[科普中国]-超声辅助提取

简介

超声波辅助提取技术主要是依据物质中有效成分的存在状态、极性、溶解性等在超声波作用下快速地进入溶剂中，得到多成分混合的提取液，再将提取液以适当方法分开、精制、纯化处理，最后得到所需单体化学成分的一项新技术1。

原理超声波是一种机械波，有效频率一般在20 ～ 50kHz 范围。超声波提取是将超声波产生的空化、振动、粉碎、搅拌等综合效应应用到天然产物成分提取工艺中，通过破坏细胞壁，达到提取细胞内容物的过程。

超声波在食品加工中的应用就是通过超声波产生的3 种机制：空穴效应、热效应和机械效应而实现。其中，空穴作用被认为是最重要的，当大量的超声波作用于提取介质时，体系的液体内存在着张力弱区，这些区域内的液体会被撕裂成许多小空穴，这些小空穴会迅速胀大和闭合，使液体微粒间发生猛烈的撞击作用。

超声波空穴有两个重要的特征：第一，非线性过程即空穴气泡半径的变化和声压不成比例。

第二，气泡的高压缩性即当气泡在膨胀或倒塌等运动过程中累积能量而获得更多潜在的能量[24]。在瞬时空化状态，由于气泡的非线性运动引起能量的转化并集中在一个很小的空间，因此产生高压高温、激发化学反应的产生，引起致光超声波等。

优势缩短提取时间和提高提取效率。

超声波提取不对提取物的结构、活性产生影响。

应用广泛，不受成分极性、分子质量大小的限制，适用于绝大多数有效成分的提取2。

操作简单易行、提取料液杂质少、有效成分易于分离、纯化。

应用超声波辅助提取技术应用于植物活性物质的提取。应用超声波技术辅助提取植物活性成分，可以缩短提取时间及有效提高效率。

生物碱****类成分的提取

Dem 等3利用超声波提取技术从曼陀罗叶中提取曼陀罗碱，用超声波提取30 min 比用常规煎煮法提取3 h 的样品含碱量高9%。郭孝武4用超声波从黄连中提取小檗碱，所得到的小檗碱提取率比碱性浸泡24 h 高50% 以上。

苷类****成分的提取

苷类提取常用有机溶剂加热回流、水浸提取等方法，但这些方法耗时、高温的缺点易使苷类的成分破坏。

郭孝武5进行了常规法与超声法提取几种中药材苷类成分的研究，在提取时间上，黄芩苷常规法耗时180 min，超声法40 min，芸香苷常规法醇静置需16 h，超声法0.5 h，蒽醌苷常规法需180min，超声法10 min。结果显示超声波提取法比常规法在提取率和提取时间上有很明显的优势。超声波提取法还可应用于重楼总皂苷、三七总皂苷等的研究，结果均表明超声波提取较常规法具有高效、快速的优点。

糖类****成分的提取

糖类多存在于植物细胞液中，植物的纤维、细胞黏液等对糖分的溶出有很大的阻碍，超声波提取技术应用于各种糖类有效成分的提取，比常规方法可获得更好的效果。周广麟等6研究超声波辅助预处理甜菜、甜高粱秸秆和甘蔗等糖料植物，用于提高纤维酶解得率，结果表明，采用超声波预处理可以有效提高提取率，比未经预处理的得率均相应高出50%，其主要原因是超声波破坏了植物的纤维结构，增加了纤维素酶分子对原料的亲和性。

酮类****成分的提取

异黄酮提取的传统工艺，如有机溶剂浸提法、酸解法、水加热提取法，有操作费时、溶剂量大、成本高、苷元易被破坏的缺点7。超声波提取利用超声波产生的空化作用能使溶剂充分、快速渗透入提取物内部，并具有加热的作用，有利于苷元的浸出，广泛应用于酮类有效成分的提取。何春霞等8采用正交优化试验，以总黄酮得率作为考察指标，对影响欧洲鳞毛蕨总黄酮超声波提取的因素进行了研究，结果在最佳提取条件下，其得率可比传统方法高出15%。

21 世纪初，随着对超声波波理论研究的深入，超声波频率和超声波能量作为重要的超声波参数在超声波提取过程中可能产生的影响被研究人员所认识和关注，并进行此方面的初步探索和研究。

Albu 等9利用直插式和水浴式超声波辅助提取了芸香科植物鲜样和干样中的鼠尾草酸，并与热处理比较，发现超声波处理15min 达到较高的提取量，认为水浴超声波有利于大规模生产。

目前仍然不清楚，超声波参数是通过单个变量作用还是通过个多个变量的结合作用来影响植物材料。

超声提取技术与其他新兴技术的联用超声波-微波协同提取新技术将超声与微波两种作用方式相结合，充分利用超声波振动的空化作用以及微波的高能作用，克服了常规超声波和微波提取之不足，实现了低温常压条件环境下，对固体样品进行快速、高效、可靠的预处理2。

超声波提取和生物酶提取工艺结合可以明显降低提取温度，缩短提取时间，节约溶剂使用量，提高提取产量，并且对提取物的结构和理化性质无影响10。

表面活性剂与超声波联合使用，可在溶剂中形成分子液膜，增加液固接触面积，协同超声技术的特点，可提高提取率。

超声强化超临界CO2萃取技术是在超临界CO2萃取的同时附加超声场，从而降低萃取压力和温度，缩短萃取时间，最终提高萃取率的一项新技术。