利用COSMO-RS模型筛选适合的离子液体作为绿色溶剂从微藻生物质中提取二十碳五烯酸(EPA)

摘要：

Omega-3多不饱和脂肪酸(PUFA)，特别是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)，对健康有很多好处，包括降低患癌症和心血管疾病的风险。最近，离子液体(ILs)在微藻脂类提取中的应用克服了常见的缺点，并带来了其他一些好处。迄今为止，利用盲液提取微藻脂质特别是多脂肪脂肪酸的研究还非常有限。目前工作的目的是筛选潜在的可应用于EPA提取的ILs。在本研究中，利用导体样实际溶剂(COSMO-RS)筛选模型进行了快速盲降筛选，并对具有较高容量值的盲降进行了比较。结果表明，其中EPA提取能力最高是从352个筛选的阳离子/阴离子筛选出的[tam][SO4]。将该组合溶剂应用于萃取过程中，有望获得较高的EPA收率。与较大阴离子相比，含有小阴离子的离子具有更高的容量和更高的电荷密度，因此，它们更适合用于萃取目的。此外，在使用咪唑基IL时，更倾向于使用较短的烷基链阳离子，这与实验数据一致。

 

引言：

omega-3多不饱和脂肪酸(PUFAs)，包括二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)提供的健康益处尤其值得社会关注，因为它可以降低癌症、自身免疫、心血管疾病、炎症疾病、囊性纤维化、神经功能紊乱、肠道疾病和精神疾病的风险。最近，EPA和DHA的主要来源都来自鱼类，但由于鱼油中含有大量的维生素a和D，长期摄入鱼油可能会导致维生素E缺乏. 本研究采用cosmo-rs作为筛选方法，筛选出最适合微藻中EPA固液提取的盲液组分。这项工作的目的是在不使用任何实验数据的情况下预测EPA萃取的无限容量值。

 

结果与讨论：

EPA的化学结构及其sigma表面如图1所示。

图2和图3分别展示了sigma-profile and sigma-potential。与EPA分子定性描述相关的重要术语，包括氢键、极性和亲油性/亲水性，可以在COSMO-RS 3D筛选电荷分布(sigma表面)的帮助下可视化。

 

在298.15K下筛选咪唑、吡啶、吡咯吡啶、哌啶、四甲基铵五种阳离子基ILs与22种阴离子的相关容量值，结果如图4a-e所示。

 

 

但是，根据S=O的性质，可以认为S=O是EPA与OH形成氢键的良好质子受体(图5)，因此，氢键(S=O)是可以被接受的。H)正离子和阴离子对之间的离子强。

计算细节：

根据密度泛函理论(DFT)，利用turbomole 6.3程序包对分子几何结构进行优化，使用Becke和Perdew (BP)泛函B88-86生成COSMO文件，该B88-86具有三zeta价和极化(TZVP)，并以单位标准近似(RI)分辨率作为基组。

 

本研究采用COSMO-RS方法筛选了352个ILs(22个阴离子-16个阳离子组合)，并计算了其相关容量值。选定的ILs(具有较高的容量值)打算作为溶剂应用于EPA提取。图6说明了以下筛选步骤，并因此选择适当的IL用于提取总EPA化合物。

总结：

总之，基于本研究的结果，采用cosmo-rs方法筛选出适合微藻脂类提取的盲液。352种阳离子/阴离子组合中，提取EPA的能力最高的是[tam][SO4]，其次是[tam][BMPIP][SO4]<[EMPyr][SO4]<[EMIM][SO4]<[EMPyrro][SO4]<[tam][SO4]。应用该组合([tam][SO4])可从微藻中获得高产量的EPA。与较大阴离子相比，具有较高电荷密度的小阴离子萃取效果更好。此外，在使用咪唑基IL时，更倾向于使用较短的烷基链阳离子，这与实验数据一致。总之，我们可以得出结论，在选择用于萃取的IL时还应考虑其他因素，如传质速率、溶解度、选择性和粘度。事实上，筛选最合适的盲液进行提取可以减少所需的时间，因此在资源方面效率更高。

 

文章详情：Molecules2019,24,713;doi:10.3390/molecules24040713

 

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