超聲波萃取一、概述

超聲波萃?。║ltrasoundextraction,UE），亦稱為超聲波輔助萃取、超聲波提取，是利用超聲波輻射壓強產(chǎn)生的強烈空化效應、擾動效應、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級效應增大物質(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。二、超聲波萃取原理

超聲波是指頻率為20KHz-50MHz的電磁波，它是一種機械波，需要能量載體-介質(zhì)來進行傳播。其穿過介質(zhì)時，會產(chǎn)生膨脹和壓縮兩個過程。超聲波能產(chǎn)生并傳遞強大的能量，給予介質(zhì)極大的加速度。這種能量作用于液體時，膨脹過程會形成負壓。如果超聲波能量足夠強，膨脹過程就會在液體中生成氣泡或?qū)⒁后w撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間即閉合，閉合時產(chǎn)生高達3000MPa的瞬間壓力，稱為空化作用。（1）超聲對萃取的強化作用最主要的原因是空化效應。即存在于液體中的微小氣泡，在超聲場的作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的形成、振蕩、生長、收縮乃至崩潰等系列動力學過程，及其引發(fā)的物理和化學效應。氣泡在幾微秒之內(nèi)突然崩潰，可形成高達5000K以上的局部熱點，壓力可達數(shù)十乃至上百個兆帕，隨著高壓的釋放，在液體中形成強大的沖擊波(均相)或高速射流(非均相)，其速度可以達100m/s.

伴隨超聲空化產(chǎn)生的微射流、沖擊波等機械效應加劇了體系的湍動程度，加快相相間的傳質(zhì)速度。同時，沖擊流對動植物細胞組織產(chǎn)生一種物理剪切力，使之變形、破裂、并釋放出內(nèi)含物，從而促進細胞內(nèi)有效成分的溶出。（2）超聲波的熱作用和機械作用也能促進超聲波強化萃取。超聲波在媒質(zhì)質(zhì)點傳播過程中其能量不斷被媒質(zhì)質(zhì)點吸收變成熱能，導致媒質(zhì)質(zhì)點溫度升高，加速有效成分的溶解。超聲波的機械作用主要是超聲波在介質(zhì)中傳播時，在其傳播的波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點的交替壓縮和伸長，使介質(zhì)質(zhì)點運動，從而獲得巨大的加速度和動能。巨大的加速度能促進溶劑進入提取物細胞，加強傳質(zhì)過程，使有效成分迅速逸出。三、超聲波萃取的特點同常規(guī)方法比，萃取效率高、萃取時間短，主要是由于空穴作用,可以增強系統(tǒng)的極性；超聲波萃取允許添加共萃取劑，以進一步增大液相的極性，提高了萃取效率；萃取溫度較低，適合熱敏目標成分的萃??；與超臨界萃取和超高壓萃取相比，超聲波萃取設(shè)備簡單，萃取成本低得多；超聲波萃取，不用考慮萃取物的極性，因為超聲波萃取可用任何一種溶劑，而SFE一般只采用CO2作萃取劑，因此僅適合非極性物質(zhì)的萃取；超聲波萃取操作步驟少，萃取過程簡單，不易對萃取物造成污染。四、超聲波萃取的裝置

超聲波輔助萃取的裝置有兩種，即浴槽式和探針式，兩者區(qū)別如下：項目探針式浴槽式處理時間/min恒溫箱能量/(W/cm2)振幅固-液萃取產(chǎn)率對有機金屬化合物的破壞程度樣品處理量<5無50～100可變高高低>30有1～5恒定低低高

雖然超聲波浴槽（如圖1所示）應用較廣，但存在兩個缺點，即超聲波能量分布不均勻（只有緊靠超聲波源附近的一小部分液體有空穴作用發(fā)生）以及隨時間變化超聲波能量要衰減。這實質(zhì)上降低了實驗的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性。而超聲波探針可將能量集中在樣品某一范圍，因而在液體中能提供有效的空穴作用。圖1浴槽式超聲波萃取裝置五、超聲波萃取的應用

早在20世紀50年代，人們就把超聲波用于提取花生油和啤酒花中的苦味素、魚組織中的魚油等。目前，超聲波萃取技術(shù)已廣泛用于食品、藥物、工業(yè)原材料、農(nóng)業(yè)環(huán)境等樣品中有機組分或無機組分的分離和提取。5.1在食品工業(yè)中的應用

超聲波萃取在食品中的應用主要是油脂浸取、蛋白質(zhì)提取以及多糖提取的應用。（1）油脂浸取

Gorodenrd等用超聲波萃取技術(shù)提取葵花籽中油脂，使產(chǎn)量提高27~28％。在棉籽量相同時，用乙醇提取棉籽油，若使用強度為1.39W/cm2超聲波處理,1h內(nèi)提取的油量，比不用超聲波時提高了8.3倍。目前魚肝油的提取,主要采用溶出法，出油率低,且高溫使維生素遭到破壞。超聲波也可用于動物油的加工提取，如鱈魚肝油的提取等。蘇聯(lián)學者分別用300、600、800、1500kHz的超聲波提取鱈魚肝油，在2～5min內(nèi)能使組織內(nèi)油脂幾乎全部提取出來，所含維生素未遭破壞，且油脂品質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

（2）蛋白質(zhì)提取

超聲波提取蛋白質(zhì)方面也有顯著效果．袁道強等人研究發(fā)現(xiàn)，與普通的堿溶酸沉法相比，超聲波法提取小麥胚芽蛋白的提取率提高了26.99%，超聲處理沒有改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。崔志芹等考察了超聲波對棉籽蛋白萃取的強化作用。發(fā)現(xiàn)超聲波對棉籽蛋白進行萃取時，蛋白質(zhì)萃取率可提高10～20%，且萃取時間大為縮短。隨著超聲波強度的提高，蛋白質(zhì)萃取率增大，當聲強超過3w/cm2時，聲強的作用不明顯，萃取率趨于穩(wěn)定．超聲波的影響程度與棉籽粕的粒徑有關(guān)，隨著粒徑的減小，超聲波的影響隨之減弱。

（3）多糖提取

張桂等人研究了利用超聲波萃取枸杞多糖的提取工藝，實驗證明，超聲波萃取枸杞多糖是可行的。最佳萃取條件為50℃，1：60的料水比，超聲波前浸泡2.5h，超聲波萃取5min。影響萃取率首要的因素是料水比，其次是浸泡時問和浸泡溫度，最高提取率為50.36%，比傳統(tǒng)法的結(jié)果要高30%左右。靳勝英等利用超聲波熱水浸提銀耳多糖，提取率比酶法高出5%，且浸提時間大大縮短。超聲可能會導致可溶性多糖發(fā)生降解，并溶解在乙醇溶液中，但超聲并不影響水溶性多糖的生物性能。5.2在天然植物和藥物活性成分提取

中的應用

由于天然產(chǎn)物和活性成分常用的提取方法存在有效成分損失大、周期長、提取率不高等缺點，而超聲波提取可縮短提取時間，提高有效成分的提出率和藥材的利用率，并且可以避免高溫對提取成分的影響。印度、美國等已對植物胡椒葉、金雞納等藥用植物進行了超聲波提取的研究，并取得了良好效果。近年來，國內(nèi)在這方面的工作取得顯著的進展。郭孝武和王昌利等分別概述了超聲波萃取技術(shù)在中草藥有效成分提取、工藝選定、含量控制方面的應用。

應用超聲波從大黃中提取蒽醌類成分的研究表明，用超聲法提取10min比煎煮法提取3h的蒽醌成分高。其原因是超聲能產(chǎn)生空化效應使組織中細胞破裂，以利于溶劑浸透到植物細胞內(nèi)部，從而使大黃中的蒽醌成分溶于溶劑之中，超聲處理對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)無影響。超聲波提取槐米中的蘆丁及黃連中的黃連素，與傳統(tǒng)的熱堿沸騰提取法比較，提取率由12%～14%增至16%～22%，且成分穩(wěn)定，不被破壞。5.3在環(huán)境樣品分析中的應用劉文杰等應用超聲萃取-高效液相色譜法在紫外檢測器上同時測定食品中4種對羥基苯甲酸酯類防腐劑。方法的線性范圍較大，方法的檢出限為4.2mg/kg～6.2mg/kg，測定的回收率為91.2%～104.9%。所建立的方法簡便、快速、靈敏度高，并具有良好的精密度與準確度，可以滿足食品中此類防腐劑檢測的要求。陳海東等用超聲萃取氣相色譜法測定植物樣品中的鄰苯二甲酸酯，結(jié)果表明，該法用于沉水植物中鄰苯二甲酸酯（PAEs）的測定效果較好，同時，該方法也適用于蔬菜等其他植物樣品的測定。六、展望

超聲萃取目前主要是手工操作，較少用于連續(xù)系統(tǒng)。將超聲波技術(shù)與微波電磁輻射結(jié)合，不僅可以增強消解的動力學因