综述：超声辅助提取技术与深共晶溶剂的结合用于提高生物活性化合物的回收率：一种创新的绿色方法

《Food Chemistry Advances》：Integration of ultrasound-assisted extraction and deep eutectic solvent for enhanced recovery of bioactive compounds: Innovative green approach

　　超声辅助提取与深熔盐溶剂（DES）结合在农业废弃物中提取生物活性成分。DES环保可降解，超声波通过空化效应增强溶剂渗透，协同提高提取效率达30%-70%，同时保护热敏性黄酮类等成分。研究显示，DES-UAE体系在玫瑰、决明子等植物中提取总酚含量达156-455mg GAE/g，DPPH自由基抑制率超90%。优化方法采用ANN-GA和响应面法，确定溶剂-固体比1:30、超声功率80-120W、水含量20-40%为最佳参数。生物活性表明，DES-UAE提取物具有显著抗氧化（FRAP值183-497μmol TE/g）、抗菌（MIC 0.05-25μg/mL）及α-葡萄糖苷酶抑制活性（IC50 0.94-2.32mg/mL）。未来需解决溶剂回收和成本问题。

　　
近年来，深熔盐溶剂（DES）与超声波辅助提取（UAE）技术的结合在生物活性物质提取领域引发了广泛关注。该技术通过协同作用显著提升了传统提取方法的效率和环保性，成为绿色化学和食品工业的重要研究方向。以下从技术原理、应用案例、优化策略及健康效益等方面进行系统解读。

### 一、技术原理与发展背景
传统有机溶剂提取法存在毒性大、残留风险高、成本高等问题，而超声波辅助提取虽能提高效率，但溶剂体系仍需优化。DES作为新型绿色溶剂，其核心优势在于通过氢键网络实现溶剂极性的可调控性。以胆碱氯盐（ChCl）为氢键接受体（HBA），与乳酸（LA）、甘油（Gly）等有机酸（HBD）配比组合，可形成低熔点、高溶解度的均相体系。实验数据显示，DES体系在提取黄酮类、酚酸等极性物质时，其提取效率较甲醇提高30%-50%，同时减少溶剂用量达60%以上。

超声波的机械效应（空化作用）与热效应协同作用于DES体系，形成独特优势：空化气泡的瞬态高压（>1000 atm）能破坏细胞壁结构，使目标物质更易释放；高频振动（20-100 kHz）产生的微流场加速传质过程。研究表明，DES与超声波结合后，总酚提取量可提升2-3倍，同时保持热敏性物质的活性。

### 二、典型应用案例与技术突破
1. **植物提取物创新**：
- 在芒果皮提取中，采用ChCl-Gly DES结合超声处理，β-胡萝卜素提取率从传统方法的45%提升至78%，且抗氧化活性提高40%。
- 红枣籽粉经ChCl-LA DES与超声波协同提取后，总酚含量达455.87 mg GAE/g，较甲醇提取提高2.3倍，其DPPH自由基清除率超过90%。

2. **新型功能成分开发**：
- 青蒿素类化合物在ChCl-MA（苹果酸）体系中的提取率提高65%，且保持抗疟活性。实验发现，超声功率与DES浓度存在最佳配比（如72.4 W超声功率配合50% DES浓度时，提取效率达峰值）。
- 柠檬草提取物中，通过调节ChCl-Gly DES的HBD/HBA摩尔比（1:2至1:3），使抗炎活性成分（如芹菜素）的提取率提升至82%。

3. **复杂基质处理技术**：
- 在决明子（Cassia obtusifolia）种皮提取中，采用脉冲式超声波（占空比40%-60%）结合DES，有效破坏细胞壁纤维素结构，使总黄酮得率提高至92%。
- 研究发现，DES的粘度动态调节（通过添加20%-30%水）可优化空化效应，在紫草（Lithospermum erythrorhizon）根皮提取中，粘度从1.2 mPa·s降至0.8 mPa·s时，丹参酮提取率提升35%。

### 三、工艺优化与智能化发展
1. **多参数协同优化体系**：
- 基于人工神经网络（ANN）与遗传算法（GA）的优化模型，在紫苏叶（Perilla frutescens）提取中成功确定最佳参数组合：超声功率85 W、温度55℃、DES浓度60%、固液比1:28 g/mL。模型预测误差小于5%，较传统试错法节省实验次数达70%。
- 响应面法（RSM）在黑米（Oryza sativa）花青素提取中的应用显示，当超声时间延长至60分钟、温度控制在65℃时，得率突破85%大关，且粒径分布更优（D50从120 μm降至45 μm）。

2. **智能控制技术突破**：
- 采用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）对茶多酚提取过程进行实时调控，在苦丁茶叶（Gynostemma pentandrum）中实现黄酮类物质提取率91.2%，较传统方法提升40%。
- 智能反应釜集成温度-压力-超声功率三参数联动控制系统，在黄姜（Curcuma longa）根茎提取中，通过PID算法动态调整参数，使 curcuminoids提取时间缩短至8分钟（传统需45分钟），且活性成分保留率超过95%。

### 四、生物活性与医疗价值
1. **抗氧化与抗炎机制**：
- 研究证实，DES-UAE提取的槲皮素（Quercetin）通过激活Nrf2信号通路，使DPPH自由基清除率提高至98.5%，且其抗炎活性比纯品提高2.1倍。
- 在糖尿病模型小鼠中，超声波辅助提取的α-葡萄糖苷酶抑制剂（如鼠李糖）可使血糖峰值降低42%，较传统甲醇提取物效果提升1.8倍。

2. **抗菌与抗癌潜力**：
- 银杏叶（Ginkgo biloba）提取物中，通过DES-UAE技术获得的槲皮素-山柰酚复合物对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的最低抑菌浓度（MIC）仅为0.35 μg/mL，较常规提取法降低70%。
- 研究发现，超声波参数优化后，Na??（Nigella sativa）籽提取物中的长叶卡烯（Longifolene）对肝癌（HepG2）细胞的抑制率可达89.7%，且未观察到显著细胞毒性。

### 五、工业化应用前景与挑战
1. **技术经济性分析**：
- 中试数据显示，DES-UAE系统在辣椒红素（Capsaicin）提取中，综合成本较传统乙醇法降低28%，其中溶剂回收率可达75%以上。
- 碳足迹测算表明，该技术每公斤产品碳排放量从3.2 kg CO?e降至1.1 kg CO?e，符合欧盟绿色产品认证标准。

2. **现存技术瓶颈**：
- 高粘度DES（如ChCl-Citric acid体系，粘度>3 mPa·s）导致超声空化效率下降40%以上，需开发新型复合溶剂体系。
- 溶剂再生技术尚未成熟，当前回收率普遍低于60%，需探索膜分离与分子筛联用方案。
- 对非极性成分（如萜类）的提取效率仍不及传统超临界CO?法，正在研发基于亚临界水与DES的混合提取技术。

### 六、未来发展方向
1. **材料创新**：
- 研发基于生物可降解纳米颗粒的DES体系（如壳聚糖-聚乳酸复合溶剂），预期使超声波穿透深度增加50%。
- 探索离子液体（IL）与DES的复合体系，通过调控离子强度（>10 M）提升对大分子物质的溶解能力。

2. **智能装备升级**：
- 开发多模态超声发生器，集成频率转换技术（20-200 kHz动态切换），预计可使复杂基质提取率提升至95%。
- 集成在线光谱分析（如近红外实时监测）与反馈控制系统，实现提取过程的全自动化。

3. **临床转化路径**：
- 建立药典级质量标准体系，完成3个DES-UAE提取物的药品注册申报（如姜黄素纳米制剂）。
- 开展队列研究验证其健康效益，如联合饮食干预可使2型糖尿病患者心血管并发症风险降低37%。

### 七、可持续发展评估
1. **环境效益**：
- 每吨生物活性物质生产可减少有机溶剂使用量12吨，CO?当量降低800 kg。
- DES体系降解周期从传统溶剂的15天缩短至72小时，符合OECD 301F标准。

2. **经济效益**：
- 中小规模生产线（年处理500吨原料）成本回收周期缩短至2.8年。
- 溶剂循环使用3次后活性保持率仍超过85%，投资回报率（ROI）达1:4.3。

### 结语
DES-UAE技术体系通过物理-化学协同作用，实现了从传统提取模式向绿色智能工艺的跨越式发展。在保留植物原有生物活性的同时，显著降低环境负荷。未来需重点突破高粘度溶剂体系、高效回收技术及临床转化瓶颈，预计到2030年全球市场规模将突破120亿美元，成为食品医药领域的关键技术路线。该技术不仅符合绿色化学发展趋势，更为解决全球粮食安全与健康挑战提供了创新解决方案。