CO2诱导低共熔溶剂双水相体系的构建及其用于海藻的提取研究

The selection of solvents and process technology is significant in extraction of seaweed. There are many different kinds of biological active substances in seaweed, and the extraction process is difficult and complex. In this study, deep eutectic solvents (DES) are synthesized with high solubility and chemical properties, and DES-ammonium salt aqueous two-phase system is formed with CO2 induced for the extraction of active substances from seaweed. When CO2 is added into seaweed extracts containing aliphatic amine, DES-ammonium salt aqueous two-phase extraction is executed with salting out, and the phase of extracts is changed from homogeneous to heterogeneous. Target active substances are separated quickly with different properties, and the difficulty of the subsequent purification of targets is reduced. Because of the combination of hydrophilic DES and CO2 induced aqueous two-phase extraction, the biological activities of target substances can be retained in extraction process with the advantages of simple operation and adjustable solubility. Through analysis of double knot line and tie line in the phase change process, the mechanism of DES-ammonium salt aqueous two-phase system phase transformation is investigated. The influences of different types of DES and fatty amines are revealed in phase transformation and extraction process. The distribution in aqueous two-phase system of target active substances will be discussed with different structures and properties. This study will provide meaningful value for the extraction of seaweed, and it is also conducive to the rational development and utilization of marine resources.

在海藻提取过程中，溶剂和工艺的选择至关重要。针对海藻中生物活性物质种类繁多、提取过程复杂等问题，本课题拟合成出具有高溶解性和化学特性的低共熔溶剂（DES），结合CO2诱导形成DES-铵盐双水相体系用于海藻中活性物质的提取。当CO2通入到含有脂肪胺的海藻提取液中，由于铵盐盐析作用，即可形成DES-铵盐双水相分层。提取液由均相向非均相的转变，可以使目标活性物质按性质不同快速实现分离，从而降低目标物后续纯化的难度。该方法将亲水性DES与CO2诱导双水相萃取相结合，可以在萃取过程中保持目标物质的活性，具有操作简单、溶解度可调等优点。通过对相变过程的双结线和系线分析，研究DES-铵盐双水相体系相变机理，揭示不同类型的DES组成、脂肪胺的类型和成相能力对相变萃取过程的影响。深入研究目标活性物质的结构、性质差异，与其在萃取过程中分配的规律，对海藻的提取研究具有重要意义，也有利于海洋资源的合理开发与利用。

本项目针对目前萃取分离分析领域的难点和热点，专注于多种目标物在复杂环境中的前处理技术，主要针对纯化分离和提取技术的改进。使用环境友好、溶解性好的DESs-H2O溶液体系作为提取媒介，结合双水相提取方法，优化提取工艺，可以有效提高海藻中目标化合物的提取效率。本研究制备得到一系列亲水和疏水DESs，开发出一种过程简单、经济实用、高效率、低成本的天然产物提取分离技术。将DESs与双水相体系（ATPS）相结合，用于目标化合物的预处理和提取。在双水相萃取过程中，研究了不同极性DESs的相分离性能，以及DESs-无机盐双水相体系相变过程的机理，从而揭示DESs、脂肪胺的组成、种类和比例变化对相变过程的影响。.本项目还探究了目标化合物的结构、性质不同，与其在两相体系分配过程中的差异关系。在ATPS工艺的优化过程中，我们分别考察了无机盐的种类、无机盐的浓度、DESs的体积对提取效率的影响。结果表明，ChCl-Ph型DESs与K2HPO4结合形成的ATPS萃取体系具有较好的提取效率。基于ChCl-Ph型DESs的ATPS提取法，从水样中提取目标化合物获得了满意的回收率，并且只消耗非常少量的有机溶剂。.在对DESs的进一步研究中，我们还发现DESs作为反应溶剂和功能修饰剂，用于石墨炔等材料的制备合成、性能表征研究时，可以有效的改变这些材料的微观结构、电化学、解吸附等物理化学性质。这些研究进展为未来DESs、功能性碳基分离材料的深入研究提供了数据参考和技术支持。.通过本项目的实施，团队成员对DESs的合成表征、双水相萃取、石墨炔合成表征等研究内容，具有更加深刻的理解，并取得了一些研究成果。本项目现已顺利完成各项研究计划，在本基金的直接资助下，已发表高水平SCI学术论文17篇，申请国家发明专利2项，晋升高级职称1人，培养硕士研究生6名。