近日，药用植物生理生态研究所王宏斌/靳红磊团队在食品水胶体领域国际期刊 Food Hydrocolloids 在线发表了题为“COSMO-RS-assisted extraction of pectin from fingered citron (Citrus medica L. var. sarcodactylis) using natural deep eutectic solvents: Structural characteristics, antioxidant activities and pectin–κ-carrageenan gel properties ”的研究论文。研究以南药广佛手（Fingered citron，Citrus medica L. var. sarcodactylis）果胶为对象，围绕“如何从众多天然低共熔溶剂（NADES）中快速筛选适配体系，并进一步获得具有差异化结构与食品功能的果胶”这一问题，建立了从计算预测、绿色提取到结构—功能评价的一体化研究框架。
图1 研究总体思路：COSMO-RS筛选与NADES提取、结构表征、抗氧化活性及FCP–κ-卡拉胶复合凝胶性能评价
（1）研究背景
广佛手是岭南传统道地药材，也是广东“粤八味”代表性药材之一，在岭南地区具有悠久的栽培和应用历史。传统中医药中，佛手具有疏肝理气、和胃止痛、燥湿化痰等功效，常用于肝胃气滞所致的胸胁胀痛、胃脘痞满、食少呕吐及咳嗽痰多等症；在传统饮食和加工利用中，佛手因香气浓郁、风味独特，也常被制成茶饮、蜜饯、果脯等特色食品。与橙、橘、柚等常见柑橘果实相比，广佛手果实以果皮和白皮层组织为主，多汁果肉很少甚至缺乏，这一组织特征使其具有较高的细胞壁多糖，尤其是果胶资源开发潜力。果胶是植物细胞壁中的重要酸性多糖，其增稠、稳定、乳化和凝胶等性质与分子量、甲酯化程度、HG/RG-I结构域比例、支化程度和链构象等密切相关。已有研究表明，佛手果胶多糖具有抗氧化、免疫调节等生物活性，但既往研究更多集中于挥发油、黄酮及粗多糖等成分；围绕佛手果胶的绿色提取、精细结构及食品水胶体功能的系统研究仍相对有限。
天然低共熔溶剂（NADES）由糖、有机酸、氨基酸等天然组分构成，具有组成可调、溶剂性质可设计等特点，是天然产物绿色提取的重要候选介质。然而，NADES组合数量庞大，仅依赖逐一实验筛选不仅耗时，也难以从分子层面解释“为什么某种溶剂更适合某类果胶结构”。
针对这一问题，本研究引入COSMO-RS分子热力学计算，以佛手果胶的代表性单糖和简化结构片段作为模型，对候选NADES进行预筛选，再通过超声辅助提取和系统表征完成实验验证，从而把“计算预测—提取验证—结构解析—功能评价”贯通起来。
（2）研究思路
研究首先构建35种NADES候选体系，利用COSMO-RS预测不同体系对佛手果胶代表性结构单元的相对溶解度、活度系数及分子表面相互作用特征，并筛选出5种代表性NADES进入实验验证。随后，在统一的超声辅助条件下提取佛手果胶，以水提果胶作为对照，比较提取率、单糖组成、分子量、甲酯化程度、粒径/电位、构象、结晶与微观形貌等结构特征。
在分子层面，研究进一步利用σ-surface与σ-profile解析溶剂组分和果胶模型的表面电荷分布、极性匹配及氢键作用倾向。糖类供氢体含有丰富羟基，呈现较广的极性区域；相比单糖，HG和GR片段的表面电荷分布更复杂，也体现出更大的分子尺度和结构异质性。综合相对溶解度、活度系数以及不同氢键受体类别的代表性，最终选取Bet-Mal、ChCl-Fru、ChCl-Mal、Glc-Mal和LP-Mal五种体系开展实验验证。
图2 COSMO-RS计算筛选：NADES组分与佛手果胶代表性结构单元的σ表面及σ-profile
在此基础上，研究进一步评价不同果胶的自由基清除能力，并将其引入κ-卡拉胶复合体系，通过质构、流变、热分析和AFM等手段观察提取诱导的结构差异如何向复合凝胶性能传递，从而建立“溶剂选择—果胶结构—功能表现”的关联。
（3）主要发现
① 计算筛选有效缩小了实验范围
在5种候选NADES中，甜菜碱-麦芽糖（Bet-Mal）获得最高佛手果胶提取率11.86%，氯化胆碱-麦芽糖（ChCl-Mal）为9.57%，均高于水提对照的4.88%；其中Bet-Mal的提取率约为水提的2.43倍。 值得注意的是，计算预测与实际产率并非完全呈线性对应：ChCl-Fru虽具有较高的预测溶解潜力，其实际提取率仍低于ChCl-Mal，表明真实提取还受到黏度、密度、传质效率和溶剂渗透等因素共同影响。因此，COSMO-RS更适合作为高效预筛工具，并与实验验证形成互补。
② 不同NADES呈现明显的结构选择性
L-脯氨酸-麦芽糖（LP-Mal）、Bet-Mal和氯化胆碱-果糖（ChCl-Fru）更倾向获得GalA含量较高、HG结构域占比较高的果胶；而葡萄糖-麦芽糖（Glc-Mal）所得果胶表现出显著的RG-I富集和高度支化特征，其分子量达到945.2 kDa，并伴随更明显的粒子聚集与异质性。 从分子尺度看，本研究所得FCP的Mw覆盖89.4–945.2 kDa，且各组DM均低于50%，属于低甲氧基果胶。不同NADES不仅改变了HG/RG-I结构域比例，也同步调节了分子大小、颗粒聚集和甲酯化水平，进一步说明溶剂选择决定的不只是提取量，更是被富集的果胶结构类型。
③ 抗氧化表现同样具有“溶剂依赖性”
不同提取体系所得果胶在自由基清除能力上呈现差异。其中，ChCl-Mal提取果胶表现出最强的DPPH自由基清除活性，而水提果胶在超氧阴离子自由基清除方面表现更突出，说明提取诱导的结构差异会进一步映射到体外功能表现。
④ 结构差异进一步传递到复合凝胶性能
在FCP–κ-卡拉胶复合体系中，不同提取果胶形成了差异明显的质构、流变、热学与微观结构。LP-Mal提取果胶对应的复合凝胶硬度最高（1.54 N），持水率达到92.34%；ChCl-Mal和ChCl-Fru体系则表现出更高的小变形黏弹模量。
图3 不同提取体系的佛手果胶提取率
（4）研究意义
本研究的价值不仅在于提升佛手果胶提取率，更在于把溶剂筛选从单纯的“产率比较”推进到“结构与功能定向调控”。结果表明，不同NADES对果胶不同结构域和分子尺度具有差异化选择作用，这些差异能够进一步影响抗氧化行为及其在κ-卡拉胶复合体系中的网络形成和宏观性能。
因此，COSMO-RS与NADES提取的结合，为复杂植物多糖的绿色溶剂设计提供了更具分子依据的筛选思路；同时，将结构表征与食品水胶体功能评价衔接，也为佛手等药食资源中果胶的高值利用和功能化开发提供了新的研究参考。
图4 FCP–κ-卡拉胶复合体系的流变、热学与AFM微观形貌表征
（5）平台与团队
该研究药用植物生理生态研究所博士后彭中灿为第一作者，靳红磊和王宏斌为共同通讯作者。本研究获得国家自然科学基金（U22A20446、32322007）和广东省基础研究重大项目（2023B0303000022）的支持。
