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文章导读
ABSTRACT
01
油橄榄叶提取物因其良好的舒缓修复功效被广泛应用于化妆品等领域。羟基酪醇是油橄榄叶中的核心活性成分一，其具有优异的抗炎、抗菌和抗氧化活性。目前，从油橄榄叶中提取羟基酪醇所用的溶剂主要是水和有机溶剂（甲醇、乙醇等）。然而，水提法提取效率低、杂质多、有效成分易分解；有机溶剂易燃、有毒，后续分离成本高。为使油橄榄叶提取物在化妆品领域呈现出更优异的应用性能，科研人员一直在努力开发绿色、高效的提取溶剂。
哈尔滨工业大学（深圳）索维奇智能新材料诺奖实验室张嘉恒教授研究团队采用超声辅助苦参碱泛醇NaDES（MaPa）提取油橄榄叶，开发了一种环保经济、绿色高效的天然深共熔溶剂，实现对油橄榄中羟基酪醇的绿色高效提取。团队设计、制备了一系列不同摩尔比的MaPa，并将其用于在超声辅助下从油橄榄叶中提取羟基酪醇，无需额外分离过程。对比MaPa与传统溶剂对羟基酪醇的提取效率，确定了MaPa中苦参碱与泛醇的最佳摩尔比。后通过单因素实验优化MaPa的提取条件。通过密度泛函理论（DFT）计算与傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）共同分析了MaPa的形成机理及其与羟基酪醇的相互作用。此外，选取最佳提取条件下得到的MaPa提取物以及相同提取条件下得到的水提取物进行一系列功效测试，从而考察了天然深共熔溶剂对油橄榄叶提取物功效活性的影响。
超声辅助MaPa提取羟基酪醇具有高效、绿色、环保等优点。当MaPa中苦参碱和泛醇的摩尔比达到1:4时，其提取羟基酪醇的效率最高，是水提的1.63倍、甲醇的1.43倍、乙醇的2.07倍。最佳提取条件下羟基酪醇得率高达4.98 mg/g。MaPa提取物表现出低细胞毒性、良好的生物相容性、优异的抗炎、抑菌和抗氧化性能，可作为原料用于配制相应功效的护肤品。
图文摘要
本文亮点
HIGHLIGHT
02
开发了一种超声辅助MaPa从油橄榄叶中提取羟基酪醇的绿色高效方法，并采用了模拟计算和实验分析相结合的手段验证了该方法的可行性。
与传统提取方法相比，该提取方法提取率高、绿色环保、经济简便，使羟基酪醇含量提高了近1.5至2倍。
该方法获得的油橄榄叶提取物表现出优异的生物相容性及抗炎活性，并较相同提取条件下得到的油橄榄叶水提取物具有更优异的抑菌和抗氧化活性。
图文解读
CONTENT
03
1. MaPa的合成和表征
在室温下加热搅拌获得4种不同摩尔比的MaPa。如图1a所示，所制备的MaPa在室温下放置30天后颜色无明显变化，外观稳定性良好。同时利用DFT计算对MaPa的结构及其稳定性进行分析。ESP分析结果如图1b所示，MaPa中泛醇带正电的区域与苦参碱带负电的区域相互吸引，最终形成稳定的结构（图1c）。此外，IRI分析结果表明苦参碱的酰胺基团和泛醇的羟基之间存在很强的氢键力（图1d）。为证实MaPa的成功合成，采用了FTIR（图1e）和1H NMR（图1f）对MaPa进行分析，结果证实MaPa中泛醇的羟基与苦参碱的酰胺基团形成了氢键。最后，TGA（图1g）和DSC（图1h）的分析结果表明MaPa的热稳定性相对于单独的泛醇来说有一定提高，热稳定性良好。
图1. MaPa的合成和表征
2. 不同溶剂对提取效率的影响
将不同的溶剂（水、甲醇、乙醇）和MaPa进行提取羟基酪醇的得率对比，如图2a所示，不同摩尔比MaPa的提取率均优于3种对照溶剂。当苦参碱与泛醇摩尔比为1:4（MaPa-4）时，提取效率最高，分别是水提的1.63倍、甲醇的1.43倍、乙醇的2.07倍。为了阐明MaPa对羟基酪醇的高效提取原因，采用了结构优化（图2b）、ESP（图2c）和IRI（图2d）分析，结果证实了MaPa与羟基酪醇之间存在强于范德华力的相互作用力。对于MaPa-4，高泛醇比增加了MaPa和羟基酪醇之间相互作用的分子数量，从而提高了提取效率。经过不同溶剂处理后的橄榄叶残渣扫描电镜图片结果（图2e-j，e：不处理；f：水；g：甲醇；h：乙醇；i、j：30 wt% MaPa-4）显示，MaPa-4破坏油橄榄叶表面组织的效果优于传统溶剂，表明MaPa-4可以有效破坏油橄榄叶的细胞壁，促进细胞内活性成分的溶出，从而达到更高的提取效率。
图2. 不同溶剂提取效率对比以及MaPa提取机理分析
3. 单因素实验
采用单因素实验评价MaPa-4浓度、提取时间和料液比对羟基酪醇提取效率的影响，并确定各参数的合适范围。探究结果如图3所示，60 wt%的MaPa-4、60min提取时间和20mg/mL固液比为最佳提取条件，此时羟基酪醇的得率高达4.98 mg/g。
图3. 不同因素对提取效率的影响
4. MaPa-4提取物的生物相容性评价
使用人角质形成细胞、人皮肤成纤维细胞、RAW 264.7小鼠巨噬细胞作为细胞模型来测试MaPa-4提取物的细胞毒性（图4b）。基于人角质形成细胞和皮肤成纤维细胞，当MaPa-4提取物浓度低于0.625 mg/mL范围内时，细胞相对存活率均在90%以上。基于RAW 264.7小鼠巨噬细胞，当MaPa-4提取物浓度低于0.078125 mg/mL时，细胞相对存活率在90%以上。MaPa-4提取物的人体皮肤斑贴试验结果（图4c）显示，33位受试者均无皮肤不良反应。以上细胞毒性和人体斑贴试验的结果均表明MaPa-4提取物具有良好的生物相容性。
图4. MaPa-4提取物的生物相容性评价
5. MaPa-4提取物的抗炎效果
基于人角质形成细胞毒性结果，选取三个安全浓度值用于抗炎试验。结果如图5b-d所示，与模型组相比：0.1mg/mL浓度的MaPa-4提取物使IL-1α显著下降了31.60%（P<0.05）；0.1mg/mL、0.25mg/mL和0.5mg/mL浓度的MaPa-4提取物分别使IL-8显著下降了13.27%、34.39%和43.18%（P<0.05）；0.25mg/mL和0.5mg/mL的MaPa-4提取物分别使PGE2显著下降了33.56%和55.81%（P<0.05）。以上结果表明，MaPa-4提取物在0.1g/mL浓度下，对IL-1α和IL-8有显著抑制作用；在0.25mg/mL和0.5mg/mL浓度下，对IL-8和PGE2有显著抑制作用。
图5. MaPa-4提取物的抗炎效果
6. MaPa-4提取物和水提取物的抗菌效果对比
该研究比较了MaPa-4提取物与水提取物对大肠杆菌的抑制效果。结果如图6所示，阴性对照组和水提取物的抑菌环直径均为6mm，而MaPa-4提取物的抑菌环直径为13.93mm，表明MaPa-4提取物对大肠杆菌有抑菌作用。
图6. MaPa-4提取物和水提取物的抗菌效果对比
7. MaPa-4提取物和水提取物的抗氧化效果对比
结果如图7b、d、f所示，MaPa-4提取物对DPPH、ABTS+、相对还原能力的IC50值分别为13.29%、0.88%、4.24%；图7c、e、g显示水提取物对DPPH、ABTS+的IC50值分别为69%、1.74%、7.18%。以上结果对比表明，MaPa-4提取物对DPPH、ABTS+自由基的清除能力和对亚铁离子的还原能力均优于水提取物。
图7. MaPa-4提取物和水提取物的抗氧化效果对比
总结与展望
SUMMARY
04
本文成功地开发了一种超声辅助天然深共熔溶剂，用于环保经济、绿色高效地从油橄榄叶中提取羟基酪醇的方法。该方法所用的天然深共熔溶剂的稳定合成得益于泛醇的羟基与苦参碱的酰胺基团形成了氢键。同时得益于苦参碱泛醇NaDES与羟基酪醇之间存在的强于范德华力的相互作用力，该方法对羟基酪醇的提取效率优于传统溶剂提取方法。本文方法得到的油橄榄叶提取物具有良好的生物相容性及抗炎活性，并较相同提取条件下得到的油橄榄叶水提取物具有更优异的抑菌和抗氧化活性。此外，羟基酪醇是一种天然酚类化合物，性状不稳定，这也导致了传统溶剂提取得到的油橄榄叶提取物在产品配方中极易变色、析出。本文开发的苦参碱泛醇NaDES与羟基酪醇产生了相互作用力，从而增强了羟基酪醇的稳定性。因此，本文方法提取得到的油橄榄叶提取物在化妆品等配方中能长期保持稳定、不变色，并在各个领域呈现出更优异的应用性能。
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https://doi.org/10.1039/D3IM00055A
本文来自哈尔滨工业大学（深圳）张嘉恒教授团队发表在Industrial Chemistry & Materials的文章：Ultrasonic assisted natural deep eutectic solvents as a green and efficient approach for extraction of hydroxytyrosol from olive leaves
引用信息: Ind. Chem. Mater., 2023, DOI: 10.1039/D3IM00055A
作者简介
通讯作者
张嘉恒，教授，博士生导师。2012起分别作为项目研究员助理和博士后研究员在美国Office of Naval Research(ONR)-University of Idaho从事研究，合作导师为含能材料领域世界知名专家Jean’ne M. Shreeve 教授。2015-2017年入选日本学术振兴会（JSPS）研究员在日本横浜国立大学从事研究，师从世界知名离子液体和电化学专家Masayoshi Watanabe教授，2017年6月起，全职回国并被聘为哈尔滨工业大学深圳研究生院教授。张嘉恒承担及参与了包括美国海军研究署、中国重点基础研究发展计划、日本学术振兴会和深圳市科创委资助的多个基础研究项目以及法国欧莱雅基团、日本花王株式会社、日本日清紡等企业资助的多个产学研项目，主持了日本学术振兴会的军转民项目一项，回国后主持了军委装发部X86的外协项目一项。入选2023年全球前2%顶尖科学家榜单。
主要研究方向：1）生物医药材料的制备与应用；2）化学材料的模拟、仿真与计算；3）生物相容储能器件的开发与应用；4）离子液体软性功能材料的生物应用；5）航天推进燃料及含能材料的设计与制备。
近年来共发表SCI论文120余篇，其中影响因子10以上的30余篇，包括J. Am. Chem. Soc. (7篇，5篇为第一作者), Angew. Chem. Int. Ed. (6篇，4篇为第一作者/通讯作者)，Chem. Rev. (共同第一作者1篇)及Nature. Commun.(共同第一作者)，共以第一作者/通讯作者身份发表SCI研究论文40余篇，论文总影响因子之和大于450，论文他引次数5600余次，h指数为44，三篇J. Am. Chem. Soc. (第一作者)及一篇Daltron Trans. (第一作者）文章入选ESI高引论文(含能材料领域全球仅13篇ESI高引论文)。
Email: zhangjiaheng@hit.edu.cn
撰稿：原文作者
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