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-介質來進行傳播。其穿過介質時，會產生膨脹和壓縮兩個過程。超聲波能產生并傳遞強大的能量，給予介質極大的加速度。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將液體撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間即閉合，閉合時產生高達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，及其引發的物理和化學效應。氣泡在幾微秒之內突然崩潰，可形成高達5000K以上的局部熱點，壓力可達數十乃至上百個兆帕，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，加快相相間的傳質速度。同時，沖擊流對動植物細胞組織產生一種物理剪切力，使之變形、破裂、并釋放出內含物，從而促進細胞內有效成分的溶出。（2）超聲波的熱作用和機械作用也能促進超聲波強化萃取。超聲波在媒質質點傳播過程中其能量不斷被媒質質點吸收變成熱能，導致媒質質點溫度升高，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中傳播時，在其傳播的波陣面上將引起介質質點的交替壓縮和伸長，使介質質點運動，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，加強傳質過程，使有效成分迅速逸出。三、超聲波萃取的特點同常規方法比，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?。慌c超臨界萃取和超高壓萃取相比，超聲波萃取設備簡單，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的萃??；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生）以及隨時間變化超聲波能量要衰減。這實質上降低了實驗的重現性和再現性。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，超聲波萃取技術已廣泛用于食品、藥物、工業原材料、農業環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提取葵花籽中油脂，使產量提高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。蘇聯學者分別用300、600、800、1500kHz的超聲波提取鱈魚肝油，在2～5min內能使組織內油脂幾乎全部提取出來，所含維生素未遭破壞，且油脂品質優于傳統方法。

（2）蛋白質提取

超聲波提取蛋白質方面也有顯著效果．袁道強等人研究發現，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的一級結構。崔志芹等考察了超聲波對棉籽蛋白萃取的強化作用。發現超聲波對棉籽蛋白進行萃取時，蛋白質萃取率可提高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，萃取率趨于穩定．超聲波的影響程度與棉籽粕的粒徑有關，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%，比傳統法的結果要高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部，從而使大黃中的蒽醌成分溶于溶劑之中，超聲處理對產物結構無影響。超聲波提取槐米中的蘆丁及黃連中的黃連素，與傳統的熱堿沸騰提取法比較，提取率由12%～14%增至16%～22%，且成分穩定，不被破壞。5.3在環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，較少用于連續系統。將超聲波技術與微波電磁輻射結合，不僅可以增強消解的動力學因