超声波在茶叶提取中的应用

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1、超声波在茶叶提取中的应用孙庆磊　梁月荣　陆建良（1.浙江大学茶叶研究所杭州310029；2.山东省日照市科技局日照276800）摘要：超声波具有多种物理和声化学效应，在中药材提取中应用广泛。本文就超声波萃取的原理、优点及其在茶叶深加工的应用作一综述，并展望了它在未来茶叶深加工中的应用前景。关键词：超声波；浸提；香气；茶饮料；茶多酚；深加工中图分类号：S571.109文献标识码：A文章编号：0577－8921（2006）02－079－04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

2、有的机械破碎法难于将细胞有效破碎，而化学破碎方法又容易造成被提取物结构的改变，从而使之失去活性。上世纪20年代，人们首次发现了超声波可以加速化学反应。随后产生了研究在超声波作用下物质进行化学反应的一门新兴交叉学科——声化学。超声波是一种特殊形式的能量，其在溶液中形成的冲击波和微射流可以快速地激活反应分子，从而能较大幅度地提高反应活性。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、提取率高、速度快、提取物的结构未被破坏、效果好，显示出明显的优势。随着超声清洗器的逐渐普及，以超声波作为反应的催化

3、方式已成为热点。近年来，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。超声波应用于提取植物中的生物碱、苷类、生物活性物质、动物组织浆的毒质等研究已有报道，研究表明：超声波提取可以强化水浸提法，具有能耗低、效率高、省时、不破坏有效成分、避免高温对提取成分的影响等特点，具有广阔的应用前景。1超声波强化提取的作用机理超声提取法是对提取过程进行超声波强化处理，超声在生化提取中的应用最早用于粉碎细胞壁，以释放出其内容物。近年来在中药研究中有较多的应用。超声波提取的作用机理是

4、因为超声波是一种弹性波，其振动能产生强大的能量，给与媒质点以很大的速度和加速度，使浸提剂和提取物不断震荡，有助于溶质扩散。超声波在植物组织细胞里，比电磁波穿透更深，停留时间也较长。大能量的超声波作用于液体使其被撕裂成很多小空穴，小空穴闭合时产生高达几千个大气压的瞬时压力，作用于叶肉组织，称为空化。空化可加速植物中的有效成分进入溶剂，增加有效成分的提取率。超声波在物质介质中的相互作用效应可分为热效应、空化效应和机械传质效应。超声波的热效应、机械传质作用及空化作用成为超声技术在提取应用中的三大理论依据。1.

5、1超声波的热效应超声波通过介质传播时，在介质的微粒间和分界面上的摩擦以及介质的吸收等使超声能量转化为热能，从而引起生物体的某种变化的现象称超声热效应。在一定的声强下，其产生的热量和升温作用是很有限的，对浸提的意义不大。1.2超声波的机械效应超声在媒质中传播时，引起媒质质元的振动，其位移、速度、加速度、压强等力学量所引起的效应，称为超声的机械效应。虽然质点的振动位移、速度变化不大，但其加速度却相当大，如此大的加速度，能显著增大溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强传质作用，从而强化了萃取过程。1.3超声波的空化

6、效应超声波辐射时，在一定声强下造成气泡的产生、膨胀以及崩溃的效应，称为超声的空化效应。空化效应是指液体中的微小液胞在声波作用下被激活，表现为液胞的振荡、伸长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程。根据不同的表现，空化可分为稳态空化和瞬态空化。稳态空化产生在较低的声强作用下，空化泡以非线性的形式在介质中振荡若干个周期，在振荡过程中，空化泡周围的微流对溶液中其它粒子产生较大的切向力，有利于溶剂渗透到细胞。瞬态空化发生在较强的声强作用下，气泡在一个声波周期内迅速的生成、长大、压缩、崩溃。随着高压的释放，在液体中形成

7、较大的冲击波或高速射流。在萃取中，这种强大的冲击流能够有效的减小、消除溶剂与水相之间的阻滞层，从而加大了传质速率。同时，冲击流对植物细胞组织产生一种物理剪切力，使之变形、破裂，并释放出内含物，这大大加速了萃取过程。空化效应往往使生物组织受到严重的损伤，造成较大的破坏作用。超声波能提高提取率的最主要原因是由于超声波产生的空化效应。1超声波在茶叶深加工中的应用目前，茶叶有效成分提取的方法主要有水浸提法、有机溶剂提取法和超临界CO2提取法等。其中超临界CO2提取法只适用少数成分的提取，并且成本很高。有机溶剂提

8、取法虽然提取效率高，但有机溶剂往往难以从终产品中去除，易形成有机溶剂污染。因此水浸提法仍然是最有效和常用的茶叶有效成分制备方法。通常情况下，采用高温≥90℃水浸提法，有效成分提取效率高，但茶叶有效成分容量在温热条件下发生氧化聚合、裂解以及构型转换等造成有效成分破坏、风味劣变。采用低温≤50℃水浸提法，可以有效保持茶叶原有风味，减少茶叶成分在提取过程中的破坏，但是提取效率低。茶叶中的主要的成分茶多酚和香气物质等在医药、食品方面有较大的前景，利