随着科技的不断进步，绿色、环保的提取技术在天然植物资源的开发中越来越受到关注。其中，低共熔溶剂（DES）作为一种新型的、环境友好的提取媒介，正在逐步成为天然植物提取领域的热门选择。本期爱绿科技，王微老师将为您介绍DES的基本特性、制备方法及其在天然植物提取中的应用。
天然植物在畜牧业中的应用由来已久，而后人们发现，将其进行提取再应用更能发挥其潜力。于是，天然植提产业的发展愈加繁荣，人们对天然植物有效成分提取工艺的研究也愈发深入了。植物提取物传统的提取模式，普遍来说包含原料→水提/醇提→浓缩→浸膏→喷雾干燥→粉碎、混合、包装→产品等步骤，其中，提取溶剂的选用是非常重要的。溶剂的作用，是将所需的目标有效成分从植物中溶出转移，得到提取液，再通过浓缩分离等步骤，最终得到产品，我们通常遵循“相似相溶”原则，即根据植物中各种成分的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对其他成分溶解度小的物质作为适宜的溶剂。
对于天然植物有效成分的提取，常用的溶剂有水、乙醇、甲醇、石油醚、乙醚、苯、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇、丙酮等，可根据目标成分的化学性质来选择。然而，很多有机溶剂都具有较强的毒性与挥发性，并且价格高昂。考虑到目前植提产业的迅速发展与扩张，传统溶剂的大量使用，可能会给环境带来不利影响。数据显示，全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成的危害日益严重，威胁着人类的生存。1991年，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，立即得到了全世界的积极响应，专家学者们都在积极寻找与开发成本更低廉、挥发性、毒性小、可生物降解、易于制备的物质作为新型绿色溶剂替代传统溶剂。于是，低共熔溶剂进入了人们的视野。
低共熔溶剂（Deep eutectic solvents，DES）的概念是由Abbott及其团队于2003年首次提出的，当熔点为302℃的氯化胆碱和熔点为133℃的尿素以摩尔比1:2混合时，形成熔点为12℃的透明低共熔混合物，其熔点远低于各组分的熔点。而后在2011年，Choi首次将由植物初级代谢产物如氨基酸、有机酸、糖类、胆碱衍生物形成的类似DES的液体称为天然低共熔溶剂（Natural deep eutectic solvents，NADES）。这个发现无疑更加拓宽了绿色环保溶剂的研究范围。
所谓DES，是指由两种或两种以上的，具有强氢键相互作用的组分按一定化学计量比组成的混合物，其中一个组分给出氢键（氢键供体，Hydrogen bond donor，HBD），另一个组分接受氢键（氢键受体，Hydrogen bond acceptor，HBA），所得混合物的熔点将低于HBA和HBD的熔点。它具有制造成本低廉、操作条件温和、环境友好、热稳定性好等优点，具有替代传统溶剂的较大潜力。
DES的制备方法，主要包括加热制备、研磨制备、旋转蒸发制备以及冷冻干燥制备等。其中，加热是最常用且操作步骤最简单的方法，主要适用于组分都是干燥化合物、具备良好热稳定性的物质。制备时，将HBA和HBD按照特定比例混合，均匀加热，直到获得均匀透明的液体即得。确定加热的温度和搅拌组分的持续时间对于制备DES是非常重要的，可以通过多次尝试调整，最终得到最佳参数（大多数DES在50～100℃之间制备）。目前，DES除了应用于天然植物有效成分的提取之外，在金属分离和回收、医药、催化、材料制备等领域也有着广泛的应用。虽然对此种新型溶剂的研究还处于初级阶段，有待深入探索，但仍引起了各专家学者的极大兴趣。
对于DES在天然植物提取方面的研究表明，该溶剂对于酚类、黄酮类、多糖类、蛋白质类等成分均可适用，且提取效果较好。邬劲夫（2023）优化了超声辅助DES提取向日葵花盘中的绿原酸工艺，得到最佳提取条件为：DES氯化胆碱-1,4-丁二醇（摩尔比1:2），含水量wt30%，液固比31mL/g，提取温度47℃，提取时间53min。在该条件下，绿原酸的提取物为6.15%mg/g，是70%乙醇提取的1.4倍。根据傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示，70%乙醇和 DES 提取不会改变向日葵花盘原料的化学结构，但DES提取对原料细胞壁的破坏程度更大。王志轩等（2024）用Box-Behnken响应面法优选了DES提取马蹄金总黄酮的工艺，最终得到的工艺为：DES氯化胆碱-乳酸（摩尔比1:2），含水量70%，超声（功率为180 W）提取30min，在此条件下的提取率为3.64%，说明该方法操作简便，适用性高。刘佳怡等（2024）对DES提取自丁香花多酚工艺进行了优化，结果表明，在提取温度60℃，超声时间60min，料液比1:30g/mL，超声功率300W时，紫丁香多糖提取量可达52.19±0.13mg/g，显著高于传统水提法和有机溶剂（60%乙醇、甲醇）提取法（p＜0.05），说明该法能够绿色高效地提取紫丁香多酚。
随着科技的发展，我们对于提取工艺的研究也更加深入。不论是何种溶剂、何种提取方法，都有着相应的适用场景和使用对象，均无法被称为完美。DES的发现，无疑给天然植物有效成分的提取工艺提供了更丰富的研究方向与可能性。今后对该技术的研究，还应该集中在各化学分子的结合机制上、提取原理上，以便于更高效地在天然植物提取物领域利用该技术，提高有效成分的提取效率，得到更多从原料端降本增效的方案，为行业的可持续发展提供科技助力。