超声功率对天然产物有效成分提取效果的影响
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摘 要：用超声波技术提取天然产物有效成分及中药复方目标成分是一种高效节能的方法和手段，影响超声提取效果的因素很多，其中超声功率是对最佳提取效果有很大影响的工艺参数之一。本文综述了超声提取天然植物有效成分的作用机理，分析了超声功率对提取效果的影响，为寻找最佳的提取工艺参数提供参考。
关键词：超声功率;有效成分;提取效果;影响
1.超声波提取的机理与影响因素
超声波是频率范围在20KHz～10MHz的声波，它以一定频率和声强在溶液体里传播时，产生的空化效应、机械效应和热效应可引起机械搅拌、加速扩散溶解等作用加速了所提取成分的扩散并与溶剂充分混合，大大提高了有效部位提取率，并且瞬间稳定升高温度，对热不稳定成分影响较小[1] 。采用超声提取缩短了提取时间，提高了提取效率，从而为天然产物成分的提取提供了一种快速、高效、易于放大的新方法，在有效成分的提取方面有着广泛的应用前景。
影响超声强化提取过程的因素很多，主要包括固液体系的性质（溶剂的粘滞系数、表面张力系数、蒸汽压、液体中含气的种类和数量以及温度等），提取工艺参数（溶剂的类别和浓度、提取物料的粒径、料液比等），声学参数（频率、声强、波形、作用方式、作用时间等），提取装置特点（辐照方式、声场分布、辅助手段等）[2] 。秦明有在SCG辅助超声提取竹叶多糖工艺研究对超声温度、超声功率、料液比、超声时间四个因素对竹叶多糖提取效果的影响进行研究，结果各因素影响顺序为：超声温度>超声功率>料液比>超声时间[3] ;在超声提取青蒿多糖的工艺中四因素影响力的大小为：超声功率>超声温度>固液比>超声时间[4] 。从以上结果可看出超声功率也是一个影响提取效果很重要的因素，本文将研究超声功率对提取效果的影响情况，为寻找最佳提取工艺参数提供帮助。
2.超声功率与提取效果的关系
不同的天然的植物所需的最佳超声提取功率不同，一些植物仅需较小的超声功率能取得的最佳提取效果，另一些植物却需较大的超声功率才能取得的最佳提取效果。
2.1较小的超声功率能取得最佳提取效果
在响应面法优化刺五加中多糖的超声提取工艺研究中，见图1所示，超声功率在60～90W随功率的增加，提取率显著增加，超过90w以后提取率随功率增加反而减小，最佳超声提取功率为90W [5] 。在超声提取青蒿多糖的工艺优化中，采用温度70℃，固液比1：30，超声功率分别为 60W、70W、80W、90W、100W的条件下超声提取20 min，结果见图2。由图2可知，在功率80W的条件下青蒿多糖提取产率最高[4] 。在超声法提取鬼灯檠中岩白菜素、紫荆花红色素的工艺研究中也发现，岩白菜素、红色素提取效果随提取功率的增大而增加，到60 W时达峰值后随提取功率的增大而又减少。
2.2一般超声功率下能取得较好的提取效果
在川乌、草乌、马钱子超声提取工艺研究中，固定盐酸溶液浓度为1.5%，加液量10倍，提取时间1h，称取样品5份，草乌、川乌各3g，马钱子1g。考察超声功率对乌头碱、士的宁、马钱子提取含量的影响，见表1，结果发现超声功率600W时三种有效成分提取效率最佳[6] 。
表1 超声功率对川乌、草乌、马钱子提取的影响
超声波提取紫草叶中总黄酮，称取0.500g紫草叶，加入30ml 70%的乙醇浸泡24h，在不同功率下超声浸提10min，结果见图3。从图3可以看出，在功率为400W 时，黄酮的含量最大，而后随功率的增加呈现降低的趋势 [7] 。在黄桷树叶中总黄酮提取也发现，随超声波功率逐步上升，提取率逐步走高，当超声波强度超过420W 后，提取率逐步下降，见图4，较佳超声功率范围为420～560W[8] 。
2.3较高的超声功率下才能取得较好的提取效果
在麻花秦艽多糖超声提取工艺参数优化研究中，超声功率在从300W升高到800W时，多糖提取率明显增加，图5所示[9] 。在新疆紫草的超声波强化提取研究中，图6所示，超声波功率从 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，提取率增加变得缓慢，因此超声波功率选择在 1700～1800 W 比较合适[10] 。
2.4辅助试剂对最佳超声提取功率的影响
辅助试剂对最佳超声提取功率有影响，在超声提取竹叶多糖最佳提取工艺参数研究中，采用相同提取条件下一组添加表面活性剂椰油酰谷氨酸钠（SCG），另一组无表面活性剂，结果见图7。由图7可知，两组竹叶多糖的提取率都随着超声功率的增大而不断增大，达峰值后继续增大超声功率，多糖提取率降低。无表面活性剂组在超声功率200W时竹叶多糖提取率最高，提取率为 3.594%，添加表面活性剂组在150W提取率最高，竹叶多糖提取率达 4.498%。SCG能降低提取剂水的表面张力，降低破壁势垒，促进多糖向提取剂中快速溶解，缩短提取时间，降低提取能耗，提
取率提高25.15% [3] 。
3.结果与讨论
（1）从所查阅的文献资料看，在所研究的超声波功率范围内，随超声波功率不断增大，提取效果逐步增加。这是因为对一定频率和一定发射面的超声来说，功率增大，声强随之增大，声压幅值以及液体中相应负压力亦增大，空化泡崩溃所需的时间将变得更短，单位时间内超声产生的空化效应增强，从而有利于植物药有效成分提取率的提高。但是不能无限制的增大超声功率，一则太高的声强产生的大量空泡通过反射声波可能減少能量的传递，二则功率过大，导致声强过高，超声的高能量可能造成有效成分的降解或异构化[11] 。
（2）超声波对植物细胞有破碎作用，能加速有效成分的溶解，当随着超声波的功率不断增大，对细胞的破碎作用相应增大，溶解杂质也增加，有效成分溶解量减少，提取效果没有明显提高反而呈下降趋势[7] 。超声波的破碎作用不仅取决于超声波的性质，如功率、频率等，而且取决于被破碎体系的性质，如被破碎物的结构性质、提取介质的物理化学性质等[10] 。因此对不同的天然植物须选取适宜的超声功率进行优化提取。 （3）超声功率对提取效果的影响很复杂，对某些目标成份影响较显著，对另一些影响不显著。在北五味子木脂素超声提取工艺研究中，随着超声功率的增加，五味子4种木脂素成分的得率先升后降，功率在225 W左右有最大得率。但超声功率对五味子醇甲和五味子乙素提取效果有显著影响，对五味子甲素和五味子酯甲提取效果影响不显著[12] 。因此，要获得超声提取最佳提取效果还需深入研究超声功率与其他影响因素的共同作用的规律。
参考文献：
[1] 潘五九，肖小河，等.中药生产关键共性新技术研究进展[J].中草药，2004，35（4）：361-367
[2] 王萍辉.超声空化影响因素[J].河北理工学院学报，2003，25（4）
[3] 秦明有.SCG辅助超声提取竹叶多糖工艺研究[J].精细与专用化学品，2018，26（3）：39-43
[4] 张海容，刘露琛.超声提取青蒿多糖的工艺优化[J].食品研究与开发，2006，27（5）：46-48
[5] 陈金娥，王庆红，等.响应面法优化刺五加中多糖的超声提取工艺[J].北方园艺，2015（07）：123-127
[6] 汪坤，赵旭，等.Box-Behnken法优选川乌、草乌、马钱子超声提取工艺[J].中国现代中药，2018，20（1）：83-87
[7] 马厉芳，吴春霞，等.超声波提取紫草叶中总黄酮的工艺研究[J].食品科学，2007，28（10）：275-277
[8] 董兰岚，吕娟，等.黄桷树叶中总黄酮的乙醇超声提取工艺研究[J].应用化工，2017，46（11）：2188-2194
[9] 李龙昱，米云昊，麻花秦艽多糖超声提取工藝参数优化[J].中国高原医学与生物学杂志，2018，39（03）：184-190
[10] 关奕，葛锋，等.新疆紫草的超声波强化提取[J].过程工程学报，2005，5（6）：680-683
[11] 贲永光，丘泰球，等.超声强化溶剂提取车前草中总黄酮的研究[J].声学技术，2009，28（2）：133
[12] 杨磊，马春慧，等.北五味子木脂素超声提取工艺[J].农业工程学报，2009，25（Supp.1）：185-192
（作者单位：贵州工业职业技术学院）
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