超聲功率對(duì)天然產(chǎn)物有效成分提取效果的影響

張素萍

摘 要：用超聲波技術(shù)提取天然產(chǎn)物有效成分及中藥復(fù)方目標(biāo)成分是一種高效節(jié)能的方法和手段，影響超聲提取效果的因素很多，其中超聲功率是對(duì)最佳提取效果有很大影響的工藝參數(shù)之一。本文綜述了超聲提取天然植物有效成分的作用機(jī)理，分析了超聲功率對(duì)提取效果的影響，為尋找最佳的提取工藝參數(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：超聲功率;有效成分;提取效果;影響

1.超聲波提取的機(jī)理與影響因素

超聲波是頻率范圍在20KHz～10MHz的聲波，它以一定頻率和聲強(qiáng)在溶液體里傳播時(shí)，產(chǎn)生的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)可引起機(jī)械攪拌、加速擴(kuò)散溶解等作用加速了所提取成分的擴(kuò)散并與溶劑充分混合，大大提高了有效部位提取率，并且瞬間穩(wěn)定升高溫度，對(duì)熱不穩(wěn)定成分影響較小[1] 。采用超聲提取縮短了提取時(shí)間，提高了提取效率，從而為天然產(chǎn)物成分的提取提供了一種快速、高效、易于放大的新方法，在有效成分的提取方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

影響超聲強(qiáng)化提取過程的因素很多，主要包括固液體系的性質(zhì)（溶劑的粘滯系數(shù)、表面張力系數(shù)、蒸汽壓、液體中含氣的種類和數(shù)量以及溫度等），提取工藝參數(shù)（溶劑的類別和濃度、提取物料的粒徑、料液比等），聲學(xué)參數(shù)（頻率、聲強(qiáng)、波形、作用方式、作用時(shí)間等），提取裝置特點(diǎn)（輻照方式、聲場(chǎng)分布、輔助手段等）[2] 。秦明有在SCG輔助超聲提取竹葉多糖工藝研究對(duì)超聲溫度、超聲功率、料液比、超聲時(shí)間四個(gè)因素對(duì)竹葉多糖提取效果的影響進(jìn)行研究，結(jié)果各因素影響順序?yàn)椋撼暅囟?超聲功率>料液比>超聲時(shí)間[3] ;在超聲提取青蒿多糖的工藝中四因素影響力的大小為：超聲功率>超聲溫度>固液比>超聲時(shí)間[4] 。從以上結(jié)果可看出超聲功率也是一個(gè)影響提取效果很重要的因素，本文將研究超聲功率對(duì)提取效果的影響情況，為尋找最佳提取工藝參數(shù)提供幫助。

2.超聲功率與提取效果的關(guān)系

不同的天然的植物所需的最佳超聲提取功率不同，一些植物僅需較小的超聲功率能取得的最佳提取效果，另一些植物卻需較大的超聲功率才能取得的最佳提取效果。

2.1較小的超聲功率能取得最佳提取效果

在響應(yīng)面法優(yōu)化刺五加中多糖的超聲提取工藝研究中，見圖1所示，超聲功率在60～90W隨功率的增加，提取率顯著增加，超過90w以后提取率隨功率增加反而減小，最佳超聲提取功率為90W [5] 。在超聲提取青蒿多糖的工藝優(yōu)化中，采用溫度70℃，固液比1：30，超聲功率分別為 60W、70W、80W、90W、100W的條件下超聲提取20 min，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在功率80W的條件下青蒿多糖提取產(chǎn)率最高[4] 。在超聲法提取鬼燈檠中巖白菜素、紫荊花紅色素的工藝研究中也發(fā)現(xiàn)，巖白菜素、紅色素提取效果隨提取功率的增大而增加，到60 W時(shí)達(dá)峰值后隨提取功率的增大而又減少。

2.2一般超聲功率下能取得較好的提取效果

在川烏、草烏、馬錢子超聲提取工藝研究中，固定鹽酸溶液濃度為1.5%，加液量10倍，提取時(shí)間1h，稱取樣品5份，草烏、川烏各3g，馬錢子1g?？疾斐暪β蕦?duì)烏頭堿、士的寧、馬錢子提取含量的影響，見表1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲功率600W時(shí)三種有效成分提取效率最佳[6] 。

表1 超聲功率對(duì)川烏、草烏、馬錢子提取的影響

超聲波提取紫草葉中總黃酮，稱取0.500g紫草葉，加入30ml 70%的乙醇浸泡24h，在不同功率下超聲浸提10min，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，在功率為400W 時(shí)，黃酮的含量最大，而后隨功率的增加呈現(xiàn)降低的趨勢(shì) [7] 。在黃桷樹葉中總黃酮提取也發(fā)現(xiàn)，隨超聲波功率逐步上升，提取率逐步走高，當(dāng)超聲波強(qiáng)度超過420W 后，提取率逐步下降，見圖4，較佳超聲功率范圍為420～560W[8] 。

2.3較高的超聲功率下才能取得較好的提取效果

在麻花秦艽多糖超聲提取工藝參數(shù)優(yōu)化研究中，超聲功率在從300W升高到800W時(shí)，多糖提取率明顯增加，圖5所示[9] 。在新疆紫草的超聲波強(qiáng)化提取研究中，圖6所示，超聲波功率從 1400 W升至1600 W，提取率大增，提取功率增加到 1700 W 以后，再增大功率，提取率增加變得緩慢，因此超聲波功率選擇在 1700～1800 W 比較合適[10] 。

2.4輔助試劑對(duì)最佳超聲提取功率的影響

輔助試劑對(duì)最佳超聲提取功率有影響，在超聲提取竹葉多糖最佳提取工藝參數(shù)研究中，采用相同提取條件下一組添加表面活性劑椰油酰谷氨酸鈉（SCG），另一組無表面活性劑，結(jié)果見圖7。由圖7可知，兩組竹葉多糖的提取率都隨著超聲功率的增大而不斷增大，達(dá)峰值后繼續(xù)增大超聲功率，多糖提取率降低。無表面活性劑組在超聲功率200W時(shí)竹葉多糖提取率最高，提取率為 3.594%，添加表面活性劑組在150W提取率最高，竹葉多糖提取率達(dá) 4.498%。SCG能降低提取劑水的表面張力，降低破壁勢(shì)壘，促進(jìn)多糖向提取劑中快速溶解，縮短提取時(shí)間，降低提取能耗，提

取率提高25.15% [3] 。

3.結(jié)果與討論

（1）從所查閱的文獻(xiàn)資料看，在所研究的超聲波功率范圍內(nèi)，隨超聲波功率不斷增大，提取效果逐步增加。這是因?yàn)閷?duì)一定頻率和一定發(fā)射面的超聲來說，功率增大，聲強(qiáng)隨之增大，聲壓幅值以及液體中相應(yīng)負(fù)壓力亦增大，空化泡崩潰所需的時(shí)間將變得更短，單位時(shí)間內(nèi)超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)增強(qiáng)，從而有利于植物藥有效成分提取率的提高。但是不能無限制的增大超聲功率，一則太高的聲強(qiáng)產(chǎn)生的大量空泡通過反射聲波可能減少能量的傳遞，二則功率過大，導(dǎo)致聲強(qiáng)過高，超聲的高能量可能造成有效成分的降解或異構(gòu)化[11] 。

（2）超聲波對(duì)植物細(xì)胞有破碎作用，能加速有效成分的溶解，當(dāng)隨著超聲波的功率不斷增大，對(duì)細(xì)胞的破碎作用相應(yīng)增大，溶解雜質(zhì)也增加，有效成分溶解量減少，提取效果沒有明顯提高反而呈下降趨勢(shì)[7] 。超聲波的破碎作用不僅取決于超聲波的性質(zhì)，如功率、頻率等，而且取決于被破碎體系的性質(zhì)，如被破碎物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、提取介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)等[10] 。因此對(duì)不同的天然植物須選取適宜的超聲功率進(jìn)行優(yōu)化提取。

（3）超聲功率對(duì)提取效果的影響很復(fù)雜，對(duì)某些目標(biāo)成份影響較顯著，對(duì)另一些影響不顯著。在北五味子木脂素超聲提取工藝研究中，隨著超聲功率的增加，五味子4種木脂素成分的得率先升后降，功率在225 W左右有最大得率。但超聲功率對(duì)五味子醇甲和五味子乙素提取效果有顯著影響，對(duì)五味子甲素和五味子酯甲提取效果影響不顯著[12] 。因此，要獲得超聲提取最佳提取效果還需深入研究超聲功率與其他影響因素的共同作用的規(guī)律。

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（作者單位：貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）