超声波在植物提取中的应用.PDFVIP

△ 超声波在植物提取中的应用 赵 兵 王玉春 欧阳藩 伍志春 天然植物药用成分大多为细胞内产物，提取时往往需要将细胞破碎，而现有 的机械或化学破碎方法有时难于取得理想的破碎效果，超声波在陆地及海洋植物 药用成分的提取中已显示出了明显的优势。 1 超声波作用基本原理 超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内进入振动状态强化溶质 扩散、传质，即超声波机械机制。超声波在媒质质点传播过程中其能量不断被媒 质质点吸收变成热能，导致媒质质点温度升高，即超声波热学机制。同时当大能 量的超声波作用于提取介质，在振动处于稀疏状态时，介质被撕裂成许多小空穴， 这些小空穴瞬时即闭合，闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力，即空化现象。 在超声场中由于被破碎物等所处的浸提介质中含有大量的溶解气体及微小 的杂质，它们包围在被破碎物等的胶质外膜周围，为超声波作用提供了必要条件。 空化中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过 程在瞬间完成，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解。 超声波破碎过程是一个物理过程，浸提过程中无化学反应，被浸提的生物活性物 质在短时间内保持不变，生物活性不减，同时提高了破碎速度，缩短了破碎时间， 〔1〕 可极大地提高提取效率 。 超声波作用时其效果不仅取决于超声波的强度和频率，而且与被破碎物的结 构功能有一定关系。计算表明：在水中当超声波辐射面上强度达 3000 W/m2 时 就会产生空化，气泡在瞬间就很快闭合，闭合时产生的压力脉冲形成瞬间的球形 冲击波，从而导致被破碎生物体及细胞的完全破裂。从理论上确定被破碎物所处 〔2〕 介质中气泡大小后即可选择适宜的超声波频率 。由于提取介质中气泡尺寸不 是单一的，而是存在一个分布范围，所以超声波频率应有一定范围的变化，即有 一个带宽。 2 超声波在植物提取中的应用 2.1 陆地植物：超声波应用于生物技术是一个较新的研究领域。研究表明，超 声波作用可激活某些酶与细胞参与的生理生化过程，通过改变反应物的质量传输 机制，提高酶的活性、加速细胞新陈代谢过程 〔3〕 。超声波用于淀粉的降解，可 显著增加淀粉在水中的溶解度而保留明显的淀粉特征，但超声波多次处理后酶活 性有所降低；超声波用于降解壳多糖速度快、成本低、氨基酸含量不变；超声波 用于提取真菌多糖，如虫草多糖、香菇多糖、猴头多糖等，超声波酶法与传统工 艺比较提取率高、反应过程无物料损失和副反应；此外超声波还用于降解提取多 〔4〕 种葡聚糖等 。灵芝多糖是一种实体木质化的真菌多糖，细胞壁有蛋白质、几 丁质、纤维素及木质素等，其结构紧密，一般的处理方法难于将细胞壁破坏，有 效成分提取困难。通过 120 W 超声波作用使其相对结晶度从 23.4 降低到 0，比 表面积增加 85.5%，水解速度显著增加 〔5〕 。 目前对超声波用于从陆地植物中提取药用有效成分亦进行了一些研究。应用 超声从大黄中提取蒽醌类成分的研究表明：超声处理 10 min，总提取率可达 95.25 %，而煎煮 3 h，总提取率仅为 63.27 %；超声提取 20 min，提取率可达 99.82%；用纸层析及 HPLC 对两种方法提取产物进行分析，表明超声处理对产 〔6〕 物结构无影响 。在研究从黄连根茎中提取黄连素时，分别对超声波处理时间、 超声波频率及硫酸浓度等进行了考察。结果表明用 20 kHz 超声波提取 30 min 与浸泡 24 h 提取率相同(8.12 %)，核磁共振波谱仪对提取产物研究说明超声波 〔7〕 对黄连素结构无影响 。用不同频率的超声波从槐米中提取芸香苷与热碱提取