全 文 ：超声场强化和常规提取罗汉果甜苷动力学模型研究
张文清1，马少妹3，谢 威1，吴胜富2，黄增尉3，袁爱群3* ( 1．广西工业职业技术学院，广西南宁 530003; 2．广西民族大学预
科教育学院，广西南宁 530006; 3．广西民族大学化学与生态工程学院化学与生物转化过程新技术重点实验室，广西南宁 530006)
摘要 ［目的］获得从罗汉果中提取甜苷的动力学模型。［方法］通过比较超声波辅助法和常规提取法的甜苷提取效果，并采用 2 种超
声波动力学模型和 1种常规动力学模型进行验证。［结果］在优化试验条件下，超声辅助提取的效率比常规提取高，该过程符合动力学
方程: lnC = γlnt + λ，而常规提取符合 ln
C∞
C∞ － C
= Kt + ln
C∞
C∞ － C0
方程。［结论］超声波频率过高，提取温度过高，提取时间过长时超声波
提取过程将不受动力学控制。
关键词 罗汉果;甜苷;超声波提取;常规提取;动力学
中图分类号 S567 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2011) 10 －05727 －03
Study on the Dynamic Models of Extracting Mogroside From Momordica grosvenori by Ultrasonic and Normal Methods
ZHANG Wen-qing et al ( Guangxi Vocational ＆ Technical Institute of Industry，Nanning，Guangxi 530003)
Abstract ［Objective］To obtain the dynamic models of extraction mogroside from Momordica grosvenori．［Method］Effects of ultrasonic － assis-
ted and normal methods on the extraction result were compared，and the results were verified by two ultrasonic dynamic models and one normal
dynamic model．［Result］The yield rate of mogroside was higher with ultrasonic method，and which was in accordance with kinetic equation; be-
sides，the result of normal method was identical with equation．［Conclusion］The excessive ultrasonic frequency and extraction temperature would
make the extraction process out of dynamic control．
Key words Mogroside; Momordica grosvenori; Ultrasonic extraction; Normal extraction; Dynamics
基金项目 广西教育厅科研项目 ( 200911MS335 ) ; 桂工业院科研项目
( 2009025JM004) ;广西民族大学重大项目( 2008ZD012 ) ; 广
西科学研究与技术开发计划应用基础研究专项基金( 桂科
基 0991005、桂科能 0992028-13) 。
作者简介 张文清( 1966 － ) ，女，湖北武昌人，副教授，从事天然产物化
学的研究和教学工作。* 通讯作者，教授，博士，E-mail:
aiqunyuan1999@ sina． com。
收稿日期 2011-01-18
超声场强化中草药有效成分的提取具有提取温度低、时
间短和提取率高等优点，作为一种新型的提取技术，其日益
受到人们的重视。同时人们也意识到在提取工艺的研究中，
仅仅根据影响提取率的因素设计正交试验或均匀试验获得
最佳工艺条件远不能满足大规模工业生产的需求，必须建立
其提取过程的动力学模型［1］。由于超声波提取过程的特殊
性，之前常用的常规提取法动力学方程将不再适合模拟其过
程，必须考虑超声波的湍流效应、空化作用等。目前，用于超
声波提取的动力学模型不多，黄可龙等在 Fick第一扩散定律
的基础上，假设提取过程受扩散控制，认为过程的动力学方
程可以用 lnC = λ + γlnt描述［2］，而邓韵等则认为该方程不能
全面反映提取过程中的动力学规律，应用 ln
C∞
C∞ － C
= Kt + μ
方程更为全面［3］。
罗汉果是广西的特产资源，从罗汉果中提取出来的甜苷
不但可药用，还是一种品质优良的食品添加剂和甜味剂，可
代替蔗糖用于高血压、糖尿病、肥胖症等患者的饮食、医药、
保健品中［4］。近年来，人们对罗汉果甜苷化学成分、结构、药
效及提取工艺作了研究［5］，但对罗汉果有效成分提取过程的
动力学机制特别是超声场提取罗汉果有效成分的动力学研
究报道却很少［6 －8］。
笔者以罗汉果总甜苷为考核指标，研究其提取的动力学
规律，以期为罗汉果甜苷提取最佳参数的选择和工程研究提
供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 材料
1． 1． 1 供试材料。罗汉果，采自广西永福。
1． 1． 2 主要试剂。无水乙醇( AR) ，由北京化工厂生产;硫
酸( AR) ，由广西师范学院化学试剂厂生产;香草醛( AR) ，由
天津市光复精细化工研究所提供;罗汉果总甜苷对照品( 含
量 80% ) ，由杭州绿天生物技术有限公司生产。
1． 1． 3 主要仪器。GL-400SD超声波细胞粉碎机，由南京顺
流仪器技术有限公司生产; JHS-6型恒速搅拌器，由常州仪表
电机厂生产; GBC-916 紫外 －可见分光光度计，由澳大利亚
GBC科学仪器公司生产。
1． 2 方法
1． 2． 1 罗汉果的预处理。取罗汉果若干，用粉碎机粉碎，过
40目筛，置于 50 ℃烘箱中干燥至恒重。
1． 2． 2 罗汉果甜苷的超声提取。精确称取罗汉果粉末样品
10． 000 0 g，置于 500 ml的圆底烧瓶中，加入 250． 00 ml水，摇
匀，静置 5 min，放入已调好频率的超声波处理器，按不同温
度不同提取时间提取。在 5． 00 ml 不同提出液中分别加入
5． 00 ml无水乙醇，等到沉淀完全时抽滤，取滤液，定容至 50
ml。分别吸取提取液 0． 80 ml，置于 10 ml 比色管中，然后加
入 0． 50 ml 10%的香草醛乙醇溶液，再在冰浴中加入 5． 00 ml
75%的硫酸，摇匀，稀释到刻度，置于 50 ℃水浴中恒温 20
min，再用冰浴冷却 10 min，得到的溶液做紫外分析［9］。
1． 2． 3 罗汉果甜苷的常规提取。按“1． 2． 2”中样品量，将其
加热至所需温度，置于搅拌器搅拌( 200 r /min) ，在不同温度、
不同时间下进行提取，分别取样做分析测试。
1． 2． 4 标准曲线的绘制。称取罗汉果对照品0． 062 5 g，置于
50 ml烧瓶中，加适量的水溶解，然后转移到 50 ml容量瓶，稀
释到刻度，配成浓度为 0． 1 mg /ml的溶液。吸取标准溶液 0、
0． 15、0． 20、0． 25、0． 35、0． 40、0． 45 ml，分别置于 10 ml 比色管
中，然后加入 0． 50 ml 10%的香草醛乙醇溶液，再在冰浴中加
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39( 10) : 5727 － 5729 责任编辑 刘群燕 责任校对 马君叶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.10.198
入 5． 00 ml 75%的硫酸，稀释至刻度，50 ℃恒温水浴 20 min，
再冰浴冷却10 min，在550 nm波长下测定吸光度。以标准罗
汉果甜苷的质量浓度( mg /ml) 为纵坐标，吸光度值为横坐
标，绘制标准曲线。计算得回归方程为: C = 1． 036 5A －
0． 275 3，相关系数 R2 = 0． 999 5。
1． 2． 5 动力学模型的选择。超声场中罗汉果提取和常规提
取分别采用文献［2］、［3］、［10］推导的动力学方程进行
验证:
lnC = γlnt + λ ( 1)
ln
C∞
C∞ － C
= Kt + μ ( 2)
ln
C∞
C∞ － C
= Kt + ln
C∞
C∞ － C0
( 3)
式中: C∞为平衡浓度; C0 为初始浓度; K为比例系数。
2 结果与分析
2． 1 不同温度、不同提取时间对超声场提取效果的影
响 由图 1可知，在每个温度的起始阶段，由于罗汉果甜苷
具有较好的水溶性，提取前经过短暂的浸泡，短时间内甜苷
浓度迅速增大;之后甜苷的浓度随提取时间延长缓慢增大，
当达到一定时间时，甜苷的浓度基本不变，此时，提取达到平
衡。提取温度越高，相同时间下获得的甜苷浓度越大，到达
平衡的时间越短。这是因为在超声条件下，温度升高增加了
分子运动速度，有利于扩散传质。
图 1 不同温度、不同时间对超声波提取罗汉果甜苷的影响
Fig． 1 Effects of different temperature and different time on the
ultrasonic extraction result
2． 2 常规提取与超声辅助提取效果比较 由图 2 可知，在
相同的时间下，在选择的温度范围内，超声辅助提取的甜苷
浓度均大于常规提取，且常规提取甜苷的浓度随时间的延长
增加不明显。因此，在相同的条件下，超声辅助提取的提取
效率比传统提取方法高，提取时间缩短。
2． 3 超声波提取动力学模型验证 为了获得超声波提取罗
汉果甜苷的动力学模型，引用文献［2］、［3］推导的动力学方
程，根据试验结果，分别以 lnC 对 lnt 作图、ln
C∞
C∞ － C
对 t 作
图，结果如图 3、4所示。
最小二乘法拟合结果表明，在试验温度( 考虑到罗汉果
甜苷的稳定性，最高温度设置为 343 K) 范围内，lnC与 lnt线
性关系良好，相关系数大于 0． 999 9;而 ln
C∞
C∞ － C
与 t 的相关
系数均小于 0． 999 9，说明该试验条件下的提取动力学与文
献［2］报道的动力学模型吻合很好。因此，该试验条件下，超
声波提取罗汉果甜苷的模型可以用 lnC = γlnt + λ描述。
图 2 超声波提取和常规提取效果比较
Fig． 2 Effects of ultrasound extraction and normal extraction
methods on the mogroside concentration
图 3 超声波提取的 lnC与 lnt关系
Fig． 3 Relationship between lnC and lnt of ultrasound extraction
图 4 超声波提取 ln
C∞
C∞ －C
与 t关系
Fig． 4 Relationship between ln
C∞
C∞ －C
and t of ultrasound ex-
traction
2． 4 常规提取的动力学模型 将按“1． 2． 3”中常规提取的
罗汉果甜苷浓度与时间的关系用文献［10］推导的动力学进
行拟合( 图 5) ，发现 333 K 温度以下与 ln
C∞
C∞ － C
与 lnt 的线
性相关性都大于 0． 999 9，而温度为 353 K时线性关系很差，
说明温度、提取时间对罗汉果甜苷成分有影响，高温、提取时
间过长时已经不受动力学控制。该试验条件下温度低于 353
K时的常规提取罗汉果甜苷符合文献［10］的动力学模型。
2． 5 不同超声波频率的动力学验证 30 ℃下，选取不同的
超声波频率对罗汉果甜苷进行超声提取，作 lnC － lnt 图( 图
6) 。结果表明，当超声波频率≤30 KHz时，提取过程与文献
［2］报道的动力学方程吻合很好; 当频率超过 35 KHz后，其
线性相关性下降，说明超声波频率对提取过程有较大影响。
8275 安徽农业科学 2011 年
超声强化提取的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应
与超声场的频率、功率及体系的温度有关，频率越高、温度越
高，这4种效应作用越强。在高频率长时间的超声波作用
图 5 常规提取法的 ln
C∞
C∞ －C
与 t关系
Fig． 5 Relationship between ln
C∞
C∞ －C
and lnt of normal extrac-
tion
图 6 不同超声波频率下 lnC与 lnt关系
Fig． 6 Relationship between lnC and lnt under different ultra-
sonic frequencies
下，中药成分的稳定性受到影响，这与高温下中药成分的稳
定性下降的结论一致，考虑到提取效果，超声波提取罗汉果
甜苷应该在频率为 20 ～30 KHz进行。
3 结论
( 1)该试验条件下，超声波提取罗汉果甜苷的动力学提取
试验结果与所建立的动力学方程能较好地吻合，建立的罗汉果
提取过程的动力学模型是可靠的，方程为: lnC = γlnt +λ。
( 2) 该试验条件下的常规提取罗汉果甜苷的动力学提取
试验结果与所建立的动力学方程能较好地吻合，动力学方程
为: ln
C∞
C∞ － C
= Kt + ln
C∞
C∞ － C0
。
( 3) 与常规提取相比，超声辅助提取技术具有时间短、提
取效率高等优点，但在中药有效成分提取时，要考虑到有效
成分的稳定性，避免在高频、高温和长时间条件下操作。
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
504 －506．
(上接第 5726 页)
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