用EOPO/DES 雙水相體系對多糖進行純化，分離富EOPO上相，最后于水浴中進行溫度誘導的相分離，兩次萃取后多糖的最大回收率為84.92 %。

黃秀紅等[47]使用6種DES對烏龍茶中的多糖進行提取，發(fā)現(xiàn)甜菜堿和1, 3-丁二醇組成的DES對茶多糖提取效率最高，可達6.91 %。且與常規(guī)水提法相比，該法提取的茶多糖得率、羥基自由基清除能力和DPPH自由基抗氧化能力分別提高了20.22 %，32.65 %和53.79 %。因此DES提取的茶多糖具有較強的抗氧化活性，且該方法具有綠色環(huán)保高效的優(yōu)勢，對茶多糖的提取和應用具有重要意義。

3.6 DES在揮發(fā)油提取中的應用

揮發(fā)油是一類具有揮發(fā)性的芳香類油狀液體物質(zhì)，在大多科屬植物中均有分布，在松柏科、樟科、蘭科、蕓香科等植物中分布較為豐富[48]。揮發(fā)油常由萜類、脂類、醛類、酮類、醇類多種化學成分混合組成，多具有抗癌、抗菌、抗病毒等藥理活性。目前揮發(fā)油的提取方法主要有水蒸餾法（HD）、超臨界萃取法（SFE）、微波輔助萃取（MAE）等，其中最常用的方法為水蒸餾法[49]。Zhao等[50]建立了一種微波輔助天然DES預處理與微波加水蒸餾法相結(jié)合（MA-NADES-MHD）從小茴香種子中高效提取揮發(fā)油類成分的方法。將小茴香粉末和NADES進行微波處理4 min后，加入去離子水微波處理5 min；最后通過水蒸餾對揮發(fā)油組分進行提純。提取后使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GCMS）對各揮發(fā)油提取物進行測定，將NADES提取與微波輔助提取法（MHD）、超聲輔助微波加水蒸餾提取法（UA-NADES-MHD）進行了比較，分別鑒定出58，45，48種揮發(fā)性成分，表明使用NADES提取得到的揮發(fā)性成分種類更多。整體耗能和對環(huán)境的影響方面，MA-NADES-MHD能有效降低提取成本，且NADES大大提高了揮發(fā)油的提取效率。

Jeong等[51]提出了一種運用DES一步制備薄荷中揮發(fā)性組分的新方法。用氯化膽堿-葡萄糖（摩爾比5:2）組成的DES從薄荷中提取得到的揮發(fā)性單萜和酚類含量可達檢測水平，直接用于后續(xù)各項分析，避免了傳統(tǒng)分析中耗時的樣品制備步驟。

樊志國等[52]基于超聲輔助提取法、運用氯化膽堿-尿素組成的DES，對胡椒葉中揮發(fā)油成分進行提取，并以揮發(fā)油得率為響應值，運用單因素試驗和Box-Behnken試驗設計進行優(yōu)化：液料比14 ml/g，超聲功率300 W，蒸餾時間53 min，揮發(fā)油得率最高達1.380 %±0.018 %。該方法為胡椒葉揮發(fā)油的開發(fā)利用提供了一種新的提取方法。

4 總結(jié)與展望

DES作為一種具有普遍適用性的活性成分提取溶劑，具有價廉易得、無毒環(huán)保、易于制備、可生物降解等優(yōu)點，應用前景廣闊。目前DES多用于黃酮類、木質(zhì)素類、酚類、生物堿類、多糖類、精油類化合物的提取，然而由于其揮發(fā)性低，提取后與活性組分的分離較為困難，因此仍需對提取液做進一步處理，如雙水相萃取、大孔樹脂萃取等。與此同時，DES分離的機制尚不十分明確，DES與目標化合物之間的相互作用等仍待進一步研究發(fā)現(xiàn)。