超聲法在天然藥物化學實驗教學改革的應用*

林大都，黃思涵，李蘭芳，翟 明，張聲源，張 勇

(嘉應學院醫學院，廣東 梅州 514031)

天然藥物化學是一門實踐性很強的學科，實驗教學在天然藥物化學教學中占據著重要的地位[1]。天然藥物化學實驗教學的重點內容是使學生掌握天然藥物有效成分的提取、分離、檢識、結構鑒定等實驗方法，不僅是驗證和強化理論課教學內容，而且是使學生掌握系統實驗操作技能的關鍵[2]。本院藥學本科現行實驗教學方案已實行十余年，沿用的經典實驗項目主要包括補骨脂中補骨脂素的提取分離鑒定、大黃中羥基蒽醌的提取分離鑒定、槐米中蘆丁的提取分離鑒定、八角茴香的揮發油提取和黃連中小檗堿的提取分離鑒定等，采用的提取方法以煎煮法、浸漬法和回流提取法為主。但隨著藥學學科的快速發展，一些高效的提取分離方法已普遍應用，經典的實驗項目涉及的操作技術偏于簡單和落后，不適應新時期大健康醫藥產業的發展需要，難以滿足應用型藥學專業本科人才培養目標的要求，需及時更新[3]。

超聲法是提取天然藥物化學成分的新方法之一，主要利用超聲波在溶液中傳播時產生的空化效應、機械效應和熱效應等，能瞬間破壞植物細胞壁，增強溶劑進入細胞內的滲透能力，加速化學成分在溶劑中的溶解，從而提高提取效率[4]。超聲法在天然藥物中多糖、多肽、苷類、黃酮類、生物堿等各類成分的提取應用越來越廣泛[5-6]，已成為化學成分提取的普遍方法之一。針對本院天然藥物化學實驗中出現的問題，本課題組將超聲法融入各個實驗項目過程中進行改革，提高了學生做實驗的效率，解決了學生在日常實驗中容易出現的問題。

1 在提取方面的應用改革

1.1 傳統提取方法及問題

實驗項目“補骨脂中補骨脂素的提取分離鑒定”采用浸漬法進行提取，傳統提取方案為：取補骨脂粗粉100 g，置1000 mL燒杯中，加入50%乙醇400 mL，攪拌均勻，浸泡24 h，4層紗布過濾。該方案主要問題在于所需時間較長，往往需要安排兩次課的時間用于提取部分，在有限的課時條件下較為浪費。

實驗項目“槐米中蘆丁的提取分離鑒定”采用煎煮法進行堿溶酸沉獲取蘆丁，傳統的粗品提取方法為：稱取槐米粗粉20 g置容器中，加入0.4%硼砂水溶液400 mL，石灰乳調節pH 8～9，加熱至微沸，維持pH值40 min，不斷補充失去的水分，用4層紗布趁熱濾取提取液，冷至60～70 ℃，用濃鹽酸調pH 4～5，放置過夜析晶，抽濾，3 mL甲醇淋洗，60 ℃恒溫干燥，得蘆丁粗品。實驗過程中容易出現的問題主要有：①持續加熱促使多糖、粘液質等水溶性雜質的溶出，冷卻調pH 4～5后，提取液顏色較深，為黑褐色且粘稠，抽濾時濾液容易起泡，濾得粗品為棕褐色固體，雜質較多；②抽濾時效率非常低，需要較長時間等待，且容易出現濾紙抽破的現象，阻礙實驗順利進行；③提取過程中需不時補充失去的水分，操作繁瑣且不準確。

1.2 超聲法的應用

補骨脂實驗項目提取方案改革如下：取補骨脂粗粉100 g，置1000 mL燒杯中，加入50%乙醇400 mL，攪拌均勻，超聲30 min，4層紗布過濾。改革后整個實驗過程明顯減少一次課的時間安排，且不影響提取率，實驗正常運行。

槐米實驗項目提取方案改革如下：稱取槐米粗粉20 g置容器中，加入熱的0.4%硼砂水溶液400 mL，石灰乳調節pH 8～9，超聲提取30 min并維持pH值，用4層紗布過濾，濾液加濃鹽酸調pH 4～5，放置過夜，待析出結晶，抽濾，3 mL甲醇淋洗，60 ℃恒溫干燥，得蘆丁粗品。改革方案中超聲法相比煎煮法提取操作較為簡單，不需要在實驗過程中不斷補充失去的水量；酸沉過程中過濾時，超聲法明顯比煎煮法所消耗的時間要短，且不容易出現濾紙抽破的現象；得到的蘆丁粗品顏色相對偏黃，可見溶出的雜質較少，純度較高；最終蘆丁的精品得率與煎煮法相比影響不大；整體上超聲法提取的實驗過程較為順暢，實驗效率明顯提高。

2 在樣品溶解方面的應用

2.1 容易出現的問題

溶液的配制是一項實驗過程中常見的操作，在配制樣品溶液進行萃取、顯色反應或者重結晶操作時，有時會出現溶解慢而使溶液保持渾濁狀態，需要不斷攪拌或靜置溶解。“槐米中蘆丁的提取分離鑒定”實驗項目中獲得的蘆丁粗品需要以1:200的比例加入熱水溶解，使用玻璃棒攪拌溶解所需時間較長，且不能達到均勻狀態，對后面的結果會有一定的影響。“大黃中羥基蒽醌的提取分離鑒定”實驗項目需配制氫氧化鈉溶液進行蒽醌化合物的萃取，氫氧化鈉在溶解過程中時會渾濁，需要不斷攪拌使之溶解充分。

2.2 超聲法的應用

超聲法具有加速溶解的特點，因此本課題組在日常實驗過程中鼓勵學生借助超聲法輔助溶解以更好地體會效果。槐米實驗項目中，超聲法輔助溶解能夠加速蘆丁粗品分散在熱水中，達到均勻狀態，時間大大縮短。大黃實驗項目用超聲法輔助溶解后可迅速觀察到氫氧化鈉溶液由渾濁變澄清，氫氧化鈉聚在一塊且快速溶解于水中，猶如一種魔術現象，能引起學生的好奇心。

3 在清洗方面的應用

3.1 儀器清洗問題

實驗過程中往往會遇到試管、圓底燒瓶和蒸發皿等玻璃儀器的清洗問題，常規上會要求學生利用試管刷進行清洗，但遇到一些極性較小或者黏稠的浸膏，水洗或者加清洗劑均不能很好地洗干凈，因此往往在實驗課末尾階段，同學們會擠在一塊清洗，且依然存在清洗不干凈，導致下一批學生無法用上干凈的玻璃儀器。例如“大黃中羥基蒽醌的提取分離鑒定”實驗項目的萃取環節中，用氫氧化鈉溶液萃取得到的蒽醌類成分較多，鹽酸調pH至酸性后析出來的沉淀較為粘稠，容易沾在玻璃壁上，實驗結束時清洗難度較大。

3.2 超聲法的應用

超聲波清洗被稱為“無刷清洗”，其主要利用超聲空化作用產生的化學和機械效應，能使污染物迅速剝落[7]。超聲波清洗的適用范圍很廣，技術發展非常迅速，在器械、化工領域的應用非常廣泛[8]。日常生活中學生接觸最頻繁的就是眼鏡店超聲清洗眼鏡的實例，同理鼓勵學生用超聲波清洗器對不易清洗的玻璃儀器進行超聲清洗，體會與普通清洗的對比效果。大黃實驗項目中用超聲法輔助清洗玻璃儀器時，清洗效率會比直接水洗要高得多，且容易清洗干凈，較少了清洗時間，緩解了實驗課末尾階段學生清洗儀器的擁擠現象，學生應用感受良好。

4 其它方面的應用

顆粒物在高強度聲場中會產生振動，不同大小的顆粒物振幅和速度不同，容易引起超細顆粒物之間相對運動而導致碰撞，并發生凝并，從而成為微米級甚至更大的顆粒[10]，因此超聲波還有使液體的懸浮微粒聚集成較大顆粒而沉淀的作用。天然藥物化學各個實驗項目中涉及靜置沉淀的操作較為常見，因此在實驗過程中需要靜置沉淀操作時鼓勵部分學生組別嘗試用超聲波輔助沉淀，與常規靜置沉淀操作進行對比效果，用實驗結果來對超聲波團聚理論進行驗證。

5 結 語

超聲波清洗器操作簡單，儀器價格不高，在高等院校、科研機構和一些制藥企業中普遍存在，熟練掌握該儀器的使用對于應用型藥學專業本科學生而言十分必要。本課題組將超聲法融入各個天然藥物化學實驗項目中進行教學改革，提高了實驗效率，豐富了實驗操作手段，使得實驗操作不再千篇一律，便于實驗開展。改革后，學生能在實驗教學中學習超聲法的應用，在實驗操作中也能夠獨立運用超聲法解決實驗中出現的提取、溶解、沉淀和儀器清洗問題，提高了學生的學習興趣和實驗教學效果，同時對學生在后期參與教師科研項目和開展綜合設計性實驗時有一定的積極影響。