超声提取植物药有效成分的研究进展
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收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ ￣９ ． １ ４
￣ ｅ ｘ ｐ （ 一 ） Ｐ ＝ Ｋ ｒ ｚ 十 ＋ ＋ ｃ （ ３ ）
ｐ
１ ． ３ 从 超 声 空 化 作 用 机 理 出发 的 动 力 模 型
根据 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ － Ｐ ｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｔ 方 程
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — １ ５ ２ ８ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ７ ． ０ ３ ２
植物药有 效成分是 指植物 中具有 显著生 理活性 和药 理 作用 、并 在临 床 上有 应用 价 值 的成 分 ，如 生 物碱 、黄酮 、 挥发油等 。其 提取 是 中药生产 的关键 环节 之一 ，传 统方 法 有浸渍法 、渗 漉法 、煎 煮法 、回流 法 、压榨 法 等 ，但均 存 在生产工艺复 杂、提取 周期长 、纯度低 、易破坏有 效成分 、 存在残 留物质 等问题 』 。 超声提取 技术 是近年来 提取植 物药 有效 成分 的新方 法 之一 ，其利用超声 波辐射药液产生 的空化效应 、机械效应 、 热效应等 ，瞬 间使植 物药 细胞壁 遭到破 坏 ，增 强 了溶剂 渗 透到细胞 内部 的能力 ，加速 了植物 有效 成分 在溶剂 中的溶 解 ，从而增 加 提取 效 率 ，具 有提 取 时 间短 、提 取 效率 高 、
董 翠英 ，
０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：本 文综述 了超声提取植物 药有效成分 作用 机理 的研 究现状 和趋 势 ，分析 了提取 频率 、作 用方 式对提 取率 的影 响 ，介绍 了植物药超声提取 过程 工艺参数的优化方法 ，并对其有效成分超声 提取 技术发展的新方 向进行 了展望 。 关键 词 ：超声 提取 ；植物药 ；有效成分 ；提取 机理 ；优 化设 计
２ ０ １ ７年 ７月
中 成 药
Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｔ ｍｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐａ ｔ ｅ ｎ ｔ Ｍｅ ｄ ｉ ｃ ｉ ｎ ｅ
Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０１ ７ Ｖ ｏ Ｉ ．３ ９ Ｎｏ ．７
第３ ９卷
第 ７期
超 声 提 取 植 物 药有 效 成 分 的研 究 进展
扩散定律为基础 ，超声 波主要参 数 （ 如 频率 、声 强 、作用
时间等 ）对 中药提取效果 的影 响也是 近年来研究热点 。 １ ． １ 提取 动 力 学模 型 以 Ｆ ｉ ｃ ｋ第 一 、第 二定 律 为 基 础 ，
结合 中草药浸提机 制 ，研究 超声提 取
Ｒ （ ） ＋ ３ （ ） ＝ ［ ｐ 一 一 等 （ ） 一 Ｐ ］ ，
但 不 适合 颗 粒 度 和 料 液 比较 大 的情 况 。
Ｃ＝
降能环保 、节省药 材 、不需 加热 等优点 。本 文从超声 提 取
机理 、作用方式 、工艺优化方法 ３个方 面进行概述 。
１ 超 声 提 取 机 理
定量描述植物药有 效成 分在超声 波作 用下 的机 理模 型 是研 究超声提取规 律的基 础 ，也是 深人 了解 超声 提 取过 程 中超 声波破坏植物药细胞壁 、促 进其有效成分传质 的基 础 。 已有 文献 ［ ２ － ６ ］研 究 超声 提 取 动力 学 模 型 ，主 要 以 Ｆ ｉ ｃ ｋ
情况 ，并且在溶剂或药材改变时 的适应度未进行证 实。
ｉ ｎ （ ） ＝ Ｋ ｔ ＋
㈩
贲永光等 不考虑有效成 分分解或挥 发 ，根据 Ｆ ｉ ｃ ｋ第 二定律 ，建立 了丹参酮 在双频 复合超声 提取过 程 的动力学 模型 ，见式 （ ２ ） 。其 中，Ｃ为 ｔ 时刻 提取物浓 度 ，Ｃ 为平
衡浓度 ，
提取 。该模型 与实 验数据有很好 的拟合度 ，符
Ｃ ＝Ｃ （ １一ｅ “ ） （ ２ ）
合提取丹参酮类化合物 的动力学 过程 。 以上方法主要考 虑的是溶 剂传 质过程 ，着 眼于作 用 时 间 、溶剂浓度等因素 ，考 虑 了超 声波在 固定 频率 、较 长作 用时间下 的参数 模 型 ，但对 超声 波参 数 （ 如频 率 、声 强 、 功率 等）对提 取相关的影响研究较少。 １ ． ２ 考虑超声功率 、频率影响的动 力学模型 曹雁平等 以Ｆ ｉ ｃ ｋ扩散定律为基础 ，采用混合 建模法 （ 即机理 模型与 经验模型相结合） 建立姜黄超声 浸取 动力学 模型 ，该 模型 考虑 了超 声功 率 、超 声频 率 ，见 式 （ ３ ） 。其 中，Ｋ Ｔ ，Ｋ ， 分 别是温度 、超声 功率 、超 声频 率 对 Ｐ 的作 用 系数 ，Ｅ 是扩 散活化能 ， 是温度 ， 是摩尔气体常数 ， 是 扩散超 声强 化系数。该模 型 能较好 地 描述 姜 黄素 超声 浸 取过 程 ，
从 Ｆ ｉ ｃ ｋ第一定律 出发 ，结合超 声过 程的微 射流扩 散 ，研究 了丹参 酮超声 提取 过 程 的动 力 学模 型 ，见 式 （ １ ） 。其 中 ， 为 比例 系数 ，与提取温度 、植 物药颗粒 大小 、搅拌速 度 、 扩散 系数 等有关 ，ｔ 为超声提取时 间 ，Ｃ为提取溶液 中有效 成分 浓度 ，Ｃ 为平衡浓度 。该模 型可信 度较高 ，但 未考虑 到药材颗 粒大小 的影 响 ，不适 合颗 粒较小 、液料 比过 小 的
中 图 分 类 号 ：Ｒ ２ ８ ４ ． ２ 文 献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ ． １ ５ ２ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ７ — １ ４ ７ ３ － ０ ５
陈 娟
（ １ ． 北 京化 工 大 学 信 息 科 学 与技 术 学 院 ，北 京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ；２ ． 唐 山学 院智 能 与 信 息 工 程 学 院 ，河 北 唐 山
￣ ｅ ｘ ｐ （ 一 ） Ｐ ＝ Ｋ ｒ ｚ 十 ＋ ＋ ｃ （ ３ ）
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１ ． ３ 从 超 声 空 化 作 用 机 理 出发 的 动 力 模 型
根据 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ － Ｐ ｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｔ 方 程
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — １ ５ ２ ８ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ７ ． ０ ３ ２
植物药有 效成分是 指植物 中具有 显著生 理活性 和药 理 作用 、并 在临 床 上有 应用 价 值 的成 分 ，如 生 物碱 、黄酮 、 挥发油等 。其 提取 是 中药生产 的关键 环节 之一 ，传 统方 法 有浸渍法 、渗 漉法 、煎 煮法 、回流 法 、压榨 法 等 ，但均 存 在生产工艺复 杂、提取 周期长 、纯度低 、易破坏有 效成分 、 存在残 留物质 等问题 』 。 超声提取 技术 是近年来 提取植 物药 有效 成分 的新方 法 之一 ，其利用超声 波辐射药液产生 的空化效应 、机械效应 、 热效应等 ，瞬 间使植 物药 细胞壁 遭到破 坏 ，增 强 了溶剂 渗 透到细胞 内部 的能力 ，加速 了植物 有效 成分 在溶剂 中的溶 解 ，从而增 加 提取 效 率 ，具 有提 取 时 间短 、提 取 效率 高 、
董 翠英 ，
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摘 要 ：本 文综述 了超声提取植物 药有效成分 作用 机理 的研 究现状 和趋 势 ，分析 了提取 频率 、作 用方 式对提 取率 的影 响 ，介绍 了植物药超声提取 过程 工艺参数的优化方法 ，并对其有效成分超声 提取 技术发展的新方 向进行 了展望 。 关键 词 ：超声 提取 ；植物药 ；有效成分 ；提取 机理 ；优 化设 计
２ ０ １ ７年 ７月
中 成 药
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Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０１ ７ Ｖ ｏ Ｉ ．３ ９ Ｎｏ ．７
第３ ９卷
第 ７期
超 声 提 取 植 物 药有 效 成 分 的研 究 进展
扩散定律为基础 ，超声 波主要参 数 （ 如 频率 、声 强 、作用
时间等 ）对 中药提取效果 的影 响也是 近年来研究热点 。 １ ． １ 提取 动 力 学模 型 以 Ｆ ｉ ｃ ｋ第 一 、第 二定 律 为 基 础 ，
结合 中草药浸提机 制 ，研究 超声提 取
Ｒ （ ） ＋ ３ （ ） ＝ ［ ｐ 一 一 等 （ ） 一 Ｐ ］ ，
但 不 适合 颗 粒 度 和 料 液 比较 大 的情 况 。
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降能环保 、节省药 材 、不需 加热 等优点 。本 文从超声 提 取
机理 、作用方式 、工艺优化方法 ３个方 面进行概述 。
１ 超 声 提 取 机 理
定量描述植物药有 效成 分在超声 波作 用下 的机 理模 型 是研 究超声提取规 律的基 础 ，也是 深人 了解 超声 提 取过 程 中超 声波破坏植物药细胞壁 、促 进其有效成分传质 的基 础 。 已有 文献 ［ ２ － ６ ］研 究 超声 提 取 动力 学 模 型 ，主 要 以 Ｆ ｉ ｃ ｋ
情况 ，并且在溶剂或药材改变时 的适应度未进行证 实。
ｉ ｎ （ ） ＝ Ｋ ｔ ＋
㈩
贲永光等 不考虑有效成 分分解或挥 发 ，根据 Ｆ ｉ ｃ ｋ第 二定律 ，建立 了丹参酮 在双频 复合超声 提取过 程 的动力学 模型 ，见式 （ ２ ） 。其 中，Ｃ为 ｔ 时刻 提取物浓 度 ，Ｃ 为平
衡浓度 ，
提取 。该模型 与实 验数据有很好 的拟合度 ，符
Ｃ ＝Ｃ （ １一ｅ “ ） （ ２ ）
合提取丹参酮类化合物 的动力学 过程 。 以上方法主要考 虑的是溶 剂传 质过程 ，着 眼于作 用 时 间 、溶剂浓度等因素 ，考 虑 了超 声波在 固定 频率 、较 长作 用时间下 的参数 模 型 ，但对 超声 波参 数 （ 如频 率 、声 强 、 功率 等）对提 取相关的影响研究较少。 １ ． ２ 考虑超声功率 、频率影响的动 力学模型 曹雁平等 以Ｆ ｉ ｃ ｋ扩散定律为基础 ，采用混合 建模法 （ 即机理 模型与 经验模型相结合） 建立姜黄超声 浸取 动力学 模型 ，该 模型 考虑 了超 声功 率 、超 声频 率 ，见 式 （ ３ ） 。其 中，Ｋ Ｔ ，Ｋ ， 分 别是温度 、超声 功率 、超 声频 率 对 Ｐ 的作 用 系数 ，Ｅ 是扩 散活化能 ， 是温度 ， 是摩尔气体常数 ， 是 扩散超 声强 化系数。该模 型 能较好 地 描述 姜 黄素 超声 浸 取过 程 ，
从 Ｆ ｉ ｃ ｋ第一定律 出发 ，结合超 声过 程的微 射流扩 散 ，研究 了丹参 酮超声 提取 过 程 的动 力 学模 型 ，见 式 （ １ ） 。其 中 ， 为 比例 系数 ，与提取温度 、植 物药颗粒 大小 、搅拌速 度 、 扩散 系数 等有关 ，ｔ 为超声提取时 间 ，Ｃ为提取溶液 中有效 成分 浓度 ，Ｃ 为平衡浓度 。该模 型可信 度较高 ，但 未考虑 到药材颗 粒大小 的影 响 ，不适 合颗 粒较小 、液料 比过 小 的
中 图 分 类 号 ：Ｒ ２ ８ ４ ． ２ 文 献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ ． １ ５ ２ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ７ — １ ４ ７ ３ － ０ ５
陈 娟
（ １ ． 北 京化 工 大 学 信 息 科 学 与技 术 学 院 ，北 京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ；２ ． 唐 山学 院智 能 与 信 息 工 程 学 院 ，河 北 唐 山