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1、超聲波在茶葉提取中的應用孫慶磊　梁月榮　陸建良（1.浙江大學茶葉研究所杭州310029；2.山東省日照市科技局日照276800）摘要：超聲波具有多種物理和聲化學效應，在中藥材提取中應用廣泛。本文就超聲波萃取的原理、優(yōu)點及其在茶葉深加工的應用作一綜述，并展望了它在未來茶葉深加工中的應用前景。關(guān)鍵詞：超聲波；浸提；香氣；茶飲料；茶多酚；深加工中圖分類號：S571.109文獻標識碼：A文章編號：0577－8921（2006）02－079－04天然植物有效成分大多為細胞內(nèi)產(chǎn)物，在提取時往往需要將植物細胞破碎。現(xiàn)有的機械破碎法難于將細胞有效破碎，而化學破碎方法

2、又容易造成被提取物結(jié)構(gòu)的改變，從而使之失去活性。上世紀20年代，人們首次發(fā)現(xiàn)了超聲波可以加速化學反應。隨后產(chǎn)生了研究在超聲波作用下物質(zhì)進行化學反應的一門新興交叉學科——聲化學。超聲波是一種特殊形式的能量，其在溶液中形成的沖擊波和微射流可以快速地激活反應分子，從而能較大幅度地提高反應活性。將超聲波應用于提取植物的有效成分，操作簡便快捷、無需加熱、提取率高、速度快、提取物的結(jié)構(gòu)未被破壞、效果好，顯示出明顯的優(yōu)勢。隨著超聲清洗器的逐漸普及，以超聲波作為反應的催化方式已成為熱點。近年來，中、美、日、英等20多個國家的學者在這方面進行了卓有成效的研究工作，取得

3、了重要的進展。超聲波應用于提取植物中的生物堿、苷類、生物活性物質(zhì)、動物組織漿的毒質(zhì)等研究已有報道，研究表明：超聲波提取可以強化水浸提法，具有能耗低、效率高、省時、不破壞有效成分、避免高溫對提取成分的影響等特點，具有廣闊的應用前景。1超聲波強化提取的作用機理超聲提取法是對提取過程進行超聲波強化處理，超聲在生化提取中的應用最早用于粉碎細胞壁，以釋放出其內(nèi)容物。近年來在中藥研究中有較多的應用。超聲波提取的作用機理是因為超聲波是一種彈性波，其振動能產(chǎn)生強大的能量，給與媒質(zhì)點以很大的速度和加速度，使浸提劑和提取物不斷震蕩，有助于溶質(zhì)擴散。超聲波在植物組織細胞里

4、，比電磁波穿透更深，停留時間也較長。大能量的超聲波作用于液體使其被撕裂成很多小空穴，小空穴閉合時產(chǎn)生高達幾千個大氣壓的瞬時壓力，作用于葉肉組織，稱為空化。空化可加速植物中的有效成分進入溶劑，增加有效成分的提取率。超聲波在物質(zhì)介質(zhì)中的相互作用效應可分為熱效應、空化效應和機械傳質(zhì)效應。超聲波的熱效應、機械傳質(zhì)作用及空化作用成為超聲技術(shù)在提取應用中的三大理論依據(jù)。1.1超聲波的熱效應超聲波通過介質(zhì)傳播時，在介質(zhì)的微粒間和分界面上的摩擦以及介質(zhì)的吸收等使超聲能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而引起生物體的某種變化的現(xiàn)象稱超聲熱效應。在一定的聲強下，其產(chǎn)生的熱量和升溫作用是很

5、有限的，對浸提的意義不大。1.2超聲波的機械效應超聲在媒質(zhì)中傳播時，引起媒質(zhì)質(zhì)元的振動，其位移、速度、加速度、壓強等力學量所引起的效應，稱為超聲的機械效應。雖然質(zhì)點的振動位移、速度變化不大，但其加速度卻相當大，如此大的加速度，能顯著增大溶劑進入提取物細胞的滲透性，加強傳質(zhì)作用，從而強化了萃取過程。1.3超聲波的空化效應超聲波輻射時，在一定聲強下造成氣泡的產(chǎn)生、膨脹以及崩潰的效應，稱為超聲的空化效應?？栈侵敢后w中的微小液胞在聲波作用下被激活，表現(xiàn)為液胞的振蕩、伸長、收縮乃至崩潰等一系列動力學過程。根據(jù)不同的表現(xiàn)，空化可分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化。穩(wěn)態(tài)

6、空化產(chǎn)生在較低的聲強作用下，空化泡以非線性的形式在介質(zhì)中振蕩若干個周期，在振蕩過程中，空化泡周圍的微流對溶液中其它粒子產(chǎn)生較大的切向力，有利于溶劑滲透到細胞。瞬態(tài)空化發(fā)生在較強的聲強作用下，氣泡在一個聲波周期內(nèi)迅速的生成、長大、壓縮、崩潰。隨著高壓的釋放，在液體中形成較大的沖擊波或高速射流。在萃取中，這種強大的沖擊流能夠有效的減小、消除溶劑與水相之間的阻滯層，從而加大了傳質(zhì)速率。同時，沖擊流對植物細胞組織產(chǎn)生一種物理剪切力，使之變形、破裂，并釋放出內(nèi)含物，這大大加速了萃取過程?？栈股锝M織受到嚴重的損傷，造成較大的破壞作用。超聲波能提高提取

7、率的最主要原因是由于超聲波產(chǎn)生的空化效應。1超聲波在茶葉深加工中的應用目前，茶葉有效成分提取的方法主要有水浸提法、有機溶劑提取法和超臨界CO2提取法等。其中超臨界CO2提取法只適用少數(shù)成分的提取，并且成本很高。有機溶劑提取法雖然提取效率高，但有機溶劑往往難以從終產(chǎn)品中去除，易形成有機溶劑污染。因此水浸提法仍然是最有效和常用的茶葉有效成分制備方法。通常情況下，采用高溫≥90℃水浸提法，有效成分提取效率高，但茶葉有效成分容量在溫熱條件下發(fā)生氧化聚合、裂解以及構(gòu)型轉(zhuǎn)換等造成有效成分破壞、風味劣變。采用低溫≤50℃水浸提法，可以有效保持茶葉原有風味，減少茶葉

8、成分在提取過程中的破壞，但是提取效率低。茶葉中的主要的成分茶多酚和香氣物質(zhì)等在醫(yī)藥、食品方面有較大的前景，利