超声技术在天然植物有效成分提取中的应用.doc

超声技术在天然植物有效成分提取中的应用摘 要：介绍了超声提取技术的原理、应用范围、设备和影响提取效果的因素等, 以及其在天然植物成分提取中的应用。与传统的提取技术相比，超声提取法由于超声波固有的多种物理和声化学效应而得到广泛应用。目前，如何把超声波技术的研究成果推广到提取药用植物功能因子的工业生产已成为研究的热点。该文主要介绍了超声波空化作用，超声波强化萃取的机理，以及超声波技术在强化萃取中的应用现状，并概述了近年来超声波技术在天然药用植物提取方面的研究进展。关键词：超声波；提取；药用植物；1. 超声提取的基本原理1.1 空化效应超声波在液体介质中传播时，由于声振动现象，形成一种连续的压缩和稀疏区域。在压缩区域，超声波使液体介质密度增大；在稀疏区域，使介质的密度减小，并在个别区域形成气体或空气的气泡和空腔，这种空腔存在的时间很短，一瞬间，就会溃陷，产生巨大的瞬时压力，一般的可高达几千个，甚至上万个大气压，这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的现象即是超声空化效应。1.2 机械效应超声波在介质中的传播, 可以使介质质点在其传播空间内产生振动, 从而强化介质的扩散、传质, 这就是超声波的机械效应。超声波在传播过程中产生一种辐射压强, 沿声波方向传播, 对天然植物有很强的破坏作用, 可使细胞组织变形、植物蛋白质变性。此外, 它还可给予介质和悬浮体以不同的加速度, 且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子的运动速度, 从而在两者之间产生磨擦, 这种磨擦力可使生物分子解聚, 使天然植物有效成分更快地溶解于溶剂中。1.3 热效应超声波在媒质内传播过程中，其振动能量不断地被媒质吸收转变为热能而使其自身温度升高当强度为J的平面超声波在声压吸收系数为r的媒质中传播时，单位体积媒质中超声波作用t秒产生的热量为Q=2rlt，即与媒质的吸收系数、超声波强度及辐射时间成正比，这样媒质吸收热就会引起整体加热、边界处的局部高温高压等，从而导致介质本身和天然植物组织温度升高, 结果增大了有效成分的溶解度, 加快了有效成分的溶解速度。由于这种天然植物组织内部温度的升高是瞬时的, 因此可以使被提取成分的结构和生物活性保持不变。2. 超声提取在中草药提取中的应用超声波在植物功能成分提取过程中，可以有效地缩短提取时间，提高提出效率，因此利用超声波空化效应而发展起来的超声提取技术，得到了广泛地应用，并逐渐发展成为一种快速、高产的中草药成分提取新技术。2.1 超声提取在多糖提取中的应用江发寿等研究了超声提取法提取沙枣多糖，经烘干处理的沙枣用80%的乙醇液提取除去单糖和低聚糖后，采用水为溶剂于45kHz超声提取2次，20min/次。结果表明超声法提取多糖有较大的优势，提取时间大大缩短，收率提高近50%。袁忠海等将去除游离还原糖的魔芋精粉加双蒸水，在KQ218超声波清洗器上超声提取魔芋精粉葡甘露聚糖60min，温度控制在3045摄氏度提取效果明显优于常规法。2.2 超声提取在黄酮类提取中的应用M.Vinatoru 等研究比较了超声波萃取和普通萃取对生物活性的影响，结果表明，超声波能够强化溶剂萃取过程，提高活性成分的提取量。李胜华通过L934 正交试验设计，探讨了翻白草中总黄酮类物质超声波提取工艺条件，结果表明：各试验因素对翻白草总黄酮类物质提取量的影响依次为提取溶剂配比、提取时间、乙醇浓度、提取功率。超声提取植物有效成分的效果主要取决于超声波的强度、频率和时间。王延峰用超声提取法与热回流提取法分别提取银杏叶黄酮，虽然超声波处理最低提取率与连续回流法平均提取率相当，但热回流的提取时间为超声处理时间的412 倍，从节能和技术经济角度来看，超声法优于热回流法。2.3 超声在生物碱提取中的应用用超声波法从黄连根茎中提取黄连素，结果表明，超声波法要明显优于浸泡法。采用超声波法及渗漉法提取颠茄草有效成分茛菪碱并比较两种方法的茛菪碱提取率及提取时间，发现两种方法的茛菪碱提取率相当，但超声波法提取时问为20 min，比渗漉法大大缩短。2.4 超声在其他化合物提取中的应用比较超声波法提取与回流法提取牛膝中活性成分蜕皮甾酮的提取效率，在频率为1 100 kHz时超声提取40 min可获得稳定的提取效率。用超声波法提取白藜芦醇，发现不同占空比的超声波法提取白藜芦醇，对其含量有一定影响占空比较小的超声波法提取，有利于保持较高白藜芦醇的相对含量。3 影响提取效果的因素3.1 提取时间一般在10100 min 以内即可得到较好的提取效果, 但因天然植物原料不同, 提取率随超声时间的变化亦不同。如绞股蓝总皂苷、黄连中黄连素的提取, 其提取率随着超声时间的增加而增大; 而在益母草总生物碱的黄芩苷的提取中, 提出率分别在40 和60 min 时出现峰值。3.2 超声频率超声频率不同, 提取效果亦不同, 但并不是目标成分的提取率均随频率的提高而降低, 也不是高频率超声波的提取率高于低频率超声波, 而应针对具体天然植物种类进行筛选。由于介质受超声波作用所产生的气泡的尺寸不是单一的, 存在一个分布范围, 因此提取时超声频率应有一个变化范围。3.3 提取温度一般不需加热, 但其本身有较强的热效应。其规律是随着温度的升高, 得率增大, 达到60 后,如温度继续升高, 得率呈下降趋势, 这与空化效应是一致的, 当以水为介质时, 60时提取率最高,但对不同浓度的乙醇, 其最适温度不一定是60,需要进行筛选。3.4 原料质地、组织结构对于不同的天然植物, 超声提取时间和频率的变化对提取率的影响都是不一样的, 没有规律可循, 这与天然植物的组织结构不一样有关。3.5 超声波的凝集机制超声波具有使悬浮于气体或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀的作用, 这叫超声的凝集机制。从槐米中提取芦丁时, 与芦丁共存于槐米中的黏液质类杂质, 是影响提取液滤过和芦丁自滤液中沉淀析出快慢的主要因素。林翠英 10 以温浸静置沉淀作对比, 分别对传统提取法和超声提取法制得的提取液在静置沉淀阶段进行超声处理, 可提高提取率和缩短提取时间。4. 结语超声提取在中药化学成分提取的应用已经显示出明显的优势，并已经被人们所重视。但目前的研究主要停留在实验室的很小规模上，且主要针对某些单个具体提取对象进行简单的工艺条件试验。虽然，目前在国家有关项目的资助，解决了超声提取的工程放大问题，但由于其作用机制研究有限，缺少针对多数中药成分的提取工艺参数，推广运用受到了很大的限制。因此，在研究超声提取在中药化学成分提取中的应用时)，应对其作用机制进行深入研究，以建立一套较为通用的模式，为不同提取对象的操作条件提供依据。参考文献吴立军，等 天然药物化学 第五版.北京：人民卫生出版社,2007江发寿，刘金荣，但建明，等.沙枣多糖的超声提取及含量测定.西北药学杂志,2002,17袁忠海,吴道澄