油菜是我国重要的蜜粉源植物和油料作物[1-2],其花粉富含黄酮类化合物[3-5],具有抗氧化[6]、抗炎[7]、抗肿瘤[8]、调节血脂、增强免疫力等多种功能[9]。目前已从油菜花粉中鉴定出多种黄酮类化合物,包括山柰酚、槲皮素、柚皮素、异鼠子李[10-12]等,在医药、保健食品等诸多领域展现出潜在的应用价值。

油菜花粉黄酮的提取主要依赖有机溶剂法[13],但该方法存在提取效率低[14]、耗时长、纯度不高等问题[15]。此外,有机溶剂的高挥发性和潜在健康风险限制了其在食品和保健品生产中的应用[16]。因此,开发绿色、高效的提取方法成为当前研究的热点[17]。低共熔溶剂(deep eutectic solvents, DESs)作为一种新型绿色溶剂[17-18],因其溶解能力强[19]、提取效率高[20]、环境友好[21-22]等优势,在天然产物提取领域展现出广阔的应用前景。

疏水性低共熔溶剂(hydrophobic deep eutectic solvents, HDESs)是DESs的一个子类[23],以其独特的优势在多个领域展现出广泛的应用潜力[24]。与传统DESs相比,HDESs采用低极性化合物作为原料,具有更好的水稳定性和生物相容性[25]。此外,HDESs的原料大多源自绿色天然物质[26],不仅降低了对环境的影响,还提高了其在食品[27],特别是保健食品生产中的可接受性。Kongpol等[21]使用辛酸-薄荷醇HDES提取姜黄素,进一步证实了这些溶剂与食品和药物制剂的良好相容性,为HDESs在食品领域的应用提供了科学可行性依据。除此之外,由于HDESs易于获得、成本效益高,使得HDESs在工业应用中更具竞争力。

目前关于HDESs在生物活性成分提取中的研究较少。鉴于HDESs在食品化学领域的应用趋势和机遇,本研究选择天然化合物薄荷醇和甜菜碱作为氢键受体,制备一系列适用于生物活性成分提取的HDESs,并表征其结构及理化性质,同时将其应用于油菜花粉总黄酮的提取。通过单因素实验和响应面法优化HDESs黄酮提取工艺,以显著提高提取效率和选择性。采用UHPLC-Q-Orbitrap MS对优化工艺提取的样品进行成分分析。研究旨在为优化油菜花粉黄酮的提取工艺及拓展其应用提供数据支持,同时为HDESs在食品行业中的潜在应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

破壁油菜花粉(食品级),陕西康泰莱蜂业有限公司;薄荷醇(分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;甜菜碱(纯度 98%)、月桂酸(分析纯)、正辛酸(分析纯)、正癸酸(分析纯),上海麦克林生化科技股份有限公司;丙三醇、乙二醇、油酸、亚硝酸钠、溴化钾,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;芦丁(色谱纯),德思特生物技术有限公司;氢氧化钠(特优级),上海泰坦科技股份有限公司;九水合硝酸铝(分析纯),陇西科学股份有限公司;无水乙醇(分析纯),湖南汇虹试剂有限公司;类黄酮标准品(色谱纯),美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器,巩义市中天仪器科技有限公司;SP-756P型紫外可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;KS-600DV型液晶超声波清洗器,昆山洁力美超声仪器有限公司;H2050R型台式高速冷冻离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;DTY-A220型电子天平,福州华志科学仪器有限公司;DSC3型差示扫描量热仪,梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;Kinexus Pro型旋转流变仪,英国马尔文公司;IR Affinity-1型傅里叶红外光谱仪,日本岛津公司;Q Exactive型质谱仪、Vanquish型超高效液相色谱仪、Reacti-Thermo型氮气吹扫仪,美国赛默飞世尔科技公司。

1.3 实验方法

1.3.1 HDESs的制备

以薄荷醇(Men)和甜菜碱(Bet)作为氢键受体(hydrogen bond acceptor, HBA),月桂酸(Lau)、辛酸(OA)、癸酸(DA)、油酸(OLA)、乙二醇(Ethy)、丙三醇(Gly)作为氢键供体(hydrogen bond donor, HBD),使用加热搅拌法进行HDESs制备。称取一定量的HBA于圆底烧瓶中,通过精确控制HBA与HBD的物质的量比(表1),将其进行混合,并用瓶盖密封,在一定温度的水浴锅中使用磁力搅拌加热,直至形成澄清透明的均质溶液,且在室温条件下状态稳定不变,标志着HDESs制备成功。

1.3.2 HDESs的理化特性测定

1.3.2.1 HDESs特征峰分析

参考Ali等[28]的方法,稍加修改。使用红外光谱仪对HDESs的结构特征进行表征。在25 ℃下,将9种HDESs分别与干燥后的溴化钾混合压片;分辨率4 cm-1,扫描次数64次,扫描范围500～4 000 cm-1。

1.3.2.2 流变特性测定

参考Xu等[29]的方法,稍加修改。室温条件下使用旋转流变仪测定。吸取约1 mL HDESs滴在 40 mm 的平板上,板间距1 mm,剪切速率0.01～1 000 s-1 的条件下测定HDESs表观黏度的变化。

1.3.2.3 热性能测定

参考Hyun等[30]的方法,稍加修改。用差示扫描量热仪测定HDESs的热力学行为。称取约10 mg样品于铝锅中,并以空铝锅作为对照。从-40 ℃升温至50 ℃,加热速率为10 ℃/min。

1.3.3 基于HDESs的油菜花粉黄酮提取

1.3.3.1 提取率的测定

以芦丁为标准品,采用硝酸铝-亚硝酸钠比色法进行测定。称取芦丁标准品10.5 mg,加入乙醇,于50 mL容量瓶中定容,配制成质量浓度为0.21 mg/mL的标准溶液。在6个25 mL容量瓶中依次加入1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL标准溶液,再加入1 mL质量分数为5%的亚硝酸钠溶液,摇匀后静置6 min;加入1 mL质量分数为10%的硝酸铝溶液,摇匀后静置6 min;最后分别加入10 mL质量分数为4%的氢氧化钠溶液,使用乙醇定容,混合均匀后避光静置15 min,使用紫外-可见分光光度计在510 nm处测定吸光度,绘制标准曲线,得出回归方程为Y=11.88X-0.002 179, R2=0.999 6。油菜花粉黄酮的提取液按照标准溶液的测定方法进行紫外测定。黄酮提取率计算见式(1)。

提取率

(1)

式(1)中,n为稀释倍数;c为总黄酮质量浓度,g/mL;V为溶液取样体积,mL;m为花粉取样质量,g。

1.3.3.2 HDESs的筛选

称取油菜花粉0.1 g,加入3 mL HDESs,涡旋 2 min, 使油菜花粉与HDESs均匀混合,超声 20 min, 设置超声功率40 W、频率540 kHz,在 10 000 r/min下离心5 min,取上清液进行黄酮提取率的测定,筛选提取率高的HDESs。

1.3.3.3 油菜花粉黄酮提取工艺优化

1)单因素实验。改变HDESs(Men-Lau)物质的量比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6)、提取温度(30、40、50、60、70 ℃)、花粉与提取液固液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 g/mL)、提取时间(50、65、80、95、110 min),研究油菜花粉黄酮提取率的变化。

2)响应面试验。参考单因素实验结果,选用固液比(A)、提取温度(B)、提取时间(C)作为单因素,油菜花粉黄酮提取率为响应值(R),采用Design Expert 13软件进行三因素三水平的Box-Behnken试验设计。试验因素与水平设计见表2。

1.3.4 油菜花粉黄酮成分测定

1.3.4.1 黄酮样品制备

按照优化后的参数进行提取,向提取液中加入一定量的NaOH溶液,静置24 h后过滤,使用旋转蒸发仪浓缩,再通过真空冷冻干燥技术制备黄酮样品。取适量黄酮样品至离心管中,加入0.5 mL体积分数为80%的甲醇水溶液,涡旋混匀,室温超声提取30 min,以12 000 r/min离心10 min,取上清液,重复提取2次,将2次上清液合并混匀,根据实际情况稀释数倍后进行上机检测。

1.3.4.2 UHPLC-Q-Orbitrap MS参数设定

准确称量标准品,各自加入甲醇溶液配制成10 mg/mL的单标母液,取适量单标母液混合配制成10 μg/mL的混标溶液保存备用。

1)液相色谱参数。色谱柱Waters HSS T3(50 mm×2.1 mm, 1.8 μm);流动相A为超纯水溶液(含体积分数0.1%甲酸),B为乙腈溶液(含体积分数0.1%甲酸);流速0.3 mL/min;柱温40 ℃;4 ℃自动进样,进样量2 μL。洗脱梯度为0～6 min,V(A)∶V(B) = 90∶10;6.1～9 min,V(A)∶V(B) = 60∶40;9.1～12 min,V(A)∶V(B) = 90∶10。为避免仪器检测信号波动造成影响,采用随机顺序进行样本的连续分析。

2)质谱条件。电喷雾离子源(electrospray ionization, ESI),鞘气40 arb,辅助气10 arb,离子喷雾电压-2 800 V,温度350 ℃,离子传输管温度320 ℃。扫描模式为Full scan-ddMS2,扫描方式为负离子。一级质谱扫描范围m/z为100～900。

1.4 数据处理

所有数据采用SPSS 25.0软件统计分析,以平均值±标准偏差表示, P<0.05表示差异显著。采用Prism、Design Expert 13和Origin 64软件对实验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 HDESs的理化特性分析

2.1.1 HDESs特征峰分析

HDESs的合成主要依靠HBA和HBD之间的氢键相互作用力,通过分析HDESs合成前的原始组分以及合成后的HDESs的红外光谱,证实HDESs的合成。图1显示了Men、Bet、OA、DA、OLA、Ethy、Gly、Lau及其相应的HDESs的红外光谱,可以观察到它们均有保存完好的特征峰,反映了HDESs中的功能性基团。红外光谱显示,Men在3 390 cm-1处存在羟基(O—H)的特征吸收峰,在2 943 cm-1和 2 867 cm-1处存在碳氢键(C—H)拉伸;Bet在1 629 cm-1 处存在一个羰基基团(CO)的吸收峰;Gly在3 438 cm-1处存在由O—H引起的特征吸收峰;DA是一种典型的羧酸类物质,在2 932 cm-1和2 860 cm-1处有着特征明显的O—H和C—H吸收峰,CO在1 715 cm-1处出现了强伸展的CO带,C—O在1 296 cm-1处存在拉伸带,是典型的羧酸类物质的特征峰,其他波段与碳氢化合物有关。Men-DA光谱在2 879～3 053 cm-1的展宽显示出典型的结构紊乱,这是由于2种物质混合时发生相变,导致晶体结构损失;948～1 504 cm-1处可以观察到Men的结构没有发生变化。合成HDESs后的Men-DA红外光谱在3 392 cm-1出现O—H特征峰,发生蓝移,说明Men与DA自身的氢键作用因形成HDESs而被削弱,但因形成的氢键作用不足以破坏自身的氢键作用,导致了红外光谱O—H峰的蓝移。Ethy在3 383 cm-1处存在O—H特征吸收峰;而Men-Ethy中,O—H拉伸带出现了由3 390 cm-1到3 405 cm-1的蓝移,表明分子间形成了氢键。OA在2 934 cm-1处存在1个羟基吸收峰,在1 712 cm-1处存在羰基基团CO的吸收峰;Bet-OA在2 938 cm-1处存在由O—H基团引起的特征吸收峰,在1 718 cm-1处存在CO的吸收峰。OLA分别在2 926 cm-1和1 714 cm-1处存在O—H和CO吸收峰,Bet-OLA分别在2 936 cm-1和1 714 cm-1处存在O—H和CO吸收峰。Lau的CO拉伸带位于 1 630 cm-1处;HDESs形成后,CO拉伸带蓝移到1 717 cm-1处,推测Men的加入削弱了Lau本身的氢键强度,形成了新的氢键。

2.1.2 流变特性分析

为了研究9种HDESs的流变特性,使用旋转流变仪测定了黏度和剪切速率的函数关系(图2)。由图2可知,剪切速率为0～80 s-1时,9种HDESs的黏度不随剪切速率的增加而改变,此类化合物被称为牛顿流体。本研究制备的9种 HDESs的黏度由大到小依次为 Bet-Gly、Bet-OLA、Bet-Ethy、Men-Ethy、Men-OLA、Men-Lau、Men-DA、Men-OA、Bet-OA。黏度是液体流动阻力的量度,测定黏度有助于评估HDESs的实用性。对于作为提取溶剂的HDESs而言,低黏度的HDESs具有更佳的润湿性和物理吸附能力,使其能够快速形成流动层,促进目标化合物的转移[31]。有研究表明,高黏度的HDESs可以使用一些有机溶剂进行稀释,例如乙醇[32-33]。

2.1.3 HDESs热性能分析

差示扫描量热法是在设定的温度范围内,通过分析待测样品和空白组分随时间、温度变化产生的热流差值,来研究物质热行为的技术,能够精确地确定HDESs的熔点和凝固点,对评估HDESs的流动性和适用性至关重要。HDESs的差示扫描量热曲线见图3。由图3可知,HDESs的熔点显著低于其单独组分的熔点,这是由于HBA与HBD之间形成了氢键相互作用力,这种作用力降低了HDESs的熔点,从而拓宽了其作为溶剂的应用温度范围。在测量温度范围内,Men-DA、Men-OA、Men-Ethy、Men-OLA、Men-Lau、Bet-OA、Bet-OLA的曲线均存在向下的吸热峰,属于典型的熔融状态峰,表明这些HDESs在特定温度下会发生熔融。而Bet-Gly和Bet-Ethy未产生吸热峰,这可能是因为它们的高密度阻碍了凝固和熔化的过程,或是由于这些HDESs的热变化属于玻璃态转化,即它们在宽温度范围内保持液态的超分子复合物状态,没有明确的熔点和凝固点。这些发现证实了HDESs的热稳定性和流动性,对于预测和优化HDESs在不同应用中的性能至关重要。特别是对于那些在特定应用中需要在较宽温度范围内保持液态的HDESs,这些热性能参数提供了重要的参考依据。此外,这些结果也表明,通过调整HBA和HBD的比例和种类,可以进一步调控HDESs的热性能,以满足特定的工业应用需求。

2.2 提取油菜花粉黄酮的HDESs的筛选结果

筛选提取率最佳的HDESs是优化提取条件的重要步骤之一,为了比较不同提取溶剂对油菜花粉黄酮的提取效果,共制备了9种不同的HDESs(Men-DA、Men-OA、Men-Ethy、Men-OLA、Men-Lau、Bet-OA、Bet-OLA、Bet-Gly、Bet-Ethy)。比较了传统有机溶剂(无水乙醇和体积分数50%乙醇溶液)及不同HDESs对油菜花粉中总黄酮的提取率,结果如图4。在提取温度30 ℃、提取时间20 min、固液比1∶20 g/mL、Men-Lau物质的量比1∶2时,Men-Lau HDESs对油菜花粉黄酮的提取效果较佳,提取率为1.98%,显著高于传统有机溶剂无水乙醇(1.59%)和50%乙醇溶液(1.37%),较传统有机溶剂提高了24%～44%。因此后续选用Men-Lau HDESs作为提取溶剂开展进一步研究。Bet-Gly、Bet-OA、Men-Lau、Men-OLA、Men-Ethy对油菜花粉黄酮的提取率高于50%的乙醇溶液,Bet-OA、Men-Lau、Men-OLA的提取率高于无水乙醇,与Khan等[34]的研究结果相符。进一步证实了HDESs在提取黄酮类化合物时比传统有机溶剂有着更高的提取能力[35-36]。这可能是因为HDESs溶剂分子与黄酮类物质之间形成了氢键,从而增大了黄酮类物质在提取溶剂中的溶解能力。除此之外,HDESs的黏度也是影响提取效果的重要因素之一。在一定极性和黏度条件下,HDESs可对目标提取物起到增溶作用;而黏度过高会使液体扩散率降低,进而降低提取效果。HDESs作为一种新型绿色溶剂,在高效提取生物活性物质方面具有广阔的应用前景。

2.3 单因素实验结果

Men-Lau提取油菜花粉黄酮的单因素实验结果见图5。由图5(a)可知,油菜花粉黄酮提取率随固液比的增加呈现先升高后降低的趋势,在固液比从1∶10 g/mL增加到1∶20 g/mL时,总黄酮提取率从1.46%提高到4.44%。这是由于在提取过程中,增加提取样品与提取溶剂的接触面积能够大幅度提高提取效率。在固液比为1∶10 g/mL时,油菜花粉与HDESs没有完全接触,导致提取率较低;而当固液比为1∶20 g/mL时,油菜花粉与HDESs已经充分接触,继续增大固液比会导致HDESs溶剂体积增大,影响升温,从而影响提取效果。

Men-Lau的分子性能受HBA与HBD的比例影响。由图5(b)可知,油菜花粉黄酮的提取率随Men-Lau物质的量比(Lau∶Men)的增大而降低,在Men-Lau物质的量比为1∶2时提取率最大。造成这一变化的原因可能是在提取液体积不变的条件下,随着Men含量的增大,Men-Lau内部氢键的数量减少,从而减少了对黄酮类化合物的增溶,造成了提取率的降低。值得一提的是,当Men-Lau物质的量比为1∶1时,Men-Lau合成不稳定,难以在室温下形成均匀透明的液体,因此,本研究选用1∶2的Men-Lau物质的量比作为优化比例进行后续实验。

由图5(c)可知,在提取温度从30 ℃升高到60 ℃的过程中,黄酮的提取率不断升高,并在60 ℃处达到峰值(5.52%)。这是由于随着温度的升高,Men-Lau的黏性下降,增大了提取物在Men-Lau中的扩散与传质作用,从而提高了提取效率。而随着温度的进一步升高,提取率出现下降的趋势,可能是因为过高的温度使黄酮类物质受热分解,除此之外,持续升高的温度也使提取溶剂挥发,从而影响提取效果。

由图5(d)可知,随着提取时间的延长,黄酮提取率出现先升高后降低的趋势,在提取时间为80 min时达到最高提取率(6.52%)。这是由于油菜花粉随着时间的延长与Men-Lau充分接触,提高了提取效率;而提取时间的进一步延长并未使黄酮的提取率持续升高,可能是由于油菜花粉黄酮的含量已经达到上限,提取时间过长会使原有的黄酮分解,或发生其他化学变化,从而影响了提取效果。

2.4 响应面试验结果

在单因素实验基础上,以黄酮提取率为响应值,考虑到低共熔溶剂的制备稳定性问题,固定Men-Lau物质的量比为2∶1。

对响应面试验结果进行回归拟合分析,得到以黄酮提取率(Y)为因变量,固液比(A)、提取温度(B)、提取时间(C)为自变量的二次多项回归方程:Y=7.38+2.11A+0.193 8B+0.070 2C+0.172 5AB+0.150 5AC-0.107 0BC-2.87A2-0.516 4B2-0.623 4C2。模型P<0.000 1<0.01,表明模型极显著,拟合程度良好。失拟项P=0.055 8>0.05,差异不显著;变异系数为1.86%,说明实测值具有较高的精度,同时R2为0.999 0,说明该模型拟合良好,可以用于提取油菜花粉黄酮工艺优化的分析和预测。通过回归系数显著性分析可知,因素的P值小、F值大,则说明此因素对油菜花粉黄酮提取效果的影响大。从分析结果中可知,A、B、A2、B2、C2对响应值具有极显著影响,AB和AC影响显著,其他因素及其相互作用对响应值的影响不显著。各因素交互作用对油菜花粉黄酮提取率的影响见图6。结果显示,3种因素对油菜花粉黄酮提取率的影响由大到小依次为固液比、提取温度、提取时间。

根据Design Expert 13软件计算出油菜花粉黄酮的优化提取条件为固液比1∶24.856 g/mL、提取温度60.531 ℃、提取时间84.588 min,在此条件下得到的油菜花粉黄酮提取率的预测值为7.253%。考虑实际情况,将优化提取条件调整为固液比1∶25 g/mL、提取温度61 ℃、提取时间85 min,使用优化后的数据作为提取条件并进行验证实验,得到提取率为7.209%,与预测值接近。

2.5 油菜花粉黄酮成分分析

2.5.1 定性分析

在利用色谱柱进行定性分析时,保留时间是关键的考察指标。在相同的色谱条件下,由于各组分在化学性质与分子结构上存在差异,不同组分在分析柱上的保留能力各不相同,进而导致各组分从分析柱上被洗脱下来的时间产生差异。总离子流色谱图(total ion flow chromatogram,TIC)是将每个时间点质谱中所有离子的强度加和后连续描绘得到的图谱(图7)。对比标准品[图7(a)]与样品[图7(b)]的保留时间可知,样品在保留时间0～2 min时离子强度骤升,表明此区间存在高浓度组分,可初步评估其相对含量较大。2～5 min时离子强度较低,表明此阶段与标准品对应的黄酮类化合物含量较小,或无对应的物质。5～12 min时离子强度与标准品相比黄酮类化合物含量较多,可初步判定样品中存在该黄酮类化合物。

2.5.2 定量分析

利用TraceFinder软件拟合得到标准品曲线,通过外标法对化合物进行绝对定量,结果如表3。共检测出33种化合物,其中柚皮苷查尔酮质量比高达295.315 7 ng/mg,表明其在油菜花粉黄酮成分中占据主导地位。柚皮苷查尔酮具有抗氧化、抗炎、抗癌等多种生物活性[37],其高含量为油菜花粉的进一步开发和利用提供了重要依据。其他含量较高的黄酮类化合物分别为山柰酚-3-O-葡萄糖苷(64.058 3 ng/mg)、柚皮素(56.896 6 ng/mg)、槲皮素-3-O-葡萄糖苷(18.650 7 ng/mg)、苯甲酸(15.976 0 ng/mg)、对香豆酸(10.760 6 ng/mg)、山柰酚(8.886 4 ng/mg)等。这一结果清晰地揭示了,优化提取后油菜花粉总黄酮中的主要成分构成,为后续深入探究油菜花粉黄酮类化合物的生物活性、药理作用以及潜在应用价值提供了关键的数据基础;同时也侧面印证了HDESs在提取该类化合物时的有效性,能够精准且高效地分离出多种高浓度的具有研究意义的化合物。Campos等[38]使用体积分数80%的甲醇溶液提取油菜花粉黄酮,结果显示油菜花粉中总黄酮含量为5.2 mg/g,其中柚皮苷查尔酮占总黄酮的2.3% (119.6 ng/mg)。进一步说明本研究能够更高效地提取油菜花粉黄酮。

2.5.3 样品质控分析

UHPLC-Q-Orbitrap MS是一种高灵敏度、高分辨率的分析技术,能够对复杂样品中的微量成分进行精确鉴定和定量分析。在仪器分析过程中,将质量控制样本(quality control sample, QC)均匀地插入分析样本序列中,通过计算QC的相对标准偏差(relative standard deviation, RSD)来判断检测过程中仪器的稳定性,一般当RSD<30%时,说明检测系统较为稳定。样品质控分析结果见图8。由图8可知,QC的RSD远低于30%,说明检测系统具有良好的精密度,为数据的可靠性和重复性提供了重要的保证。

3 结 论

本研究构建了一种运用疏水性低共熔溶剂(HDESs)从油菜花粉中绿色、高效提取黄酮的方法。通过系统筛选和表征,发现了薄荷醇-月桂酸(Men-Lau)HDESs在黄酮提取中表现出显著优势,其提取率较传统有机溶剂(无水乙醇和50%乙醇溶液)提高了24%～44%。这一结果可能与HDESs独特的氢键网络结构及其与目标化合物的高效相互作用有关。红外光谱分析进一步证实了HDESs中氢键的形成及其对提取性能的促进作用。本研究通过响应面法确定了优化提取工艺条件为固液比1∶25 g/mL、提取温度61 ℃、提取时间85 min,并验证了优化参数的可靠性(提取率达7.209%)。与传统方法相比,HDESs提取法不仅避免了有毒有害溶剂的使用,还显著提高了提取效率,体现了HDESs在绿色化学领域的应用潜力。此外,基于UPLC-Q-Orbitrap MS技术的黄酮成分分析揭示了油菜花粉黄酮提取物的化学多样性,其中柚皮苷查尔酮(295.315 7 ng/mg)等主要成分的鉴定为进一步研究其生物活性奠定了基础。HDESs作为一种新型绿色溶剂,其可设计性和环境友好性为天然活性物质的提取提供了新思路。未来研究可进一步探索HDESs在其他植物源黄酮提取中的应用,并评估其规模化生产的可行性。此外,HDESs在食品、药品及化工领域的潜在应用价值也值得深入挖掘,例如其在功能性食品开发或药物递送系统中的应用。

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Extraction and Identification of Rapeseed Pollen Flavonoids Using Hydrophobic Deep Eutectic Solvents

QI Yuchen1, FAN Wei1, GUO Shiyin1, QIN Jingping1, XIAO Hang2, TANG Zhonghai1,*

(1.Hunan Provincial Engineering Technology Research Center for Nutritional Health and Deep Development of Rapeseed Oil/College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410125, China;2.Department of Food Science, University of Massachusetts Amherst, Amherst 01003, United States)

Abstract：To evaluate the performance of hydrophobic deep eutectic solvents (HDESs) and explore their capacity to extract flavonoids from rapeseed pollen, menthol and betaine were selected as hydrogen bond acceptors to prepare a series of HDESs. The structure and physicochemical properties of these HDESs were comprehensively characterized using infrared spectroscopy, rotational rheometry, and differential scanning calorimetry. The study found that the synthesized HDESs exhibited a blue shift in their characteristic infrared absorption peaks compared to the original components. Rheological analysis indicated that their viscosity remained largely unaffected by shear rate, with the menthol-lauric acid system demonstrating relatively low viscosity. Thermal property analysis revealed a significant decrease in the melting point of the synthesized HDESs. HDESs synthesized from menthol-lauric acid exhibited the best extraction efficiency for rapeseed pollen flavonoids. Through single-factor experiments and response surface methodology, the optimal extraction conditions were temperature 61 ℃, extraction time 85 min, and solid-liquid ratio of 1∶25 g/mL. Under these conditions, the extraction rate of flavonoids reached 7.209%, which was close to the predicted value, confirming the reliability and practical application potential of the optimized model. Through UPLC-Q-Orbitrap MS component analysis, 33 compounds were identified in the rapeseed pollen flavonoid extract. Among them, naringin chalcone showed the highest content at 295.315 7 ng/mg, followed by other relatively high-content compounds including kaempferol-3-O-glucoside (64.058 3 ng/mg), naringenin (56.896 6 ng/mg), quercetin-3-O-glucoside (18.650 7 ng/mg), benzoic acid (15.976 0 ng/mg), p-coumaric acid (10.760 6 ng/mg), and kaempferol (8.886 4 ng/mg). The results of this study indicated that the use of HDESs as a novel and efficient extraction approach demonstrated significant advantages for the extraction of rapeseed pollen flavonoids.

Keywords：hydrophobic deep eutectic solvents; menthol-lauric acid; rapeseed pollen; flavonoids; UHPLC-Q-Orbitrap MS

doi：10.12301/spxb202400818

文章编号：2095-6002(2025)05-0169-13

引用格式：亓玉琛, 范伟, 郭时印, 等. 疏水性低共熔溶剂提取油菜花粉黄酮及成分鉴定[J]. 食品科学技术学报,2025,43(5):169-181.

QI Yuchen, FAN Wei, GUO Shiyin, et al. Extraction and identification of rapeseed pollen flavonoids using hydrophobic deep eutectic solvents [J]. Journal of Food Science and Technology, 2025,43(5):169-181.

中图分类号：TS201.2

文献标志码：A

收稿日期：2024-12-27

基金项目：国家自然科学基金资助项目(32360579);新疆生产建设兵团自然科学支持计划资助项目(2024DA045)。

Foundation：National Natural Science Foundation of China (32360579 ); Natural Science Support Program of Xinjiang Production and Construction Corps(2024DA045).

第一作者：亓玉琛,女,硕士研究生,研究方向为食品资源开发与利用。

*通信作者：唐忠海,男,教授,博士,主要从事生物活性成分营养与功能方面的研究。

(责任编辑：张逸群)