蓝莓色素的超声提取工艺及稳定性
杨雪飞，潘利华，罗建平*
(合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽 合肥 230009)
摘 要：在单因素试验基础上，采用中心组合设计方法优化蓝莓色素的超声提取工艺，并分析色素的稳定性。结果表明：蓝莓色素超声提取工艺的最佳条件为乙醇体积分数45%、料液比(g/mL)1:13、超声温度55℃、pH4.5、超声功率450W 、超声时间50min 。在此条件下，蓝莓色素提取率为274.36U/g 。蓝莓色素耐热，在K +、Na +、Mg 2+等金属离子以及山梨酸钾等食品添加剂条件下稳定性较高，而在Zn 2+、Fe 2+、Fe 3+、Ca 2+及碱性环境条件下不稳定。
关键词：蓝莓；超声提取；天然色素；稳定性；中心组合设计
Ultrasonic-aided Extraction and Stability Assessment of Blueberry Pigments
YANG Xue-fei ，PAN Li-hua ，LUO Jian-ping*
(School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
Abstract ：The ultrasonic-aided extraction of blueberry pigments was optimized by single-factor and central composite design methods. Besides, the stability of blueberry pigments under different environmental conditions was also measured. The optimal conditions for the extraction of blueberry pigments were found to be: extraction solvent, 45% alcohol; ultrasonic power, 450 W;material/liquid ratio, 1:13, extraction temperature, 55 ℃, extraction duration, 50 min; and pH 4.5. The extraction rate of blueberry pigments was 3.26% under these optimal conditions. Blueberry pigments were thermostable. The stability of blueberry pigments was good in the respective presence of K +, Na + and Mg 2+ and potassium sorbate, while Zn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Ca 2+ and alkaline condition could damage their stability.
Key words ：blueberry ；ultrasonic-aided extraction ；natural pigment ；stability ；central composite design
中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)20-0251-05
收稿日期：2010-06-30
基金项目：合肥工业大学博士专项(2010HGBZ0296)
作者简介：杨雪飞(1973—)，女，工程师，硕士，研究方向为食品生物化学。E-mail ：yangxuefei2000@https://www.doczj.com/doc/3c16261772.html, *通信作者：罗建平(1966—)，男，教授，博士，研究方向为中草药与功能食品化学。E-mail ：jianpingluo@https://www.doczj.com/doc/3c16261772.html,
蓝莓为杜鹃花科(Ericaceae)越桔属(Vaccinium spp.)多年生落叶或常绿灌木果树，其果实为浆果，近圆形，呈蓝色，是少有的蓝色食物之一。蓝莓果果肉细腻，甜酸可口，不仅含有VA 等营养物质，而且富含天然蓝色素[1-2]。研究表明，蓝莓蓝色素的主要成分为花青素(anthocyanins)[3]，是一种强有力的抗氧化剂，具有保护人体免受自由基损伤，增强免疫力等功效，对眼科疾病和心脑血管疾病也有较好的疗效[4-6]，因此可作为一种天然色素资源应用于食品、制药和化妆品等行业。
提取花青素的常规方法为乙醇浸提。但乙醇浸提法存在耗时长、效率低的缺陷，并且长时间的浸提易导致花青素降解而降低其抗氧化活性[7]。超声提取法通过超声波空化等效应加速物质的溶出，具有提取周期短、效率高的优势，受到广泛关注[8-9]。中心组合设计
(central composite design ，CCD)是一种基于统计技术的优化方法，具有实验次数少、精度高、预测性好等优点，已成功应用于化工、生物等许多领域[10]。本研究在单因素试验的基础上，筛选出影响蓝莓色素提取率的关键提取工艺，再通过中心组合设计试验优化超声提取工艺参数，最后分析测定超声提取产物蓝莓色素的稳定性。1材料与方法
1.1
材料与试剂
蓝莓冻果 安徽徽王食品有限公司；D101大孔树脂 天津波鸿树脂科技有限公司。1.2
仪器与设备
UV-1600分光光度计 北京瑞利分析仪器公司；旋
转蒸发器 上海申胜生物技术有限公司；SY-1000E 多用途恒温超声提取器 北京弘祥隆生物技术开发有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循环水真空泵 巩义市英峪予华仪器厂。1.3
蓝莓色素提取工艺流程
蓝莓冷冻鲜果→清洗→捣碎→超声提取→抽滤→离心(4000r/min ，15min)→清液→蒸发浓缩→过D101大孔树脂→乙醇洗脱→洗脱液→旋转蒸发除去乙醇→冷冻干燥→蓝莓色素1.4蓝莓色素超声提取条件的优化
1.4.1
单因素试验条件
称取清洗干净的蓝莓冷冻鲜果40.0g 用植物组织捣碎机捣碎，转入超声波提取器中，按一定比例加入不同体积分数的乙醇提取剂，在设定超声温度和超声功率条件下超声提取一定时间后，取出抽滤，取滤液离心，收集上清液，测定上清液中蓝莓色素的含量。研究不同乙醇体积分数、料液比、超声温度、p H 值、超声功率、超声时间对蓝莓色素提取率的影响。1.4.2
中心组合试验条件
根据单因素试验结果选取适当条件范围进行中心组合设计(表1)优化蓝莓色素超声提取工艺参数。
1.5.2
温度对蓝莓色素稳定性的影响
用双蒸水配制0.03mg/mL 蓝莓色素溶液，分别取50m L 置于不同的锥形瓶中，将锥形瓶分别置于4、25、85℃的避光环境中保存，定时取样测定520nm 处的吸光度。1.5.3
食品添加剂对蓝莓色素稳定性的影响
用双蒸水配制0.03mg/mL 蓝莓色素溶液，分别取50mL 置于不同的锥形瓶中，再向锥形瓶分别加入质量分数1%葡萄糖、1%蔗糖、0.1%山梨酸钾、0.1%苯甲酸钠和0.1%抗坏血酸，放置室内暗处25℃保存，定时取样测定520nm 处的吸光度。1.5.4
金属离子对蓝莓色素稳定性的影响
用双蒸水配制0.03mg/mL 蓝莓色素溶液，分别取
50mL 置于不同的锥形瓶中，再向锥形瓶分别加入终浓度为0.1mol/L 的KCl 、MgCl 2、ZnCl 2、NaCl 、FeCl 2、FeCl 3、CaCl 2，放置室内暗处25℃保存，定时取样测定520nm 处的吸光度。1.6
蓝莓色素的色价测定
参考文献[11]的方法，取经超声提取离心获得的部分上清液放入1cm 比色皿中，使其吸光度在0.2～0.7范围内，并测定其最大吸收波长520nm 下的吸光度。以色价的大小表征蓝莓色素提取率的高低。
色价/(U/g)= A 520nm ×稀释倍数×10/m 式中：m 为蓝莓干质量。2结果与分析
2.1蓝莓色素超声提取的单因素分析2.1.1
乙醇体积分数对蓝莓色素提取率的影响
水平A 料液比B 超声温度/℃C pH D 超声功率/W E 超声时间/min +2.381:1762 5.252064+11:1355 4.54505001:1050 4.040040－11:745 3.535030－2.381:338 2.828016Δ
3
5
0.5
50
10
表1 中心组合试验因素水平编码表
Table 1 Factors and levels in the central composite design 1.5
蓝莓色素的稳定性研究
用于稳定性研究的蓝莓色素均来自于优化后的超声
提取条件下的提取物，经D101大孔树脂用乙醇洗脱后冻干获得的产物。1.5.1
pH 值对蓝莓色素稳定性的影响
蓝莓色素溶液的pH 值对其色泽有较大影响。随着溶液pH 值的增高(碱性增强)，色素水溶液由蓝紫色(酸性环境)转变为紫红色(中性环境)后褪色为浅黄色(碱性环境)，最大吸收波长亦发生变化，蓝紫色、紫红色、浅黄色蓝莓色素溶液最大吸收峰分别为520、490nm 和380nm 。本研究考察蓝紫色蓝莓色素溶液的性质，所以均以520nm 处的吸光度表征。
用双蒸水配制0.03mg/mL 蓝莓色素溶液，分别取50mL 置于不同的锥形瓶中，用HCl 溶液或NaOH 溶液调节其pH 值分别为pH3.0、5.0、7.0、9.0，放置室内暗处25℃保存，定时取样测定520nm 处的吸光度。
由图1可知，在料液比1:10、超声温度50℃、pH 自然、超声功率400W 、超声时间60mi n 条件下，乙醇体积分数为25%～65%时，蓝色色素提取率没有显著差别(P ＞0.05)；乙醇体积分数为45%时提取率达最大值183.95U/g ；乙醇体积分数大于45%时，提取率随乙醇体积分数的增加略有下降。由于蓝色色素是一类极性
图1 乙醇体积分数对提取率的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of blueberry
pigments
20016012080400
色价/(U /g )
乙醇体积分数/%
25
35
45
55
65
75
较大的花青素物质，易溶于水、乙醇、稀酸等极性溶剂中[12]，在45%乙醇溶液中，醇溶性和水溶性的花青素类物质都能最大程度的溶出，而当乙醇体积分数超过45%时，水溶性花青素溶出量减少，因此蓝色色素得率减少。故选择乙醇体积分数为45%。2.1.2
料液比对蓝莓色素提取率的影响
由图2可以看出，在超声温度50℃，pH 自然、超声功率400W 、超声时间60min 条件下，当液料比在5～15mL/g 时，提取率随液料比的增大而增长较快，当液料比大于15mL/g 时，提取率有所下降，可能是因为单位体积提取剂中对蓝莓色素的溶解量基本饱和，蓝莓色素向提取剂的扩散达到了平衡所致。2.1.3
超声温度对蓝莓色素提取率的影响
从图3可以看出，在料液比1:10、pH 自然、超声功率400W 、超声时间60min 条件下，当提取温度低于50℃时，随温度升高蓝莓色素提取率呈上升趋势，在50℃时，提取率达到最大值；随着温度的继续升高，蓝莓色素提取率开始下降。这可能是由于在升温和机械波作用下，蓝莓色素结构遭到破坏，造成了提取率下降。因此，最佳提取温度应在50℃附近，选取50℃为自变量超声温度的零水平。2.1.4
提取剂pH 值对蓝莓色素提取率的影响
图4结果表明，在料液比1:10、超声温度50℃、超声功率400W 、超声时间60min 条件下，pH 值对蓝莓色素提取率有显著影响(P ＜0.05)，提取率随pH 值的升高而降低。这与蓝莓色素结构有关，其结构中含有酚羟基，呈酸性；而因其结构中吡喃杂环上的氧原子的亲电子性，使其具有碱性；两性特征使其色调及稳定性受pH 值变化的影响较大[13]。
2.1.5超声功率对蓝莓色素提取率的影响
由图5可知，在料液比1:10、超声温度50℃、pH 自然、超声时间60 min 条件下，当超声功率小于500W 时，蓝莓色素提取率随超声功率的升高而升高，当超声功率大于500W 时，提取率随超声功率的升高而增加不明显，当超声功率高于700W 时，蓝莓色素提取率有所下降。超声波作用的效果取决于单位面积输出的超声功率和提取物的结构和性质，不同的提取物有着不同的适宜提取的超声功率范围，超过此范围，超声作用可能会使目标产物发生降解而影响其得率[14]。2.1.6
超声时间对蓝莓色素提取率的影响
图6结果显示，在料液比1:10、超声温度50℃、pH 自然、超声功率400W 条件下，随着超声时间的延长，蓝莓色素提取率呈先快速增加后缓慢上升的趋势。根据Fi c k 扩散定律，在一定条件下，超声时间越长，
图2 料液比对提取率的影响
Fig.2 Effect of material/liquid ratio on extraction rate of blueberry
pigments
200160120
80400
色价/(U /g )
料液比
1:5
1:101:15
1:20
图3 超声温度对提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate of blueberry
pigments
20016012080400
色价/(U /g )
温度/℃
30
40
5060
70
图4 pH 值对提取率的影响
Fig.4 Effect of pH on extraction rate of blueberry pigments
24020016012080400
色价/(U /g )
pH
3
4
56
7
图5 超声功率对提取率的影响
Fig.5 Effect of ultrasonic power on extraction rate of blueberry
pigments
250200150100500
色价/(U /g )
功率/W
200
300
400
500
600
700
扩散的物质越多，提取率越高，即提取率与提取时间成正比；但时间过长，扩散系数降低，提取率不再与时间成正比，而且会延长操作周期、增加能耗。
方差来源平方和自由度均方F 值P 值显著性模型 1.220×105
524405.6334.68＜0.0001**
残差27443.050391078.20失拟误差26074.66037703.67 1.03
0.6118
纯误差1368.392704.72总和
1.495×10
544
684.19
表3 回归模型方差分析
Table 3 Variance analysis for the fitted regression model 注：**.差异极显著，P ＜0.01。
知，模型的F =34.68，P ＜0.0001＜0.01，说明所选用的二次多项模型具有高度的显著性，失拟项F =1.03，在P ＜0.05水平上不显著(P =0.6118＞0.05)，其校正决定系数R 2Adj 为0.9729，表明此模型拟合度好，试验误差小，说明可以用此模型来分析和预测蓝莓色素的超声提取工艺结果。
根据回归方程得A 、B 、C 、D 、E 优水平均为+1水平，即最佳工艺条件为料液比1:13、超声温度55℃、pH4.5、超声功率450W 、超声时间50min 。对优化提取条件进行验证，得实际蓝莓色素提取率为274.36U/g ，与预测值相对误差为2.57%。
2.3
蓝莓色素的稳定性分析
表4显示，蓝莓色素溶液为p H9.0时，贮藏期间
吸光度逐渐减少；pH5.0和pH7.0条件下，蓝莓色素溶
图6 超声时间对提取率的影响
Fig.6 Effect of extraction duration on extraction rate of blueberry
pigments
250200150100500
色价/(U /g )
时间/min
20
30
40
5060
90
120
2.2中心组合设计试验优化蓝莓色素的超声提取工艺
利用Design-Expert 7.1软件，采用响应面法对表2中蓝莓色素提取率试验数据进行分析，得到提取率对料液比(A )、超声温度(B )、pH 值(C )、超声功率(D )、超声时间(E )的二次多项回归模型为：
Y =150.43－10.65A +10.52B +3.06C +2.32D －5.86E +9.66AB －20.61AC －3.33AD －4.51AE －18.14BC +4.66BD +9.95BE －17.10CD +7.13CE +22.27DE +7.03A 2+7.57B 2+21.64C 2－0.86D 2+16.73E 2
对该模型进行显著性检验，结果见表3。由表3可
试验号A B C D E 色价/(U/g)试验号A B C D E 色价/(U/g)11:755 4.545050182.65241:1062 4.040040257.1221:1345 3.545030219.55251:1345 4.545030128.5631:755 4.545030171.00261:745 3.535030246.1941:1355 4.535030170.52271:1355 3.545030240.7851:755 3.545050196.65281:745 4.535050165.7661:1355 3.545050194.57291:1345 4.535050202.3571:1050 4.040016170.46301:745 3.545030180.2281:1050 4.040040174.48311:1355 3.535030257.5791:1345 3.545050211.14321:1345 4.535030207.77101:1050 4.040040156.69331:1355 4.535050133.93111:1355 3.535050130.63341:1050 4.040016253.38121:1050 2.828040195.72351:1038 4.040040137.09131:1355 4.545050273.75361:1050 4.040040125.15141:1050 5.252040128.35371:1050 5.240040257.57151:755 3.545030229.25381:755 4.545030207.77161:745 4.545050266.48391:745 3.535050133.93171:755 3.535030132.83401:755 3.535050253.38181:1355 4.545030120.86411:1345 4.545050137.09191:745 4.545030249.42421:1345 3.535050125.15201:755 3.535050178.07431:745 4.535030291.64211:745 3.545050187.39441:350 4.040040226.48221:1050 4.040064244.4345
1:17
50
4.0
400
40
161.62
23
1:13
45
3.5
350
30
181.37
表2 中心组合试验设计与结果
Table 2 Central composite design arrangement and experimental results
因素
A 520nm
1d 4d 7d 3.0
0.24650.30100.3735pH
5.00.26050.26500.26017.00.26400.25550.26559.00.27600.26550.26104
0.27650.26550.2745温度/℃
250.24650.30100.3735850.27600.26550.26101%葡萄糖0.27350.29350.28751%蔗糖
0.26250.31500.3830添加剂
0.1%苯甲酸钠0.21850.23200.26100.1%山梨酸钾0.25350.25450.25250.1%抗坏血酸
0.56500.49500.4965K +
0.25100.24250.2465金属离子
Na
+
0.26250.24900.2500Mg 2+
0.2525
0.2450
0.2630
表4 p H 值、温度、食品添加剂和金属离子对蓝莓色素吸光度的
影响
Table 4 Effects of pH, temperature, additives and metal ions on the
stability of blueberry pigments
液的吸光度变化不大；而在pH3.0溶液下，蓝莓色素溶液的吸光度稍有增加。同时观察发现，pH3.0和pH5.0的色素溶液呈蓝紫色，pH7.0的色素溶液呈紫红色，pH9.0的色素溶液呈浅黄色。由此可见，蓝莓蓝紫色色素不适于在碱性环境中保存和着色。
将蓝莓色素溶液分别贮藏于4、85℃时，其吸光度变化差异不显著(P ＞0.05)，说明蓝莓色素在低温和高温条件下稳定性较高；但贮藏于25℃时，其吸光度随着贮藏时间的延长而增大，这可能与该温度有利于花青素的聚合有关[12]。
从表4可以看出，蓝莓色素于25℃贮藏时，葡萄糖、防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾对其色泽没有显著影响；加入抗坏血酸后，吸光度增大，对该色素起稳定作用；而与甜味剂蔗糖共存时，随着放置时间的延长,色素溶液的吸光度亦增大。说明蓝莓色素对被试食品添加剂有较好的稳定性。
实验过程中发现，蓝莓色素溶液中加入ZnCl 2后变为淡灰绿色，加入FeCl 2后变为深灰绿色，加入FeCl 3后变为深黄褐色，加入CaCl 2后变为黄褐色，且均出现沉淀，可能是因为这些金属离子与蓝莓色素发生了络合反应所致。K +、Na +和Mg 2+对蓝莓色素溶液吸光度没有显著影响(表4)。
3
结 论
蓝莓色素超声提取工艺的最佳条件为乙醇体积分数45%、料液比1:13、超声温度55℃、pH4.5、超声功率450W 、超声时间50min 。此条件下蓝莓色素提取率为274.36U/g 。与预测值的相对误差为2.57%。
蓝莓色素颜色变化和稳定性受热、K +、Na +、Mg 2+
及山梨酸钾等食品添加剂的影响较小，而在Z n 2+、Fe 2+、Fe 3+、Ca 2+及碱性环境条件下不稳定。
参考文献：
[1]李明瑾, 林松毅, 王二雷, 等. 笃斯越桔花青素的分离纯化研究[J].食品科学, 2007, 28(11): 139-141.
[2]KALT W, DUFOUR D. Health functionality of blueberries[J]. Horticul-ture Technology, 1997, 7(3): 216-221.
[3]
FARIA A, PESTANA D, MONTEIRO R, et al. Influence of anthocya-nins and derivative pigments from blueberry (Vaccinium myrtillus ) ex-tracts on MPP + intestinal uptake: A structure-activity approach[J]. Food Chemistry, 2008, 109(3): 587-594.
[4]
FARIA A, OLIVEIRA J, NEVES P, et al. Antioxidant properties of prepared blueberry (Vaccinium myrtillus ) extracts[J]. Journal of Agricul-ture and Food Chemistry, 2005, 53(17): 6896-6902.
[5]
KALT W, BLUMBERG J B, McDONALD J E, et al. Identification of anthocyanins in the liver, eye, and brain of blueberry-fed pigs[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2008, 56(3): 705-712.
[6]
NORTON C, KALEA A Z, HARRIS P D. Wild blueberry-rich diets affect the contractile machinery of the vascular smooth muscle in the Sprague -Dawley rat[J]. Journal of Medical Food, 2005, 8(1): 8-13.[7]
LAPORNIK B, PROSEK M, WONDRA A G. Comparison of extracts prepared from plant by-products using different solvents and extraction time[J]. Journal of Food Engineering, 2005, 71(2): 214-222.
[8]
CHEN Fang, SUN Yangzhao, ZHAO Guanghua. Optimization of ultra-sound-assisted extraction of anthocyanins in red raspberries and identifi-cation of anthocyanins in extract using high-performance liquid chroma-tography-mass spectrometry[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2007, 14(6): 767-778.
[9]姜峰, 赵燕禹, 姜梅兰, 等. 功率超声在中药提取过程中的应用[J].化工进展, 2007, 26(7): 944-948.
[10]KWON C M. Application of central composite design to simulation experiment[J]. Lecture Notes in Computer Science, 2005, 3398: 40-49.[11]赵彦杰. 树脂法提取高灌蓝莓果色素的研究[J]. 食品科学, 2008, 29(8): 306-309.
[12]刘翠, 陈素华, 陈少云, 等. 中国野生笃斯越橘花青素的初步分离和分析[J]. 中国生物化学与分子生物学报, 2009, 25(1): 57-64.
[13]
CORRALES M, TOEPFL S, BUTZ P, et al. Extraction of anthocya-nins from grape by-products assisted by ultrasonics, high hydrostatic pressure or pulsed electric fields: A comparison[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2008, 9(1): 85-91.
[14]MARTINEZ K, BARCELO D. Determination of antifouling pesticides and their degradation products in marine sediments by means of ultra-sonic extraction and HPLC-APCI-MS[J]. Fresenius Journal of Analyti-cal Chemistry, 2001, 370(7): 940-945.
超声分离提取技术 摘要：超声提取技术是一种具有极强物理和声化学效应的分离方法，在生物医药，食品，精细化工等方面有着广泛应用。本文主要介绍了超声提取分离技术的原理、特点以及应用前景等。 关键词：超声波；分离提取；应用 The Technology of Ultrasonic Separation and Extraction Abstraction:The technology of ultrasonic extraction is a way of separation with great physical and acoustochemistry effect.It is widely applied among biological medicine,food science,fine chemical industry and other aspects.This article mainly introduce the theory,characteristic and application prospect of the ultrasonic separation and extraction. Keywords:ultrasonic;separation and extraction;application 1.前言 超声波是一种振动频率大于20000Hz的弹性波，在物质介质中的相互作用效应可分为热效应、空化效应和机械传质效应。超声波振动能产生强大的能量，给予媒质点以很大的速度和加速度，使浸提剂和提取物不断震荡，形成空化效应，有助于溶质扩散，加速植物中的有效成分进入溶剂，同时作用于植物叶肉组织可高效粉碎细胞壁，从而释放出其内容物，提高有效成分的提取率[1-2]。 超声波热效应是通过介质的微粒间和分界面上的摩擦以及介质的吸收等使超声能量转化为热能，提高介质和生物体的温度，从而有利于有效成分的溶出；超声波的机械振动发生的位移、速度变化不大，但其加速度却相当大，能显著增大溶剂进入提取物细胞的渗透性，从而强化了萃取过程。超声波的空化效应通过形成强声波作用产生液胞的振荡、伸长、收缩乃至崩溃等，往往使生物组织受到严重的损伤和破裂，从而加速有效成分的溶出和浸提[3-4]。 超声波提取法是利用超声波的空化效应、机械传质效应和热效应，以提高细胞内容物的穿透力和传输能力，增大物质分子运动频率和速度，提高有效成分的浸出率。与传统提取分离方法相比，如熬煮法、压滤法、化学法、溶剂浸提法、生物酶法等，超声提取法具有提取效率高、提取时间短、有效成分活性高等优点[5]。 传统的机械破碎法难以将细胞有效破碎，提取效率低。而化学破碎方法易造成提取物结构的改变和活性降低或失活。超声提取技术是一种具有极强物理和声化学效应的分离方法，其在溶液中形成的冲击波和微射流可以形成空化效应，达到破碎细胞和最大限度地保存和提高反应分子反应活性。将超声提取技术应用于提取茶叶的有效成分，操作简便快捷、无需加
叶绿体中色素的提取和分离 一、实验目标 1、知识方面 （1）探究叶绿体中含有几种种色素：理解它们的特点及与光合作用的关系 （2）了解纸层析法的原理。 2、能力方面 掌握提取和分离叶绿体中色素的方法。 3、情感态度与价值观方面 认识生物科学的价值，乐于学习生物科学，养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度 二、实验原理 1、色素提取的原理：叶绿体中的色素能溶于有机溶剂中，故可用丙酮和无水乙醇提取色素。 2、色素分离的原理：叶绿体中的各种色素在层析液中的溶解度不同。溶解度大的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度小的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。三、实验准备 实验材料：新鲜的绿叶（如新鲜菠菜叶片）。 实验仪器及用具：定性滤纸，研钵，玻璃滤斗，脱脂棉，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒（10mL），天平，试管，试管架，滴管，培养皿，三角瓶，烧杯 试验试剂：无水乙醇（或丙酮），层析液（CCl4），石英砂（SiO2）和碳酸钙（CaCO3） 四、实验步骤 1、叶绿体色素的提取 （1）取菠菜新鲜叶片5g，洗净，擦干，去掉中脉，剪碎，放入研钵中。 （2）向研钵中加入少许碳酸钙和二氧化硅，再加10mL无水乙醇，进行迅速、充分研磨（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏）。 （3）将研磨液迅速倒入漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）中进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 2、制备滤纸条 用预先干燥处理过的定性滤纸，将滤纸剪成长10 cm、宽1cm的滤纸条，在滤纸条的一端剪去两角（防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快），并在距离这一端1cm处用铅笔画一条细的横线。 3、画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线。待滤液干后，再画二三次。 4、分离叶绿体中的色素
超声波提取原理、特点与应用介绍 超声波指频率高于20KHz，人的听觉阈以外的声波。 超声波提取在中药制剂质量检测中（药检系统）已广泛应用。《中华人民共和国药典》中，应用超声波处理的有232个品种，且呈日渐增多的趋势。 近年来，超声波技术在中药制剂提取工艺中的应用越来越受到关注。超声波技术用于天然产物有效成分的提取是一种非常有效的方法和手段。作为中药制剂取工艺的一种新技术，超声波提取具有广阔的前景。 超声波提取是利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效成分。 1、提取原理 （1）机械效应超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传播，这就是超声波的机械效应。超声波在传播过程中产生一种辐射压强，沿声波方向传播，对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形，植物蛋白质变性；同时，它还可以给予介质和悬浮体以不同的加速度，且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子的运动速度。从而在两者间产生摩擦，这种摩擦力可使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂之中。 （2）空化效应通常情况下，介质内部或多或少地溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然闭合，这就是超声波的空化效应。这种气泡在闭合时会在其周围产生几千个大气压的压力，形成微激波，它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。 （3）热效应和其它物理波一样，超声波在介质中的传播过程也是一个能量的传播和扩散过程，即超声波在介质的传播过程中，其声能不断被介质的质点吸收，介质将所吸收的能量全部或大部分转变成热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，增大了药物有效成分的溶解速度。由于这种吸收声能引起的药物组织内部温度的升高是瞬间的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不变。 此外，超声波还可以产生许多次级效应，如乳化、扩散、击碎、化学效应等，这些作用也促进了植物体中有效成分的溶解，促使药物有效成分进入介质，并于介质充分混合，加快了提取过程的进行，并提高了药物有效成分的提取率。 2、超声波提取的特点 （1）超声波提取时不需加热，避免了中药常规煎煮法、回流法长时间加热对有效成分的不良影响，适用于对热敏物质的提取；同时，由于其不需加热，因而也节省了能源。 （2）超声波提取提高了药物有效成分的提取率，节省了原料药材，有利于中药资源的充分利用，提高了经济效益。 （3）溶剂用量少，节约了溶剂。 （4）超声波提取是一个物理过程，在整个浸提过程中无化学反应发生，不影响大多数药物有效成分的生理活性。 （5）提取物有效成分含量高，有利于进一步精制。 3、超声波技术在天然产物提取方面的应用 与水煎煮法对比，采用超声波法对黄芩的提取结果表明，超声波法提取与常规煎煮法相比，提取时间明显缩短，黄芩苷的提取率升高；超声波提取10、20、40、60min均比煎煮法提取3h的提取率高。 应用超声波法对槐米中主要有效成分芦丁的提取结果表明，超声波处理槐米30min所
超声波在天然成分提取分离的应用原理初探 摘要超声因其具有多种物理和声化学效应，其在食品工业中有广泛的应用，包括超声提取、超声灭菌、超声干燥、超声乳化、超声过滤、超声清洗等。本文主要就超声波提取分离的原理、优点作一综述，并对其以后在提取分离中的发展进行展望。 关键词超声波提取分离原理 1 超声波概述 1.1超声波的概念 超声波指的是频率在2×104—2×109Hz的声波，是高于正常人类听觉范围的弹性机械振动。超声波与电磁波相似，可以被聚焦，反射和折射，其不同之处在于前者传播时需要弹性介质，而光波和其他类型的电磁辐射则可以自由地通过真空。众所周知，超声波在介质中主要产生二种形式的机械振荡，即横向振荡（横波）和纵向振荡（纵波），而超声波在液体介质中只能以纵波的方式进行传播。由于超声波频率高，波长短，因而在传播过程中具有定向性好、能量大、穿透力强等许多特性[1]。超声波与媒质的相互作用可分为热机制、机械（力学）机制和空化机制3种。[2]超声波在媒质中传播时，其振动能量不断被媒吸收转变为热量而使媒质温度升高，此效应称之为超声的热机制；超声波的机械机制主要是辐射压强和强声压强引起的；在液体中，当声波的功率相当大，液体受到的负压力足够强时，媒质分子间的平均距离就会增大并超过极限距离，从而将液体拉断形成空穴，在空化泡或空化的空腔激烈收缩与崩溃的瞬间，泡内可以产生局部的高压，以及数千度的高温，从而形成超声空化现象。空化现象包括气泡的形成、成长和崩溃过程。可见，空化机制是超声化学的主动力，使粒子运动速度大大加快，破坏粒子的力的形成，从而使许多物理化学和化学过程急剧加速，对乳化、分散、萃取以及其它各种工艺过程有很大作用。 对于超声波的研究及其在各个行业中的应用，研究较多，可是对于其应用的机理研究的却很少，能过查阅华南农业大学图书馆，SCI数据库，我们发现，对于超声波的研究有4680篇，可是对于其机理的研究却只有206，所占比例不到5%。如下图1。且大多数只停留在试验室阶段。
绿叶中色素的提取和分离 1.提取绿叶中的色素 ①原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 ②步骤 取材：称取5 g 新鲜绿叶 ↓ 研磨：剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL 无水乙醇， 迅速、充分研磨 ↓ 过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 ↓ 收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞严 2.分离绿叶中的色素 ①原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 ②步骤 制备滤纸条????? 剪滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与直径的 滤纸条，并在一端剪去两角 ↓ 铅笔画线：在距滤纸条去角的一端1 cm 处用铅笔画一条细的横线 ↓ 画滤液细线????? 取滤液：用毛细吸管吸取少量滤液 ↓画线：沿铅笔线均匀地画出一条细线 ↓重复画线：待滤液干后，重复画细线1～2次 ↓ 分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下) 轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口 ↓ 观察并记录结果：滤纸条上出现4条色素带
3.实验中的材料试剂及操作目的 考点一：实验的基本原理和过程分析 例一、甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是()
A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多 C．丙可能是正确操作得到的理想结果 D．丁可能是研磨时未加入CaCO3 考点二：实验异常现象分析 例一．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为() A．①②③④B．②④①③ C．④②③①D．③②①④ 易错点一收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 ②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 易错点二滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
绿叶中色素的提取与分离实验 一、实验原理 1、提取的原理：利用色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水的性质。 2、分离的原理：利用各种色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液在滤纸上扩散的速度不同。（纸层析法） 二、目的要求 1、进行绿叶中色素的提取和分离； 2、探究绿叶中含有几种色素 三、材料用具 1、材料：新鲜的绿叶（如菠菜、韭菜的绿叶）。 2、用具：剪刀、药匙、研钵、量筒、漏斗、试管、棉塞、尼龙纱布、盖玻片、试管架、干燥的定性滤纸、铅笔、直尺、烧杯、穿针的细线、滴管。 3、试剂：无水乙醇、层析液、二氧化硅（石英沙）和碳酸钙。 四、方法步骤 1、提取绿叶中的色素 （1）取深绿色的植物叶片，洗净，抹干水分，并称取5g，剪成小块置于研钵中。（2）在研钵中加入少许二氧化硅（SiO2）、碳酸钙（CaCO3），再加入6ml无水乙醇。（3）迅速、充分地研磨成糊状。 （4）在漏斗基部放一小块单层尼龙纱布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 剪碎绿叶加二氧化硅、碳酸钙，（迅速）研磨成糊状 再加入10ml无水乙醇 过滤收集滤液，棉塞封口 2、制备滤纸条（如下图） 3、画滤液细线（如下图） 滤纸条：长6cm，宽1cm，用盖玻片一端蘸取滤液，沿铅笔线画线， 距一端1cm处用铅笔和直尺等滤液细线风干后，再画下一道细线，重复 画一条细的横线。2—3次。画线要求：细、直、齐。
4、分离色素 将3ml 层析液倒入小烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用培养皿盖盖住小烧杯。注意：不能让滤液细线接触到层析液。 5、观察与记录 观察烧杯中滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的 颜色和宽度。 将观察结果记录下来，并将层析结果的分离结果贴在上面。 “培养皿法” 五、讨论 1、滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？ 2、滤纸条上的绿叶细线为什么不能触及层析液？ 3、将有色素带的滤纸条夹在书里，几天后会出现什么现象？这说明了什么？ 4、到了秋天叶色变黄、变红的原因是什么？ 注：无水乙醇-------------------溶解、提取色素 二氧化硅（SiO 2）--------研磨充分 碳酸钙（CaCO 3）--------防止色素破坏 层析液----------------------分离色素 胡萝卜素叶绿素b 叶绿素a 叶黄素 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色
一、暗紫贝母内生真菌红色素的提取及稳定性研究张辉东，曾雪丽，陈鹊，吴卫 （四川农业大学农学院，四川雅安625014） 1．2方法 1．2．1红色素的生产和提取工艺菌种→扩培→ 发酵→收集菌体→超声波提取→减压浓缩→红色 素粗品。 1．2．2菌体培养从保存试管培养基斜面上挑取 单菌落接种于PDA培养基中，28℃，恒温培养3 d， 将菌丝转接于装有液体培养基的三角瓶中（150 mL／250 mL），总计20瓶，放于26℃、110 r／min恒温 摇床培养7 d，抽滤，弃上清液，得红色菌体。 1．2．3不同溶剂下红色素的提取方法称湿菌体6 份，每份2．0 g，分别加入去离子水、甲醇、乙醇、甲醇 和丙酮的混合液（1∶1，V∶V，下同）、丙酮、乙酸乙酯 40 mL，在超声功率400 W、超声10 S间歇20 S条件 下超声破碎30 min，过滤除去菌体，即为红色素在 不同溶剂中的提取液。 红色素的吸收光谱 称取湿菌体2．0 g，20 mL丙酮作溶剂，超声波法 提取红色素，抽滤得红色素溶液，在25℃下用日本 岛津UV2450型紫外分光光度计于190 nm到500 nm范围内扫描测定，测定结果见图1。由图可知，红 色素在210 nm处有一个最大吸收峰，该峰为红色素 的特征吸收峰。 2．2不同溶剂对红色素提取量的影响 根据1.2.3所述方法获得的不同溶剂的红色素 提取液，分别在210 nm处用紫外分光光度计测定吸 光度（OD）值。红色素在210 nm处的OD值与红色 素含量呈正比，OD值越大，单位体积中红色素的含 量越高，即溶解度越大，提取量越高。结果见表1。从 表1可见，红色素在不同溶剂中测得的OD值不同 即溶解度不同。在室温条件下，红色素在丙酮中的
实验：叶绿体中色素的提取和分离教学设计 洛阳外国语学校 索世英
实验：叶绿体中色素的提取和分离教学设计 一、设计思想 新课标提出学生学习方式的变革，倡导自主、合作与探究的学习方式。本实验设计通过让学生预习教材→提出质疑（问题）→作出假设→设计实验→合作实验→分析结果→得出结论→表达和交流→进一步探究来学习叶绿体中色素的提取和分离，激发学生的学习需要，带给学生理智的挑战，促使学生分工合作，丰富学生的经验系统。 二、教材分析 《叶绿体重色素的提取和分离》是人教版高中生物必修一《分子与细胞》第4章第2节《光合作用》第1节课的教学内容，主要学习色素的种类和功能、叶绿体的结构和功能，掌握提取、分离色素的实验方法。本节内容是对第3章细胞结构知识的提升，又是后面学习光合作用原理和应用的基础。 普通高中生物课程标准对本部分知识的要求是能分析科学家对光合作用的认识过程，形成光合作用的基本概念；提取和分离叶绿体中的色素，简述叶绿体中色素的吸收光谱；要求教师能直到学生做好提取和分离叶绿体中色素的探究性实验，有条件的学校教师应该组织部分学生参与叶绿素吸收光谱的实验。 三、教学目标 １、知识目标： （１）说出叶绿体中色素的种类和作用； （２）说出叶绿体的结构和功能 ２、能力目标： （１）通过“叶绿体中色素的提取和分离”实验，学会提取、分离叶绿体中色素的方法；（２）通过质疑、创新设计、小组间的交流，提高学生的语言表达能力及思维的严密性。３、情感、态度和价值观目标： （１）通过对“叶绿体中色素的提取和分离”实验的操作，培养学生质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度； （２）通过和谐知识与生产实践的关系，激发学生对生物学科的兴趣热爱；借助叶绿体的结构与功能的联系分析，形成结构与功能相统一的观点； （３）借助实验的自我评价，形成生命科学的价值观，能正确认识自我，评价自我。 四、重点难点： 重点：叶绿体中色素的种类和作用 难点：对实验原理的理解；对照实验的设计和色素的提取。 五.实验原理： ①叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于丙酮等有机溶剂中，所以用丙酮、无水 乙醇等能提取色素。 ②层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，分子量 小的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。 所以用层析液来分离四种色素。 六、实验材料：幼嫩、鲜绿的菠菜叶片 七、课前预习，提出疑问 1、色素的提取 1）、石英砂、碳酸钙在实验中起什么作用？ 2）、加入丙酮（无水乙醇）的作用是什么？ 3）、为什么要迅速、充分研磨？
超声波协助提取技术 摘要超声波协助提取技术因具有较常用煎煮法、回流法、水蒸气 蒸馏法等提取方法具有设备简单、操作方便、提取时间短、提取率高、无需 加热、成本低廉等优势。基于此，本文主要从超声波提取原理、提取特点、 影响因素、超声提取设备以及应用实例对其进行具体介绍。 关键词：超声波提取；原理；提取特点；应用实例 1.概述 1.1超声波的概念 “超声波”是指频率高于20000Hz的声波，它具有频率高、方向性好、穿透力强、能量集中等特点[1]。 1.2超声波的提取原理 超声波是一种弹性机械振动波，能破坏中药材的细胞，使溶媒渗透到中药材细胞中，从而加速中药材有效成分溶解，以提高其浸出率。超声波提取主要依据其三大效应：空化效应、机械效应和热效应。 在中药提取过程中，随药材在溶剂中受到超声作用而产生空化效应的过程，使溶剂在超声瞬时产生的空化泡的崩溃，随空化泡的爆破，而形成巨大的射流冲向植物固体表面，使其溶剂很快渗透到物质内部细胞之中，借以空化泡的爆破的冲击力打破细胞壁，使细胞内化学成分在超声作用下直接和药材接触，加速了溶剂和药材中的有效成分相互渗透、溶解，快速地向溶剂中溶解。 1.3超声波提取的特点 与常规的煎煮法、浸提法、渗漉法、回流提取法等提取技术相比，具有以下特点： 1．超声提取技术能增加所提取成分的提取率，缩短提取时间 2．超声提取技术在提取过程中无需加热，适合于热敏性物质的提取 3．超声提取技术不改变所提取成分的化学结构 4．减少能耗，提高经济效益 5．超声提取技术与各种分析仪器联用 超声提取技术与GC、IR、MS、HPLC分析仪器联合用于中药、食品等质量分析中，能客观地反映物质中的有效成分的真实含量。 2.影响超声提取的因素 2.1超声波参数的影响
绿叶中色素的提取和分离实验 1．叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，主要原因是( ) A．分子量最小 B．分子量最大 C．在层析液中的溶解度最低 D．在层析液中的溶液度最高 2.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述不正确的是( ) A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低 B．类胡萝卜素含量的增加有利于该植物抵御强光照 C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同 D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次 3．下图为新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法不正确的是( ) A．叶绿体中的四种色素分布在类囊体薄膜上 B．四种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇中 C．四种色素在层析液中溶解度最大的是甲 D．发黄的菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙 4．下列关于绿叶中光合色素的提取和分离的叙述，不正确的是( ) A．用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同
B．色素在层析液中的溶解度不同，导致在色素带的位置不同 C．研磨绿叶时不加CaCO3，则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同 D．只画一次滤液细线会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄 5．下列关于“菠菜叶中色素的提取和分离”实验的相关叙述，错误的是( ) A．提取色素后，试管不加棉塞会导致滤液颜色变深 B．若发现菠菜严重缺乏Mg，则会导致叶绿素的含量降低 C．菠菜叶中含量最多的色素在层析液中的溶解度最小 D．光合色素的获得至少需要破坏3层磷脂双分子层 6．苋菜叶片细胞中除了叶绿体含有色素外，液泡中也含有溶于水但不溶于有机溶剂的花青素(呈现红色)。某探究小组用适量体积分数为95%的酒精提取苋菜叶片中的色素，然后用层析液分离。层析结束后滤纸条上出现了不同的色素带，对色素带由上到下分析有关叙述正确的是( ) A．第一条色素带对应的色素是叶黄素 B．第二条色素带对应的色素主要吸收蓝紫光 C．第三条色素带对应的色素是呈现红色的花青素 D．第四条色素带对应的色素在层析液中溶解度最大 7．列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是( ) A．可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素 B．叶绿体中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同 C．研钵中需加入二氧化硅、醋酸钙、无水乙醇和绿叶 D．滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠 8．颜色变化常作为生物实验结果观察的一项重要指标，下列叙述正确的是( ) A．烘干的口腔上皮细胞经健那绿染液染色后，线粒体呈蓝绿色 B．取新鲜的菠菜叶，加人少许SiO2和无水乙醇，研磨液呈黄绿色，原因是菠菜叶用量太少C．紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离复原过程中，细胞液颜色变浅是液泡里的色素渗透出细胞所致 D．吡罗红染色剂可将口腔上皮细胞大部分染成红色 9．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学使用相关试剂的情况如表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
超声波提取工艺的现状 摘要:超声波提取以其提取温度低、提取率高、超声时间短的独特优势被具有创新意识者应用于中药和各种动植物有效成分的提取中，是替代传统剪切工艺方法实现高效节能环保式提取的现代高新技术手段。植物茎、叶与花经超声波处理后，细胞膜已经破碎，叶粒运动加速，这回促进有效成分的溶出，因此用超声波法提取叶黄酮具有提取速度快、提取效率高、节省溶剂、节约能耗等特点，是提取植物黄酮的一种理想方法。 关键词：超声波黄酮提取 前言 红花为双子叶植物纲菊科1年生草本植物红花(Carthamus tinctorius，L)的花，又称：“草红花”、“红蓝花”等，具有活血化瘀、通脉止痛的功效，是传统的活血化瘀类中药。红花黄色素(saffbryellow，SY)是从红花中提取到的一种为红花中多种水溶性查尔酮成分的混合物。其中羟基红花黄色素A(HY—droxy safflower yellowA，HSYA)含量最高。是红花的有效部位。具有活血通络，散瘀止痛的功效，近几年药理研究结果表明它可以抑制血栓形成、抗心肌缺血，增加冠状动脉血流量，降血脂、镇痛、抗炎、抗氧化等 黄酮类化合物是一类重要的天然有机化合物，是植物长期自然选择过程中产生的一类次生代谢产物。它在植物的根、茎、叶、花、果实中广泛存在，且因为它存在于不同植物中、在同一植物的不同器官中构型也复杂多样，所以它具有较高的生物活性和理化作用。它可以止渴、解酒、抗疲劳，有的黄酮在疾病治疗上发挥了巨大的作用：它可以抗癌、抗病毒、抗肿瘤、抗糖尿病、抗抑郁、抗骨质疏松等。黄酮已成为国内外天然药物开发的研究热点。 有关黄酮类化合物的药理活性研究相对较多而对其的提取工艺的研究和优
超声波提取分离主要是依据物质中有效成分和有效成分群体的存在状态、极性、溶解性等设计的一项学科。合理利用超声波振动的方法进行提取的新工艺，使溶剂快速地进入固体物质中，将其物质所含的有机成分尽可能完全地溶于溶剂之中，得到多成分混合提取液，接下来就为大家详细的讲解一下，希望对大家有所帮助。 利用超声波技术来强化提取分离过程，可有效提高提取分离率，缩短提取时间、节约成本、甚至还可以提高产品的质量和产量。超声技术的应用和药物中化学成分的提取。即利用超声波所产生的的空化等特殊作用，将药物中所含化学成分快速高效地提取出来的一项新的提取技术。 原理 超声波提取是利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效成分。[1] 机械效应 超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传播，这就是超声波的机械效应。超声波在传播过程中产生一种辐射压强，沿声波方向传播，对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形，植物
蛋白质变性；同时，它还可以给予介质和悬浮体以不同的加速度，且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子的运动速度。从而在两者间产生摩擦，这种摩擦力可使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂之中。 空化效应 通常情况下，介质内部或多或少地溶解了一些微气泡，这些气泡在超声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然闭合，这就是超声波的空化效应。这种气泡在闭合时会在其周围产生几千个大气压的压力，形成微激波，它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。 热效应 和其它物理波一样，超声波在介质中的传播过程也是一个能量的传播和扩散过程，即超声波在介质的传播过程中，其声能不断被介质的质点吸收，介质将所吸收的能量全部或大部分转变成热能，从而导致介质本身和药材组织温度的升高，增大了药物有效成分的溶解速度。由于这种吸收声能引起的药物组织内部温度的升高是瞬间的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不变。 杭州成功超声设备有限公司创立于1995年，是国内从事超声应用研究、大功率超声波换能器开发与生产的专业厂商及国家高新技术企业。公司主要产品有换能器、超声驱动电源等。这些产品作为功率超声应用行业的核心关键部件广泛应用于声化学、塑料焊接、金属焊接、橡胶切割、无纺布焊接等领域。
设备介绍： 宇砚超声波提取浓缩机组适用于中药、保健品、生物制药、化妆品、食品等行业的常压常温超声波提取、索氏提取、动态热回流提取、植物精油提取及提取液真空浓缩等多种工艺。此设备非常适用于高校、研究所和企事业单位实验室及制药厂研发部门多品种、小批量试生产使用。 设备特点： 1.设备使用效率高：此设备是我公司研制的最新超小型超声波动态提取浓缩机 组，此设备在原超声波动态提取机的基础上优化产品结构将小型的真空减压浓缩设备整合在此设备中，使超声波动态萃取、提取、过滤、减压浓缩、精油冷凝等生产工艺一步完成，大大节省了原材料和工作时间，工作效率比一般多功能提取设备提高了100％～300％。 2.提取温度降 低20~30℃， 有利于热敏 性药物成分 的提取，减少 杂质含量，降 低能耗。 3.此设备可根 据客户实际 需要增加单 独的精油收 集器、精油分 离器这点是 科展在提取 设备上独有 的。 4.宇砚超声波 动态提取浓 缩机组设备 结构精巧，充 分发挥超声 波聚能式发 生器特点，超 声波直接作用物料，利用超声波强化中药提取的机械作用，空化作用，局部高振动、高冲击、高声压剪切作用，使提取时间较传统方法大大缩短4/5以上，药材原材料处理量大 5.Y-TN-C系列超声波动态提取浓缩机组在使用中超声波提取设备跟真空减压 浓缩设备可独立运作，也可联动运行。可最大程度的降低设备使用功耗。 6.避免添加剂的使用。例如从槐米中提取芦丁，在超声作用下，避免了传统方
法需在提取溶剂中添加硼砂、亚硫酸钠，不仅降低生产成本，而且减少污染环境。 7.物料转化率高：聚能超声波提 取为常温提取，物料有效成分 不容易丧失，并且在真空浓缩 过程中蒸发室在较低温度下 工作，使物料内热敏性有效成 分最大程度的保留。这样可更 好的保证物料的提取液的品 质。 8.实现全程密闭条件下运行，减 少过程损失，生产安全性提 高，特别适合于各种易燃、易 爆、毒性大等挥发性有机溶剂 的提取。 9.应性广：提取中药不受成分 极性、分子量大小的限制，适 用于绝大多数中药材和各类 成分的提取；此设备配有油水 分离器和高效冷凝器，可提取 芳香油等植物性精油。 10.浓缩设备：根据客户物料选配刮板浓缩，升膜浓缩，降膜浓缩，膜浓缩。 11.设备可选频率范围：15KHz、20KHz、28 KHz、30 KHz、35 KHz、40 KHz、 50 KHz、60 KHz、80KHz。 设备参数： 设备型号Y-TN-C- 5 Y-TN-C- 10 Y-TN-C- 30 Y-TN-C- 50 Y-TN-C- 100 Y-TN-C- 200 Y-TN-C- 300 Y-TN-C- 500 容量（L）5103555110220320550加热功 率（KW） 58.512.514.517.530电或蒸汽夹层压 力(Mpa) 常压 罐内压 力（Mpa） -0.09
湖南中医药大学 本科毕业论文 学生姓名：谭喜平 学号： 200709090108 学院：湘杏学院 专业：中药学 毕业论文超声波提取工艺的研究与应用 指导教师：肖美凤 2011年05 月28 日
目录 1、引论 (1) 2、超声提取分离原理 (1) 2.1 空化效应 (1) 2.1 机械效应 (2) 2.3 热效应 (2) 3、超声提取分离技术的特点 (2) 4、超声波提取技术在中药材有效成分提取中的研究 (3) 4.1 生物碱类化合物的提取 (3) 4.2 黄酮类化合物的提取 (4) 4.3 多糖类化合物的提取 (4) 4.4 有机酸类化合物的提取 (4) 4.5 皂苷类化合物的提取 (5) 结语 (5) 参考文献 (6)
超声波提取技术的研究与应用 摘要：超声波提取技术是近年来在中药有效成分的分离提取中受到广泛关注的新技术、新工艺，与其他提取方法相比较，超声波提取技术具有无污染、效率高、速度快等优点。本文对超声波在提取分离中的应用进行了综述，并阐述了超声波提取分离的原理和特点。 关键词：超声波；提取；空化效应 Research and application of ultrasonic extraction Abstract: Ultrasonic extraction is a new technology which is widely used in extraction and separation of effective ingredients of traditional Chinese medicine in recent years. Compared with other extraction method, ultrasonic extraction technology has the advantages of no pollution, fast speed, high efficiency, and so on. In this article the application of ultrasound extraction technology were reviewed. At the same time, the theory and characteristics of ultrasound extraction are discussed. Keywords: ultrasonic; extraction; acoustic cavitation
绿色植物中色素的提取和分离 [实验名称] 绿色植物色素的提取及色谱分离 [教学目标] 知识与技能: 通过对绿色植物色素的提取与分离，了解天然产物分离提纯的方法 [教学重点] 学习柱色谱和薄层色谱分离的基本原理及操作方法 [教学难点] 薄层色谱、柱层析实验操作要点的掌握和应用 [教学方法] 陈述法，讲演法 [教学过程] [讲述] 【实验目的】 1. 通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法； 2. 通过对柱色谱和薄层色谱操作方法的掌握，加深了解微量有机物色谱分离、鉴定的原理。 [讲述] 【背景知识】 绿色植物的叶、茎中，如菠菜叶，含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）等多种天然色素。叶绿素存在两种结构相似的形式即叶绿素a(C55H72O5N4Mg)和叶绿素b(C55H70O6N4Mg)，其差别仅是叶绿素a中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素b。它们都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素a的含量通常是b的3 倍。尽管叶绿素分子中含有一些极性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（C40H56）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构体，即a-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素（C40H56O2）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两倍。与胡萝卜素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。 本实验先根据各种植物色素的溶解度情况将胡萝卜素（橙）、叶黄素（黄）、叶绿素a和叶绿素b从菠菜叶中提取出来，然后根据各化合物物理性质的不同用色谱法进行分离和鉴定。 [图示] 【分离产物结构式】 叶绿素a、叶绿素b、叶黄素（黄）和β-胡萝卜素的结构式如下图所示： [讲述] 【色谱法原理】 色谱法是分离、提纯和鉴定有机化合物的重要方法。其分离原理是利用混合物中各个成分的物理化学性质的差别，当选择某一个条件使各个成分流过支持剂或吸附剂时，各成分可由于其物理性质的不同而得到分
《绿叶中色素的提取和分离》实验教学设计 学院附中陈建志 一、教材分析 生物学是以实验为基础的科学，实验教学对提高学生的生物科学素养起着无可替代的重要作用，他是素质教育和创新教育的重要场所和前沿阵地，也是基础教育改革的基础、前提和保证。 《绿叶中色素的提取和分离》是一个探究性实验，通过本实验，可以让学生知道绿叶中色素的种类和颜色对植物叶片颜色的影响，是学习光合作用的基础。 本实验要求层次较高、操作难度较大、考查频率高的一个实验，但是按照教材的实验步骤和方法，多数学生把握不够，操作不当。分离后的色带或不全或色浅，辨认困难，实验效果皆不理想。笔者在实验教学中将有关操作作了调整。 1、教材中值得推敲的地方 实验选材和研磨教材推荐用菠菜为实验材料。菠菜生长受季节的限制，有的季节很难采集。另外菠菜叶片含水量较高，较多的水分子与丙酮分子接触，降低了丙酮对色素分子的萃取率，导致提取液中含色素分子少，进而影响实验结果。 教材中选用5克叶片．相对于仅需的几滴滤液来说，显然太多，也增加了研磨的时间和难度。相对于5克叶片，5毫升丙酮又显太少。丙酮极易挥发，实验中常出现叶片未研碎。丙酮已挥发干的情况。因为研磨不彻底，提取液中色素含量少。 研磨剂的配制学生只是按课本要求按顺序添加无水、乙醇、CaCO3、SiO2，并不能很深刻的理解添加这些物质的原理和作用。
过滤装置课本要求用放置单层尼龙布的漏斗过滤滤液，但实际操作中这个方法耗时且费力。 画线方法由于学生平时的实验操作中很少用到毛细吸管，所以采用课本要求的方法划线，很难做到滤液细线细、直、均匀的要求。 色素分离装置分离色素是将滤纸条插入到加入层析液的烧杯中，为了防止层析液挥发，还可以给烧杯加盖。而实际操作很难做到滤纸条在烧杯中保持竖直，也不能有效减少层析液的挥发。 分离色素的方法课本是让色素在长形滤纸条上扩散分离，方法单一，不能很好地激发学生的创新思维。 2 实验改进 只要是新鲜、浓绿的叶片皆可选，但要对叶片作些处理。将叶片用沸水处理，即将2克叶片置于沸水中煮20—40 秒(时间不宜过长。否则会破坏色素分子的结构)后。立即捞出置于冷水中降温，再用吸水纸吸千水分．剪碎后放人研钵。 研磨剂的配制 试验设计： 1）分别在 A、B、C 三个研钵中加入 5 克剪碎的叶片 2）A 中加少量的二氧化硅和无水乙醇，B 中加少量的二氧化硅、碳酸钙和水C 中加少量的二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇； 3）经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液（A黄绿色、B几乎无色、C 深绿色）； 4）分析实验结果得出结论：碳酸钙可以防止色素被破坏，色素可以溶于酒精但不溶于水。 通过分组对照，让学生通过具体的实验探究，更直观更容易理解提取色素过程中所添加的各种物质的作用。 过滤装置的改进将过滤用的尼龙布改为用棉花塞住漏斗口过滤，一个人就能独立完成，而且过滤速度快，操作更为简单。
四、超声波提取法 （一）超声波的概念 1.超声波的概念 ?超声波是指频率高于可听声频率范围的声波，是一种频率超过17KHz的声波。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等的传播规律，与可听声波的规律并没有 本质上的区别。超声波属于机械波，是机械振动在弹 性媒质中的传播 ?当声音在空气中传播时，会推动空气中的微粒作往复振动，即对微粒做功。声波功率就是表示声波作功快慢的 物理量。当强度相同时，声波的频率越高，它所具有的 功率就越大。由于超声波的频率很高，所以与一般的声 波相比，超声波的功率是很大的 （一）超声波的概念 ?超声波很像电磁波，能折射、聚焦和反射，但超声波又不同于 电磁波，电磁波可在真空中自由传播，而超声波的传播则要依 靠弹性介质。超声波在传播时，使弹性介质中的粒子产生振荡， 并通过弹性介质按超声波的传播方向传递能量 ?超声波可以产生空化效应、热效应和机械效应 （二）超声波提取原理 ?超声萃取（Utrasonic Solvent Extraction，USE）技术 是由溶剂萃取技术与超声波技术结合形成的新技术， 超声场的存在提高了溶剂萃取的效率 ?超声波是指频率为20千赫~50兆赫左右的电磁波， 它是一种机械波，需要能量载体--介质来进行传播。 超声萃取又称超声提取，即指从某一原料中提取所 需的物质或成分 ?超声作用于液液、液固两相、多相体系表面体系以 及膜界面体系会产生一系列的物理、化学作用，并 在微环境内产生各种附加效应，如湍动效应、微扰 效应、界面效应和聚能效应等，从而引起传播媒质 特有的变化 （1)空化效应 ?当大量的超声波作用于提取介质时，体系的液体内 存在着张力弱区，这些区域内的液体会被撕裂成许 多小空穴，这些小空穴会迅速胀大和闭合，使液体 微粒间发生猛烈的撞击作用 ?此外,也可以液体内溶有的气体为气核,在超声波的 作用下,气核膨胀长大形成微泡,并为周围的液体蒸 气所充满,然后在内外悬殊压差的作用下发生破裂, 将集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释 放出来 1、空化效应 ?当空穴闭合或微泡破裂时，会使介质局部形成几百到几 千K的高温和超过数百个大气压的高压环境，并产生很 大的冲击力，起到激烈搅拌的作用，同时生成大量的微 泡，这些微泡又作为新的气核，使该循环能够继续下去， 这就是空化效应 ?空化效应中产生的极大压力 造成被破碎物细胞壁及整个 生物体的破裂，且整个破裂 过程可在瞬间完成，因而提 高了破碎速度，缩短了破碎 时间，使提取效率显著提高
超声波提取中药技术的发展 一、摘要： 超声波萃取中药材的有着其优越性，此方法主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。根据此原理及其工作特点能够高效对中药材中的药效物质进行处理。此技术的应用在中药领域中有着重要的地位，人类在进步中也带来了此超声波提取中药技术的发展，对于中药材的处理也有了更广泛的应用，因此此技术在其发展中也出现了很多种有效处理中药材的方法，对于社会的进步，其带来的经济效益是不能忽视的。 二、关键字：超声波、提取、中药、应用发展 三、正文： 近几年来的大量研究表明，超声波作为一种物理能，不仅能通过在空化作用中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂而使胞内物质释放、扩散及溶解。在应用方面，利用超声波进行清洗、干燥、杀菌、雾化及无损检测等，是一种非常成熟且有广泛应用的技术。 1、超声波萃取的原理。 超声波萃取中药材的优越性，是基于超声波的特殊物理性质。主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。（1）加速介质质点运动。高于20KHz声波频率的超声波的连续介质（例如水）中传播时，根据惠更斯波动原理，在其传播的波阵面上将引起介质质点（包括药材重要效成分的质点）的运动，使介质质点运动获行巨大的加速度和动能。质点的加速度经计算一般可达重力加速度的二千倍以上。由于介质质点将超声波能量作用于药材中药效成分质点上而使之获得巨大的加速度和动能，迅速逸出药材基体而游离于水中。（2）空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上，使其中药材成分物质被“轰击”逸出，并使得药材基体被不断剥蚀，其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。（3）超声波的振动匀化使样品介质内各点受到的作用一致，使整个样品萃取更均匀。中药材中的药效物质在超声波场作用下不但作为介质质点获得自身的巨大加速度和动能，而且通过“空化效应”获得强大的外力冲击，所以能高效率并充分分离出来。 2、超声波萃取的特点。 适用于中药材有效成份的萃取，是中药制药彻底改变传统的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工艺。与水煮、醇沉工艺相比，超声波萃取具有如下突出特点： （1）无须高温。无水煮高温，不破坏中药材中某些具有热不稳定、易水解或氧化特性的药效成份，提高中药的疗效。（2）常压萃取，安全性好，操作简单易行，维护保养方便。（3）萃取效率高。萃取时间仅为水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是传统方法的二倍以上。（4）具有广谱性。适用性广，绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。（5）超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质（如极性）关系不大。可供选择的萃取溶剂种类多、目标萃取物范围广泛。（6）减少能耗。由于超声萃取无需加热或加热温度低，萃取时间短，因此大大降低能耗。（7）药材原料处理量大，成倍或数倍提高，且杂质少，有效成分易于分离、净化。（8）萃取工艺成本低，综合经济效益显著。 3、超声波提取(Ult ra Sonic Ext raction ,USE)技术的理论应用发展。 超声波是一种弹性机械振动滤，是听觉阈以外的振动，它产生强烈振动，高速度，强