龔凌霄，馮丹寧，王 靜

（北京工商大學(xué) 中加食品營養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（北京）食品添加劑與配料北京高校工程研究中心 北京100048）

離子液體（Ionic liquid，IL）也稱低共熔溶劑，是指由無機(jī)或有機(jī)陰離子和有機(jī)陽離子共同構(gòu)成，并在室溫或接近室溫條件下呈液態(tài)的鹽，因其蒸汽壓低、不易燃、熱穩(wěn)定性高及低毒、無毒等特性而被稱為“環(huán)境友好的化合物”[1]。組成成分大多為具有不對稱取代的電荷穩(wěn)定的陽離子（例如咪唑、銨、吡啶、吡咯烷、膦酸鹽）和有機(jī)、無機(jī)陰離子，其中無機(jī)陰離子主要有[Cl]-、[Br]-、[OH]-、[BF4]-、[NO3]-、[AC]-、[HSO4]-、[AlCl4]-、[PF6]-等；有機(jī)陰離子如[TOS]-、[N（CN2）]-、[HSO4]-、[Dec]-、[CF3SO3]-、[CH3CO2]-等[2]。不同種類IL 的氫鍵酸堿性、黏度、極性和親疏水性等理化性質(zhì)也不盡相同，IL 的可設(shè)計(jì)性在于可根據(jù)其與待提取目標(biāo)物的相互作用機(jī)制，有針對性地組合陰、陽離子以達(dá)到高效提取和高選擇性分離的目的[3-4]。在食品有效成分提取分離領(lǐng)域，IL 可作為提取過程中新型綠色溶劑介質(zhì)，也可作為催化劑在許多酶促反應(yīng)中起輔助作用[5-6]，還可作色譜分析中的洗脫劑。

酚類化合物是一類在谷物、果蔬中廣泛存在的植物次生代謝物，從結(jié)構(gòu)上看含有一到多個(gè)羥基取代基的芳香環(huán)[7]。主要有酚酸類（羥基苯甲酸類、羥基肉桂酸類）、類黃酮類（黃酮醇、花青素等）、多酚類。這些酚類天然產(chǎn)物具備卓越的抗氧化活性、抗炎功效，對癌癥、心血管疾病等具有防治作用[8-11]。目前酚類化合物的傳統(tǒng)提取和純化方法對總酚類物質(zhì)的制備有較大優(yōu)勢，而對酚類物質(zhì)的各種化合物的分離選擇性較差。IL 能與弱酸性物質(zhì)形成氫鍵而產(chǎn)生相互作用力，可對目標(biāo)成分表現(xiàn)出較好的選擇性。利用IL 高效提取、分離功能性食品中的天然酚類物質(zhì)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 基于常規(guī)離子液體的天然酚類物質(zhì)的提取分離

1.1 IL 液-液萃取

液-液萃取技術(shù)可依據(jù)溶質(zhì)在兩相介質(zhì)間分配系數(shù)不同而實(shí)現(xiàn)分離，因操作簡便、成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于天然活性物質(zhì)的提取、分離領(lǐng)域。但該法的不足在于所使用的提取純化溶劑多是傳統(tǒng)化學(xué)溶劑，存在消耗大、易揮發(fā)、對人體有害等問題。而IL 是一種環(huán)境友好型溶劑，恰巧具備不易揮發(fā)、毒性極小或無毒、可靈活設(shè)計(jì)、回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，有望成為傳統(tǒng)溶劑的替代品，彌補(bǔ)傳統(tǒng)溶劑的缺陷。

近年來，將IL 應(yīng)用于液-液萃取天然酚類物質(zhì)領(lǐng)域被證明有良好效果。邵江娟等[13]以咪唑類疏水性IL 為萃取劑，成功從丹參水提液中提取得到了高濃度丹參酚酸，并分離出鞣質(zhì)、多糖、蛋白等雜質(zhì)。張殿臣等[14]將酶解后的混合物加入60%[Hmim]PF6離子液體水溶液中，采用微波加熱回流提取藍(lán)莓花青素，結(jié)果表明最佳提取率為42.7%。該方法極大地提高了有效成分的提取效率，同時(shí)大大提高了提取速度。來源于植物油中的生育酚具有一定功能活性，但其混合了許多雜質(zhì)，因此實(shí)現(xiàn)主要雜質(zhì)亞油酸甲酯與生育酚高效分離至關(guān)重要。Qin 等[15]以分配系數(shù)和選擇性為考察指標(biāo)，從47 種IL 中篩選出對玉米油料副產(chǎn)品中α-生育酚和亞油酸甲酯最有效的液-液分離溶劑，確定最佳離子液體[C6mim]Ac 對α-生育酚的選擇性為108.23，分配系數(shù)為8.182。Ni 等[16]嘗試用7 種氨基酸類IL 將α-生育酚從混合物中分離出來，并且為了降低IL 黏度，添加了稀釋劑N，N-二甲基甲酰胺（DMF）。試驗(yàn)結(jié)果表明，生育酚的分配系數(shù)和選擇性基本上隨著IL 氫鍵堿性的增強(qiáng)而增大，且呈線性關(guān)系，氫鍵堿性最強(qiáng)的5%[Bmim]Cl-DMF 作為萃取劑時(shí)，萃取效率遠(yuǎn)高于其它6 種IL。

另外，IL 不僅可以選擇性提取分離目標(biāo)活性成分，而且能在保證提取率的前提下縮短提取時(shí)間。Feng 等[17]首次確立了苯并噻唑類IL 從何首烏中依次液-液分離出二苯乙烯苷和蒽醌類成分的新工藝，對不同IL 的提取效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，[BBth][Br]和[HBth][p-TSA]對二苯乙烯苷選擇性能最佳，與常規(guī)提取方法比較，提取時(shí)間至少縮短一半，并且提取率可達(dá)25.82 mg/g。

1.2 IL 固-液萃取

IL 應(yīng)用于固-液提取與傳統(tǒng)方法相比，提取物純度更高。Faria 等[18]通過研究丁香酸的親水性質(zhì)、溶解度與IL 濃度的關(guān)系，用最適IL 濃度的親水性溶液從梨果皮中提取丁香酸，提取率可達(dá)77%，與純水相比，其溶解度提高了84 倍。Li 等[19]選用不同陰離子和不同烷基鏈長咪唑陽離子構(gòu)成的IL從光果甘草中提取光甘草定，精確調(diào)節(jié)光甘草定和IL 間的范德華力、疏水作用及位阻效應(yīng)，篩選得出對光甘草定具有高選擇性的IL 為[C6mim][NTf2]，與乙醇微波輔助提取法相比，萃取率提高了37 倍。

有研究表明，離子濃度會影響固液萃取效率，王占一等[20]以[Bmim]Br 為溶劑超聲波輔助提取石榴籽中的原花青素，發(fā)現(xiàn)IL 濃度為主要影響因素，條件優(yōu)化后在IL 濃度為1.15 mol/L，52 ℃下提取32 min，原花青素得率可比傳統(tǒng)方法提高31.3%，而且IL 提取工藝的動力學(xué)和熱力學(xué)分析數(shù)據(jù)顯示提取速率明顯提高。Chowdhury 等[21]選用純[N1100][N（C1）2CO2]從兒茶和山葵中水解單寧物質(zhì)，有選擇性地從中提取出了鞣花酸，提取效率高達(dá)85%，明顯高于傳統(tǒng)的提取方法。Li 等[22]考察了IL超聲波/微波輔助同時(shí)蒸餾萃取法提取分離沙棘中沙棘精油、非揮發(fā)性蘆丁、槲皮素、山奈酚和異鼠李素等天然酚類物質(zhì)的潛力，[C4mim]Br 濃度在0.25～1.25 mol/L 范圍內(nèi)，目標(biāo)物得率呈先上升后下降趨勢，隨IL 濃度增加，加速細(xì)胞壁降解，當(dāng)IL達(dá)到最佳濃度1 mol/L 時(shí)，能增強(qiáng)纖維素的溶解性，比乙醇提取得率提高1.03 倍。濃度過大，IL 黏度增加會逐漸影響溶解度和分子擴(kuò)散，不利于提取。結(jié)果表明，基于1 mol/L[C4mim]Br 能增強(qiáng)纖維素的溶解性，比乙醇提取得率提高1.03 倍。

此外，IL 提取在一定條件下還能增強(qiáng)產(chǎn)物活性。Dinh 等[23]用亞臨界水萃取法（subcritical water extraction，SWE）、IL-SWE 法、傳統(tǒng)固液萃取法（Solid-liquid extraction，SLE）從褐藻中提取酚類物質(zhì)，對比這3 種方法的提取效率及天然酚類產(chǎn)物功能活性差異。結(jié)果表明IL-SWE 法提取率最高，得到的產(chǎn)物中沒食子酸、綠原酸、龍膽酸、原兒茶酸、咖啡酸和丁香酸的得率約為SWE 方法的1～8 倍，而且經(jīng)驗(yàn)證IL 的存在可增強(qiáng)天然酚類物質(zhì)的抗氧化活性。Feng 等[24]選用[C3mim]FeCl4和醇-水溶劑對比提取茶葉中的茶多酚并進(jìn)行效果對比，發(fā)現(xiàn)前者提取性能大大超過后者，可達(dá)185.38 g/kg。[C3mim]FeCl4幾乎可以完全回收再利用。茶多酚中含有穩(wěn)定的抗氧化因子，試驗(yàn)表明在pH≤7 的環(huán)境下，磁性IL 對茶多酚的抗氧化活性有促進(jìn)作用，但在堿性條件下，三價(jià)鐵離子的存在會使茶多酚的抗氧化活性減弱。

1.3 IL 雙水相萃取

IL-雙水相體系成為近年來分離純化酚類活性物質(zhì)研究的熱點(diǎn)，其核心是由于IL 與陰離子表面活性劑之間存在靜電相互作用，在一定濃度條件下兩者的混合溶液自發(fā)形成互不相容的兩相（圖1）[25-26]。具備分相迅速、提取率高、操作方便且IL 能多次循環(huán)使用的特點(diǎn)[27]，通過總結(jié)不同種類IL 和鹽的成相規(guī)律，結(jié)合目標(biāo)提取物可建立有效提取分離體系。

圖1 基于IL 的雙水相萃取流程圖Fig.1 Flow chart of ionic liquid and aqueous two-phase system

待分離目標(biāo)物若為疏水性溶質(zhì)，則構(gòu)建親水IL-弱極性溶劑兩相萃取體系；若為親水性溶質(zhì)，則可以構(gòu)建疏水性IL-水兩相體系或親水性IL-水-添加劑組成雙水相體系萃取分離。馮吉等[28]成功利用IL-陰離子表面活性劑兩相溶劑從虎杖中提取虎杖苷和白藜蘆醇，考察了[C4mim][BF4]、[C6mim][BF4]、[C8mim][BF4]對相分離的影響，其中[C4mim][BF4]在添加量為360 μL 時(shí)出現(xiàn)了明顯分相界面。提取率隨著IL 體積增加（320～400 μL）而提高，這可能與IL 和目標(biāo)物之間存在較強(qiáng)的π-π堆積、靜電和疏水相互作用有關(guān)。Ran 等[29]向乙醇-（NH4）2SO4雙水相體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的[C6mim]BF4，原花青素的提取效率從59.65%提升到97.12%，且相比之下有機(jī)溶劑用量也有所減少，證明了IL 結(jié)合雙水相萃取的優(yōu)良輔佐特性。Claudio 等[30]構(gòu)建了咪唑基IL 與無機(jī)鹽雙水相體系提取沒食子酸，由于中性狀態(tài)物質(zhì)比其帶電的共軛堿更容易被提取到IL 相中，因此可通過調(diào)節(jié)pH 值來調(diào)控分配方向達(dá)到提取分離的目的。李納[31]結(jié)合雙水相萃取工藝，考察IL 作為綠色溶劑從紅旱蓮中提取分離金絲桃苷的可行性，經(jīng)響應(yīng)面分析優(yōu)化后建立了最佳雙水相體系[C8mim]BF4-（NH4）2SO4，金絲桃苷最優(yōu)提取效率達(dá)97.84%，該方法與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑萃取法相比，提取效率相當(dāng)且有環(huán)保、可重復(fù)利用的優(yōu)勢。

1.4 IL 輔助酶解提取

從天然活性物質(zhì)含量豐富的谷物、植物中提取酚類物質(zhì)時(shí)，細(xì)胞壁的緊密排列結(jié)構(gòu)在常規(guī)溶劑中難降解是提取不徹底的原因之一，而通過IL破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)或削弱其分子作用力可明顯降低提取阻力。以纖維素為例，IL 陰陽離子與纖維素相互作用形成共價(jià)鍵，兩者構(gòu)成絡(luò)合結(jié)構(gòu)（圖2）。IL在提取過程中充當(dāng)紐帶，促進(jìn)纖維素溶解，提高酶解效率。

圖2 [Emim]Ac 與纖維素形成的絡(luò)合結(jié)構(gòu)[32]Fig.2 The structure of IL-cellulose complex[32]

Liu 等[33]在IL-水介質(zhì)中進(jìn)行酶預(yù)處理以提取杜仲中綠原酸，對不同陰離子（Cl-、Br-、NO3-和Tso-）的1-烷基-3-甲基咪唑IL 進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，50 ℃條件下用2 mg/mL 纖維素酶在[C6mim]Br水溶液（0.5 mol/L）中提取2 h 為最佳，比傳統(tǒng)方法耗時(shí)更短。封易成等[34]通過對比傳統(tǒng)水浸泡法和離子液體酶法兩種方法，證明[Bmim]Br 除了可以破壞山楂細(xì)胞壁，還充當(dāng)了潛在載體增強(qiáng)纖維素溶解度。在纖維素酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.059%、液料比（mL/g）為29.84∶1，55 ℃下加熱25.3 min 時(shí)具有最佳提取率。

由此可見，IL 結(jié)合酶解提取天然酚類物質(zhì)時(shí)，一方面IL 能提高酶活性、促進(jìn)細(xì)胞壁溶解及降解，另一方面酶解過程改善了IL 的不良滲透性。值得注意的是，不同IL 溶解各個(gè)酶的性能有所差別，導(dǎo)致提取率存在差異。所以在應(yīng)用該方法時(shí)，應(yīng)考慮酶及IL 的種類與溶解度的關(guān)系、IL 存在下酶的活性等方面的影響，比如可通過選取親水性IL 增強(qiáng)目標(biāo)物在其水溶液中的混溶能力。

2 基于離子液體的新型材料提取分離天然酚類物質(zhì)

2.1 離子液體結(jié)合固相載體吸附分離

通過物理吸附、化學(xué)鍵合、納米固載等方法將IL 引入不同吸附載體上，制備成一種既有IL 獨(dú)特構(gòu)型，又具備固相載體特點(diǎn)的新型材料，也稱固定化離子液體[35]。固定化離子液體在吸附分離和傳質(zhì)速率上有明顯的優(yōu)勢，但穩(wěn)定性、重復(fù)性等問題仍需要進(jìn)一步完善[36]。

硅膠基質(zhì)因具有穩(wěn)定性好、吸附特異性、較高機(jī)械強(qiáng)度、無毒等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于固定化離子液體的制備[37]。Nielr 等[38]首次利用離子液體固載硅膠（SiO2·Im+·PF6-）吸附分離丹參粗提液中的酚酸，依次成功分離得到原兒茶醛、丹參素鈉、迷迭香酸、紫草酸、丹參酚酸，并且對酚酸分離顯示了良好的吸附、解吸和重復(fù)利用等性能。此外，同種天然酚類物質(zhì)在不同種類的固定化離子液體上吸附能力有差異，比如，王志兵等[39]選取[C4mim]Cl、[C6mim]Cl、[C8mim]Cl 3 種咪唑類IL 制備硅膠固載離子液體分散劑分離蜂房中的咖啡酸、阿魏酸、桑色素、白楊素和山柰素，提取率從高到低依次為[C4mim]Cl＞[C6mim]Cl＞[C8mim]Cl。當(dāng)[C6mim]Cl添加量為10%時(shí)提取率最佳；Du 等[40]制備多種硅膠固定化離子液體，應(yīng)用于阿魏酸、咖啡酸及水楊酸的分離中。比較得出其分離能力高于常用大孔樹脂，其中以喹啉類為陽離子、Cl-為陰離子合成的材料對上述3 種酚酸分離富集效果最佳，分別為95.84%，89.05%和98.9%。Ge 等[41]將由烷基咪唑基陽離子和Cl-、NO3-、BF4-或PF6-等陰離子組成的IL與二氧化硅化學(xué)鍵合為新型吸附劑，動態(tài)吸附洗脫試驗(yàn)結(jié)果表明，[C8mim]PF6-SiO2材料對木犀草素和蘆薈黃素混合溶液中木犀草素的吸附效率和選擇性高于純二氧化硅和其它IL 組成的材料，可作為選擇分離天然酚類混合物的潛在吸附劑。Liu等[42]應(yīng)用新型吸附劑-十八烷基咪唑離子液體磁性材料（Fe3O4-SiO2-ImC18）對蜂蜜中的楊素、槲皮素、木犀草素和肉桂中的肉桂酸進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示干擾物的濃度降低了280 倍，加標(biāo)回收率在85%以上，證明該吸附劑具有良好的富集和除濁性能。

2.2 含離子液體的其它多孔材料吸附分離

聚離子液體由重復(fù)離子液體單體聚合而成[43]，結(jié)構(gòu)如圖3所示。Suo 等[44]利用不同聚合度長鏈羧酸離子液體（EVIMCn）與二乙烯基苯（DVB）結(jié)合而成的有序介孔吸附材料，裝入層析柱中分離從大豆中提取的混合生育酚，試驗(yàn)表明其對混合生育酚的總吸附量高，純度和回收率均在80%～85%之間，篩選出DVB-EVIMC12為最佳分離材料，經(jīng)驗(yàn)證其吸附性能顯著優(yōu)于常見樹脂材料的吸附性能。

圖3 聚離子液體的結(jié)構(gòu)示意圖[43]Fig.3 Structure diagram of ionic liquid polymers[43]

由IL 和多孔結(jié)構(gòu)共同制備成兼具聚合物和IL 雙重特性的微孔或介孔分離材料，如圖4所示。這種新型材料具有獨(dú)特三維空間結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性和選擇性均優(yōu)于離子液體單體[45-48]。Xiang 等[49]以[Vmim]Cl 為功能單體，MCM-48 分子篩為載體合成吸附面積大，結(jié)合能力高的空心介孔分子篩，從獼猴桃中提取和富集水楊酸，回收率達(dá)84.6%～94.5%。另外，來源于各種植物油中的生育酚具有一定功能活性，是一類由4 種生育酚同系物組成的混合物，在α、β、γ、δ 生育酚同系物中，α-生育酚功能活性遠(yuǎn)超于其它3 種，且氫鍵堿性最弱。將IL-超交聯(lián)微孔結(jié)構(gòu)聚合物新型吸附材料應(yīng)用于氫鍵酸性不同的生育酚同系物的分離中，與非離子液體吸附材料分離性能相比，IL 的引入能顯著增強(qiáng)分子識別性能，使β、γ、δ 生育酚與α-生育酚產(chǎn)生吸附量差異，從而實(shí)現(xiàn)高選擇性分離[47]。

圖4 離子液體單體進(jìn)入有序和無序多孔材料的示意圖[48]Fig.4 Solidification of ILs into ordered or disordered porous materials[48]

3 IL 結(jié)構(gòu)性質(zhì)對天然酚類物質(zhì)提取分離的影響規(guī)律

IL 的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對目標(biāo)化合物的萃取效率有顯著影響，親疏水性質(zhì)、氫鍵酸/堿性、鏈長等可作為初步篩選IL 種類時(shí)的重要性質(zhì)，而這些性質(zhì)又由離子液體陰、陽離子決定。因此可根據(jù)溶質(zhì)極性適當(dāng)調(diào)節(jié)陰、陽離子結(jié)構(gòu)中碳鏈長短，干預(yù)IL 的偶極性、可極化性和親疏水性，提高萃取性能[50]。

3.1 IL 陰離子的影響規(guī)律

陰離子的靈活改變可有效調(diào)節(jié)IL 的相應(yīng)極性，比如不同陰離子可調(diào)控氫鍵堿性，常見陰離子堿性大小順序?yàn)椋篬TfN]-<[PF6]-<[BF4]-<[N（CN3）2]-<[NO3]≈[CF3SO3]-<[CF3COO]-< 鹵素陰離子<[CH3COO]-<氨基酸根[51]。分子間存在氫鍵酸性差異的天然活性物質(zhì)組成的體系均可通過控制IL 氫鍵酸堿性實(shí)現(xiàn)分離。Claudio 等[30]采用COSMO-RS模型計(jì)算測定IL 氫鍵堿性，證實(shí)了IL 氫鍵堿性和其與溶質(zhì)分子之間的氫鍵鍵能呈正相關(guān)。報(bào)道指出IL 能識別出大豆生育酚同系物由于酚羥基臨近的甲基數(shù)量的不同而造成的酸性差異，生育酚的萃取選擇性隨氫鍵堿性增強(qiáng)而增大[52]。

通過調(diào)控IL 的水溶性，基于親水性離子液體可以增強(qiáng)溶質(zhì)在水中的混溶能力的原理，Zu 等[53]采用離子液體微波輔助萃取迷迭香中鼠尾酸、迷迭香酸和揮發(fā)油，選取4 種不同陰離子Cl-、Br-、NO3-、BF4-的1-丁基-3-甲基咪唑離子液體，證明了提取效果與IL 中的陰離子有關(guān)。Jin 等[54]以大豆粉作為萃取原料提取分離生育酚，測定α-生育酚在烷基鏈為7，9，11，13，15 的長鏈羧酸離子液體水溶液中的溶解性大小順序?yàn)閇P444][C11H23COO]＞[P444][C9H19COO]＞[P444][C7H15COO]＞[P444][C13H27COO]＞[P444][C15H31COO]，這種現(xiàn)象是由于呈弱酸性的酚羥基和IL 烷基鏈羧酸端之間可產(chǎn)生較強(qiáng)的氫鍵作用力，此外陰離子烷基鏈長增加有助于提高IL 親脂性，使溶質(zhì)疏水區(qū)域作用力增強(qiáng)。

另外，陰離子對IL 和目標(biāo)物分子間相互作用力也有一定影響。當(dāng)用3 種離子半徑不同陰離子和[C4mim]組成的離子液體溶劑提取芹菜中的芹菜素時(shí)，可能由于目標(biāo)物酚羥基與陰離子之間產(chǎn)生的氫鍵、電荷等作用力有差異，最終[C4mim]Br 比其它兩種IL 表現(xiàn)出了更好的萃取性能[55]。黃好[56]測定出幾種IL 中不同陰離子作為氫鍵供體的貢獻(xiàn)大小為[C4mim]Cl ＞[C4mim]Br ＞[C4mim]NO3＞[C4mim]CF3SO3＞[C4mim]BF4，并結(jié)合目標(biāo)物得率與這一規(guī)律的相關(guān)性，指出陰離子影響目標(biāo)物在雙水相體系中的分配。

根據(jù)相似相容原理，王新紅等[57]篩選7 種離子液體[Emim]BF4、[Emim]NO3、[Emim]Cl、[Emim]HSO4、[Mmim]Cl、[Bmim]Cl、[Hmim]Cl 作為萃取劑應(yīng)用于提取山楂中的綠原酸中，分別比較了上述中以[Emim]為陽離子的4 種親水性IL，得出[Emim]BF4水溶液提取率高于其它3 種離子液體，其原因可能是BF4-的親水性更高，從而使具有親水性的目標(biāo)產(chǎn)物更易于溶出。

3.2 IL 陽離子的影響規(guī)律

目前報(bào)道中，以咪唑類作為陽離子的IL 在天然酚類物質(zhì)提取分離中的應(yīng)用較普遍，咪唑類烷基鏈隨著鏈長增大，疏水作用和IL 與目標(biāo)物的空間位阻增強(qiáng)。Li 等[22]考察了在陰離子相同的情況下，不同烷基鏈長（C2-C12）離子液體對沙棘中多酚類化合物提取的影響。結(jié)果表明，陽離子烷基鏈長影響水的相容性，從而對提取效率產(chǎn)生顯著影響。其中[C4mim]Br 提取性能更顯著，這可能是由于[C4mim]Br 與目標(biāo)化合物形成的氫鍵影響了它們之間的范德華力。Guo 等[58]比較了[C6mim]Br、[C8mim]Br 和[C10mim]Br 對姜酚與姜烯酚的提取率差異，發(fā)現(xiàn)提取率與陽離子碳鏈長度呈正相關(guān)，[C10mim]Br 提取率為最佳。猜測可能是因?yàn)樘兼溤鲩L會引起IL 陽離子極性和帶電荷數(shù)不同，影響IL與目標(biāo)物相互作用力。

然而隨著烷基鏈增長，溶解能力和提取率并不是一直提高，IL 分子鏈加長會導(dǎo)致液體黏度相對增大，不利于目標(biāo)產(chǎn)物的溶出。以常見咪唑陽離子為例，因?yàn)殡x子本身之間有強(qiáng)烈作用力，所以增加烷基取代基個(gè)數(shù)和鏈長度會造成IL 黏度增大[59]。Ran 等[29]探究基于離子液體的乙醇-（NH4）2SO4雙水相萃取體系從葡萄籽中提取原花青素的效果，得出IL 影響目標(biāo)物遷移到富含乙醇的相中的規(guī)律為：無IL<[C2mim]BF4<[C4mim]BF4<[C10mim]BF4<[C8mim]BF4<[C6mim]BF4。最初由于烷基鏈在C2-C6范圍疏水性增強(qiáng)，強(qiáng)化了原花青素與IL 之間的相互作用，使目標(biāo)物更容易向IL-乙醇相移動，但C8-C10范圍內(nèi)疏水性過強(qiáng)，IL 發(fā)生過度自聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致目標(biāo)物向IL 相的分配減弱。Li 等[19]將具有相同陰離子，不同陽離子的IL 對光草甘中的光甘草定的萃取效果進(jìn)行了對比。發(fā)現(xiàn)3 種IL萃取效果大小是[C6mim]PF6＞[C4mim]PF6＞[C8mim]PF6。Wang 等[60]研究了不同烷基鏈長IL 雙水相萃取阿魏酸和香草酸，陽離子從丁基到己基，IL 疏水性逐漸增強(qiáng)，這一趨勢使FA 的萃取效率逐漸提高；但是從己基到辛基，萃取效率呈降低趨勢。這種現(xiàn)象可能歸因于空間位阻效應(yīng)削弱了IL 與目標(biāo)物質(zhì)之間的范德華力和色散力。IL 鏈增加導(dǎo)致溶液黏度增大，阻礙了向IL 的擴(kuò)散。

4 離子液體分子識別機(jī)制及探究方法

由于IL 提取分離體系與常規(guī)方法相比而言，呈現(xiàn)出了其獨(dú)有的優(yōu)勢，因此猜想可能存在獨(dú)特的作用機(jī)理。近年來，已有不少研究探討了IL 體系作用機(jī)理，提出的關(guān)于IL 提取分離天然酚類物質(zhì)的機(jī)理主要與氫鍵締合、范德華力、π-π 鍵、色散力等相互作用力有關(guān)。探究方法包括紅外光譜法、量子化學(xué)法、COSMO-RS 模型預(yù)測和溶劑化顯色法等。

4.1 COSMO-RS 模型

IL 種類極多，給初步篩選合適溶劑種類帶來了困難，真實(shí)溶劑似導(dǎo)體屏蔽模型（COSMO-RS），是一種基于量子化學(xué)計(jì)算篩選溶劑的有效方法，已廣泛應(yīng)用于IL 的篩選中，可預(yù)測目標(biāo)物在IL中的溶解度，探究分子間相互作用力[54]?？沙醪椒治龃蛛x物表面的靜電勢分布（氫鍵酸堿性及極性）、表面屏蔽電荷密度分布曲線以及與離子液體作用能差異[61]。

Cao 等[62]用COSMO-RS 模型從分子相互作用角度解釋了IL 分離大豆中異黃酮苷元同系物的機(jī)理，其中染料木素C5位置上為酚羥基，黃豆黃素C6位置上為甲氧基，經(jīng)COSMO-RS 模型發(fā)現(xiàn)上述同系物這種結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致分子表面屏蔽電荷密度有顯著差別，且IL 與不同同系物間氫鍵相互作用能有差異，而和其它作用力無明顯相關(guān)性，最終得出結(jié)論為氫鍵識別能力是影響溶質(zhì)在IL 介質(zhì)中溶解度的主要因素。

4.2 量子化學(xué)法

量子化學(xué)法可用來進(jìn)一步驗(yàn)證紅外光譜法的結(jié)論，目前量子化學(xué)法針對萃取機(jī)理的多項(xiàng)研究結(jié)果表明，IL 作用機(jī)制大部分與陰離子相關(guān)聯(lián)，主要是由于陰離子對氫鍵作用力強(qiáng)弱的影響[63]。李雪琴[64]通過量子化學(xué)法計(jì)算了光甘草定陰離子間的相互作用能、振動頻率及自然鍵軌道，反映了陰離子各原子孤對電子形成氫鍵難易程度，進(jìn)而解釋了[OAc]作為IL 陰離子萃取能力強(qiáng)于[BF4]、[PF6]的原因。另外，從量子化學(xué)角度出發(fā)探究萃取機(jī)理，發(fā)現(xiàn)陰離子孤對電子與生育酚同系物酚羥基反鍵軌道之間的氫鍵作用有差異，鍵臨界點(diǎn)電子密度超過了常規(guī)氫鍵的上限，且這種作用力為主要影響因素[52]。

4.3 紅外光譜法

近年來，使用紅外光譜檢測手段對分子水平的特征結(jié)構(gòu)和相互作用的研究越來越多。該方法可以從微觀角度揭示官能團(tuán)間的相互作用[65-66]，廣泛應(yīng)用于IL 提取分離機(jī)制的研究?；驹硎欠肿诱駝訒a(chǎn)生偶極矩的變化，出現(xiàn)紅外吸收現(xiàn)象，通過觀察分子振動的頻率可間接了解化學(xué)鍵的強(qiáng)弱[67]。

Ni 等[16]利用紅外光譜法分析了萃取體系，對比添加IL 前后紅外譜圖峰位置和吸收強(qiáng)度的差異，發(fā)現(xiàn)締和狀態(tài)的α-生育酚明顯增加，從而推斷IL 與目標(biāo)物羥基之間氫鍵締合作用占主導(dǎo)地位。萬輝等[68]通過研究[Omim]BF4對酚類化合物的選擇性萃取，用紅外光譜法對機(jī)理進(jìn)行解析，觀察紅外譜圖發(fā)現(xiàn)在3 424 cm-1左右出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，萃取前后O-H 伸縮振動吸收峰向低頻方向位移，進(jìn)而說明了[Omim]BF4中的F 原子與苯酚中的-OH 形成了氫鍵O-H-F 這一機(jī)制。

4.4 溶劑化顯色法

溶劑化顯色法是從宏觀上進(jìn)行機(jī)理探究，根據(jù)染料探針分子與IL 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，產(chǎn)生的最大波長不同，再結(jié)合公式測定出IL 相關(guān)性質(zhì)的數(shù)據(jù)，這些參數(shù)反映的主要是IL 的氫鍵酸堿性、偶極性/可極化性[16]。

5 結(jié)語

IL 作為一種新型綠色溶劑，其與眾不同的性質(zhì)使其能夠在天然酚類產(chǎn)物分離領(lǐng)域有廣闊發(fā)展前景，為了更好地發(fā)揮IL 的獨(dú)特優(yōu)勢以達(dá)到高效分離，關(guān)鍵要提高其提取性能和分離效率。因此在考慮IL 種類時(shí)，除了待分離物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、IL 陰陽離子種類、烷基鏈長，還要充分考慮IL 濃度、用量、稀釋劑種類、IL 的回收成本等其它相關(guān)因素以尋求最佳優(yōu)化條件?？傊?，隨著未來研究的不斷深入，IL 有望克服當(dāng)前面臨的諸多困難和挑戰(zhàn)，成為多功能溶劑，實(shí)現(xiàn)天然活性成分的高效提取分離。