超声波在植物有效成分提取中的应用

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1、第19卷第4期三明高等专科学校学报2002年12月Vol119No14JOURNALOFSANMINGCOLLEGEDec12002超声波在植物有效成分提取中的应用王铮敏(三明高等专科学校化学与生物工程系,福建三明365004)[摘要]简述了超声波作用的基本原理,对超声波在提取植物有效成分中的应用和研究进展进行了综述,指出超声提取具有提出率高、速度快且不改变有效成分的结构等优点,讨论了超声波提取中应注意的问题,为超声提取研究提供参考。[关键词]超声波;植物有效成分;超声提取;提出率[中图分类号]Q94[文献标识码]A[文章编号]1671-1343(2002)04

2、-00A5-091引言超声波是频率在20KHz以上的声波,它不能引起人的听觉,是一种机械振动在媒质中的传播过程,具有聚束、定向、反射、透射等特性,它在媒质中主要产生两种形式的振动即横波和纵波,前者只能在固体中产生,而后者可在固、液、气体中产生。作为一种物理能量形式,超声波广泛应用于金属探伤、水下定位、医学诊断与治疗、药学、工业、化学与化工过程、环境保护、食品工业、生物工程等方面。随着人民生活水平的提高,在崇尚自然的今天,人们对于天然植物有效成分的需求日益增多,而天然植物有效成分大多为细胞内产物,在提取时往往需要将植物细胞破碎,现有的机械破碎法难于将细胞有效破碎、

3、化学破碎方法又容易造成被提取物的结构性质等变化而失去活性,因而难以取得理想的效果。将超声波应用于提取植物的有效成分,操作简便快捷、无需加热、提出率高、速度快、提取物的结构未被破坏、效果好,显示出明显的优势。近一、二十年来,中、美、日、英等20多个国家的学者在这方面进行了卓有成效的研究工作,取得了重要的进展。本文对超声波作用的基本原理、超声波在植物有效成分提取中的应用及研究进展、应用中应注意的问题作一简要的综述并展望其应用前景。2超声波作用的基本原理超声提取法是应用超声波强化提取植物的有效成分,是一种物理破碎过程。超声波对媒质主要产生独特的机械振动作用和空化作用。

4、当超声波振动时能产生并传递强大的能量,引起媒质质点以大的速度和加速度进入振动状态,使媒质结构发生变化,促使有效成分进入溶剂中;同时在液体中还会产生空化作用,即在有相当大的破坏应力的作用下,液体内形成空化泡2的现象。在水中当超声波辐射面上的强度达到013W/cm时就会产生空化。根据空化泡的变化,超声空化分为稳态空化和瞬态空化,两种空化现象在液体中几乎同时2存在,且在一定条件下稳态空化可转化成瞬态空化。稳态空化是指声强度小于10W/cm时产2生的空化,有规律而缓和。瞬态空化是指声强度大于10W/cm时产生的空化,短暂而剧烈;空[收稿日期]2002209225[基金项

5、目]三明高等专科学校科研资助项目(B0202)[作者简介]王铮敏(1967-),女,福建福州人,三明高等专科学校化学与生物工程系讲师。45化泡在瞬间迅速涨大并破裂,破裂时把吸收的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来,形成高温和高压的环境,同时伴随有强大的冲击波和微声流,从而破坏细胞壁结构,使其在[1]瞬间破裂,植物细胞内的有效成分得以释放、直接进入溶剂并充分混合,从而提高提出率。另外,超声波的许多次级效应如热效应、乳化、扩散、击碎、化学效应、生物效应、凝聚效应等也能加速植物有效成分在溶剂中的扩散释放,促进植物有效成分充分与溶剂混合,有利于提取。如将槐米液体

6、在浸提、沉淀两个阶段均用超声波处理后,能使芦丁大分子更快地聚合成大颗粒沉淀,并促进沉淀更完全,只要20-30min即可,这是凝聚效应即超声波有使悬浮于气体[2]或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀的作用。3超声波在植物有效成分提取中的应用311食用植物食物是人类生存最基本的物质条件之一,它大部分来自于植物。粮食、蔬菜、果品、饮料、甜味剂、天然食用色素等成百上千种植物及其制品,为人类提供了大量的淀粉、蛋白质、脂肪、维生素和矿质元素。从植物的根、茎、叶、果实如苹果、梨、樱桃、桔、葡萄、杏、草莓、甘蔗、甜菜、胡萝卜、菠菜等中提取食用性汁液,可先将它们粉碎打浆,然后用超声

7、波处理、过滤,超声波处理有利于浆的进一步细化,使汁液中的果胶降解、果汁粘性降低,因而可提高汁液的产量、质量[3]和过滤速度;研究中曾使用过20KHz-10MHz的超声波,但使用较多的是20-300KHz、声2强10-20W/cm的多用流体动力式声源,这方面美国、西班牙等已有相当规模的工业应用,并[4][5]已取得多项专利。利用超声波从含咖啡的植物中将咖啡全部提出,只需几分钟。生产速溶茶首先要从茶叶中提取固形物,常规工艺是用喷雾干燥除去茶叶浸提液中的水分而得到粉状物,在60℃下应用超声波提取,可将提出率提高近20%,而且大部分有效成分在超声波处理[6]的头10mi

8、n内已被提取出来。312