超聲技術(shù)在中草藥黃酮類成分提取中的應(yīng)用研究

劉鳳霞 李芳蓉 劉淑梅 韓新民 陳軍

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)定西校區(qū) 甘肅定西 743000）

超聲技術(shù)在中草藥黃酮類成分提取中的應(yīng)用研究

劉鳳霞 李芳蓉 劉淑梅 韓新民 陳軍

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)定西校區(qū) 甘肅定西 743000）

本文以中草藥黃酮類成分的提取為例，對(duì)金銀花葉、苦瓜、紫荊皮、落羽杉葉、水杉、女貞子等各種中藥黃酮類成分提取效率的影響進(jìn)行了綜述，為研制標(biāo)準(zhǔn)超聲波提取中藥有效成分提供參考。

超聲提取；中草藥; 黃酮類；成分

中草藥是祖國(guó)醫(yī)藥寶庫的一個(gè)組成部分，同時(shí)由于其在治療方面具有獨(dú)特的療效、安全等優(yōu)點(diǎn)，而受到全世界關(guān)注[1-4]。但中草藥中含有有效成分、無效成分、組織物等十分復(fù)雜的化學(xué)成分，因此要提高中草藥的治療效果，必須將其有效成分提取出來。而提取直接關(guān)系到成品中有效成分含量，影響內(nèi)在質(zhì)量、臨床療效、經(jīng)濟(jì)效益及藥品質(zhì)量生產(chǎn)管理規(guī)范的實(shí)施。

目前，國(guó)內(nèi)外，提取中草藥化學(xué)成分的方法主要采用常規(guī)提取法：煎煮、回流的熱提取法和滲漉、冷浸的浸泡提取法，可這些常規(guī)方法均有許多不足之處，如回流法雖然提取較完全，但是需要加熱，耗時(shí)較長(zhǎng)；煎煮法雖然可以方便地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但是提取率較低，溶媒用量極大，耗時(shí)長(zhǎng)；滲漉法雖然不用加熱，提取效率也較高，但是耗時(shí)很長(zhǎng)；冷浸法則是最原始的提取方法、溶媒用量大，耗時(shí)太長(zhǎng)，提取率也很低。隨著新技術(shù)、新方法的不斷出現(xiàn)，使用超聲技術(shù)提取中草藥化學(xué)成分已成為中草藥成品研究領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)[1,5-8]。

1、超聲理論及超聲提取的原理

1.1 超聲理論

超聲學(xué)研究超聲在各種物質(zhì)中產(chǎn)生、傳播、接收及與物質(zhì)的相互作用、產(chǎn)生的各種效應(yīng)和應(yīng)用等內(nèi)容。超聲波是縱向振蕩開成的縱波，它在固、液、氣體三態(tài)物質(zhì)中產(chǎn)生。

超聲波的頻率高于可聽聲波頻率范圍的機(jī)械波。聲學(xué)中根據(jù)對(duì)人耳的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，規(guī)定可聽聲波的頻率上限為20kHz。在超聲頻段中，頻率高于108Hz的超聲稱為特超聲。特別是其中108—1012Hz頻段，因與電磁波譜中的微波頻段相對(duì)應(yīng)，故又稱為微波超聲。

從功率范圍而言，連續(xù)波超聲一般在毫瓦至幾十千瓦范圍。脈沖波超聲可擴(kuò)充為幾分之一毫瓦至幾兆瓦。相應(yīng)地，從聲強(qiáng)角度看，聚焦連續(xù)波超聲在液體中，因受空化的限制，上限約可達(dá)幾十千瓦/cm2；而聚焦脈沖超聲在焦斑中心，達(dá)到幾十兆瓦/cm2。超聲學(xué)研究從線性學(xué)到非線性聲學(xué)的豐富動(dòng)態(tài)范圍的內(nèi)容。

超聲波在氣體、液體、固體、固熔體等物質(zhì)中，均能有效地傳播，方向性強(qiáng)、穿透力強(qiáng)，在傳播的過程中能量集中。且傳播距離遠(yuǎn)，且而在這些媒質(zhì)中，不同頻率、功率、強(qiáng)度的超聲波，都具有其獨(dú)特的傳播特性的傳播性及效應(yīng)，因而也有其相應(yīng)的研究?jī)?nèi)容及廣泛的應(yīng)用。

1.2 超聲提取的原理

超聲波提取中藥和天然藥物的簡(jiǎn)易方法和機(jī)理說明：在容器中加入提取溶劑，將中藥材根據(jù)需要粉碎或切成顆粒狀，放入提取溶劑中；容器的外壁粘接換能器振子或?qū)⒄褡用芊庥诓讳P鋼盒中投入容器中；開啟超聲波發(fā)生器，振子向提取溶劑中發(fā)出超聲波，超聲波在提取溶劑中使液體內(nèi)部出現(xiàn)局部的拉應(yīng)力形成負(fù)壓，從而會(huì)產(chǎn)生大量的小氣泡，處于稀疏狀態(tài)下的液體，會(huì)被撕裂成很多小的空穴，空穴氣泡在超聲波縱向傳播形成的負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合，這些空穴一瞬間閉合，周圍的液體會(huì)沖入氣泡內(nèi)部從而產(chǎn)生瞬間高溫高壓的空化效應(yīng)。同時(shí)，超聲波的輻射壓強(qiáng)和超聲壓強(qiáng)引起的機(jī)械作用促使固體分散、凝膠液化和液體乳化。介質(zhì)吸收超聲波以及內(nèi)摩擦消耗使分子產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)，超聲波的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的內(nèi)能，引起介質(zhì)溫度升高。使藥物組織內(nèi)部的溫度瞬間升高，加速有效成分的溶解，并不改變成分的性質(zhì)[9-12]。

這樣空化效應(yīng)和機(jī)械作用一方面可有效地破碎藥材的細(xì)胞壁，使有效成分呈游離狀態(tài)并溶入提取溶劑中，超聲波熱學(xué)效應(yīng)可加速提取溶劑的分子運(yùn)動(dòng)，使得提取溶劑和藥材中的有效成分快速接觸，相互融合。超聲波在傳播過程中，會(huì)與介質(zhì)發(fā)生相互作用從而產(chǎn)生一系列的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)的超聲效應(yīng)等。

2、黃酮類化合物的超聲提取

黃酮類化合物是廣泛存在于自然界的一大類化合物，數(shù)量非常多，位于天然酚性化合物之首。傳統(tǒng)提取黃酮類化合物的方法一般為熱水浸提法，存在浸提時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，原料預(yù)處理能耗大、熱敏性組分易破壞等缺點(diǎn)。超聲提取技術(shù)的快速、高效等優(yōu)點(diǎn)使之廣泛應(yīng)用于黃酮類化合物的提取研究中。

文獻(xiàn)[13-15]以總黃酮含量為考察指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)法，研究了加醇量、提取次數(shù)、提取時(shí)間、乙醇濃度4個(gè)因素分別對(duì)紫荊皮、落羽杉葉、水杉等中總黃酮的超聲提取工藝的影響，并優(yōu)化其提取工藝條件，可作為超聲波提取它們總黃酮的方法依據(jù)；文獻(xiàn)[16-18]采用超聲輔助乙醇提取女貞子中黃酮類化合物，考察乙醇濃度、超聲功率、超聲時(shí)間和料液比對(duì)黃酮類化合物的提取率的影響，并且超聲提取女貞子中黃酮類化合物的提取率明顯高于溶劑浸提法，操作簡(jiǎn)單易行，是可取的提取方法。

對(duì)于利用超聲波提取金銀花葉中黃酮類物質(zhì)，文獻(xiàn)[19]通過二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化金銀花葉黃酮的超聲輔助提取工藝條件進(jìn)行研究。在乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、液料比和超聲功率4個(gè)單因素試驗(yàn)，結(jié)果表明，金銀花葉中黃酮類化合物提取率最高，并且符合模型預(yù)測(cè)值。文獻(xiàn)[20]研究超聲強(qiáng)化提取與熱浸提取夏枯草過程中總黃酮的動(dòng)態(tài)變化，定理研究了超聲波對(duì)夏枯草總黃酮提取率是熱浸提取的2.73倍，結(jié)果表明超聲波強(qiáng)化提取顯著提高夏枯草中總黃酮提取率效和好的提取果。文獻(xiàn)[21]利用醇提法和超聲波法對(duì)比研究了金銀花中黃酮類化合物的提取方法。文獻(xiàn)[22]通過單因素和正文試驗(yàn)，確定了超聲輔助以金銀花為原料,對(duì)金銀花中綠原酸黃酮類化合物的提取最佳工藝條件進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)[23]試驗(yàn)以金銀花為原料，采用超聲波提取法提取金銀花中的總黃酮。依據(jù)正交試驗(yàn)規(guī)則，對(duì)各個(gè)因素的顯著性和交互作用進(jìn)行分析。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上探討了超聲時(shí)間、超聲功率、乙醇濃度、液料比等因素對(duì)總黃酮得率的影響情況。得出了最佳提取黃酮得率的條件。文獻(xiàn)[24-25]通過對(duì)比運(yùn)用水提法、醇提法、超聲波法從金銀花中提取黃酮類化合物的最佳工藝條件研究。表明，超聲波法的提取效果明顯高于水提法和醇提法。文獻(xiàn)[26]采用正交實(shí)驗(yàn)法并利用超聲波對(duì)陜南地產(chǎn)金銀花花莖中黃酮類化合物進(jìn)行提取研究，確定了黃酮類化合物的提取最佳條件。表明超聲波提取效果好。文獻(xiàn)[27]對(duì)金銀花中黃酮類化合物的提取工藝及其檢測(cè)方法進(jìn)行了綜述研究，為我國(guó)的金銀花中黃酮類化合物的開發(fā)、研究、利用提供參考。

文獻(xiàn)[28-29]以紅花紫荊樹葉總黃酮提取率為響應(yīng)值，分別運(yùn)用響應(yīng)曲面統(tǒng)計(jì)法中的Box-Behnken模型和正交試驗(yàn)分析研究了超聲輔助提取紅花紫荊樹葉總黃酮的超聲波最佳提取工藝。文獻(xiàn)[30-31]采用超聲波萃取法，通過單因素、正交試驗(yàn)確定了超聲波輔助提取油茶葉和油茶籽殼黃酮類化合物的最佳參數(shù)提取工藝的實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[7,32]采用超聲波輔助提取辣木葉總黃酮，并利用響應(yīng)面法分析法對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先通過單因素試驗(yàn)分別考察超聲波提取的料液比、提取時(shí)間、提取溫度和提取功率對(duì)辣木葉總黃酮提取率的影響，確定各因素的適宜水平；在此基礎(chǔ)上 進(jìn)行四因素三水平的Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，分析不同因素、不同水平對(duì)辣木葉總黃酮得率的影響。超聲輔助提取辣木葉總黃酮的最佳提取工藝條件。

文獻(xiàn)[33-34]用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)苦瓜黃酮的超聲波提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。分別運(yùn)用乙醇濃度、超聲功率、提取時(shí)間、料液比這四個(gè)因素和超聲波功率、提取時(shí)間、料液比三因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)了3個(gè)水平，由方差分析得出超聲波功率的改變對(duì)提取影響最大，其次是提取時(shí)間和料液比。綜合考慮各因素得出苦瓜黃酮超聲波提取工藝條件，提取量，提取時(shí)間比傳統(tǒng)提取方法的均好。文獻(xiàn)[35-36]采用超聲波乙醇浸提法從苦瓜中提取黃酮類物質(zhì),對(duì)所提取的黃酮類物質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，并用紫外分光光度法測(cè)定含量。表明該方法采用全物理過程，無任何污染，是提取苦瓜黃酮類物質(zhì)的有效途徑。充分利用苦瓜植物資源，避免資源的浪費(fèi)，探討苦瓜總黃酮的提取及鑒別方法。

文獻(xiàn)[37]本發(fā)明公開一種苦瓜籽黃酮提取方法，提取方法簡(jiǎn)單、易于操作、提取成本低，根據(jù)提取效果選擇最優(yōu)的提取條件，從而提高了黃酮的提取率，也保證了較高的黃酮純度，特別適合苦瓜籽黃酮提取之用。

文獻(xiàn)[38]做了超聲波法提取槐花中黃酮的最佳工藝研究，考察了乙醇濃度、料液比、超聲波輔助提取時(shí)間、提取溫度等主要因素對(duì)黃酮提取率的影響，用正交法確定了最優(yōu)的提取工藝，并與常規(guī)熱回流提取法作了比較研究。結(jié)果表明：超聲波法優(yōu)于常規(guī)熱回流提取法。

文獻(xiàn)[39]對(duì)九里香中的總黃酮用乙醇為提取劑，用紫外分光光度法測(cè)定含量，利用超聲波提取、純化方法而得到純度較高的黃酮類物質(zhì)。文獻(xiàn)[40]研究了超聲波提法提取卷丹鱗莖中總黃酮的工藝。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳提取條件，而且相對(duì)于傳統(tǒng)方法節(jié)省了大量時(shí)間，對(duì)研究及利用百合科植物提供了借鑒的方法。文獻(xiàn)[41]利用超聲波強(qiáng)化提取毛白楊雄花序中的總黃酮，分別對(duì)超聲波功率、浸提時(shí)間、料液比、浸提液濃度的選擇做了試驗(yàn)，得到了浸提時(shí)間、料液比對(duì)黃酮得率的影響為：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)或料液比比例的加大，得率呈現(xiàn)逐漸提高的趨勢(shì)；隨著乙醇濃度的提高黃酮的得率，逐漸下降；在一定的超聲波功率范圍內(nèi)，得率隨功率增加而提高，但當(dāng)達(dá)到一定功率后，得率則不再增加。并得出了超聲提取的最佳工藝。文獻(xiàn)[42]做了超聲波法乙醇提取山楂葉黃酮的研究，以乙醇為溶劑，以不同的乙醇濃度，不同的處理時(shí)間，不同的料液比為主要考察因素，以浸取樣品中總黃酮的提取率為主要考察指標(biāo)，確定最佳提取條件。得出乙醇濃度對(duì)提取率影響最大，其次是超聲波提取時(shí)間，料液比的影響最小。并得出最佳提取條件。比常規(guī)索氏提取時(shí)間和溶劑使用量大為減少，且能達(dá)到較高的提取率。

文獻(xiàn)[43-44]分別通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法，研究了翻白草中總黃酮類物質(zhì)超聲波提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明：各試驗(yàn)因素對(duì)翻白草總黃酮類物質(zhì)提取量的影響依次為提取溶劑配比、提取時(shí)間、乙醇濃度、提取功率。超聲提取植物有效成分的效果主要取決于超聲波的強(qiáng)度、頻率和時(shí)間。

3、結(jié)語

超聲波提取法在中草藥化學(xué)成分提取中的應(yīng)用已經(jīng)顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，具有省時(shí)、節(jié)能、環(huán)保、提出率高等優(yōu)點(diǎn)。提取方法也從單一的利用超聲波發(fā)展為超聲波輔助提取、超聲波協(xié)同其他技術(shù)進(jìn)行提取。從研究結(jié)果來看，超聲波提取技術(shù)在提取產(chǎn)率方面已達(dá)到令人滿意的程度。在今后對(duì)超聲波提取的研究中，應(yīng)著重深入研究其在提取各物質(zhì)方面的機(jī)理，總結(jié)整理形成一套完整的超聲提取體系，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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The application of ultrasonic technology in extracting flavonoids ingredients of Chinese herbal medicine

LIU Feng-xia
Dingxi Campus,GanSu University of Chinese Medicine

In this paper, the extraction of flavonoids ingredients of Chinese herbal medicine, for example, a Mosaic of gold and silver, balsam pear, cortex cercis, cypress tree leaf, metasequoia, fructus ligustri lucidi, etc all kinds of traditional Chinese medicine composition of flavonoids extraction efficiency were summarized, the influence of provide a reference for developing standard ultrasonic extraction of traditional Chinese medicine effective component.

ultrasonic extraction;Chinese herbal medicine;Flavonoids;composition

甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目（No.2015A-180）資助