超聲波萃取，亦稱為超聲波輔助萃取、超聲波提取，是利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、擾動效應(yīng)、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，促進(jìn)提取的進(jìn)行。

超聲波是指頻率為20kHz~50MHz的電磁波，它是一種機(jī)械波，需要能量載體——介質(zhì)來進(jìn)行傳播。其穿過介質(zhì)時，會產(chǎn)生膨脹和壓縮2個過程。

超聲波能產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量，給予介質(zhì)極大的加速度。這種能量作用于液體時，膨脹過程會形成負(fù)壓。如果超聲波能量足夠強(qiáng)，膨脹過程就會在液體中生成氣泡或?qū)⒁后w撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間即閉合，閉合時產(chǎn)生高達(dá)3000MPa的瞬間壓力，稱為空化作用。

這樣連續(xù)不斷產(chǎn)生的高壓就像一連串小爆炸不斷地沖擊物質(zhì)顆粒表面，使物質(zhì)顆粒表面及縫隙中的可溶性活性成分迅速溶出。同時在提取液中還可通過強(qiáng)烈空化，使細(xì)胞壁破裂而將細(xì)胞內(nèi)溶物釋放到周圍的提取液體中。超聲空穴提供的能量和物質(zhì)間相互作用時，產(chǎn)生的高溫高壓能導(dǎo)致游離基和其他組分的形成。

據(jù)此原理，超聲波處理純水會使其熱解成氫原子和羥基，兩者通過重組生成過氧化氫，當(dāng)空穴在緊靠固體表面的液體中發(fā)生時，空穴破裂的動力學(xué)明顯發(fā)生改變。在純液體中，空穴破裂時，由于它周圍條件相同，因此總保持球形。

然而緊靠固體邊界處，空穴的破裂是非均勻的，從而產(chǎn)生高速液體噴流，使膨脹氣泡的勢能轉(zhuǎn)化成液體噴流的動能，在氣泡中運(yùn)動并穿透氣泡壁。噴射流在固體表面的沖擊力非常強(qiáng)，能對沖擊區(qū)造成極大的破壞，從而產(chǎn)生高活性的新鮮表面。利用超聲波的上述效應(yīng)，從不同類型的樣品中提取各種目標(biāo)成分是非常有效的。

目前超聲波本身在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，將其應(yīng)用于各種分離也顯示了許多優(yōu)越性。超聲波作用于液-液、液-固兩相，多相體系，表面體系以及膜界面體系，會產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)作用，并在微環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生各種附加效應(yīng)如湍動效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)等，從而引起傳播媒質(zhì)特有的變化。

這些作用能提供更多活性中心，也可促進(jìn)兩相傳質(zhì)維持濃度梯度以及促進(jìn)反應(yīng)。這些特點(diǎn)是某些常規(guī)手段不易獲得的，超聲波萃取正是利用了這些特點(diǎn)。

與常規(guī)的萃取技術(shù)相比，超聲波萃取技術(shù)快速、價廉、高效。在某些情況下，甚至比超臨界流體萃取(SFE)和微波輔助萃取還好。

超聲波萃取與索氏萃取：

與索氏萃取相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有：

①成穴作用增強(qiáng)了系統(tǒng)的極性，這些都會提高萃取效率，使之達(dá)到或超過索氏萃取的效率;

②超聲波萃取允許添加共萃取劑，以進(jìn)一步增大液相的極性;

③適合不耐熱的目標(biāo)成分的萃取;

④操作時間比索氏萃取短。

超聲波萃取與超臨界流體萃?。?/p>

在以下2個方面，超聲波萃取優(yōu)于超臨界流體萃取:

①儀器設(shè)備簡單，萃取成本低得多;

②可提取很多化合物，無論其極性如何，因?yàn)槌暡ㄝ腿】捎萌魏我环N溶劑。

超臨界流體萃取事實(shí)上只能用CO2作萃取劑，因此僅適合非極性物質(zhì)的萃取。

超聲波萃取與微波輔助萃?。?/p>

超聲波萃取優(yōu)于微波輔助萃取體現(xiàn)在：

①在某些情況下，比微波輔助萃取速度快;

②酸消解中，超聲波萃取比常規(guī)微波輔助萃取安全;

③多數(shù)情況下，超聲波萃取操作步驟少，萃取過程簡單，不易對萃取物造成荇染。

與所有聲波一樣，超聲波在不均勻介質(zhì)中傳播也會發(fā)生散射衰減。超聲波萃取時，樣品整體作為一種介質(zhì)是各向異性的，即在各個方向上都不均勻，不僅在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，而且在較粗糙的界面上還發(fā)生散射，因此，到達(dá)樣品內(nèi)部的超聲波能量會有一定程度的衰減，影響提取效果。

對于超聲波萃取來說，提取前樣品的浸泡時間、超聲波強(qiáng)度、超聲波頻率及提取時間等也是影響目標(biāo)成分提取率的重要因素。

超聲波在媒質(zhì)中形成介質(zhì)粒子的機(jī)械振動，這種由含有能量的超聲波振動引起的與媒質(zhì)的相互作用，可以歸納為熱作用、機(jī)械作用和空化作用。

由于超聲波的以上作用，可以產(chǎn)生以下效應(yīng)：

①力學(xué)效應(yīng)，如攪拌作用、分散效應(yīng)、破碎作用、除氣作用、凝聚作用、定向作用等;

②熱學(xué)效應(yīng)，如媒質(zhì)吸收熱引起的整體加熱、邊界處的局部高溫高壓等;

③光學(xué)效應(yīng)，如引起光的衍射、折射等;

④電學(xué)效應(yīng)，如超聲波電鍍、壓電等;

⑤化學(xué)效應(yīng)，如加速化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的化學(xué)反應(yīng)物。

究竟產(chǎn)生何種效應(yīng)以及效應(yīng)的強(qiáng)弱，與超聲波作用的參數(shù)及作用的對象密切相關(guān)。

早在20世紀(jì)50年代，人們就把超聲波用于提取花生油和啤酒花中的苦味素、魚組織中的魚油等。目前，超聲波萃取技術(shù)已廣泛用于食品、藥物、工業(yè)原材料、農(nóng)業(yè)環(huán)境等樣品中有機(jī)組分或無機(jī)組分的分離和提取。

一、在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中，超聲波萃取技術(shù)是一項(xiàng)邊緣、交叉的學(xué)科技術(shù)，已引起很多國家科技工作者的廣泛關(guān)注。

1、油脂浸取

超聲場強(qiáng)化提取油脂可使浸取效率顯著提高，還可以改善油脂品質(zhì)，節(jié)約原料，增加油的提取量。

目前魚肝油的提取，主要采用溶出法，出油率低，且高溫使維生素遭到破壞。超聲波也可用于動物油的加工提取，如鱈魚肝油的提取等。蘇聯(lián)學(xué)者分別用300、600、800、1500kHz的超聲波提取鱈魚肝油，在2~5min內(nèi)能使組織內(nèi)油脂幾乎全部提取出來，所含維生素未遭破壞，且油脂品質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

超聲場不僅可以強(qiáng)化常規(guī)流體對物質(zhì)的浸取過程，而且還可以強(qiáng)化超臨界狀態(tài)下物質(zhì)的萃取過程。陳鈞等對超聲波強(qiáng)化超臨界CO2流體萃取過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究，從麥芽胚中提取麥胚油，超臨界流體萃取附加超聲場后，麥胚油的提取率提高10%左右，且未引起麥胚油的降解。

超聲波萃取在提取油脂方面的研究與應(yīng)用十分活躍，已開展的試驗(yàn)和應(yīng)用涉及到八角油、扁桃油、丁香油、紫蘇油、月見草油等的提取。

2、蛋白質(zhì)提取

超聲波提取蛋白質(zhì)方面也有顯著效果，如用常規(guī)攪拌法從處理過的脫脂大豆料胚中提取大豆蛋白質(zhì)，很少能達(dá)到蛋白質(zhì)總含量的30%，又很難提取出熱不穩(wěn)定的7S蛋白成分，但用超聲波既能將上述料胚在水中將其蛋白質(zhì)粉碎，也可將80%的蛋白質(zhì)液化，還可提取熱不穩(wěn)定的7S蛋白成分。

有學(xué)者通過對不同濃度大豆?jié){體、磨前經(jīng)熱處理大豆?jié){體及其分離出的豆渣進(jìn)行超聲波處理等一系列試驗(yàn)。結(jié)果表明，經(jīng)超聲波處理過的大豆?jié){體，與不經(jīng)處理的比較，其豆奶中蛋白質(zhì)含量均有顯著的提高，提高的幅度在12%~20%，這說明超聲波處理確實(shí)有提高蛋白質(zhì)萃取率的作用。

超聲波處理還可提高漿體的分離溫度，降低漿體粘度，可用于直接生產(chǎn)高濃度(高蛋白)的豆奶產(chǎn)品。

3、多糖提取

有學(xué)者以白芨塊莖為原料提取白芨粗多糖，比較多種提取方法表明，室溫下超聲波處理是最理想的提取方法。對金針菇子實(shí)體多糖的提取，用超聲波強(qiáng)化，可使多糖提取率提高76.22%。

有學(xué)者利用超聲波熱水浸提銀耳多糖，提取率比酶法高出5%，且浸提時間大大縮短。還有學(xué)者對超聲波催化酶法提取靈芝多糖的機(jī)理、優(yōu)化方案及降解產(chǎn)品的組分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，同時也對蟲草多糖、香菇多糖、猴頭多糖的提取進(jìn)行了研究，與傳統(tǒng)工藝相比，超聲波強(qiáng)化提取操作簡單，提取率高，反應(yīng)過程無物料損失和無副反應(yīng)發(fā)生。

有學(xué)者對循環(huán)氣升式超聲破碎鼠尾藻提取海藻多糖研究發(fā)現(xiàn)，超聲波在室溫下作用20min，即可達(dá)到100℃攪拌4h的多糖提取率，明顯高于80℃攪拌4h的多糖提取率。通過比較用超聲波和不用超聲波提取Salviaofficinalis L中的多糖研究也證實(shí)了超聲波提取是一種有效的強(qiáng)化提取方法。

4、天然香料提取

有學(xué)者用超聲波強(qiáng)化超臨界流體萃取(SSFE)辣椒中的辣椒素，取得了很好的效果。

有學(xué)者用超聲波萃取寬葉纈草天然香料，在試驗(yàn)中，他們將用超聲波萃取與不用超聲波萃取的結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明采用超聲波的濾液上及光度吸光度比不用超聲波的濾液吸光度高12%~40%，說明超聲波對萃取率有明顯的影響。

有文獻(xiàn)報(bào)道，從桔皮中萃取桔皮精油，以二氯甲烷為溶劑，用20kHz超聲波萃取10min的精油提出率比水蒸汽蒸餾2h，索氏提取2h的提出率高2倍以上。

5、在食品分析中的應(yīng)用

超聲波萃取也用于食品樣品的預(yù)處理。測定午餐肉脂肪含量的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB5009.696)酸水解法，操作費(fèi)時繁瑣，人為因素影響較大，不易掌握。

有學(xué)者利用超聲波對酸水解測定午餐肉中脂肪含量的方法進(jìn)行了改進(jìn)，超聲波提取樣品不需加熱，縮短了樣品消化時間，可對大批量樣品的脂肪含量同時測定。

有學(xué)者利用超聲波提取食品中的甜蜜素，一次可以處理幾十份樣品，操作簡便，精密度及準(zhǔn)確度符合要求。

有學(xué)者結(jié)合大豆異黃酮的超聲波提取試驗(yàn)條件，采用HPLC法對樣品進(jìn)行測定，縮短了HPLC法測定大豆異黃酮的前處理時間，提高了大豆異黃酮的提取率，建立了較完善的HPLC法測定大豆異黃酮的前處理與色譜分析條件。

二、在天然植物和藥物活性成分提取中的應(yīng)用

超聲波萃取技術(shù)的萃取速度和萃取產(chǎn)物的質(zhì)量使得該技術(shù)成為天然產(chǎn)物和生物活性成分提取的有力工具。特別是生物活性成分的提取，例如動物組織漿液的毒質(zhì)，飼料中的維生素A、維生素D和維生素E等的提取。

由于天然產(chǎn)物和活性成分常用的提取方法存在有效成分損失大、周期長、提取率不高等缺點(diǎn)，而超聲波提取可縮短提取時間，提高有效成分的提出率和藥材的利用率，并且可以避免高溫對提取成分的影響。

印度、美國、前蘇聯(lián)等國已對植物胡椒葉、金雞納等藥用植物進(jìn)行了超聲波提取的研究，并取得了良好效果。近年來，國內(nèi)在這方面的工作取得了顯著的進(jìn)展。郭孝武和王昌利等分別概述了超聲波萃取技術(shù)在中草藥有效成分提取、工藝選定、含量控制方面的應(yīng)用。

超聲波提取槐米中的蘆丁及黃連中的黃連素，與傳統(tǒng)的熱堿沸騰提取法比較，提取率由12%～14%增至16%~22%，且成分穩(wěn)定，不被破壞。

有學(xué)者利用超聲波技術(shù)用甲醇、乙醚、已烷混合溶劑冰浴提取銀州柴胡全草、根、莖及葉中揮發(fā)性活性成分，并進(jìn)行高分辨GC-MS分析，鑒定出116種成分。還有學(xué)者應(yīng)用超聲波提取了絞股藍(lán)皂甙。

有學(xué)者分別探討了超聲波真空凍干提取工藝和常規(guī)提取工藝，并對2種工藝提取的美國庫拉索蘆薈(Aloeveral)中所含的活性物質(zhì)進(jìn)行了分析比較。超聲波提取配合凍千干燥工藝制得的蘆薈凝膠制劑純度高、活性強(qiáng)，經(jīng)測定，其過氧化物酶、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸高于常規(guī)工藝，保留了蘆薈凝膠中的大部分活性成分。

此外，應(yīng)用超聲提取的活性物質(zhì)還包括：千金子脂肪油，元寶楓葉總黃酮，紫薯中的花青素色素，苦楝中的苦楝醇、苦楝酮和苦楝二醇等，杜仲葉中的有效成分，密蒙花黃色素，苦杏仁油，豚草莖中的綠原酸等。這些進(jìn)一步證明了超聲提取技術(shù)的先進(jìn)性、科學(xué)性，可用于多種有效物質(zhì)的提取，為食品工業(yè)應(yīng)用超聲波萃取技術(shù)提供了有益的借鑒。