超聲功率對天然產(chǎn)物有效成分提取效果的影響獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

超聲功率對天然產(chǎn)物有效成分提取效果的影響獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：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超聲溫度、超聲功率、料液比、超聲時(shí)間四個(gè)因素對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?gt;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20min，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60W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。考察超聲功率對烏頭堿、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30ml70%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[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1400W升至1600W，提取率大增，提取功率增加到1700W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1700～1800W比較合適[10]。

2.4輔助試劑對最佳超聲提取功率的影響

輔助試劑對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σ欢l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[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）超聲功率對提取效果的影響很復(fù)雜，對某些目標(biāo)成份影響較顯著，對另一些影響不顯著。在北五味子木脂素超聲提取工藝研究中，隨著超聲功率的