在食品工业中，如何有效地以尽可能短的时间提取出所需的目的物,是很多科研人员和生产单位关心的问题。超声技术是一项边缘、交叉的学科技术,已引起前苏联、美国、德国、加拿大、日本、瑞士和中国等很多国家科技工作者的广泛关注。应用超声技术来强化提取过程,可有效提高提取效率,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。

　　   油脂浸取

　　超声场强化提取油脂可使浸取效率显著提高,还可以改善油脂品质,节约原料,增加油的提取量。苦杏仁油的提取,传统方法采用压榨法和有机溶剂浸取法。将超声波应用于苦杏仁 的提取,与传统方法相比,超声法提取方法简便,出油率高,生产周期短,不用加热,有效成份不被破坏,油味清新纯正,色泽清亮,操作时间缩短至不用超声的几十分之一。

　　对比匀浆法和超声波提取γ2亚麻酸,结果表明,超声波法得到的油量多,比匀浆法增加12. 8%,并节省人力。从花生中提取花生油,若用频率为400kHz、强度为6.5～62W/cm2的超声波, 可使花生油的产量增加2.76倍。研究人员用超声技术提取葵花籽中油脂,使产量提高27%～28 %。用乙醇提取棉籽油,若使用强度为1.39W/cm2超声处理,在1小时内提取的油量,在种子相同 时,比不用超声时提高了8.3倍。目前鱼肝油的提取,主要采用溶出法,出油率低,且高温使维生素遭破坏。超声也可用于动物油的加工提取。如鳕鱼肝油的提取,传统方法出油率低,而且 高温对油脂性质有不良影响,还会破坏油内部的维生素。苏联学者分别用300kHz、600kHz、8
00kHz、1500kHz的超声波提取鳕鱼肝油,取得了十分满意的效果,在2～5min内能使组织内所有油脂几乎全部地提取出来,所含维生素未遭破坏,且油脂品质优于传统方法。

　　蛋白质提取

　　超声提取蛋白质方面也有显著效果,如用常规搅拌法从经过变压或热处理过的脱脂大豆料胚中提取大豆蛋白质,很少能达到蛋白质总含量30%,又难提出热不稳定的7S蛋白成分,但用超声波既能将上述料胚在水中将其蛋白质粉碎,也可将80%的蛋白质液化,且又可提取热不稳定的7S蛋白成分。研究人员通过对不同浓度大豆浆体、磨前经热处理大豆浆体及其分离出的豆渣进行超声处理等一系列实验,结果表明,经超声波处理过的大豆浆体,与不经处理的比较, 其豆奶中蛋白质含量均有显著的提高,提高的幅度在12%～20%之间,这说明超声处理确实有提
高蛋白质萃取率的作用。超声处理还可提高浆体的分离温度,降低浆体粘度,可用于直接生产高浓度(高蛋白)的豆奶产品。

　　  多糖提取

　　研究人员以白芨块茎为原料提取白芨粗多糖,比较多种提取方法表明,室温下超声处理为较理想的提取方法。对金针菇子实体多糖的提取,用超声波强化,可使多糖提取率提高76.22%。研究人员探讨了银耳子实体多糖的提取方法,复水完全的子实体经机械粉碎、超声波处理后热水浸提的提取方法,能显著提高银耳多糖的浸提率,缩短浸提时间,浸提率比酶法浸提得率 的16.3%高出4.693%。于淑娟等对超声波催化酶法提取灵芝多糖的机理、最优化方案及降解产品的组分和结构进行了系统的研究,并对虫草多糖、香菇多糖、猴头多糖的提取进行了研 究,与传统工艺相比,超声波强化提取操作简单,提取率高,反应过程无物料损失和无副反应发生,是一种可望实用推广的新工艺。从茯苓中提取水溶性多糖,以冷浸12小时和热浸1小时作对比,超声提取1小时，其提出率比对照的两种方法高30%。
　
     其它有效物质的提取

　　姜黄素是重要的天然色素之一,广泛用作糕点、糖果、饮料和色酒等食品的着色剂,是逐步取代人工合成黄色素的天然制品之一。对比Soxhlet法、循环浸取、加热浸取、机械搅拌浸取及超声场浸取姜黄素,超声场介入下浸取可明显加快传质速率,缩短浸取时间,提高姜黄素的浸出率,在天然物有效成份提取中,只要控制适量的能量输入就可以保证达到强化分离过程且不破坏提取物结构的目的。
　　
       有效成分如皂甙类、生物碱、蒽醌类、有机酸类等的提取,采用超声技术取得了明显的强化效果,省时、提取率高,而且又不破坏有效成分的结构。这些报道较多地见于医药方面的文献,大多是以中草药为原料进行超声提取的。这进一步证明了超声提取技术的先进性、科学性,可用于多种有效物质的提取,为食品工业应用超声提取技术提供了有益的借鉴



    3　超声波强化提取的机理探讨

    3.1　对细胞壁产生影响

    对于提取细胞内物质来说,细胞壁是影响提取速度的壁垒之一。在超声场中由于提取溶剂内含气体及微小的杂质,为超声波空化作用提供了必要条件。超声波空化时产生的极大压力和局部高温可以使细胞壁的通透性提高,甚至造成细胞壁及整个生物体破裂,而且整个破裂过程在瞬时完成,从而使细胞中的有效成分得以快速释放,直接与溶剂接触并溶解在其中。

    3.2　促进细胞溶胀

    从原料中尤其是干原料中提取目的物一般包括两个过程:(1)原料的浸泡、溶胀过程。(2)可溶性成分通过扩散和渗透从原料中传质进入溶剂过程。这两个过缯div> 都影响提取速率。

    超声作用可有效地促进细胞的溶胀,如33kHz的超声在23℃处理茴香籽1h,可使其溶胀指数提高100%。超声之所以能促进种子更好、更快地发芽,原因之一也就是超声作用使种子能够持有更多的水分。超声促进原料溶胀,从提取的角度来说,有利于强化提取过程,缩短提取时间。

    3.3　强化传质速率

    众所周知,溶剂中溶质的溶解速率与传质系数k,界面积a以及驱动力(C*A-CA)有关,其表达式如下:

    -dCA/dt=k×a×(C*A-CA)

    式中:

    C*A---溶质的饱和浓度；

    CA---溶质的浓度。

    任何提高k、a和(C*A-CA)的方法都能增加传质过程的速度。超声的振动效应、热效应增加了k值,强烈的冲击波或微射流有利于提高溶质的界面积。由于溶质溶解的量是温度、压力和浓度的函数。超声空化引起空化点附近的溶剂形成超临界状态,这样使得溶质在其中的溶解度显著增大,导致溶质在常态下变为过饱和。此外,根据Gibbs2Thompson效应,非常小的溶质(小于1.0μm)将继续溶解,即使溶剂达到平衡饱和状态,这增加的溶解度是由于大体积溶剂和小粒径溶质界面之间的压力差。超声的作用可使(C*A-CA)变大,从而从整体上能强化传质速率。

    3.4　超声波的凝聚作用

    对有些对象的提取,超声波的凝聚作用也不容忽视。林翠英等根据超声波有使悬浮于气体或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀的作用,用超声波处理浸提液,使芦丁分子更快地碰撞凝聚成大颗粒沉淀,使芦丁提取更快速、更完全。

    4　存在的问题及研究的方向

    超声提取技术在食品工业中的应用虽已进行了一些研究,并且已经显示出其优势,但都是仅在实验室的很小规模上,针对某些具体提取对象进行简单的工艺条件实验,离大规模工业化应用还有一定的距离,解决超声提取工程放大问题应是今后研究的方向之一。

    由于影响超声提取的因素很多,如溶剂的粘滞系数、表面张力系数、蒸汽压、液体中含气的种类和数量以及超声的频率、声强、超声提取的时间、温度、作用方式等都会对超声提取产生一定的影响。另外,超声提取还与提取的对象密切相关。应用超声提取技术时务必统筹考虑这些因素,否则不仅有可能发挥不了超声对提取过程的强化作用,甚至还有可能导致提取物的结构与性质发生改变,使提取率降低。

    关于超声提取的强化机理,尽管有一些学者进行了探讨,但基本上是立足于超声的空化作用,而且只是进行了一些定性的解释。实际上除了超声的空化作用外,超声的热作用、超声的机械作用都会对超声的强化作用产生一定的贡献,有时甚至起主要作用。因此,对超声强化提取的机理进行深入的研究是非常有必要的,以便建立一套较为通用的模式,为提取不同对象时操作条件的选择提供依据,为超声提取技术在食品工业领域有更为广阔的应用奠定基础。