1、超聲波在天然產物分離與提取中的應用目錄摘要3關鍵詞31.超聲波提取的原理31.1 空化效應31.2 機械效應41.3 熱效應42.超聲提取技術的特點43.聲波在天然產物活性成分提取中的應用531 在生物堿提取中的應用53.2 在黃酮類成分提取的應用53.3 在皂苷類成分提取的應用53.4 在萜類和揮發油提取的應用63.5 在有機酸類成分提取的應用63.6 在蛋白質、酶類成分提取的應用63.7 在油脂類成分提取的應用63.8 在維生素提取中的應用74.超聲提取過程中應注意的問題74.1 選擇合適的目標提取物及超聲參數74.2 超聲波對酶活性的影響74.3 超聲波對提取物穩定性的影響85.展望85

2、.1 超聲提取過程基礎理論的深化研究85.2 超聲提取過程的強化研究853 超聲提取實驗設備的改進及工業化設備的研究與應用96.參考文獻9摘要 超聲波作為一種天然產物活性成分的提取技術，具有操作簡便快速、無須加熱、不破壞活性物質結構、提取率高等優點。本文綜述了超聲波用于天然產物活性成分提取的原理以及在生物堿、蒽醌類、揮發油、皂苷、功能性多糖、黃酮類、維生素等活性成分提取中應用的研究進展，提出了超聲波提取技術在工業化生產應用中應注意的問題。目的對超聲提取技術的基本原理、特點及其在中藥及天然產物提取中的應用和注意問題作一綜述，并對該技術的前景作一展望。關鍵詞：超聲波；天然產物活性成分；提取；應用天

3、然產物中含有許多對人體有益的活性成分，將其提取出來可以造福于人類，因而是當前食品、醫藥、化工等行業研究的熱點之一。傳統的水浸提法、壓榨法、萃取法、沉淀法等方法存在提取效率低、得率較低、提取時間長等缺點，如機械壓榨法難以將細胞完全有效破碎，而化學方法又容易造成活性物質的結構和性質等發生改變。所以一些新的提取技術不斷被應用于天然產物活性成分的提取中。超聲波是指頻率為20千赫50兆赫的電磁波，它是一種機械波，需要能量載體(Or質)來進行傳播。超聲波在工業應用方面，可以進行清洗、干燥、殺菌、霧化及無損檢測等，是一種非常成熟且廣泛應用的技術。應用超聲波技術提取天然產物中的活性成分具有操作簡便快速、無須加

4、熱、不破壞活性物質的結構以及提取率高等優點，可以加速提取目的物的擴散與溶解，有效地提高活性物質提取的得率和含量，是應用于天然產物活性成分提取的新技術之一。1.超聲波提取的原理1.1 空化效應 空化效應是超聲提取的主要動力。液體中往往存在一些真空或含有少量氣體或蒸汽的小泡，當一定頻率的大量超聲波作用在液體時，尺寸適宜的小泡能產生共振現象，它們在聲波的稀疏階段迅速脹大，在聲波的壓縮階段又被絕熱壓縮，直至湮滅。小泡在湮滅過程中，能夠產生幾千攝氏度的高溫和幾千個大氣壓的高壓沖擊波，這就是空化現象。這種強烈的沖擊作用能使物料破碎，也能造成生物細胞壁及整個生物體破裂，從而加速細胞內物質的釋放、擴散及溶解。

5、1.2 機械效應 超聲在傳播過程中，會引起介質質點交替的壓縮與伸張，構成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機械效應。對于中藥提取過程，這種機械效應包括簡單的騷動效應和溶劑與藥材組織之間的摩擦。這種騷動效應可使蛋白質變性，細胞組織變形；而超聲波引起的介質質點的加速度與超聲波振動頻率的平方成正比，有時超過過重力加速度的數萬倍，由于溶劑和藥材組織獲得的加速度不同，即溶劑分子的速度遠大于藥材組織的速度，從而使它們之間產生摩擦，這種力量足以斷開兩碳原子之鍵，使生物分子解聚，使中藥材中的有效成分溶解于溶劑之中。1.3 熱效應 由于介質吸收超聲波以及介質內摩擦的消耗，分子產生劇烈振動，超聲能轉化為介質的內能

6、，引起溶劑和藥物組織溫度升高，超聲波在穿透溶劑和藥物組織分界面時，溫度上升更快，這是因為分界面上特性阻抗不同，產生反射形成駐波，引起分子間的相對摩擦而發熱，因此，控制超聲強度，可使藥物組織內部溫度瞬間升高，加速有效成分溶出。除了以上效應外，超聲波還有許多次級效應，如擊碎、乳化、擴散等效應，也都有利于植物中有效成分的轉移。此外Maricela Toma等1人通過對50多種中藥有效成分的超聲提取研究發現，超聲波在促進傳質的同時還能促進水合，這也有助于中藥有效成分的提取。2.超聲提取技術的特點超聲提取技術適用于天然產物，特別是我國傳統中草藥有效成分的提取，是中藥制藥徹底改變傳統提取工藝的新方法、新工

7、藝。與常規的煎煮法、水蒸餾法、溶劑浸提法相比，具有如下特點：提取溫度低，避免了常規的煎煮法和回流法長時 間加熱對中藥有效成分的不良影響，產物生物活性高，適合于熱敏性物質的提取；適用性廣，超聲提取與目標提取物的性質(如極性)關系不大，絕大多數中藥材的各類成分均可用超聲提取；減少能耗，由于超聲提取無需加熱或加熱溫度低，提取時間短，因此能大大降低能耗，提高經濟效益；此外超聲波還具有一定的殺菌作用，能保證萃取液不易變質。3.聲波在天然產物活性成分提取中的應用31 在生物堿提取中的應用生物堿是一類主要存在于植物中具有顯著生物活性的堿性有機化合物。黃志強等以黃連為原料，采用乙醇為提取溶劑，研究小檗堿的超聲

8、波提取工藝。在超聲時間30 min、溫度50、乙醇濃度80和超聲波提取兩次的工藝條件下，與傳統乙醇浸提法相比，小檗堿產量提高了42。杜廣香等2用超聲波提取瑪咖生物堿，以乙醇為溶劑，優化的提取條件為：料液比1：40，超聲時間30 min，溫度70，功率200 W。在此條件下，提取瑪咖總生物堿的含量約為50。余永婷等3對超聲波方法和傳統回流方法提取苦豆子中的生物堿進行比較試驗，結果表明，超聲波提取總苦豆子生物堿的效果較好，提取的最佳工藝條件為：乙醇濃度65，提取劑pH值05，超聲提取頻率28 kHz，超聲提取時間20 min，生物堿的提取率為7576。3.2 在黃酮類成分提取的應用 黃酮類化合物具

9、有降壓、降血脂和抑制血小板聚集等功效，廣泛存在于天然產物中。黃酮類化合物的傳統提取方法主要有水煎煮法、浸漬法和堿提酸沉法，缺點是耗時、費工，且收率較低。Mauricio A Rostagno等4用超聲法提取大豆異黃酮，發現用體積分數50的乙醇做溶劑，在60下提取20 min便可獲得最佳的提取效率，且高于常規的提取方法。3.3 在皂苷類成分提取的應用皂苷是存在于植物中的一類結構較復雜的苷類化合物，常用水加熱提取或用有機溶劑浸漬提取，耗時長，提取效率低。Jianyong Wu等5用超聲提取技術提取人參皂苷，比常規提取方法快3倍，提取效率高，更易于純化，并且由于其提取溫度低，所得的人參皂苷的活性也較

10、常規方法高。3.4 在萜類和揮發油提取的應用萜類化合物是一類具有廣泛生物活性的天然藥物有效成分，而植物中的揮發油大多富含萜和倍半萜類化合物。揮發油的沸點較低，其傳統提取工藝是水蒸氣蒸餾法，但該法存在提取溫度高、提取時間長、易破壞有效成分的缺陷，導致提取收率較低。Athanasios C Kimbaris等6同時用水蒸餾提取法、微波輔助水蒸餾提取法和超聲提取法提取大蒜中的揮發油，比較發現3種方法所得的揮發油的得率和性質不盡相同，但超聲提取法可減少對熱敏性化合物的破壞，并且實驗操作簡單，具有工業化生產的價值。3.5 在有機酸類成分提取的應用有機酸是一類含羧基的化合物(不包括氨基酸)，廣泛分布在中草

11、藥中，是很多中藥的活性成分7。Hui Li等8用超聲提取法提取新鮮杜仲葉中的綠原酸，發現最佳條件為體積分數70的甲醇溶液，料液比1：20，提取時間30 min，提取3次，用該條件提取新鮮的杜仲葉、新鮮的杜仲皮、杜仲皮飲片和其它4種中藥中的綠原酸，得率均高于傳統提取方法。3.6 在蛋白質、酶類成分提取的應用傳統的堿提法提取蛋白質和酶效率低、純度低，而且耗時，生產成本高；麗酶法雖然可以提高提取效率，但是酶易失活，價格昂貴，故生產過程難以控制，生產成本高。Furuki Takao等9利用超聲波對細胞壁的破碎能力提取大腸桿菌中的蘋果酸酶，發現對于100 mL的大腸桿菌樣品，超聲處理20 min就可獲得

12、最高的提取效率，優于常規方法。3.7 在油脂類成分提取的應用目前，工業生產多采用浸漬法和冷榨法提取油脂，浸漬法提取時間長，溶劑揮發損失較多，成本增加，且提取率低；冷榨法產率低，精制工藝繁瑣，油品色澤不理想。JL Leque-Gareia等10用超聲輔助索氏提取向日葵、油菜和大豆等種子中的油脂，可以大大減少索氏提取的時間，提取相同數量的油脂，用超聲輔助索氏提取，可以節約一半以上的時間，并且提取的油脂的性質與常規方法相同。3.8 在維生素提取中的應用維生素在生物體內的物質代謝中必不可少，對調節人體生理節律、預防疾病和促進健康具有重要作用。李玉明11采用超聲波提取法從柚子果肉中提取VC，以水和01的

13、磷酸溶液作溶劑，超聲波提取30 min，經處理后得到VC。采用超聲波還可從甜橙果皮和牛蒡等提取類胡蘿卜素12-134.超聲提取過程中應注意的問題4.1 選擇合適的目標提取物及超聲參數 許多實驗表明，不同的中藥材及天然產物，采用不同的超聲參數(主要包括超聲頻率、超聲波強度、超聲波作用時間和浸漬時間等)，提取結果是不一樣的。M Romdhane等14為考察超聲波對固液萃取的影響，用超聲提取技術提取除蟲菊中的除蟲菊酯和菘藍種子中的菘藍油，發現超聲作用能明顯提高除蟲菊酯的提取速率和產量，但對菘藍油的提取影響不大，并且超聲波的頻率、功率，物料粒徑和超聲波作用時間對提取效率均有明顯影響。4.2 超聲波對酶

14、活性的影響 部分研究表明，無論在水溶液中還是在有機溶劑中，適當的超聲輻射都可以增強酶活力，使酶促反應速率提高。而高強度的超聲波則會抑制酶的活性，甚至使酶失活15。Barton等陽人在研究蔗糖酶水解蔗糖時發現，當底物處在一個較低濃度水平時，如果在水解過程中加以超聲作用，能顯著提高蔗糖酶的活力，使水解反應更加徹底。由于中藥植物中含有苷類及多糖的水解酶，因此在提取苷類及多糖時應引起注意。4.3 超聲波對提取物穩定性的影響 由于超聲波作用能斷開兩碳原子之鍵，所以在超聲提取過程中會產生很多具有較強活性的自由基，能與許多抗氧化性物質反應，破壞活性成分。大多數中藥及天然產物的有效成分具有較強的活性，因而超聲

15、提取物的穩定性較差。孫國金16等在竹葉黃酮的超聲提取實驗中發現，對于同一種溶劑，超聲提取所得的提取物較一般提取法穩定性差。5.展望從現有的研究來看，超聲波在天然產物活性成分提取中的應用顯示出明顯的優勢，應用范圍較廣。超聲波應用于天然產物的提取主要是利用其產生的空化效應，提取的效果主要取決于超聲波的強度、頻率和時間。所以，在用于不同天然產物活性成分的提取時，應通過試驗選擇適宜的提取參數，才能取得良好的提取效果。在生產實踐中，還應注意有關工程問題的研究，解決超聲波提取有關工程放大的問題，如工藝的穩定性、適用性和安全性等，以使超聲波提取技術能夠順利應用于工業化產品的生產。有以下幾點還需要進行研究加強

16、：5.1 超聲提取過程基礎理論的深化研究目前，雖然國內外工作者在這方面做了不少工作，并提出了一些超聲提取的機理，但是超聲提取是多種效應共同作用的結果，再加上目標提取物和提取溶劑結構的影響，在提取機理方面還有很多工作要做，以期建立完善的超聲提取過程的動力學模型，從而為超聲提取過程的設計和優化提供理論依據。5.2 超聲提取過程的強化研究 由于超聲提取的機理尚未完全解釋清楚，一些未知的因素也會影響超聲提取的效率，如采用復頻共振方式，比單一頻率提取效率大大提高17，此外，古空比對超聲提取效率及提取物的純度也有一定的影響18。為進一步提高提取效率，也可考慮將超聲提取技術與微波提取技術聯用。53 超聲提取

17、實驗設備的改進及工業化設備的研究與應用 目前超聲提取實驗設備都是通過水將超聲波間接作用于樣品，為提高超聲波作用效率，可進一步開發能滿足復頻、占空比等研究需要的實驗設備。今后還應進一步加強對超聲提取工業化設備的研究，解決相關的工程技術問題，以促進超聲提取技術在制藥工業中的應用。6.參考文獻1 Maricela Toma，M Vinatoru，IPaniwnyk，et a1Investigation of the effects of ultrasound on vegetal tissues during solventextraction JUhrasonics sonochemistry，2

18、001，8：1371422 杜廣香，浦躍武超聲波提取瑪咖生物堿的工藝研究J廣東農業科學，201 1 f3)：74763 余永婷超聲波提取苦豆子生物堿的工藝研究J中國食品添加劑，2008(3)：69724 Mauricio A Rostagno，Miguel Palma，Carmelo G BarrosoUltrasoundassisted extraction of soy isoflavonesJ-IU1一trasonics Sonochemistry，2003，1012：1191285 Jianyong Wu，Lidong Lin，Footim ChauUltrasoundassisted

19、 extraction of ginseng saponins from ginseng roots and cultured ginseng cellsJUltrasonics Sonochemistry，2001，8：347-3526 Jianyong Wu，Lidong Lin，Footim ChauUltrasoundassisted extraction of ginseng saponins from ginseng roots and cultured ginsengcellsJUltrasonics Sonochemistry，2001，8：347-3527 吳立軍中藥化學M：

20、北京：中國醫藥科技出版社，2001：218 Hui Li，Bo Chen，Shouzhuo YaoApplication of ultrasonic technique for extracting chlorogenic acid from Eucommia ulmodies Oliv(Eulmodies)JUltrasonics Sonochemistry，2005，12：2953009 Furuki Takao，Amaya Tsutomu，Imajo Satoshi，et a1Extraction of an enzyme from Ecoli with the use of convergent type ultrasonic cell disruptionJKenkyu Hokoku-kanagawa-ken sangyo Gijustsu Sogo Kenky·usho，2004，10：808110 JL LuqueGarcia，MD Luque de Castro<Ultrasoundassis