隨著科技的不斷進步，綠色、環保的提取技術在天然植物資源的開發中越來越受到關注。其中，低共熔溶劑（DES）作為一種新型的、環境友好的提取媒介，正在逐步成為天然植物提取領域的熱門選擇。本期愛綠科技，王微老師將為您介紹DES的基本特性、制備方法及其在天然植物提取中的應用。
天然植物在畜牧業中的應用由來已久，而后人們發現，將其進行提取再應用更能發揮其潛力。于是，天然植提產業的發展愈加繁榮，人們對天然植物有效成分提取工藝的研究也愈發深入了。植物提取物傳統的提取模式，普遍來說包含原料→水提/醇提→濃縮→浸膏→噴霧干燥→粉碎、混合、包裝→產品等步驟，其中，提取溶劑的選用是非常重要的。溶劑的作用，是將所需的目標有效成分從植物中溶出轉移，得到提取液，再通過濃縮分離等步驟，最終得到產品，我們通常遵循“相似相溶”原則，即根據植物中各種成分的溶解性質，選用對活性成分溶解度大，對其他成分溶解度小的物質作為適宜的溶劑。
對于天然植物有效成分的提取，常用的溶劑有水、乙醇、甲醇、石油醚、乙醚、苯、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇、丙酮等，可根據目標成分的化學性質來選擇。然而，很多有機溶劑都具有較強的毒性與揮發性，并且價格高昂。考慮到目前植提產業的迅速發展與擴張，傳統溶劑的大量使用，可能會給環境帶來不利影響。數據顯示，全世界每年產生的有害廢物達3億噸～4億噸，給環境造成的危害日益嚴重，威脅著人類的生存。1991年，“綠色化學”由美國化學會（ACS）提出并成為美國環保署（EPA）的中心口號，立即得到了全世界的積極響應，專家學者們都在積極尋找與開發成本更低廉、揮發性、毒性小、可生物降解、易于制備的物質作為新型綠色溶劑替代傳統溶劑。于是，低共熔溶劑進入了人們的視野。
低共熔溶劑（Deep eutectic solvents，DES）的概念是由Abbott及其團隊于2003年首次提出的，當熔點為302℃的氯化膽堿和熔點為133℃的尿素以摩爾比1:2混合時，形成熔點為12℃的透明低共熔混合物，其熔點遠低于各組分的熔點。而后在2011年，Choi首次將由植物初級代謝產物如氨基酸、有機酸、糖類、膽堿衍生物形成的類似DES的液體稱為天然低共熔溶劑（Natural deep eutectic solvents，NADES）。這個發現無疑更加拓寬了綠色環保溶劑的研究范圍。
所謂DES，是指由兩種或兩種以上的，具有強氫鍵相互作用的組分按一定化學計量比組成的混合物，其中一個組分給出氫鍵（氫鍵供體，Hydrogen bond donor，HBD），另一個組分接受氫鍵（氫鍵受體，Hydrogen bond acceptor，HBA），所得混合物的熔點將低于HBA和HBD的熔點。它具有制造成本低廉、操作條件溫和、環境友好、熱穩定性好等優點，具有替代傳統溶劑的較大潛力。
DES的制備方法，主要包括加熱制備、研磨制備、旋轉蒸發制備以及冷凍干燥制備等。其中，加熱是最常用且操作步驟最簡單的方法，主要適用于組分都是干燥化合物、具備良好熱穩定性的物質。制備時，將HBA和HBD按照特定比例混合，均勻加熱，直到獲得均勻透明的液體即得。確定加熱的溫度和攪拌組分的持續時間對于制備DES是非常重要的，可以通過多次嘗試調整，最終得到最佳參數（大多數DES在50～100℃之間制備）。目前，DES除了應用于天然植物有效成分的提取之外，在金屬分離和回收、醫藥、催化、材料制備等領域也有著廣泛的應用。雖然對此種新型溶劑的研究還處于初級階段，有待深入探索，但仍引起了各專家學者的極大興趣。
對于DES在天然植物提取方面的研究表明，該溶劑對于酚類、黃酮類、多糖類、蛋白質類等成分均可適用，且提取效果較好。鄔勁夫（2023）優化了超聲輔助DES提取向日葵花盤中的綠原酸工藝，得到最佳提取條件為：DES氯化膽堿-1,4-丁二醇（摩爾比1:2），含水量wt30%，液固比31mL/g，提取溫度47℃，提取時間53min。在該條件下，綠原酸的提取物為6.15%mg/g，是70%乙醇提取的1.4倍。根據傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和掃描電子顯微鏡（SEM）分析結果顯示，70%乙醇和 DES 提取不會改變向日葵花盤原料的化學結構，但DES提取對原料細胞壁的破壞程度更大。王志軒等（2024）用Box-Behnken響應面法優選了DES提取馬蹄金總黃酮的工藝，最終得到的工藝為：DES氯化膽堿-乳酸（摩爾比1:2），含水量70%，超聲（功率為180 W）提取30min，在此條件下的提取率為3.64%，說明該方法操作簡便，適用性高。劉佳怡等（2024）對DES提取自丁香花多酚工藝進行了優化，結果表明，在提取溫度60℃，超聲時間60min，料液比1:30g/mL，超聲功率300W時，紫丁香多糖提取量可達52.19±0.13mg/g，顯著高于傳統水提法和有機溶劑（60%乙醇、甲醇）提取法（p＜0.05），說明該法能夠綠色高效地提取紫丁香多酚。
隨著科技的發展，我們對于提取工藝的研究也更加深入。不論是何種溶劑、何種提取方法，都有著相應的適用場景和使用對象，均無法被稱為完美。DES的發現，無疑給天然植物有效成分的提取工藝提供了更豐富的研究方向與可能性。今后對該技術的研究，還應該集中在各化學分子的結合機制上、提取原理上，以便于更高效地在天然植物提取物領域利用該技術，提高有效成分的提取效率，得到更多從原料端降本增效的方案，為行業的可持續發展提供科技助力。