全 文 ：　第 25 卷第 4 期
2006年 7月 　 　 　　　　 　
食 品 与 生 物 技 术 学 报
Journal of Food Science and Biotechnology
　 　 　　　　Vo l. 25　No . 4
Jul. 　2006
　文章编号:1673-1689(2006)04-0051-05
　　收稿日期:2005-12-01;　修回日期:2006-01-15.
　　基金项目:广东省科技计划项目(2003B31709).
作者简介:贲永光(1978-), 男 ,广西宜州人 , 食品科学与工程博士研究生.
双频超声对海金沙中黄酮提取率影响的研究
贲永光 , 　丘泰球
(华南理工大学 轻工与食品学院 ,广东 广州 510640)
摘　要:采用双频超声技术提取海金沙黄酮 ,选择乙醇体积分数 、溶剂体积 、超声作用时间 、浸泡时
间等因素进行正交实验 ,得出影响总黄酮提取率的因素次序为:乙醇体积分数>溶剂体积>超声
作用时间>浸泡时间 ,双频超声提取最佳工艺条件为:乙醇体积分数为 70%,乙醇体积为 40 mL ,
超声作用时间为 30 min , 浸泡时间为 4 h 。在此条件下 ,总黄酮提取率为 86. 25%。在相同的条件
下 ,与单频超声提取方法相比较 ,具有溶剂用量少 ,提取效率高 ,提取时间短等优点 。
关键词:双频超声;海金沙;黄酮;提取
中图分类号:O 622. 4 文献标识码:A
Effect of Dual-Frequency Ultrasound Technique on the Extraction Rate
of Flavonoids from Lygodium j aponicum
BI Yong-guang , 　Qiu Tai-qiu
(College o f Light Chemistry and Food Science , South China Univer sity of Technolog y , Guang zhou 510640 , China)
Abstract:A novel ex t ract ion proce ss of flavonoids f rom lygodium japonicum by dual-freuuency
ult rasound w ave w as tested. The optimum ex tract ing condi tions of f lav onoids w ere investig ated
by using orthogonal experimental design. The signif icance of these facto rs af fecting flavonoids
ex traction w as in the following order:e thanol volume fraction>so lvent vo lume>ul t rasound time
> ex traction time. Thei r optimal parame ters w ere:ethano l volume fraction o f 70%, solvent
vo lume of 40 mL , ult rasound time o f 30 min , and ex t raction time of 4 h. Under this optimal
condi tion , the ex traction rate of flavonoids w as 86. 25%. Compared w ith conventional
ex traction , i t w as mo re ef fective w ith the advantages of shor t ex t raction period , higher yield and
saving so lvent amount .
Key words:dual-f reuuency ult rasound;Lygodium japonicum ;f lavonoids;ex t raction
　　超声波是频率高于 20 kHz ,并且不引起听觉的
弹性波.利用超声振动能量可改变物质组织结构 、
状态 、功能或者加速这些改变的过程. 现普遍认为
超声波的空化效应 、热效应和机械作用是超声技术
强化提取的三大理论依据[ 1 - 4] 。从植物中提取药用
成分的首要条件是提取物能够快速高效地进入提
取介质 ,如水溶液 、有机溶剂等 。然而 ,大多植物的
有效成分存在于细胞内 ,因此萃取的主要问题是如
何有效地打破细胞壁这层势垒 ,让有效成分从细胞
中释放出来与溶剂直接接触[ 5] 。近年来 ,人们用超
声波提取植物中的黄酮化合物 、生物碱 、苷类等有
效成分 ,都表明其具有能耗低 、效率高 、不破坏有效
成分的特点[ 6 - 8] 。1997 年 ,冯若等首次将 28 kHz
与 0. 87 MHz超声组合成 X-Z 轴向双频正交辐照
系统 ,并用电化学法与碘释放法对该辐照系统的声
化学效应进行了实验研究 ,结果发现 ,该辐照系统
给出的声化学产额远远超出两个单独辐照产额之
和[ 1] 。然而 ,由于进行此项研究的时间不长 , 许多
研究有待深入 。有关双频超声强化在提取及相关
领域的应用研究还未见报道。
海金沙(Lygod ium japonicum(T hunb. ))为海
金沙科蕨类植物 ,又称左转藤 、铁线藤 、蛤蟆藤等 ,
具清热利湿功能 ,为治疗淋症药物 ,主产于我国东
南地区 。有资料报道 ,海金沙中含有黄酮[ 2] , 其提
取方法有热回流法 、冷浸法和逆流提取法等 ,采用
溶剂多为乙醇或甲醇 。由于传统的溶剂提取还存
在一定缺陷 ,作者采用双频超声强化从海金沙中提
取黄酮 , 并与单频超声提取进行比较 。
1　材料与方法
1. 1　材料 、仪器
海金沙市售;芦丁标准品 , 上海生物试剂二厂
产品;752紫外光栅分光光度计;槽式超声处理机
(40 kHz , 100 W);探头式超声波处理机(25 kHz ,
电功率可调 , 试验恒定为 100 W);超级恒温水浴
锅;双频声化学反应器(自制 ,见图 1);双频超声装
置为探头式超声与槽式超声组合而成。探头式超
声每作用 5 s ,停 5 s ,当它与槽式超声作用时 ,其实
际作用时间仅为槽式超声的一半 ,为了实验方便 ,
探头式超声的作用时间均以总时间(作用时间与间
隔时间之和)计 。
1. 探头式超声换能器(25 kH z , 100 W);2. 槽式超声处理机
(40 kH z , 100 W);3. 循环水进口;4. 循环水出口;5. 玻璃反
应容器;6. 探头式超声波发生器
图 1　双频超声提取试验装置
Fig. 1 　Dual-freuuency ultrasound extraction of experi-
ment and equipment
1. 2　测定方法
1. 2. 1　芦丁对照品溶液的制备　准确称取 120 ℃
减压干燥至恒重的芦丁对照品 30. 0 mg ,置 100 mL
容量瓶中 ,加适量体积分数 60%乙醇 ,置水浴上微
热使溶解 ,放冷 ,加体积分数 60%的乙醇溶液稀释
至刻度 ,摇匀 , 即得(每 1 mL 溶液中含无水芦丁
0. 300 mg)。
1. 2. 2　标准曲线制备　准确吸取芦丁对照品溶液
0 、1. 0 、2. 0 、3. 0 、4. 0 、5. 0 mL 分别置 25 mL 容量瓶
中 ,加体各分数 30%乙醇至 12. 5 mL ,加质量分数
5%的亚硝酸钠溶液 1 mL ,摇匀 ,放置 6 min ,加质
量分数 10%的硝酸铝溶液 1 mL ,摇匀 ,放置 6 min
后 ,加质量分数 4%的氢氧化钠溶液 10 mL ,最后用
水稀释至刻度 ,摇匀 ,放置 15 min[ 2] 。在 510 nm 的
波长下测定吸光度 ,以吸收值 A 为纵坐标 ,质量浓
度ρ为横坐标绘制标准曲线 ,得回归方程 ρ=0. 122
1A - 0. 000 2 , r=0. 999 8(n=6)。结果表明 ,芦丁
质量浓度在 0. 300 ～ 1. 500 mg /mL 范围内与吸收
值线性关系良好。
1. 2. 3　海金沙中总黄酮含量的测定　精确称量海
金沙粉末 0. 500 0 g ,置索氏提取器中 ,用体积 70%
乙醇溶液 250 mL 进行回流提取 ,提取液抽滤定容 ,
按1. 2. 2方法测定 A ,计算提取液黄酮的质量分数 ,
得到海金沙总黄酮的质量分数为 5. 11%。并以此
计算出各处理的黄酮提取率 。
2　结果与讨论
2. 1　单因素试验
2. 1. 1　乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响　称
取 1 g 海金沙粉末 ,加入 40 mL 不同体积分数的乙
醇溶液 , 乙醇体积分数分别为:20%、40%、60%、
70%、80%,采用 40 kHz 、25 kHz 的单频超声和 40
kHz+25 kHz双频超声(40 kHz超声电功率为 100
W ,25 kHz超声电功率为 100 W)分别处理 10 min。
结果见图 2 。
图 2　乙醇体积分数对总黄酮提取率的影响
Fig. 2 　Effect of ethanol volume fraction on total fla-
vonoids yield
　　由图 2可以看出 ,随着乙醇体积分数的升高 ,
海金沙总黄酮提取率呈上升趋势 ,当乙醇体积分数
52 食　品　与　生　物　技　术　学　报　　　　　　　　　　　　第 25卷　
在 60%时 , 双频超声提取的总黄酮提取率为
72. 6%,比 25 kHz 超声提取的 60. 58%和 40 kHz
超声提取的 54. 48%都高 。但当体积分数进一步增
加 ,提取率反而降低。分析原因 ,超声强化溶剂提
取时一方面溶剂的极性对提取率有很大的影响;另
一方面还要求溶剂对分离成分有较强的溶解能力 。
对于黄酮类化合物这种极性物质 ,一般选择极性溶
剂 ,有利于使固体试样中的黄酮与基体物质的有效
分离 。当乙醇的体积分数升高时 ,溶液的极性增
强 ,黄酮类化合物的溶解度增加 ,但是当乙醇的体
积分数增加到一定程度时 ,溶液的介电常数发生变
化 ,溶液沸点下降过大 ,导致溶剂挥发过大 ,不利于
黄酮的溶出 ,提取率下降 。
2. 1. 2　溶剂体积对总黄酮提取率的影响　称取 1
g 海金沙粉末 ,分别加入 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 mL
体积分数为70%的乙醇溶液 ,采用 40 kHz 、25 kHz
的单频超声和 40 kHz+25 kHz双频超声分别处理
10 min ,结果见图 3。
图 3　溶剂体积对总黄酮提取率的影响
Fig. 3　Effect of solvent volume on total f lavonoids yield
　　由图 3 中双频超声和单频超声强化提取的结
果表明 ,海金沙中总黄酮的提取率随溶剂体积的增
加而增加 。溶剂体积从 10 mL 到 40 mL 提取率增
加最多 ,而从 40 mL 到 60 mL 提取率的增幅较小 。
在这是由于溶剂体积大 ,溶剂中的有效成分浓度
低 ,与物料及溶剂边界层的有效成分浓度差大 ,扩
散推动力大 ,因而提取率高;反之 ,溶剂中有效成分
浓度高 ,扩散推动力小 ,不利于扩散 ,有效成分提取
率低 。双频超声在溶剂体积为 40 mL 时 ,提取率为
57. 17%, 25 kHz 超声在溶剂体积为 50 mL 时 ,提
取率为 54. 32%, 40 kHz超声在溶剂体积为 60 mL
时 ,提取率为 51. 53%。由此可见 ,双频超声在同样
的条件下 ,可以减少溶剂体积 。
2. 1. 3　超声作用时间对总黄酮提取率的影响　称
取 1 g 海金沙粉末 ,加入 40 mL 体积分数为 70%的
乙醇溶液 ,采用 40 kHz 、25 kHz 的单频超声和 40
kHz+25 kHz双频超声分别处理 10 、20 、30 、40 、50 、
60 、70 、80 、90 min 。结果见图 4。
图 4　超声作用时间对总黄酮提取率的影响
Fig. 4　Effect of ultrasound time on total flavonoids yield
　　从图 4可以看出 ,随着提取时间从 10 min 到
90 min ,海金沙总黄酮提取率随之增加 ,提取开始阶
段 ,总黄酮提取率增加较快 ,提取后期提取率增加
较慢 ,增加的幅度变小。分析原因 ,超声法提取的
主要推动力是有效成分浓度差 ,在提取初期 ,有效
成分浓度差大 ,因此提取速率快 ,提取率增加明显 ,
随着提取时间的延长 ,溶剂中的有效成分浓度逐渐
增大 ,和固相中的浓度差逐渐变小 ,推动力也变小 ,
也就是提取液中黄酮质量分数已基本与海金沙中
黄酮质量分数达到平衡 ,所以提取率慢慢减缓 ,提
取率增加不明显 ,直至推动力为零 ,有效成分不再
溶解 ,因此再延长提取时间对与于显著提高总黄酮
的提取率没有价值 。双频超声提取时间 20 min时 ,
提取率是 40. 44%,而 25 kHz超声提取 50 min ,提
取率是 40. 18%,对于 40 kHz超声提取 70 min ,提
取率才达到 41. 67%。由此看出 ,双频超声相比单
频超声来说 ,在相同的时间里 ,双频超声提取海金
沙中总黄酮的提取率高 。
2. 1. 4　浸泡时间对总黄酮提取率的影响 　称取 1
g 海金沙粉末 ,加入 40 mL 70%乙醇溶液 ,分别浸
泡 0 ,2 , 4 , 8 , 10 , 12 , 18 ,24 h 后 ,采用 40 kHz 、25
kHz的单频超声和 40 kHz+25 kHz双频超声分别
处理 10 min ,结果见图 5。
图 5　浸泡时间对总黄酮提取率的影响
Fig. 5　Effect of extraction time on total flavonoids yield
　　从图 5可知 ,对于双频超声提取结果来看 ,浸
泡时间对总黄酮的提取率有很大影响 ,没有浸泡的
海金沙经超声作用后提取率为 50. 35%,而浸泡 12
53　第 4期 贲永光等:双频超声对海金沙中黄酮提取率影响的研究
h后提取率达到 61. 53%,浸泡 24 h 后提取率达到
63. 56%, 比没有浸泡的高了 11%。而在相同的浸
泡时间下 ,双频这可能是因为经过浸泡黄酮类化合
物在溶剂中的溶解度增大 ,超声波的空化作用 、热
效应和机械作用在溶液中可以充分发挥 、使提取率
升高 。在浸泡时间为 8 h时 ,双频超声所得的提取
率为 55. 65%,单频 25 kHz和 40 kHz超声所得的
提取率分别为 41. 57%, 35. 62%。由此看出 ,双频
超声相比单频超声来说 ,在相同的浸泡时间里 ,双
频超声提取海金沙中总黄酮的提取率高 。
2. 2　双频超声正交实验确定提取最佳条件
上面讨论了各单因子的影响 ,但是在实际的操
作中 ,各因素是相互交差影响的 。因此 ,为全面考
查影响因素 ,设计了四因素三水平正交实验 ,结果
见表 1 ,表 2。
通过对乙醇体积分数 、溶剂体积 、超声作用时
间 、浸泡时间的综合评价 ,对提取率影响的主次顺
序为 A>B >C>D ,上述结果表明:乙醇体积分数
对海金沙总黄酮的提取结果影响最大 ,浸泡时间影
响最小。根据实验结果与分析 ,最佳的提取工艺条
件为 A2 B3C3D2即以 70%的乙醇 , 乙醇体积为 40
mL ,超声作用时间为 30 m in , 浸泡时间为 4 h 。此
条件下试验 ,总黄酮提取率为 86. 25%。
表 1　40 kHz+25 kHz双频超声试验的因素及水平
Tab. 4　Factors and levels of 40 kHz+25 kHz Dual-frequency
ultrasound
水平
乙醇
体积分数
A /%
溶剂
体积
B /mL
超声
作用时间
C /min
浸泡
时间
D /h
1 60 20 10 0
2 70 30 20 4
3 80 40 30 12
表 2　L9(34)40 kHz+25 kHz双频正交实验结果与分析
Tab. 5　L9(34)orthogonal experiment results and anslysis of
40 KHz+25 KHz Dual-frequency ultrasound
编号 A B C D 黄酮提取率 /%
1 1 1 1 1 39. 25
2 1 2 2 2 54. 42
3 1 3 3 3 58. 33
4 2 1 2 2 62. 15
5 2 2 3 1 64. 72
6 2 3 1 2 67. 41
7 3 1 3 2 48. 52
续表 2
编号 A B C D 黄酮提取率 /%
8 3 2 1 3 45. 12
9 3 3 2 1 50. 28
K 1 152 149. 92 151. 78 154. 25
K 2 194. 28 164. 26 166. 85 170. 35
K 3 143. 92 176. 02 171. 57 165. 60
K 1均值 50. 67 49. 97 50. 59 51. 42
K 2均值 64. 76 54. 75 55. 62 56. 78
K 3均值 47. 79 58. 67 57. 19 55. 20
R 16. 79 8. 70 6. 60 5. 36
3　结　论
黄酮类化合物是植物中非常重要的一类次生
代谢物 ,是植物中广泛存在的一种有效成分 ,具有
活血化瘀 、保肝抗炎 、抗菌 、抗病毒及泻下 ,解痉的
多种药理作用[ 9 - 10] 。因此 ,植物中总黄酮的有效提
取及含量测定 ,是了解其药理作用和合理开发的重
要基础工作 。为此 ,作者首次运用双频超声技术 ,
对海金沙中总黄酮进行提取和测量 ,并与单频超声
提取进行了比较 。结果表明 ,在相同的条件下 ,双
频超声提取海金沙中总黄酮的提取率高于单频超
声 ,且具有节省溶剂用量 、省时 、高效 、有效成分提
取率高的特点 ,适于推广应用 。
实验结果表明:影响双频超声波法强化提取海
金沙中总黄酮提取率的主次因素为:乙醇体积分数
>溶剂体积>超声作用时间>浸泡时间。最佳提
取工艺为乙醇体积分数 70%,乙醇体积为 40 mL ,
超声作用时间为30 min , 浸泡时间为4 h ,在此条件
下试验 ,总黄酮提取率可达 86. 25%。
对比试验显示 ,超声对海金沙中黄酮的提取有
显著的强化作用 ,探头式超声的强化效果优于槽式
超声 ,而双频超声强化效果最好。单频超声在溶液
中传播时衰减快 ,不均匀 ,双频超声同时传播时 ,克
服了这一缺点 ,使得它协同强化提取的效果极其显
著。双频超声提取方法应用于中药材及其它天然
产物中提取有效成分 ,可使传统溶剂提取技术发生
根本改变 。有关双频超声对传质系数的影响 , 功
率 、频率如何匹配及温度对提取的影响有待于进一
步研究。
54 食　品　与　生　物　技　术　学　报　　　　　　　　　　　　第 25卷　
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(责任编辑:朱 明)
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(责任编辑:李春丽)
55　第 4期 贲永光等:双频超声对海金沙中黄酮提取率影响的研究