■ 李成林 褚秀玲 蘇建青

（聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 聊城 252000）

集約化高密度的畜禽養(yǎng)殖長期使用抗生素，導(dǎo)致了嚴(yán)重的細(xì)菌耐藥、抗生素殘留和環(huán)境污染[1]。中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布第194 號公告要求，自2020 年1 月1 日起，退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。植物提取物已經(jīng)在畜禽養(yǎng)殖中發(fā)揮了重要的作用，對于畜禽的健康養(yǎng)殖做出了重要的貢獻(xiàn)[2]。2022 年8 月1 日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《植物提取物飼料添加劑申報指南（征求意見稿）》明確規(guī)定，植物性提取物包括純化提取物、組分提取物和簡單提取物，活性成分包含有多糖、黃酮、皂苷、多酚和生物堿等，是未來替代抗生素的重要物質(zhì)。

植物提取物主要是從植物中，特別是在中草藥中提取獲得[3]。常見的提取方法有熱水浸提、超聲輔助、酶輔助提取和二氧化碳萃取等，不論是哪一種提取方法，提取溶劑的種類、性能都對提取物的得率和功效具有顯著的影響[4]。提取溶劑的篩選是提取工藝優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的提取多采用水、乙醇、氯仿、乙酸乙酯等溶劑，特別是有機溶劑具有易揮發(fā)、有毒、易燃等特性，不僅對提取人員造成危害，還會造成環(huán)境污染，因此，尋找綠色、高效、低毒、環(huán)保的新型提取溶劑一直是科學(xué)家研究的熱點之一。

Abbott 等[5]在2003 年首次提出低共熔溶劑（DES）的概念，由氫鍵供體（hydrogen-bond donor，HBD）和氫鍵受體（hydrogen-bond acceptor，HBA）以一定比例組成的混合物，混合后可以形成低熔點的透明均一穩(wěn)定的溶液，溶液具有無毒無害、不易燃、制備簡單、成本低等優(yōu)勢，可用于活性成分的提取。Choi 等[6]在2011 年首次提出天然低共熔溶劑（NADESs）的概念，NADESs使用的成分主要是天然成分，HBA主要使用氯化膽堿、甜菜堿和L-脯氨酸等，HBD通常使用尿素、醇、羧酸、糖等有機化合物，這些有機物通常屬于天然產(chǎn)物，相對于傳統(tǒng)的提取溶劑氯仿、丙酮等，NADESs具有無毒、可生物降解和可重復(fù)利用的優(yōu)點，還能增加提取物的生物活性和穩(wěn)定性，目前已經(jīng)用于多種天然植物有效成分的提取上。文章圍繞天然低共熔溶劑在植物提取物上的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為其推廣和應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 NADESs

1.1 NADESs的制備及分類

NADESs的常用制備方法包括加熱混合法和冷凍干燥法。前者是將HBD 和HBA 在一定溫度條件下直接攪拌混勻獲得[7]，后者則是將這兩種物質(zhì)分別制成水溶液之后再合并混勻，然后通過低溫冷凍至透明黏稠時再進(jìn)行干燥而制得[8]。根據(jù)合成NADESs 時使用的有機化合物的酸堿性，可以將NADESs 分為中性（pH=7）、酸性（pH＜7）、堿性（pH＞7）三大類[9]。

1.2 NADESs的性質(zhì)

1.2.1 熔點

NADESs體系的熔點通常低于組成該體系任一成分的熔點。物質(zhì)熔點的高低主要是由分子間作用力決定的，分子間氫鍵數(shù)量越多，分子間作用力越大，熔點越高，而NADESs 體系中形成了大量的分子內(nèi)氫鍵，降低了分子間氫鍵形成的可能性，使得分子間作用力減弱，引起NADESs 熔點顯著降低。NADESs 熔點低的特性有利于低溫下進(jìn)行提取操作，并且低溫操作更有利于保護(hù)植物有效成分（如揮發(fā)性油）的作用[10]，這拓寬了NADESs在活性產(chǎn)物提取中的應(yīng)用。

1.2.2 黏度

在室溫下，大多數(shù)NADESs 都具有較高的黏度，這會直接影響提取效率，這可能是由于高黏度的NADESs 體系中形成了大量氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使多糖大分子以及多酚、皂苷等小分子在NADESs 溶液中的流動性降低，而導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物的得率較低。另外，制備NADESs的原料種類及摩爾比和含水量、溫度等[11]也會影響NADESs的黏度。目前在研究應(yīng)用中主要是通過調(diào)節(jié)含水量來降低NADESs的黏度，提高傳質(zhì)速率，獲得較高的提取率，通常含水量在20%～60%，不會改變NADESs的化學(xué)性質(zhì)，但是可以明顯降低其黏度。

1.2.3 溶解性

NADESs 具有優(yōu)異的溶解性，主要是受NADESs溶液極性影響。NADESs 為極性溶劑，不僅可在其內(nèi)部形成氫鍵，還可與溶劑（水、醇類等）形成氫鍵，從而使NADESs 表現(xiàn)出更強的溶解性，這在提高中藥有效成分的提取效率中起著重要作用。

1.2.4 生物可降解性

高生物降解性是NADESs 的一個重要特性，也是踐行綠色化學(xué)理念的關(guān)鍵所在。良好的生物降解性不僅可以減少對環(huán)境的污染，還能擴(kuò)展NADESs 的應(yīng)用領(lǐng)域。這一特性主要與制備NADESs 的組分大部分屬于天然產(chǎn)物有關(guān)[12]，當(dāng)以葡萄糖、甘油、乙二醇、尿素等為HBD 時，可在自然界中多種微生物作用（經(jīng)過生物氧化或無氧酵解和磷酸戊糖途徑等生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)）下生成水、CO2以及其他小分子，其生物降解效果通常與NADESs的含水量、pH、溫度等因素有關(guān)。

2 NADESs在植物活性成分提取中的應(yīng)用

2.1 多糖

多糖主要存在于自然植物、動物和微生物中，是由酮糖、醛糖、木糖、果糖等十幾種單糖通過不同糖苷鍵連接而成的天然高分子聚合物[13]，具有抗氧化、促免疫和調(diào)節(jié)腸道菌群等多種生理活性[14]。研究顯示，國內(nèi)外在生產(chǎn)實際中利用NADESs 提取植物多糖的工藝已十分成熟，并在食品和藥品等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

Xia 等[15]比較了3 種NADESs 結(jié)合超聲輔助從安吉白茶中提取茶多糖，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和1，6-己二醇（摩爾比1∶2）為溶劑時，茶多糖的提取率可達(dá)19.18%，比采用常規(guī)熱水提取的提取率（5.50%）提高了248.73%，這主要是因為NADESs 可形成氫鍵以誘導(dǎo)包括多糖在內(nèi)的多種物質(zhì)的溶解，從而提高了多糖的提取效率。Wang 等[16]利用NADESs 結(jié)合超聲輔助酶解提取柴胡多糖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在以尿素與氯化膽堿（摩爾比1∶3）為提取溶劑、超聲功率為400 W、加酶量（纖維素酶）為2.63%的條件下，柴胡多糖的提取率可達(dá)10.11%，明顯高于傳統(tǒng)水提取法的提取率（4.00%～6.00%），這歸因于尿素與氯化膽堿的NADESs體系對纖維素比水對纖維素有更強的溶解能力，使該體系對柴胡粉末細(xì)胞的破壞程度大于水溶劑。且體外抗氧化活性表明，所得的柴胡多糖對1,1-二苯基-2-苦肼(1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical,DPPH）和2,2'-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽離子（2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic Acid Ammonium Salt Ion），ABTS+）均有一定的抑制作用，清除率分別可達(dá)78.02%和95.01%（相同條件下VC 對DPPH 和ABTS+的清除率分別為91.22%，96.84%）。Wang 等[17]制備氯化膽堿和琥珀酸（Chcl-SA）（摩爾比1∶3）NADESs 用于提取冬蟲夏草中的蝙蝠蛾擬青霉多糖（PHPS-D），提取率達(dá)12.78%，而常規(guī)熱水提取法得到的多糖提取率（PHPS-W）僅為8.67%，這可能是由于Chcl-SA 具有適當(dāng)?shù)酿ざ群蜆O性，降低了細(xì)胞表面的目標(biāo)分子被氫鍵分解的阻力。此外，所得PHPS-D 可通過激活小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞（RAW264.7 細(xì)胞）中相應(yīng)mRNA 表達(dá)，在多種免疫因子的分泌方面表現(xiàn)出更好的性能。Zhang 等[18]評價了9 種NADESs 體系結(jié)合超聲提取菖蒲葉多糖，并以超聲提取多糖和水提多糖為對照，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和丙二酸（Chcl-Ma）摩爾比1∶4混合為溶劑時，多糖提取率最高（0.68%），明顯優(yōu)于常規(guī)熱水提?。?.59%）和超聲輔助提?。?.52%），可能是因為Chcl-Ma 固有的強溶解度會分解菖蒲葉片中細(xì)胞壁的化學(xué)鍵，加速了生物聚合物從原料粉末中釋放，這在菖蒲葉多糖提取應(yīng)用上具有重要意義。Zhang 等[19]使用亞臨界水萃取法（SWE）輔助NADESs提取香菇多糖，發(fā)現(xiàn)以氯化膽堿和丙二酸（摩爾比1∶2）為溶劑提取多糖所得的提取率為（6.26±0.08）%，與SWE 和熱水提取相比，提取率分別提高了19.24%和17.01%，而且研究表明該方法可以改變多糖的結(jié)構(gòu)，使多糖分子量降低，形成更多的羥基，顯著提高了多糖的DPPH 清除活性、羥基自由基清除活性和過氧化氫清除活性。從以上文獻(xiàn)可以得出，NADESs 對多糖的提取效率明顯高于傳統(tǒng)溶劑水的提取效率，而且多糖的抗氧化活性更高。

2.2 生物堿

生物堿是植物體次級代謝合成過程中產(chǎn)生的一類復(fù)雜的堿性含氮有機化合物，是植物藥用活性或毒性[20]的重要有效成分，其結(jié)構(gòu)類別多樣且生物活性廣泛。藥理研究表明，生物堿在抑菌消炎、抗病毒、抗菌等方面療效顯著[21]。

Yu 等[22]設(shè)計了一種微波輔助NADESs（乙酰丙酸-甘油-K2PO4）-乙酸乙酯雙相體系來提取中藥吳茱萸藥渣中的生物堿，發(fā)現(xiàn)其提取率（757.71 μg/g）比傳統(tǒng)甲醇的提取率（22.20 μg/g）高3 313.11%，研究發(fā)現(xiàn)，La-Gly 與吳茱萸堿之間是放熱反應(yīng)，有利于生物堿的提取，而乙酸乙酯與吳茱萸堿之間的相互作用力強于乙酰丙酸-甘油，使NADESs 相中的生物堿迅速轉(zhuǎn)移到乙酸乙酯相，從而更有利于提取率的提高。He等[23]合成了15 種不同的NADESs 結(jié)合超聲用于粉防己根中生物堿的提取，結(jié)果表明氯化膽堿和乙二醇摩爾比為1∶2 的NADESs 體系對總生物堿的提取率最佳，為20.59 mg/g，分別是甲醇、95%乙醇和水的2.2倍、3.3 倍和4.1 倍，這可能是因為生物堿中酚羥基的存在更易形成氫鍵[24]而更利于生物堿的提取。因此NADESs 可作為傳統(tǒng)溶劑的綠色替代品，用以提取中藥。Xun 等[25]首次采用NADESs 并以合成磁性分子印跡聚合物為吸附劑從苦參根中選擇性提取和富集苦參堿，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和乙二醇（摩爾比1∶2）作NADESs 時提取率可達(dá)2.42～2.79 mg/g，明顯高于傳統(tǒng)乙醇浸提的提取率（1.31～1.43 mg/g），該提取方法對目標(biāo)化合物表現(xiàn)出較好的溶解能力，并依據(jù)相似相溶原理可對其進(jìn)行選擇性富集，在提高提取率的同時也提高了目標(biāo)化合物的純度。Liu 等[26]對多種親水性和疏水性NADESs 提取麻黃中麻黃堿型生物堿進(jìn)行了篩選和比較，發(fā)現(xiàn)由氯化膽堿和木糖醇（摩爾比1∶5）組成的NADESs 獲得的麻黃堿和偽麻黃堿的提取率分別為（47.67±1.81）%和（4.32±0.71）%，顯著高于甲醇和酸化水（將經(jīng)過處理的自來水中加入低濃度的氯化鈉，在有離子隔膜式電解槽中電解后，從陽極一側(cè)生成的具有高氧化電位、低pH 和含有低濃度有效氯的酸性水溶液稱為酸性氧化電位水，又稱酸化水。）作為提取溶劑時的提取率，這很可能是由于木糖醇的多個羥基引起大量氫鍵網(wǎng)絡(luò)形成而表現(xiàn)出較高的提取能力。結(jié)果表明，NADESs 作為天然生物堿的綠色高效提取溶劑具有相當(dāng)大的潛力。

2.3 黃酮

黃酮類化合物是一種以2-苯基色原酮為母核的低分子天然衍生物，主要分布在維管束植物中[27]。黃酮類化合物在植物中的類型多，且結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，主要可分為黃烷酮、黃酮醇、黃酮、異黃酮、橙酮、黃烷醇、花青素等[28]。黃酮類化合物具有多種生物學(xué)特性及藥理作用，如抗炎、抗氧化、抗應(yīng)激等[29]。

Shang 等[30]采用微波輔助NADESs 法提取紫蘇葉中黃酮類化合物，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿與蘋果酸（摩爾比1∶1）NADESs體系提取的產(chǎn)率最高（72.54 mg/g），顯著高于甲醇[（53.19±1.15） mg/g）]、乙醇[（51.28±0.97） mg/g]和水[（45.12±1.19） mg/g]作溶劑的提取率，這可能是氯化膽堿和蘋果酸混合形成的溶劑可以與極性較低的類黃酮發(fā)生更好的相互作用，從而提高提取率。此外，該研究還證實了NADESs 組紫蘇葉總黃酮可表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗過敏活性、抑制亞硝化作用、抗氧化活性等生物活性。Feng 等[31]測試了16 種不同NADESs結(jié)合超聲波提取文冠果黃酮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用1,4-丁二醇與乙酸（摩爾比1∶3）NADESs提取時總黃酮提取率可達(dá)30.37 mg/g，且所得提取物清除DPPH和ABTS 自由基的能力（IC50值分別為：3.18 μg/mL、0.51 mg/mL）顯著高于甲醇提取物（IC50值分別為4.56，0.76 μg/mL）。Qin 等[32]使用超聲輔助NADESs提取翠云草中的兩種雙黃酮類化合物（AME、ROB），發(fā)現(xiàn)在脯氨酸和乳酸（摩爾比1∶4）NADESs 為提取溶劑時AME 和ROB 的提取率較高，分別為（709.72±11.31） μg 和（145.13±9.77） μg，這主要是NADESs 獨特的物理性質(zhì)和與目標(biāo)化合物之間的非共價相互作用力使得NADESs 對植物細(xì)胞壁具有裂解作用[33]，同時在超聲波空化作用下[34]，加速了細(xì)胞中類黃酮的溶解，從而得到較高的提取率。另外，該提取方法所得提取物還對多種癌細(xì)胞表現(xiàn)出良好的抑制作用。Sui等[35]從40 種NADESs 中篩選出提取鐵皮石斛黃酮效果最好的是氯化膽堿與乳酸（摩爾比1∶4）NADESs，總黃酮提取率達(dá)到（35.23±2.12） mg/g，遠(yuǎn)高于乙醇的提取效果（10.56±0.82） mg/g，并通過理化表征和分子模擬實驗發(fā)現(xiàn)，氯化膽堿與乳酸NADESs 較好提取能力的關(guān)鍵在于氫鍵的數(shù)目和其結(jié)構(gòu)的緊密度，且NADESs 不僅能在自身內(nèi)部形成氫鍵，與蘆丁分子之間也能形成氫鍵。通過大量的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NADESs 在提高植物中黃酮提取率的同時，還增強了黃酮的抗氧化活性和抗癌等藥理作用。

2.4 多酚

多酚類化合物在中藥植物中含量豐富，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一類具有多個酚羥基的酚類化合物及其相關(guān)衍生物的總稱，具有抗氧化、抗菌消炎、抗病毒等多種生物活性功能[36]。

Wang 等[37]分別使用6 種NADESs 提取木質(zhì)纖維素中的多酚（結(jié)合多酚通常存在于木質(zhì)素中，提取時可通過破壞木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)釋放多酚），發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和草酸（摩爾比1∶1）提取的多酚收率為83.2%，純度高達(dá)99.6%，其中酚羥基含量達(dá)8.33wt%，這主要歸因于草酸能提供更加活躍的質(zhì)子，可以促進(jìn)木質(zhì)纖維素中的多種共價鍵的裂解[38]，從而提高對多酚的提取率。另外，與商業(yè)多酚相比，使用NADESs 提取的多酚擁有更多的含氧活性基團(tuán)，具有更優(yōu)越的功能活性，同時還顯示出很強的紫外線吸收能力，可用于加強對紫外線的屏蔽。Liu等[39]發(fā)現(xiàn)在制備的7種NADESs中，氯化膽堿-乳酸(摩爾比1∶2)結(jié)合超聲提取硫華菊中總多酚的效果最佳（3.53±0.03 g GAE/100 g），比超聲輔助乙醇提取率（2.92±0.07 g GAE/100 g）高出21%，可能是由于NADESs 中乳酸的羧基的極性更接近多酚化合物的極性，而更有利于目標(biāo)多酚的溶解。Zhang 等[40]考察了8 種NADESs 提取藍(lán)莓果渣中的多酚，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿與1,4-丁二醇（摩爾比1∶3）提取效果最好，提取率為（41.56±0.17） mg GA/g，是使用70%乙醇提取率（32.30±0.32） mg GA/g的1.29倍。Vassilis等[41]在應(yīng)用不同NADESs優(yōu)化胡椒薄荷總多酚提取工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，甘油和氯化膽堿（摩爾比2∶1）提取所得的總多酚提取率為（72.78±7.14） mg GAE/g，分別比水和60%乙醇的提取率高32%和40%，且所得提取物可在一定條件下直接應(yīng)用于藥品或化妝品。從目前的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NADESs 作為新型綠色的提取溶劑，與傳統(tǒng)提取溶劑如水、乙醇等相比，提取效果更佳，能優(yōu)化植物有效成分提取工藝。

2.5 皂苷

皂苷是一類苷元為三萜或甾烷類化合物的天然糖苷類物質(zhì)，主要分為三萜皂苷和甾體皂苷，廣泛存在于中藥植物中，如人參、西洋參、桔梗、三七、靈芝、黃芪等。大量研究表明，皂苷具有降血壓、抗炎、抗氧化、增強免疫等作用[42]。

Liu 等[43]制備了10 種以氯化膽堿為基礎(chǔ)的NADESs結(jié)合超聲輔助萃取重樓皂苷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲輔助（UAE）氯化膽堿和N，N'-二甲基脲（摩爾比1∶2，含水量20%）NADESs 對重樓皂苷的提取率可達(dá)13.520 mg/g，是常規(guī)提取方法提取率的1.338～3.229倍，這可能是因為氯化膽堿和N，N'-二甲基脲NADESs 具有較大的極性，可以改變重樓皂苷的溶解度[44]。Tu 等[45]從選用的18 種NADESs 結(jié)合超聲提取人參皂苷中發(fā)現(xiàn)，氯化膽堿和尿素（摩爾比1∶2，含水量20%）NADESs 體系的人參皂苷回收率高達(dá)95.0%～108.2%，比70%乙醇的提取率提高了31%，其原因是氯化膽堿和尿素組成的NADESs 親水性和抗氧化活性更優(yōu)[46]，而極性人參皂苷易溶于親水溶劑，可促進(jìn)氫鍵的形成，以實現(xiàn)提取和富集。Suresh 等[47]篩選了15種不同的乳酸基NADESs從延齡草中選擇性提取甾體皂苷，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿和乳酸（摩爾比1∶1）NADESs得到了更高的甾體皂苷提取率（114.4±8.2） mg/g，比傳統(tǒng)的80%乙醇得率提高了53.72%，并且所得甾體皂苷對乙酰膽堿酯酶活性表現(xiàn)出很好的頡頏作用。Cao等[48]采用導(dǎo)向型四丙基溴化銨-乳酸（TPMBr-La）NADESs 體系提取文冠果殼中的總皂苷，其提取率高達(dá)67.01 mg/g，比70%乙醇的萃取效率（28.50 mg/g）提高135%，比水作溶劑的提取率（16.90 mg/g）提高296%，這主要歸因于溴離子可以將皂苷上的羥基H原子與溶劑乳酸的羥基連接起來，減少皂苷分子周圍的空間，形成更多的氫鍵和更穩(wěn)定的非共價鍵作用[49]，從而更有利于總皂苷的提取。此外，所得總皂苷對DPPH 和ABTS+自由基的清除能力明顯優(yōu)于醇提皂苷。Cheng 等[50]使用超聲輔助NADESs/石油醚雙相水解法制備薯蕷皂苷元，結(jié)果表明，在芐基三甲基氯化銨和草酸（摩爾比1∶6）NADESs/石油醚（摩爾比1∶6）的優(yōu)化條件下，提取率最高為99.5%（15 min），可達(dá)傳統(tǒng)方法（4 h）的99.5%，且反應(yīng)時間縮短94%，這可能是由于芐基三甲基氯化銨與薯蕷素具有相似的結(jié)構(gòu)和極性，并且作為氫鍵受體具有很強的相轉(zhuǎn)移能力，而石油醚的使用減少了萃取過程中發(fā)生的副反應(yīng)[51]，使得薯蕷皂苷元的得率得以提高。另外，該工藝將廢水中的化學(xué)需氧量（COD）值降低到傳統(tǒng)方法的1%，大大減少了對環(huán)境的破壞，是一種更高效、清潔的生產(chǎn)方式。NADESs不僅使皂苷的提取率得到提高，且對環(huán)境的污染程度更小，所得產(chǎn)物的穩(wěn)定性也更高，因此，NADESs 有望成為一種更高效、綠色的提取溶劑替代傳統(tǒng)溶劑應(yīng)用于植物成分提取工業(yè)。

3 小結(jié)與展望

隨著對新型綠色提取溶劑的深入研究，NADESs具有替代傳統(tǒng)有機溶劑的趨勢，NADESs 主要由初級代謝產(chǎn)物及其化合物組成，易生物降解，具有安全、成本低廉、操作簡便、穩(wěn)定性強的優(yōu)點。但是目前的研究多限于實驗室規(guī)模，需要通過進(jìn)一步擴(kuò)大臨床試驗，以達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的目的。雖然NADESs來自于天然化合物，但是其提取的產(chǎn)物安全性試驗?zāi)壳把芯枯^少，有待進(jìn)一步深入研究。相對于傳統(tǒng)溶劑，對于NADESs 提取物的高穩(wěn)定性和高活性，具體的機理研究很少，需要加強?？傊?，作為一種新型的綠色提取溶劑，NADESs未來在植物提取物上具有較好的發(fā)展前景。