1、.湖南中醫(yī)藥大學 本科畢業(yè)論文 學生姓名： 譚喜平 學 號： 200709090108 學院： 湘杏學院 專 業(yè)： 中藥學 畢業(yè)論文 超聲波提取工藝的研究與應(yīng)用 指導(dǎo)教師： 肖美鳳 2011年05 月28 日目 錄1、引 論 12、 超聲提取分離原理12.1 空化效應(yīng)12.1 機械效應(yīng)22.3 熱效應(yīng) 23、超聲提取分離技術(shù)的特點 24、超聲波提取技術(shù)在中藥材有效成分提取中的研究 34.1 生物堿類化合物的提取34.2 黃酮類化合物的提取4 4.3 多糖類化合物的提取44.4 有機酸類化合物的提取44.5 皂苷類化合物的提取5 結(jié)語 5 參考文獻 6 超聲波提取技術(shù)的研究與應(yīng)用摘要：超聲波提取

2、技術(shù)是近年來在中藥有效成分的分離提取中受到廣泛關(guān)注的新技術(shù)、新工藝，與其他提取方法相比較，超聲波提取技術(shù)具有無污染、效率高、速度快等優(yōu)點。本文對超聲波在提取分離中的應(yīng)用進行了綜述，并闡述了超聲波提取分離的原理和特點。關(guān)鍵詞：超聲波；提??；空化效應(yīng)Research and application of ultrasonic extractionAbstract: Ultrasonic extraction is a new technology which is widely used in extraction and separation of effective ingredients o

3、f traditional Chinese medicine in recent years. Compared with other extraction method, ultrasonic extraction technology has the advantages of no pollution, fast speed, high efficiency, and so on. In this article the application of ultrasound extraction technology were reviewed. At the same time, the

4、 theory and characteristics of ultrasound extraction are discussed. Keywords: ultrasonic; extraction; acoustic cavitation:1、引論中藥為我國傳統(tǒng)醫(yī)藥，中藥技術(shù)資源是我國勞動人民長期同疾病斗爭的經(jīng)驗總結(jié)，是我國勞動人民智慧的結(jié)晶。我國歷史悠久，幅員遼闊，在長期的防病治病實踐中創(chuàng)造積累了豐富的經(jīng)驗，形成了我國獨特的中醫(yī)中藥學理論，對民族繁榮昌盛起到了巨大的作用。中草藥植物資源豐富，品種浩瀚繁多，可謂取之不盡用之不竭，而且中草藥因其具有作用緩和、持久、療效穩(wěn)定、無毒副作用及價格便

5、宜等特點，一直發(fā)展很快，深受我國人民、海外僑胞和國際友人的喜愛。但中草藥中所含的成分相當復(fù)雜，不僅含有有效成分，還含有無效成分、組織物等，因此要提高中草藥的治療效果，必須把其有效成分提取出來。目前，無論是國內(nèi)還是國外，提取中草藥化學成分的方法主要采用常規(guī)提取法：熱提取法(煎煮法、回流提取法)和浸泡提取法(滲漉法、冷浸法)，但是這些常規(guī)方法均有許多不足之處，如回流法雖然提取較完全，但是需要加熱，耗時較長；煎煮法雖然可以方便地進行工業(yè)化生產(chǎn)，但是提取率較低，溶媒用量極大，耗時長；滲漉法雖然不用加熱，提取效率也較高，但是耗時很長；冷浸法則是最原始的提取方法、溶媒用量大，耗時太長，提取率也很低。因此在

6、中藥主要成分的提取方面新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，而使用超聲技術(shù)提取中草藥化學成分也是目前中草藥研究領(lǐng)域的一大熱點。超聲提取法是應(yīng)用超聲波提取中藥中的有效成分，是一種物理破碎過程，利用超聲波輻射壓強產(chǎn)生的強烈空化效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。這種方法具有所需設(shè)備簡單、操作方便、提取時間短、提取率高、無需加熱、成本低廉等優(yōu)點，故其在提取中草藥中有效成分方面的應(yīng)用受到了越來越多的重視。2、超聲波提取原理1-4超聲波提取技術(shù)是近年來應(yīng)用在中藥材有效成分提取方面的一種較為成熟的手段。超聲波是一種彈性機械振動波，能破壞中藥材的細胞，使溶媒滲透到中

7、藥材細胞中，從而加速中藥材有效成分溶解，以提高其浸出率。超聲波提取主要依據(jù)其三大效應(yīng)：空化效應(yīng)、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)。2.1空化效應(yīng)超聲波在液體中傳播時，使液體介質(zhì)不斷受到壓縮和拉伸，而液體耐壓而不耐拉，液體若受不住這種拉力，就會斷裂而形成暫時的近似真空的空洞（尤其在含有雜質(zhì)、氣泡的地方），而到壓縮階段，這些空洞發(fā)生崩潰。崩潰時空洞內(nèi)部最高瞬間壓可達到幾萬個大氣壓，同時還將產(chǎn)生局部高溫以及放電現(xiàn)象等，這就是空化作用。在中藥提取過程中，隨藥材在藥劑中受到超聲作用而產(chǎn)生空化效應(yīng)的過程，使溶劑在超聲瞬間產(chǎn)生的空化泡的崩潰，隨空化泡的爆破，而形成巨大的射流沖向植物固體表面，使其溶劑很快滲透到物質(zhì)內(nèi)部細胞中

8、，借以空化泡的爆破的沖擊力打破細胞壁，使細胞內(nèi)化學成分在超聲作用下直接和藥材接觸，加速了溶劑和藥材中的有效成分相互滲透，并快速地向溶劑中溶解，使細胞外出現(xiàn)濃度差促使化學成分由高濃度溶液向低濃度溶液中擴散，大大地加速了提取過程，細胞內(nèi)的化學成分迅速轉(zhuǎn)入溶劑，在細胞被破碎的瞬間生物活性保持不變，破碎速度和提出率均可得到提高。2.2機械效應(yīng)機械效應(yīng)是超聲波在液體內(nèi)傳播過程中，傳播的機械能使液體質(zhì)點在其傳播空間內(nèi)發(fā)生振動，從而強化液體的擴散、傳質(zhì)。機械效應(yīng)伴隨著空化效應(yīng)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，主要由輻射壓強和超聲壓強引起。輻射壓強可能引起兩種效應(yīng)，其一是簡單的騷動效應(yīng)，其二是在溶劑和藥材組織之間出現(xiàn)摩擦。這種騷

9、動可使蛋白質(zhì)變性，細胞組織變形。而超聲壓強將給予溶劑和藥材組織以不同的加速度，即溶劑分子的速度遠遠大于藥材組織的速度，從而在它們之間產(chǎn)生摩擦，這力量足以斷開兩碳原子之鍵，使生物分子解聚。使細胞壁上的有效成分溶解于溶劑之中。2.3熱效應(yīng)超聲波在液體中傳播時，其機械能被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，使介質(zhì)自身溫度升高，進而對液體引發(fā)各種作用，稱為超聲的熱效應(yīng)。熱效應(yīng)伴隨著空化效應(yīng)的產(chǎn)生而產(chǎn)生。產(chǎn)生熱能的多少主要決定于介質(zhì)對超聲能的吸收，所吸收能量的大部分或全部將轉(zhuǎn)化為熱能，從而導(dǎo)致藥材組織溫度升高。這種吸收聲能而引起的溫度升高是穩(wěn)定的。所以超聲波可以使藥材組織內(nèi)部的溫度瞬時升高，加速有效成分的溶解。此外，

10、超聲波還可以產(chǎn)生許多次級效應(yīng)，如乳化、擴散、擊碎、化學效應(yīng)等。這些作用也促進了植物體中有效成分的溶解，促使藥物有效成分進入介質(zhì)，并與介質(zhì)充分混合。總之，超聲提取分離中藥材化學成分的過程，是超聲在液-固提取分離過程中產(chǎn)生的空化效應(yīng)及伴隨的各種次級效應(yīng)的作用，而促進了物質(zhì)中成分向液體的溶解，從而加快提取分離過程的進行，以提高藥材中成分的提取率。3、超聲波提取分離技術(shù)的特點進入21世紀后，超聲提取技術(shù)廣泛用于醫(yī)藥、食品、油脂、化工等各個領(lǐng)域，特別是在中藥成分的提取中日趨廣泛。該技術(shù)適用于中藥材有效成分的提取，是中藥制藥提取工藝中一種較為成熟的新方法、新工藝。與常規(guī)的煎煮法、浸提法、回流提取法等提取技

11、術(shù)相比有以下特點：3.1 超聲提取技術(shù)能增加所提取成分的提取率，縮短提取時間由于超聲波強烈振動所具有的特殊作用，有利于溶劑滲入植物粉末中，加速其中有效成分的滲出和擴散，超聲萃取黃芩中總黃酮與索氏提取法相比18，其提取液在260-380nm波長處所對應(yīng)的吸光度值高，從而提高提取率；與常規(guī)法相比，超聲波法提取槐米中蘆丁19，用70%乙醇作溶劑提取90min的提取率（12.81%），相當于連續(xù)熱回流用甲醇做溶劑提取時間為7-8h的提取率（12.77%）。研究表明，利用超聲波產(chǎn)生的強烈空化效應(yīng)、機械效應(yīng)、熱效應(yīng)等作用，可以加速藥材有效成分進入溶劑，從而提高提取效率，與常規(guī)提取法相比，可大大提高產(chǎn)品提取

12、率及資源利用率、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)省原料藥材、提高經(jīng)濟效益。且提取物中有效成分含量高，有利于進一步精制和分離。3.2 超聲提取技術(shù)在提取過程中無需加熱，適合于熱敏性物質(zhì)的提取因為超聲提取在有限的提取時間內(nèi)產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使溶劑升溫不高，避免了常規(guī)煎煮法、回流提取法長時間加熱對藥材有效成分的不良影響。3.3 超聲提取技術(shù)不改變所提取成分的化學結(jié)構(gòu)有學者把超聲提取技術(shù)和常規(guī)方法提出的有效成分作對照，考察超聲提取出的有效成分的結(jié)構(gòu)是否有改變。據(jù)文獻報道5-8，兩種方法所得到的有效成分進行薄層層析、紅外光譜和核磁共振光譜的對比分析，兩者所得到的圖譜一致說明超聲提取不會改變有效成分的結(jié)構(gòu)，并且縮短了提取時間

13、，提高了提出率，從而為中草藥成分的提取提供了一種快速、高產(chǎn)的新方法。3.4 減少能耗，提高經(jīng)濟效益由于超聲提取無需加熱或加熱溫度低，提取時間短，能大大降低能耗，提高經(jīng)濟效益，且超聲提取技術(shù)操作方便、提取率高，能充分利用中藥資源，同時減少環(huán)境污染，為中藥現(xiàn)代化提供了一種高效提取的新方法，改進了繁瑣的常規(guī)提取工藝。綜上，超聲提取是一個發(fā)展中的新方法，已不斷地在各種應(yīng)用中取得突破和完善，凸顯其獨特優(yōu)勢。進一步開展對該技術(shù)的研究，獲得超聲提取的基本原理與實踐經(jīng)驗。使超聲技術(shù)向有利于工業(yè)化大生產(chǎn)方向發(fā)展。隨著超聲提取技術(shù)研究的不斷深入和超聲提取設(shè)備的不斷完善，必將對中藥提取工藝的發(fā)展有極大的推動作用。4

14、、超聲波提取技術(shù)在中藥材有效成分提取中的研究自中華人民共和國成立以來，隨著社會的進步和不斷地發(fā)展，我國的中醫(yī)藥事業(yè)也得到可迅猛發(fā)展，超聲提取分離技術(shù)在中藥中的應(yīng)用不斷提升。從1985年版的中國藥典開始，就將超聲提取明文規(guī)定在藥典一部上，隨著超聲提取研究的不斷深入，規(guī)定在藥典上的藥材、藥品而使用超聲提取的種類也逐版增多，如表19所示。表1中華人民共和國歷年藥典（一部）上明文規(guī)定制備樣品時使用超聲波提取的情況項目收錄的藥材及飲片藥典出版年代198519901995200020052010記錄藥材及飲片的總數(shù)458508522535568638規(guī)定用超聲提取藥材藥品數(shù)182594185約306超聲提

15、取占總數(shù)的比例（%）0.221.574.7917.6434.3947.964.1 生物堿類化合物的超聲提取生物堿是一類來源于植物的堿性含氮有機化合物，它通常是具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的雜環(huán)化合物，常常有強烈的藥理活性，是中草藥中重要的有效成分之一。鄒妹妹10等運用了超聲波技術(shù)從中藥苦參中提取苦參堿類成分，通過單因素實驗和料液比，浸泡時間，乙醇體積分數(shù)，超聲提取時間為因素的正交實驗，以及方差分析，優(yōu)選出超聲波提取苦參堿類成分的最佳工藝：料液比（1：10）g/ml，浸泡時間3h，乙醇體積分數(shù)80%，超聲提取時間200min。并在相同的提取溶劑和料液比的條件下，對超聲提取法與水煎煮法提取苦參生物堿類成分進行比較

16、，提取率如圖4-1所示。由上圖可看出：與傳統(tǒng)水煎法比較，超聲波提取苦參堿類成分具有省時、成本低、提取率高等優(yōu)點。4.2 黃酮類化合物的超聲提取黃酮類化合物是廣泛存在于自然界的一大類化合物，數(shù)量非常多，列天然酚性化合物之首。傳統(tǒng)提取黃酮類化合物的方法有乙醇提取法、堿提酸沉法，有些還可以用水直接提取，但均存在浸提時間長、勞動強度大、原料與處理能耗大和熱敏性組分易被破壞等缺點。而超聲提取技術(shù)的優(yōu)點正好彌補了傳統(tǒng)中藥提取方法的不足，故在黃酮類化合物提取方面的應(yīng)用日趨廣泛。吳洪文11等采用正交試驗法考察了超聲法提取枳實中橙皮苷的最佳提取工藝。實驗結(jié)果表明，超聲波提取法提取枳實中橙皮苷的最佳提取條件為20

17、ml無水甲醇超聲15min。在本研究中還對超聲提取法和甲醇回流提取法的提取效果做了比較，結(jié)果在最佳超聲工藝條件下測得橙皮苷含量為28.62mg/g，使用甲醇回流提取法測得的橙皮苷含量為23.81mg/g，提取率明顯提高。4.3 多糖類化合物的超聲提取多糖成分廣泛存在于自然界，具有生物活性的多糖一般為水溶性多糖，存在于植物類、動物類以及真菌類中藥材中。多糖的提取工藝一般為熱水浸提法，提取周期長，且多糖肽類在提取分離時發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞。近年來將超聲提取技術(shù)引入到多糖提取工藝中已成為一個研究熱點，主要在于超聲提取法不僅省時、節(jié)能、提取率高，而且提取中無加熱過程等，有利于多糖成分的穩(wěn)定。郭留城12等以女貞

18、子為研究對象，采用四因素三水平正交實驗設(shè)計L9(34)正交試驗，選取超聲功率、溶媒用量、提取時間和提取次數(shù)四因素，以多糖含量為測定指標，并對女貞子多糖的溶劑提取工藝和超聲波法提取工藝進行了探討。結(jié)果超聲波提取法的最佳工藝條件為：在功率80%條件下，用5倍的溶媒，超聲提取25min，提取一次。超聲提取法和傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，所需提取的溶劑用量更少、浸提溫度更低、浸提時間更短，多糖的提取率提高了約1.4倍，且試驗方法簡單易行，操作穩(wěn)定性好。4.4 有機酸類化合物的超聲提取有機酸是一類含羧基的化合物（不包括氨基酸），廣泛分布在植物界，存在于植物體的花、葉、莖、果、根各個部位，多數(shù)與金屬離子或生物堿

19、結(jié)合成鹽的形式存在，也結(jié)合為酯存在的。有機酸是很多中藥的有效成分。周軍等13用超聲波法提取金銀花中的綠原酸，并與傳統(tǒng)的水提、醇提工藝進行了比較，結(jié)果表明，超聲波法的提取率高于傳統(tǒng)溶劑提取法，而且提取時間短、條件溫和，是一種較好的提取方法。4.5皂苷類化合物的超聲提取皂苷是存在于植物界的一類結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的苷類化合物，常用水加熱提取或用有機溶劑浸泡提取，與超聲提取工藝比較16-17（如表3所示），提取效率低，作用時間長。表3提取對象超聲工藝常規(guī)工藝比較肉桂總皂苷超聲功率80%，超聲時間50min，超聲溫度60攝氏度優(yōu)于傳統(tǒng)提取法的5h，且提取效果優(yōu)于傳統(tǒng)提取法，能在較短時間內(nèi)達到較高的效果菝葜總皂苷

20、總皂苷的提取率為2.58%優(yōu)于水煮醇沉法提取的菝葜總皂苷提取率（1.48%）且省時、操作方便由上表所示，由于超聲波的空化作用，可加速細胞內(nèi)有效成分的溶出，超聲提取與常規(guī)的提取工藝相比，具有提取率高，提取時間短、操作方便等優(yōu)點。另外，超聲提取技術(shù)還可強化超臨界萃取、協(xié)同微波萃取，更有效的縮短萃取時間、提高萃取率，使其在提取分離中藥有效成分中發(fā)揮更強、更顯著的作用。羅登林等14人研究了超聲強化超臨界CO2萃取人參皂苷，與單純的超臨界法相比，超聲強化超臨界能明顯縮短萃取時間，降低萃取溫度，提高萃取率，在流體流量大的條件下更有利于超聲強化超臨界的萃取。超聲的加入能明顯提高超臨界萃取人生皂苷的萃取率和生

21、產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)能耗和節(jié)約生產(chǎn)成本。肖谷清等人15對黃柏中總生物堿的提取進行研究發(fā)現(xiàn)，在微波萃取黃柏中總生物堿的最佳工藝條件下，實驗五次，黃柏中總生物堿提取量為17.083mg/g；超聲萃取黃柏中總生物堿的最佳工藝條件下，實驗五次，黃柏中總生物堿提取量為16.692mg/g；微波-超聲協(xié)同萃取黃柏中總生物堿最佳工藝條件下，實驗五次，黃柏中總生物堿提取量為21.911mg/g。結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波、超聲波聯(lián)用輔助萃取黃柏中總生物堿比單獨使用微波或超聲輔助萃取黃柏中總生物堿效果好?？傊S著中藥研究事業(yè)的不斷推進，超聲提取技術(shù)在中藥化學成分提取方面的應(yīng)用也日趨廣泛。但都是實驗室小規(guī)?；难芯浚ㄈ鐑x器的洗滌

22、、中藥提取工藝的優(yōu)化、某種中藥成分的提取、包合物的制備等），與工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)還存在一定的距離，故完善超聲機制的研究，改善超聲設(shè)備，擴大生產(chǎn)將促進工業(yè)化生產(chǎn)，為將我國中醫(yī)藥推向國際化提供必要條件。其次，我國中藥資源豐富、歷史悠久，是我國無數(shù)學者智慧探索的結(jié)晶，尤其是中藥復(fù)方制劑在中醫(yī)藥方面的應(yīng)用及其廣泛，然而，目前超聲提取工藝卻局限于單味藥化學成分的提取，在中藥復(fù)方制劑研究方面的應(yīng)用始終尚淺，故擴大超聲提取技術(shù)在中藥復(fù)方制劑中的研究與應(yīng)用，優(yōu)化提取工藝，提高提取效率，增加藥用效果，將促進我國中醫(yī)藥事業(yè)迅速發(fā)展。再次，盡管超聲提取技術(shù)在化學成分提取方面具有提取效率高、提取時間短、提取溫度低、不改

23、變化學結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，但其在加速中藥有效成分溶出的同時，也使部分無效成分或不必要成分的溶出，故為了達到更進一步的純化分離，可以將超聲提取技術(shù)和其他的提取分離新技術(shù)（如膜分離技術(shù)、大孔吸附樹脂分離技術(shù)、半仿生提取技術(shù)等）相結(jié)合，并可結(jié)合相應(yīng)的化學成分分析儀器（如高效液相、紫外、紅外、質(zhì)譜等）一方面可強化其他新技術(shù)或分析技術(shù)的作用，另一方面也可彌補自身條件的不足，以獲取更有效的、更穩(wěn)定、更高質(zhì)量的制藥原料，使更多國家接受中藥制劑（即中藥復(fù)方制劑）作為治療藥，從而促進我國中藥制劑的出口，推動中醫(yī)藥的現(xiàn)代化、國際化發(fā)展。結(jié)語隨著人們對超聲提取方法的廣泛應(yīng)用和研究，超聲提取技術(shù)必將給中藥這一古老的成果注入新

24、的活力，使之發(fā)揚光大，生機勃勃。超聲提取方法是應(yīng)用于中藥材等提取方面的范例，是中藥提取技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，對改造傳統(tǒng)提取工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景。將超聲提取結(jié)合先進的分離技術(shù)，必將發(fā)揮出更大的作用，以保證更多安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定的醫(yī)藥產(chǎn)品進入國際市場。參考文獻1 Suslick KSThe Chemical Effects of UltrasoundJ Scientiific American，1989,26（2）：80862 Crocker MJEncyclopedia of AcousticsJ New York：John Wiley & Sons，1997：2632813 馮若超聲空化和超聲治療J自然雜志，2003，25（6）：3113144 Suslick KS，Price GApplications of Ultrasound to Materials ChemistryJAn