超声技术在中草药黄酮类成分提取中的应用研究

刘凤霞 李芳蓉 刘淑梅 韩新民 陈军

(甘肃中医药大学定西校区 甘肃定西 743000）

超声技术在中草药黄酮类成分提取中的应用研究

刘凤霞 李芳蓉 刘淑梅 韩新民 陈军

(甘肃中医药大学定西校区 甘肃定西 743000）

本文以中草药黄酮类成分的提取为例，对金银花叶、苦瓜、紫荆皮、落羽杉叶、水杉、女贞子等各种中药黄酮类成分提取效率的影响进行了综述，为研制标准超声波提取中药有效成分提供参考。

超声提取；中草药; 黄酮类；成分

中草药是祖国医药宝库的一个组成部分，同时由于其在治疗方面具有独特的疗效、安全等优点，而受到全世界关注[1-4]。但中草药中含有有效成分、无效成分、组织物等十分复杂的化学成分，因此要提高中草药的治疗效果，必须将其有效成分提取出来。而提取直接关系到成品中有效成分含量，影响内在质量、临床疗效、经济效益及药品质量生产管理规范的实施。

目前，国内外，提取中草药化学成分的方法主要采用常规提取法：煎煮、回流的热提取法和渗漉、冷浸的浸泡提取法，可这些常规方法均有许多不足之处，如回流法虽然提取较完全，但是需要加热，耗时较长；煎煮法虽然可以方便地进行工业化生产，但是提取率较低，溶媒用量极大，耗时长；渗漉法虽然不用加热，提取效率也较高，但是耗时很长；冷浸法则是最原始的提取方法、溶媒用量大，耗时太长，提取率也很低。随着新技术、新方法的不断出现，使用超声技术提取中草药化学成分已成为中草药成品研究领域的关注点[1,5-8]。

1、超声理论及超声提取的原理

1.1 超声理论

超声学研究超声在各种物质中产生、传播、接收及与物质的相互作用、产生的各种效应和应用等内容。超声波是纵向振荡开成的纵波，它在固、液、气体三态物质中产生。

超声波的频率高于可听声波频率范围的机械波。声学中根据对人耳的统计规律，规定可听声波的频率上限为20kHz。在超声频段中，频率高于108Hz的超声称为特超声。特别是其中108—1012Hz频段，因与电磁波谱中的微波频段相对应，故又称为微波超声。

从功率范围而言，连续波超声一般在毫瓦至几十千瓦范围。脉冲波超声可扩充为几分之一毫瓦至几兆瓦。相应地，从声强角度看，聚焦连续波超声在液体中，因受空化的限制，上限约可达几十千瓦/cm2；而聚焦脉冲超声在焦斑中心，达到几十兆瓦/cm2。超声学研究从线性学到非线性声学的丰富动态范围的内容。

超声波在气体、液体、固体、固熔体等物质中，均能有效地传播，方向性强、穿透力强，在传播的过程中能量集中。且传播距离远，且而在这些媒质中，不同频率、功率、强度的超声波，都具有其独特的传播特性的传播性及效应，因而也有其相应的研究内容及广泛的应用。

1.2 超声提取的原理

超声波提取中药和天然药物的简易方法和机理说明：在容器中加入提取溶剂，将中药材根据需要粉碎或切成颗粒状，放入提取溶剂中；容器的外壁粘接换能器振子或将振子密封于不锈钢盒中投入容器中；开启超声波发生器，振子向提取溶剂中发出超声波，超声波在提取溶剂中使液体内部出现局部的拉应力形成负压，从而会产生大量的小气泡，处于稀疏状态下的液体，会被撕裂成很多小的空穴，空穴气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生、运动、生长，而在正压区迅速闭合，这些空穴一瞬间闭合，周围的液体会冲入气泡内部从而产生瞬间高温高压的空化效应。同时，超声波的辐射压强和超声压强引起的机械作用促使固体分散、凝胶液化和液体乳化。介质吸收超声波以及内摩擦消耗使分子产生剧烈运动，超声波的机械能转化为介质的内能，引起介质温度升高。使药物组织内部的温度瞬间升高，加速有效成分的溶解，并不改变成分的性质[9-12]。

这样空化效应和机械作用一方面可有效地破碎药材的细胞壁，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶剂中，超声波热学效应可加速提取溶剂的分子运动，使得提取溶剂和药材中的有效成分快速接触，相互融合。超声波在传播过程中，会与介质发生相互作用从而产生一系列的力学、热学、电学和化学的超声效应等。

2、黄酮类化合物的超声提取

黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物，数量非常多，位于天然酚性化合物之首。传统提取黄酮类化合物的方法一般为热水浸提法，存在浸提时间长，劳动强度大，原料预处理能耗大、热敏性组分易破坏等缺点。超声提取技术的快速、高效等优点使之广泛应用于黄酮类化合物的提取研究中。

文献[13-15]以总黄酮含量为考察指标，采用正交试验法，研究了加醇量、提取次数、提取时间、乙醇浓度4个因素分别对紫荆皮、落羽杉叶、水杉等中总黄酮的超声提取工艺的影响，并优化其提取工艺条件，可作为超声波提取它们总黄酮的方法依据；文献[16-18]采用超声辅助乙醇提取女贞子中黄酮类化合物，考察乙醇浓度、超声功率、超声时间和料液比对黄酮类化合物的提取率的影响，并且超声提取女贞子中黄酮类化合物的提取率明显高于溶剂浸提法，操作简单易行，是可取的提取方法。

对于利用超声波提取金银花叶中黄酮类物质，文献[19]通过二次通用旋转组合设计试验优化金银花叶黄酮的超声辅助提取工艺条件进行研究。在乙醇体积分数、提取温度、液料比和超声功率4个单因素试验，结果表明，金银花叶中黄酮类化合物提取率最高，并且符合模型预测值。文献[20]研究超声强化提取与热浸提取夏枯草过程中总黄酮的动态变化，定理研究了超声波对夏枯草总黄酮提取率是热浸提取的2.73倍，结果表明超声波强化提取显著提高夏枯草中总黄酮提取率效和好的提取果。文献[21]利用醇提法和超声波法对比研究了金银花中黄酮类化合物的提取方法。文献[22]通过单因素和正文试验，确定了超声辅助以金银花为原料,对金银花中绿原酸黄酮类化合物的提取最佳工艺条件进行了探讨。文献[23]试验以金银花为原料，采用超声波提取法提取金银花中的总黄酮。依据正交试验规则，对各个因素的显著性和交互作用进行分析。在单因素试验的基础上探讨了超声时间、超声功率、乙醇浓度、液料比等因素对总黄酮得率的影响情况。得出了最佳提取黄酮得率的条件。文献[24-25]通过对比运用水提法、醇提法、超声波法从金银花中提取黄酮类化合物的最佳工艺条件研究。表明，超声波法的提取效果明显高于水提法和醇提法。文献[26]采用正交实验法并利用超声波对陕南地产金银花花茎中黄酮类化合物进行提取研究，确定了黄酮类化合物的提取最佳条件。表明超声波提取效果好。文献[27]对金银花中黄酮类化合物的提取工艺及其检测方法进行了综述研究，为我国的金银花中黄酮类化合物的开发、研究、利用提供参考。

文献[28-29]以红花紫荆树叶总黄酮提取率为响应值，分别运用响应曲面统计法中的Box-Behnken模型和正交试验分析研究了超声辅助提取红花紫荆树叶总黄酮的超声波最佳提取工艺。文献[30-31]采用超声波萃取法，通过单因素、正交试验确定了超声波辅助提取油茶叶和油茶籽壳黄酮类化合物的最佳参数提取工艺的实验研究。文献[7,32]采用超声波辅助提取辣木叶总黄酮，并利用响应面法分析法对提取工艺参数进行优化。首先通过单因素试验分别考察超声波提取的料液比、提取时间、提取温度和提取功率对辣木叶总黄酮提取率的影响，确定各因素的适宜水平；在此基础上 进行四因素三水平的Box-Behnken中心组合设计法设计响应面试验，分析不同因素、不同水平对辣木叶总黄酮得率的影响。超声辅助提取辣木叶总黄酮的最佳提取工艺条件。

文献[33-34]用正交试验设计和统计分析方法对苦瓜黄酮的超声波提取工艺进行了优化。分别运用乙醇浓度、超声功率、提取时间、料液比这四个因素和超声波功率、提取时间、料液比三因素，每个因素设计了3个水平，由方差分析得出超声波功率的改变对提取影响最大，其次是提取时间和料液比。综合考虑各因素得出苦瓜黄酮超声波提取工艺条件，提取量，提取时间比传统提取方法的均好。文献[35-36]采用超声波乙醇浸提法从苦瓜中提取黄酮类物质,对所提取的黄酮类物质进行验证，并用紫外分光光度法测定含量。表明该方法采用全物理过程，无任何污染，是提取苦瓜黄酮类物质的有效途径。充分利用苦瓜植物资源，避免资源的浪费，探讨苦瓜总黄酮的提取及鉴别方法。

文献[37]本发明公开一种苦瓜籽黄酮提取方法，提取方法简单、易于操作、提取成本低，根据提取效果选择最优的提取条件，从而提高了黄酮的提取率，也保证了较高的黄酮纯度，特别适合苦瓜籽黄酮提取之用。

文献[38]做了超声波法提取槐花中黄酮的最佳工艺研究，考察了乙醇浓度、料液比、超声波辅助提取时间、提取温度等主要因素对黄酮提取率的影响，用正交法确定了最优的提取工艺，并与常规热回流提取法作了比较研究。结果表明：超声波法优于常规热回流提取法。

文献[39]对九里香中的总黄酮用乙醇为提取剂，用紫外分光光度法测定含量，利用超声波提取、纯化方法而得到纯度较高的黄酮类物质。文献[40]研究了超声波提法提取卷丹鳞茎中总黄酮的工艺。通过单因素实验和正交实验确定了最佳提取条件，而且相对于传统方法节省了大量时间，对研究及利用百合科植物提供了借鉴的方法。文献[41]利用超声波强化提取毛白杨雄花序中的总黄酮，分别对超声波功率、浸提时间、料液比、浸提液浓度的选择做了试验，得到了浸提时间、料液比对黄酮得率的影响为：随着时间的延长或料液比比例的加大，得率呈现逐渐提高的趋势；随着乙醇浓度的提高黄酮的得率，逐渐下降；在一定的超声波功率范围内，得率随功率增加而提高，但当达到一定功率后，得率则不再增加。并得出了超声提取的最佳工艺。文献[42]做了超声波法乙醇提取山楂叶黄酮的研究，以乙醇为溶剂，以不同的乙醇浓度，不同的处理时间，不同的料液比为主要考察因素，以浸取样品中总黄酮的提取率为主要考察指标，确定最佳提取条件。得出乙醇浓度对提取率影响最大，其次是超声波提取时间，料液比的影响最小。并得出最佳提取条件。比常规索氏提取时间和溶剂使用量大为减少，且能达到较高的提取率。

文献[43-44]分别通过正交试验设计和响应面分析法，研究了翻白草中总黄酮类物质超声波提取工艺进行了优化，结果表明：各试验因素对翻白草总黄酮类物质提取量的影响依次为提取溶剂配比、提取时间、乙醇浓度、提取功率。超声提取植物有效成分的效果主要取决于超声波的强度、频率和时间。

3、结语

超声波提取法在中草药化学成分提取中的应用已经显示出明显的优势，具有省时、节能、环保、提出率高等优点。提取方法也从单一的利用超声波发展为超声波辅助提取、超声波协同其他技术进行提取。从研究结果来看，超声波提取技术在提取产率方面已达到令人满意的程度。在今后对超声波提取的研究中，应着重深入研究其在提取各物质方面的机理，总结整理形成一套完整的超声提取体系，具有重要的现实意义。

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The application of ultrasonic technology in extracting flavonoids ingredients of Chinese herbal medicine

LIU Feng-xia
Dingxi Campus,GanSu University of Chinese Medicine

In this paper, the extraction of flavonoids ingredients of Chinese herbal medicine, for example, a Mosaic of gold and silver, balsam pear, cortex cercis, cypress tree leaf, metasequoia, fructus ligustri lucidi, etc all kinds of traditional Chinese medicine composition of flavonoids extraction efficiency were summarized, the influence of provide a reference for developing standard ultrasonic extraction of traditional Chinese medicine effective component.

ultrasonic extraction;Chinese herbal medicine;Flavonoids;composition

甘肃省高等学校科研项目（No.2015A-180）资助