无花果(Ficus carica L.)是一种营养丰富的果实,是多酚化合物的宝贵来源,包括黄酮类和酚酸,以其抗氧化[1]、抗炎[3]和代谢调节活性[4]而闻名。这些生物活性成分在功能性食品和制药应用中具有巨大潜力[5]。然而,依赖有机溶剂(如乙醇、甲醇)的传统提取方法效率低下、毒性高且对环境有害[6],因此需要开发符合可持续化学原则的绿色提取技术。
共晶溶剂(DESs)由氢键受体(HBAs,如氯化胆碱)和氢键供体(如有机酸、糖)组成,具有生物降解性、低挥发性和可调极性,非常适合提取极性生物活性化合物[7]、[8]。超声辅助(UAE)通过空化作用破坏细胞壁,进一步增强了传质效果,减少了提取时间和溶剂消耗[9]、[10]。研究表明,与传统提取溶剂相比,共晶溶剂对植物中目标化合物的提取效率更高[11]、[12]。例如,Du等人[12]开发了一种利用超声辅助共晶溶剂从玫瑰花瓣中提取花青素的方法,提取产量为8.265 mg/g,显著高于有机溶剂。此外,酶促酰化(最大酰化率为95.13%)显著提高了花青素对温度、光和pH值的稳定性及其抗氧化活性[12]。虽然二元共晶溶剂在减少有机溶剂使用方面显示出潜力,但其在无花果多酚提取中的应用受到极性调节能力和高粘度的限制[13]。例如,基于氯化胆碱的二元共晶溶剂由于氢键多样性不足,往往难以溶解高极性的酚酸[14]。此外,二元系统中缺乏多组分协同作用,限制了细胞壁的渗透和传质效率。
通过引入第三组分(如多元醇、酰胺),三元共晶溶剂能够动态调节氢键复杂性和溶剂极性[15]、[16]。例如,三元系统中氢键受体和双重氢键供体的协同组合可以形成多维氢键网络,增强不同极性多酚的溶解度[17]、[18]。与二元共晶溶剂相比,三元系统在粘度[19]、极性[21]和分子相互作用方面具有更好的可调性,最近使用氯化胆碱:苹果酸:尿素三元共晶溶剂从葡萄皮中提取多酚的研究表明,其提取效率比二元共晶溶剂高出18%[22]。
鉴于这些挑战,本文假设引入第三组分可以形成氢键网络。该网络的动态可调极性和降低的粘度增强了不同极性多酚的溶解度。同时,超声空化作用通过破坏无花果组织的细胞结构(如扩大细胞壁孔隙)来协同提高传质效率。
为了阐明三元共晶溶剂提取无花果多酚的机制,本研究首先使用Box-Behnken设计(BBD)和响应面方法(RSM)优化了UAE-DES提取过程;然后通过SEM、FT-IR和核磁共振(NMR)分析分子相互作用来阐明提取机制;进一步评估了提取物的抗氧化活性,并与传统有机溶剂提取方法(如乙醇、甲醇)进行了比较。合理设计了新型三元共晶溶剂以最大化溶解效率,同时系统优化了超声参数,以平衡提取产量和能耗。通过将实验表征与机制分析相结合,本研究为从植物基质中绿色提取生物活性化合物提供了新的方案,部分解决了相关应用中的问题。