黃 敏,戴妙琪,曾朝喜,程安瑋,肖 茜

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410128 )

低共熔溶劑(DES)是由Abbott等[1]首次發(fā)現(xiàn)的一種新型離子溶劑體系,與傳統(tǒng)離子液體相比,具有更便宜、制備更簡單、更容易獲得、無毒性、可生物降解和可回收等優(yōu)點[2-4]。DES是由一定化學(xué)計量比的氫鍵供體(HBD)和氫鍵受體(HBA)組成的低熔點混合物,由于HBD與HBA之間存在較強的氫鍵作用,其熔點遠(yuǎn)低于任一組分的熔點[1]。DES作為一種綠色溶劑已廣泛應(yīng)用于材料加工、電化學(xué)、生物催化和生物轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域[5-7]。天然低共熔溶劑(NADES)是由DES衍生而來,由生物的天然初級代謝產(chǎn)物(如氨基酸、有機(jī)酸、糖、膽堿衍生物或尿素等物質(zhì))作為組分形成的溶劑[1]。NADES可用作天然成分的提取溶劑[8-10],溶解大分子(多糖和木質(zhì)素[11]或非水溶性藥[12-14])的溶劑,或作為酶或化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)[15-18],化妝品[19]以及農(nóng)用化學(xué)品的組成成分[20]。NADES易與天然聚多糖的羥基形成較強的氫鍵,從而破壞其自身氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有制備簡單、成本低、無毒、不揮發(fā)、可降解、可回收、溶解性好以及性質(zhì)可調(diào)等特點[21],在聚多糖加工應(yīng)用方面具有較大的潛力。

天然聚多糖是由10個以上單糖通過糖苷鍵相互連接而成的生物大分子,廣泛存在于植物和微生物的細(xì)胞壁以及動物的細(xì)胞膜中[22],其中,纖維素、淀粉和幾丁質(zhì)是自然界最常見的3種聚多糖,它們在材料、環(huán)境和能源等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力[23]。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要化學(xué)組分之一,常以與木質(zhì)素和半纖維素結(jié)合的形式存在,主要用于制漿造紙和紡織工業(yè)、食品添加劑、食品包裝、化妝品的生物活性物質(zhì)以及藥物輸送系統(tǒng)等[24]。一般來說,淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物,廣泛存在于植物組織(如,葉、莖、種子、根莖和塊莖)及某些藻類和細(xì)菌中,已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、可生物降解的替代包裝用品行業(yè)中[24]。幾丁質(zhì)又稱甲殼素,是一種從甲殼類動物殼中提取出來的半結(jié)晶多糖,主要存在于昆蟲外骨骼、甲殼動物殼、各種真菌的細(xì)胞壁和少數(shù)藻類中,在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品和紡織品等領(lǐng)域具有巨大的吸引力[25]。

本文在概述NADES的制備和理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上,綜述NADES在纖維素、淀粉和幾丁質(zhì)的溶解、提取、催化轉(zhuǎn)化、納米材料制備以及膜材料增塑等方面的研究成果,并分析了目前NADES在聚多糖加工中所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,以期為天然聚多糖資源的開發(fā)利用提供參考。

1 天然低共熔溶劑的制備和理化性質(zhì)

NADES是由HBA和HBD通過氫鍵作用絡(luò)合而成的液體混合物,常見的HBA有氯化膽堿、甜菜堿、丙氨酸、脯氨酸以及甘氨酸等,HBD有尿素、檸檬酸、甘油、草酸、乳酸、山梨醇、蔗糖和葡萄糖等(圖1)。NADES的制備方法主要有蒸發(fā)法和加熱法。蒸發(fā)法是將原料組分溶解在水里,并在50 ℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器去除水分,隨后將獲得的液體混合物置于干燥器中,直至恒質(zhì)量。加熱法是指將HBA和HBD置于帶蓋的玻璃瓶中,并在低于50 ℃的水浴中攪拌加熱,形成無色透明的溶液。NADES常見的理化性質(zhì)包括:玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、密度、黏度、極性和溶解性等[26]。

1.1 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

NADES是超分子絡(luò)合物,沒有熔點,在較寬溫度的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍(-50 ℃ 以下)內(nèi)呈現(xiàn)穩(wěn)定的溶液狀態(tài)[1]。但是,水的存在會降低NADES的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,這主要歸因于水的塑化作用[28]。Craveiro等[29]向氯化膽堿-木糖的NADES體系中添加不同含量的水發(fā)現(xiàn),當(dāng)水的體積分?jǐn)?shù)為5%時,NADES的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低了約4 ℃。此前,Dai等[8]觀察到水的羥基與木糖的羥基之間以及與氯化膽堿的氯離子之間存在強烈的相互作用,而水的存在會造成NADES超分子結(jié)構(gòu)的失穩(wěn),增加NADES的2個組分的流動性,從而造成NADES玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的降低。

1.2 密度和黏度

密度和黏度是溶劑的重要物性參數(shù)。NADES的密度比水高20%以上,而含有氯化膽堿的NADES的密度相對較低[29]。NADES的黏度比許多傳統(tǒng)溶劑的黏度高得多,這主要歸因于HBA和HBD形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[26]。其他相互作用,如范德華力和靜電相互作用,也可能導(dǎo)致NADES呈高黏度狀態(tài)。NADES黏度受含水量和溫度的影響較大。NADES的黏度隨著水分的增加而下降,這是由于隨著水的加入,NADES內(nèi)部由氫鍵構(gòu)建的超分子結(jié)構(gòu)快速崩塌。NADES的黏度隨著體系溫度的升高而下降[30]。Dai等[8]發(fā)現(xiàn),在葡萄糖-氯化膽堿的NADES體系中加入體積分?jǐn)?shù)為5%的水,其黏度降低了1/3,但當(dāng)水的體積分?jǐn)?shù)增加到10%時,其黏度降低了1/10;同時,該NADES體系溫度從20 ℃升高到40 ℃時,其黏度降低了2/3。

1.3 極性

NADES的極性與其溶解能力密切相關(guān)。有機(jī)酸基NADES的極性最高,其次是氨基酸和單糖基NADES,極性與水的相似(201.71 kJ/mol),糖基和多元醇基NADES的極性最低,接近甲醇的極性(217.11 kJ/mol)。NADES的極性與體系的水含量密切相關(guān)。Dai等[8]發(fā)現(xiàn),在丙二醇-氯化膽堿-水和乳酸-葡萄糖-水的NADES體系添加50%的水后,它們的極性發(fā)生了明顯的變化,這種現(xiàn)象可能是由于2種組分之間形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)斷裂而引起的。此外,HBD與HBA的摩爾比也會影響NADES的極性和穩(wěn)定性。就結(jié)構(gòu)而言,羧基較多的混合物具有較高的穩(wěn)定性[21]。

1.4 溶解性

盡管許多植物次生代謝產(chǎn)物在植物中合成、儲存和運輸,但是根本不溶于水。NADES具有超分子結(jié)構(gòu)以及極性范圍廣的特性,適用于各種不溶于水或難溶于水的低極性到中極性的代謝物,且溫度和含水量對NADES的溶解性能具有較大影響。Dai等[8]在葡萄糖-氯化膽堿-水中加入少量水以研究其對溶解度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):最佳含水量取決于化合物本身,如,蘆丁在含5%(體積分?jǐn)?shù))水的葡萄糖-氯化膽堿-水中的溶解度最高;而紅花素在含10%(體積分?jǐn)?shù))水的葡萄糖-氯化膽堿-水中的溶解度最高;此外,將體系溫度從40 ℃升高到50 ℃后,槲皮素在葡萄糖-氯化膽堿-水和丙二醇-氯化膽堿-水中的溶解度分別增加到原來的2.30和1.65倍。

1.5 電導(dǎo)率

一般而言,NADES的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于普通溶劑的電導(dǎo)率,而且其電導(dǎo)性與黏度密切相關(guān),特別是NADES的組成和配比顯著影響NADES的黏度,即該參數(shù)對其電導(dǎo)性也有較大影響。如,氯化膽堿-甘油NADES的電導(dǎo)率隨著氯化膽堿含量的增加而增大[31]。同時,電導(dǎo)率的大小與溫度密切相關(guān),溫度越高,NADES的電導(dǎo)率就會越大,這主要是因為NADES的黏度隨著溫度的升高而下降,這可加快離子的運動速率,最終導(dǎo)致NADES的電導(dǎo)率增大[1]。

2 天然低共熔溶劑在天然聚多糖加工與應(yīng)用中的研究

天然聚多糖可解聚成單體(如葡萄糖、木糖和果糖),或轉(zhuǎn)化為生物燃料和生物基化學(xué)品。聚多糖還可用于設(shè)計和合成新型聚合物材料,開發(fā)不同功能材料。NADES不僅可用于天然聚多糖的溶解,作為增塑劑改善多糖膜的力學(xué)性能,也可作為有效的預(yù)處理介質(zhì)用于納米材料的制備以及纖維素和幾丁質(zhì)的分離提取。除此之外,NADES還可作為反應(yīng)溶劑和催化劑用于纖維素和淀粉的催化轉(zhuǎn)化以及作為改性劑、相容劑、分散劑和發(fā)泡促進(jìn)劑改善天然聚多糖的性質(zhì)[24]。

2.1 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖溶解方面的研究

纖維素是D-吡喃葡萄糖苷殘基以β-(1,4) 糖苷鍵連接成的、具有線性結(jié)構(gòu)的高分子化合物[32],其內(nèi)部具有高度有序的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在水和常規(guī)的有機(jī)溶劑中不易溶解,而可溶于二甲基亞砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMF)/LiCl溶液和NaOH/尿素等溶劑,但這些溶劑皆存在成本、環(huán)境和回收等問題。因為NADES易與纖維素的羥基形成較強的氫鍵,從而破壞其自身氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對纖維素具有良好的溶解性。Lynam等[33]以氯化膽堿、脯氨酸和甜菜堿為HBA,甲酸、乙酸和乳酸為HBD制備NADES,結(jié)果發(fā)現(xiàn),纖維素在氯化膽堿-乳酸(摩爾比為1∶10)溶液中的溶解度最高,約為3%。同樣,Francisco等[34]采用多種不同摩爾比的NADES來溶解纖維素后發(fā)現(xiàn),纖維素在蘋果酸-脯氨酸中的溶解效果優(yōu)于其他的NADES,且纖維素的溶解度隨著脯氨酸在NADES中比例的增加而增大,當(dāng)脯氨酸與蘋果酸的摩爾比為3∶1時,纖維素在體系中的溶解效果最好。此外,Malaeke等[35]發(fā)現(xiàn),通過超聲輔助處理可以提高氯化膽堿-馬來酸的NADES體系對纖維素的溶解性能。同樣,超聲輻射處理也可提高氯化膽堿-尿素對纖維素的溶解度[36]。

淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的半結(jié)晶性多糖,其中,直鏈淀粉是一種由α-(1,4)脫水葡萄糖單元組成的螺旋線型大分子;而支鏈淀粉的葡萄糖殘基之間主要通過α-(1,4)糖苷鍵相連形成側(cè)鏈,同時含有 5%～6%的α-(1,6)糖苷鍵,是一種高度分支化的大分子[37-38]。Francisco等[34]比較了多種不同摩爾比的NADES對淀粉的溶解性后發(fā)現(xiàn),氯化膽堿-甘氨酸、氯化膽堿-蘋果酸和氯化膽堿-脯氨酸對淀粉的溶解效果較好。Zdanowicz等[39]采用氯化膽堿基NADES溶解馬鈴薯淀粉,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)反應(yīng)溫度為118 ℃時,淀粉在氯化膽堿-尿素(摩爾比為1∶2)中溶解度為5%,呈無色透明的高黏液體。Dai等[8]比較淀粉在4種不同NADES溶液中的溶解效果后發(fā)現(xiàn),輔以微波加熱后,淀粉在氯化膽堿-葡萄糖-水(摩爾比為5∶2∶5)NADES體系中的溶解度最大。Yiin等[40]研究了HBA的摩爾比以及水的加入量對NADES體系對淀粉溶解性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),NADES溶解淀粉的能力隨HBA與水的摩爾比的增加而提高,且當(dāng)L-蘋果酸-蔗糖-水的摩爾比為1∶3∶10時,淀粉溶解度最大。

幾丁質(zhì)是由β-(1,4) 連接的N-乙酰-D-葡萄糖胺單元構(gòu)成的半結(jié)晶多糖,存在反平行(α)、平行(β)和交替(γ)定向3種不同形式。幾丁質(zhì)的高結(jié)晶度和豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)使其不溶于大多數(shù)常見的溶劑[25]。所以,常規(guī)使用濃酸溶液對幾丁質(zhì)進(jìn)行溶解處理,但它的高腐蝕性會導(dǎo)致幾丁質(zhì)水解[41]。Sharma等[42]發(fā)現(xiàn),在100 ℃反應(yīng)溫度下,α-幾丁質(zhì)在氯化膽堿-尿素(摩爾比為1∶2)和溴化膽堿-尿素(摩爾比為1∶2)中的溶解度分別為6.0%和6.5%。

2.2 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖膜增塑劑方面的研究

纖維素和淀粉在自然界中含量豐富,具有價格低廉、可再生和可生物降解等特點,常被用作天然聚多糖膜的原料,但纖維素和淀粉的分子間存在較強的氫鍵作用,導(dǎo)致所形成的薄膜脆性大,限制它們的應(yīng)用[43]。目前,氯化膽堿-尿素體系作為增塑劑已經(jīng)成功應(yīng)用于纖維素基薄膜的生產(chǎn)[44]。使用尿素-氯化膽堿NADES對纖維素膜進(jìn)行增塑,可得到柔軟、光滑且無收縮的膜,此薄膜在貯藏兩個月后外觀基本沒有發(fā)生變化。而NADES塑化淀粉膜有2種方式:①將淀粉/NADES在低水分條件下預(yù)混合,加熱到淀粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上,擠壓成型,此方法主要適用于薄膜的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);②在淀粉糊化后,加入NADES,通過澆鑄法干燥成膜[43,45]。Abbott等[46]將氯化膽堿與尿素NADES以摩爾比為1∶2摻入淀粉中,通過熱壓或擠壓獲得均勻、透明的薄膜,這種熱塑性材料比僅含有尿素的樣品更柔軟且韌性更強。Zdanowicz等[47]以檸檬酸膽堿-甘油形成的NADES與淀粉混合后用熱壓成型法制備熱塑性淀粉(TPS)/NADES復(fù)合膜,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著NADES中檸檬酸膽堿含量的增加,復(fù)合膜的拉伸強度提高,斷裂伸長率降低,且NADES對淀粉膜的增塑效果優(yōu)于甘油。同時,Zdanowicz等[45]還測試氯化膽堿、甜菜堿與多元醇(山梨醇、木糖醇和麥芽糖醇)組合不同的NADES體系對馬鈴薯淀粉膜的增塑能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與僅用山梨醇增塑的TPS相比,山梨醇基NADES增塑的TPS的斷裂伸長率是前者的2倍,可形成具有良好力學(xué)性能和低吸濕性的TPS材料。

2.3 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖基納米材料預(yù)處理的研究

生物基納米材料具有強度高、質(zhì)量輕、比表面積大、生物降解性和生物相容性良好的特性,在納米復(fù)合材料、包裝材料、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)和電子領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力[48]。傳統(tǒng)制備聚多糖基納米材料的方法有機(jī)械法、酶法以及化學(xué)法(酸、堿、有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽)[49]。

目前,常以有機(jī)酸為氫鍵供體的NADES來預(yù)處理棉花、樺木和楊木等纖維素原料,結(jié)合力學(xué)作用(如微波、超聲等)制備纖維素納米晶(CNC)[50]。Sirvi?等[51]以及Liu等[52]對比了多種有機(jī)酸作為氫鍵供體的NADES對纖維素進(jìn)行預(yù)處理制備CNC的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),氯化膽堿-二水草酸的NADES輔以機(jī)械處理(如,高壓均質(zhì)、微波輻射和超聲波)可制備出長度310～410 nm、直徑9～17 nm的CNC。然而,在制備納米纖維的過程中,常用帶氨基的鹽類為主(如尿素)的NADES,如,Sirvi?等[53]將氯化膽堿-尿素(摩爾比為1∶2)的NADES用作樺木纖維素紙漿的預(yù)處理介質(zhì),再結(jié)合微射流制得寬度為15～200 nm的納米纖維束和寬度為2～5 nm的單個纖維素納米纖維。在此基礎(chǔ)上,Laitinen等[54]采用相同的NADES體系對纖維素紙漿進(jìn)行預(yù)處理,輔以機(jī)械處理,也成功制備出納米纖維。Yuan等[55]以有機(jī)酸為氫鍵供體制備NADES,以此作為幾丁質(zhì)納米晶體(ChiNC)的預(yù)處理介質(zhì),利用氯化膽堿和5種不同有機(jī)酸組成的酸性NADES在超聲輔助下成功制備了平均直徑為42～49 nm、平均長度為257～670 nm 的ChiNC,得率為78.0%～87.5%,其中,氯化膽堿和乳酸基NADES因反應(yīng)時間短、ChiNC的質(zhì)量產(chǎn)率最高(達(dá)87.5%)而被認(rèn)為是最佳溶劑。

2.4 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖分離和提取的研究

木質(zhì)纖維素是一種由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成的復(fù)合材料,具有高度的抗解聚能力。通過NADES對木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理可破壞木質(zhì)素對纖維素的包裹,使木質(zhì)素脫離纖維素表面,增大纖維素的可及性,提高纖維素的利用效率[56]。Francisco等[34]發(fā)現(xiàn),利用氯化膽堿-乳酸、甜菜堿-乳酸或某些基于氨基酸(乳酸-脯氨酸、蘋果酸-脯氨酸、蘋果酸-甘氨酸)的NADES均可有效去除麥草中的木質(zhì)素,從而分離出纖維素。Alvarez-Vasco等[57]采用氯化膽堿-乳酸的NADES從楊樹(硬木)和杉木(軟木)中分離纖維素,結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)反應(yīng)溫度為145 ℃、反應(yīng)時間為6 h時,楊樹和杉木中分別有78%和58%的木質(zhì)素被去除,是較好的纖維素原料。含有酸性氫鍵供體的NADES在增加木質(zhì)纖維素中纖維素的可及性方面可能優(yōu)于其他NADES體系。Xu等[58]發(fā)現(xiàn),使用氯化膽堿-甲酸可顯著去除玉米秸稈中的木質(zhì)素(約66%)和半纖維素(約24%),在從玉米秸稈中分離纖維素的過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

Zhu等[59]使用3種基于氯化膽堿形成的NADES從龍蝦殼中提取幾丁質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn),氯化膽堿-丙二酸(摩爾比為1∶2)NADES體系得到的幾丁質(zhì)純度高,與化學(xué)法相比,該體系分離出的幾丁質(zhì)得率更高。Saravana等[60]也用相同的NADES體系從蝦殼中成功提取出幾丁質(zhì)。Huang等[61]以氯化膽堿-蘋果酸(摩爾比為1∶1)為原料制備NADES,以此從蝦殼中提取幾丁質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)蝦殼與NADES的比例為1∶20時,在微波輔助下,可去除蝦殼中的大部分礦物質(zhì)和蛋白質(zhì),所得幾丁質(zhì)質(zhì)量優(yōu)良,相對結(jié)晶度為71%。

2.5 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖催化轉(zhuǎn)化的研究

纖維素和淀粉等高分子聚多糖在酸性條件下脫水生成葡萄糖,可作為制備5-羥甲基糠醛(5-HMF)的原料[62],其中,酸性NADES在聚多糖的催化轉(zhuǎn)化過程中既可作為溶劑,又可作為催化劑,這能避免傳統(tǒng)催化劑帶來的各種弊端。Sert等[63]以氯化膽堿為氫鍵受體,草酸、檸檬酸和酒石酸為氫鍵供體制備了3組不同NADES體系,以此對纖維素進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化,結(jié)果發(fā)現(xiàn):氯化膽堿-草酸的NADES體系表現(xiàn)出最高的催化活性,5-HMF、糠醛、甲酸和乙酰丙酸的產(chǎn)率分別為4.07%、5.57%、15.24%和76.2%。DaSilva Lacerda等[64]也發(fā)現(xiàn),氯化膽堿-草酸的WADES體系對纖維素轉(zhuǎn)化為5-HMF和糠醛的效果顯著,當(dāng)加熱溫度為200和140 ℃時,5-HMF和糠醛達(dá)到最高產(chǎn)量,且超聲處理可顯著提高5-HMF與糠醛的產(chǎn)量,約為53.2%。此外,Manurung等[65]使用氯化膽堿-甘油的NADES作為榴蓮籽淀粉轉(zhuǎn)化5-HMF的反應(yīng)溶劑,結(jié)果發(fā)現(xiàn):該體系可顯著提高5-HMF產(chǎn)量,且產(chǎn)量隨反應(yīng)溫度的升高而提高,隨反應(yīng)時間的延長而降低;在葡萄糖與NADES的質(zhì)量比為1∶5、反應(yīng)溫度為80 ℃的條件下,5-HMF的產(chǎn)率最大,為61.93%。

2.6 天然低共熔溶劑用于天然聚多糖加工中其他方面的研究

NADES除了在纖維素、淀粉和幾丁質(zhì)這三類天然聚多糖加工方面的應(yīng)用研究外,還可以作改性劑、相容劑、分散劑和發(fā)泡促進(jìn)劑改善聚多糖的性質(zhì)。Willberg-Keyril?inen等[66]使用3種不同的尿素基NADES體系對纖維素進(jìn)行酯化改性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),尿素-甜菜堿體系(摩爾比為4∶1)的衍生化效率最高,改性后纖維素結(jié)晶度降低了20%。Liu等[67]采用不同的羧酸基NADES體系對纖維素漂白闊葉木進(jìn)行處理,都成功實現(xiàn)了對纖維素的酯化改性。此外,NADES還可以用作幾丁質(zhì)的分散介質(zhì),制備高結(jié)晶度的幾丁質(zhì)復(fù)合膜[41];也能用于淀粉/聚己內(nèi)酯(PCL)超臨界流體發(fā)泡促進(jìn)劑,制備輕質(zhì)多孔材料,從而開發(fā)用于組織工程和/或藥物遞送應(yīng)用的新型生物活性材料[68];還可作為淀粉與疏水性物質(zhì)(玉米醇溶蛋白)的相容劑,為開發(fā)高效的淀粉基生物復(fù)合材料開辟了新的前景[69-70]。

3 結(jié)論與展望

NADES在天然聚多糖加工與應(yīng)用方面具有廣泛的前景。隨著研究的不斷深入,其工業(yè)應(yīng)用潛力也日益受到重視,但仍有一些問題有待進(jìn)一步研究。

1)因為NADES的黏度較高,所以傳質(zhì)阻力大,工藝放大存在困難,是其在多糖應(yīng)用上的一大障礙。目前,常通過加水來降低NADES的黏度。然而,在不破壞溶劑分子間結(jié)構(gòu)的情況下,向NADES中添加的水量是有限制的,因此應(yīng)開展低黏度NADES的研究,使其在各個領(lǐng)域具有更廣泛的適用性。

2)所有NADES都是由親水性或極性成分組成的,這一特性使其應(yīng)用主要局限于極性化合物的提取,限制了它們在非親水性化合物中的應(yīng)用。因此,通過開發(fā)非極性的NADES體系來擴(kuò)大其應(yīng)用范圍是非常有必要的。

3)NADES的熱穩(wěn)定性更是需要解決的主要問題。因為糖或氨基酸這些成分通常是熱不穩(wěn)定的,在較低的溫度下會發(fā)生降解甚至生成副產(chǎn)物,從而限制NADES的高溫應(yīng)用。通過選擇合適的HBD和HBA,特別是HBD,以此制備具有適當(dāng)熱穩(wěn)定性的NADES。

總而言之,NADES作為綠色溶劑、材料組分或反應(yīng)介質(zhì)的地位最終取決于它們的內(nèi)在性質(zhì)。在天然聚多糖溶解、提取、催化轉(zhuǎn)化、制備納米材料以及作為多糖基材料的增塑劑等應(yīng)用領(lǐng)域中,NADES有望成為傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的替代品。