超声波在酶解制备技术中的应用进展

滕超+查沛娜+范园园+肖林+覃树林+李秀婷

摘要：超声波技术作为一种高效且对环境友好的制备手段，在食品加工、化工、医疗、生物工程等领域应用广泛，尤其通过与酶解反应的耦合技术在生物催化领域得到了快速发展。就超声场对酶解体系的作用方式、影响超声波辅助酶解制备效果的关键因素以及超声波对酶解制备可能的作用机制等方面进行了系统的论述，对目前此技术的应用情况及存在的问题进行了分析，并对该项技术的应用前景进行了展望。

关键词：超声波；酶解制备；作用机制；耦合技术；应用前景

中图分类号： TS201.1文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0013-04

收稿日期：2013-09-05

基金项目：国家自然科学基金（编号：31371723、31201449）。

作者简介：滕超（1981—），男，博士，副教授，研究方向为食品生物技术。E-mail：tengchao@th.btbu.edu.cn。

通信作者：李秀婷，博士，副教授，研究方向为食品微生物与酶工程。E-mail：lixt@th.btbu.edu.cn。超声波是指频率高于20 kHz的声波，它具有波动与能量的双重属性，属于机械波的一种。超声学至今已有超过100年的研究历史，而自20世纪80年代以来相关领域的研究发展迅猛，超声波除理论研究外在应用研究领域也取得了较大发展。目前，超声波技术已经广泛应用于食品加工、化工、医疗、生物工程等领域[1-3]。超声波与酶解反应的耦合技术在生工产品制备中的应用研究虽然起步较晚，但由于其独特的优势及应用潜力，近些年逐渐受到人们的重视。超声波技术在酶解制备中的应用主要是通过超声波能量作用于反应体系改变各个组成部分的作用方式，提高产物的合成效率来实现的。但由于酶解体系很复杂，其确切的作用机制尚需大量研究进行验证，本文就超声波对酶解产物制备的影响、超声波辅助酶解制备中关键影响因素等进行论述，对超声波辅助酶解制备的应用进展及现存问题进行介绍和分析。

1超声波对生化反应的一般作用机制

超声波由于频率相对较高而赋予其自身巨大能量。一般认为，高频能量使得被其辐射的分子急速运动，并伴有显著的声压作用，分子结构也因此受到一定程度的破坏，从而直接或间接改变反应速率。超声波在传播过程中与介质相互作用引起各种超声效应。超声效应一般有热效应、机械传质作用、空化效应等3种，而超声波的频率、强度等参数会直接影响上述3种作用的强弱[4]。其中，热效应一般会引起介质整体或边界外局部温升，而空化形成激波时则会导致波前处的局部产生加热现象等。超声波的热效应虽然不是超声波对生化反应过程作用的主要方式，但现已确定为重要影响因素之一。其次，超声波作为一种机械振动能量的传播形式，可以使介质质点进入振动状态，从而增强液态介质的质点运动，加速质量传递作用，进而在液体中形成有效的流动与搅动，导致介质结构的破坏，液体中的颗粒被粉碎，达到普通低频机械搅动所达不到的效果[4]。空化作用是当超声波在介质中传播时强度超过了某一空气阀值所产生的空化现象，主要表现为液体中微小空气泡核在超声波作用下被激活，出现泡核的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。通常认为以上超声波所具有的效应对生物质提取尤其是酶催化反应具有重要的影响。

超声波在食品加工中的应用主要通过上述几种机制将声能转化为机械能实现。其中，空化效应通常被认为在催化过程中起主要作用。根据不同的特性，空化作用又可以分为瞬态空化和稳态空化2种。一般较高强度的超声会产生瞬态空化作用，空化泡崩溃的瞬间，释放出高温高压，导致大量自由基的形成，并伴有强大的冲击波或射流；高能量的自由基直接攻击酶分子发生化学变化，影响酶的活性中心，使酶活性减弱甚至失活；而酶分子在强大的冲击波或射流的作用下，分子结构被破坏甚至被剪切成小碎片而表现出活性减弱甚至失活的现象。稳态空化作用形成的空化泡则可使其周围的酶或细胞颗粒受微声流作用下的切应力作用，这种类型的空化作用同样对超声波在生物催化反应中的应用具有重要意义。

2超声波对酶解反应的影响

酶是一类具有生物催化活性的特殊蛋白质，具有催化效率高、高度专一性、易调节控制等优点，其应用范围十分广泛。酶催化在食品工业中的应用可以提高产率，降低能耗，甚至可以促进新产品、新技术、新工艺的兴起和发展。根据已有研究可知，众多种类物理场对酶活性均会产生不同程度的影响，例如，磁场、微波、电场、超声场等均可以不同程度地改变特定酶的性质。酶解反应速度通常主要取决于传质效率和酶分子构象等2个因素；而超声场则会通过加热、机械传质和空化等作用机制不同程度地影响这2个因素，进而改变酶催化反应进程。当前研究已经初步证实，超声波可以促进底物分子之间的相互作用，强化反应物进入及生成物离开酶活性中心的过程，提高酶的活性；另外，还可以改变细胞膜的透性，加强物质传输，因而被广泛用于酶解产物的制备过程中。

2.1超声波对酶解底物的预处理

超声波对底物的作用效果主要是通过提升底物的传质速率来实现的。在较低强度的超声作用下，超声还可以通过降低溶液的黏度和表面张力来增加底物的传质效果。另外，超声产生的机械传质作用和加热作用也可以增加底物分子（包括酶分子）的能量使其运动性加强，增加两者间的接触概率。在此基础上，合适的超声场还可以加强介质与酶之间的传质扩散过程，超声振动产生气泡的界面不仅有利于介质中的底物分子进入酶活性中心，同时也可以帮助酶解产物进入介质提高酶促反应速度。已有相关试验证实，较低强度超声产生的空化泡可使附近的酶分子受到微流产生的切力作用，可能会对疏通酶内外扩散的传质通道有利。此外，超声还可以使反应生成的水再分配，避免新生成的水在酶分子表面形成较厚的水化层而影响底物分子和产物分子的传质。

何荣海等在利用超声波辅助酶法生产紫菜降压肽的研究中，采用20 kHz、800 W的超声场对底物紫菜蛋白进行60 min的预处理，然后再用蛋白酶水解。结果显示，经超声波处理的紫菜蛋白与未处理的样品相比，相同条件下底物蛋白水解度增加110%，同时水解产物活性也有所提高（IC50降低295%）[5]。Imai等在超声辅助纤维素酶水解试验中也得到了类似结果，首先使用超声波对底物（纤维素）进行预处理而后酶解，使得酶解速度显著提高，说明可能是超声在改善传质效果的同时改变了底物分子的部分空间构象，增强了底物与酶分子的结合度，加快了酶解进程[6]。但对于不同反应体系及超声条件也可能会产生不同的作用效果，例如，林洮等在利用超声辅助胰蛋白酶水解米渣蛋白试验中发现，当使用超声波对底物蛋白溶液进行预处理后，酶解反应速率迅速降低；当超声预处理时间大于30 min时，酶解反而会被完全抑制。这可能是因为通过超声波预处理使得底物蛋白空间结构发生改变，减少了底物与水解酶的结合位点，进而降低了反应速度[7]。

2.2超声波对酶的预处理

酶活性的强弱主要取决于酶分子构象的合理程度。超声作用于酶分子时释放的能量可导致酶分子的构象发生一定程度的改变，从而影响到催化活性的变化。较低强度的超声处理会使酶分子能量增加以及介质发生温升，从而引起酶分子构象的微小变化，使酶分子的超微结构更具柔性、更合理，进而表现出较高的催化活性。如果超声强度进一步加强，酶分子结构则有可能进一步改变以趋向不合理的构象，导致酶分子本身的催化活性受到阻碍，表现为酶失活。

Wang等用圆二色谱（CD）对纤维素酶二级结构的变化进行分析，以α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲的含量来阐明二级结构与酶活性之间的联系[8]。如表1所示，超声引起一定数量的α-螺旋形变和无规则卷曲含量的增加，进而造成蛋白质的构象发生变化。这些变化使纤维素酶更具柔软性和灵活性，使底物更容易进入纤维素酶的活性中心，这也有利于纤维素酶活性的改善。但是过量的超声处理后，随着α-螺旋含量的增加和无规卷曲含量的减少，纤维素酶活性减弱，这表明酶活性中心可能被较紧凑的结构所包围，从而阻碍底物与酶反应。

Wang等在研究低强度超声波对纤维素酶预处理的影响中，用色氨酸荧光光谱（最大荧光发射波长为348 nm）对酶构象的变化进行了研究[8]。相关研究表明，酶分子的荧光强度随着超声功率、超声频率、超声时间的增加而逐渐减弱。这表明酶分子的构象随着超声波的预处理而逐渐改变，其原因可能是超声预处理诱导蛋白质分子展开，破坏了蛋白质分子的疏水相互作用，造成更多蛋白质分子的疏水基团暴露到外部[9-10]。

超声波产生的能量可以在一定程度上改变生物大分子（如蛋白质）结构，因此当适宜的超声波作用于酶时，可改变酶分子的空间构象使其折叠更趋合理（更易于与底物结合形成中间产物），从而提高酶催化效率[11]。另外也有观点认为，超声波主要通过对酶活性部位的结合位点施加影响，使失去活性的酶重新具有活性或有活性的酶失活进而改变酶解反应表1用超声波处理后纤维素酶的二级结构的含量

处理方法α-螺旋含量

（%）β-折叠含量

（%）β-转角含量

（%）无规卷曲含量

（%）酶活性

（U/mL）正常对照组26.226.621.924.850.42±1.7518 kHz、5 W超声处理5 min23.925.023.730.452.21±1.3824 kHz、15 W超声处理10 min23.425.023.732.159.58±1.4426 kHz、20 W超声处理10 min24.824.622.826.954.77±1.7129 kHz、50 W超声处理30 min27.626.423.522.231.62±4.23

进程[12]。在作用方式方面，超声波对酶的影响主要取决于超声频率、反应介质含水量以及介质的疏水性等。在低强度及适宜的频率下，通过超声波的空穴作用、磁致伸缩作用和机械振荡作用表现出对生化反应的促进功能或是对酶催化的协同加速作用。

2.3超声作用于酶解体系

如果在酶解反应发生时对整个体系施加超声，首先超声波热效应可以提高反应体系温度，在一定程度上能促进反应的进行。另外，当超声波振动时通过能量的传递引起媒质质点以极高的速度和加速度进入振动状态，也可以在一定程度上增加酶与底物的接触机会，进而改变酶解反应的进程。

林洮等发现，当用超声对底物蛋白和水解酶的混合液直接处理时，试验组底物的分解率比对照组高；但随着时间的延长，试验组底物最终分解率并没有提高。此结果可能是温升及蛋白质构象发生变化等因素导致的综合效果[7]。丁青芝等以双低菜籽饼粕蛋白为原料，分别考察了超声预处理蛋白酶、超声预处理蛋白原料和酶解过程前期施加超声等3种超声处理方式对该蛋白酶解制备ACEI活性肽的影响。结果显示，以上3种超声辅助方式都可以明显促进菜籽饼粕蛋白的酶解效率，而其中超声预处理蛋白原料效果最明显。可能是因为超声波对反应底物的均质作用起到了主要作用，通过超声对底物的预处理增加了酶与底物的接触面积，从而促进了酶解反应的进行[13]。

3影响超声波耦合酶解效果的主要因素

超声波与酶解反应的耦合作用机理较复杂，超声处理的强度及其他反应条件的差异均会对包括催化酶构象、底物均质、反应体系的温升等方面产生复合影响；另外，酶种类的差异、反应体系的不同均会对超声条件的选择产生直接影响[6]。因此，要达到促进酶解效果的目的，必须根据具体情况对超声条件进行系统考察。

3.1超声温度对酶解反应的影响

通常大多数酶的活性在最适温度范围内最强，酶促反应速度最大。而超声波作为一种能量形式具有加热作用和空化作用，因此对酶反应可产生促进和抑制的双重作用。当温度较低时，与空化作用相比，加热作用占主导地位，超声场下的反应体系吸收超声波能量，从而加速了酶促水解反应，表现为促进作用。随着温度的升高，空化作用逐步显现，一方面，当温度超过特定值时，由于酶本身发生热变性导致反应速率降低[14]；另一方面，由于空化作用在液体介质中微泡的形成和破裂并伴随能量的释放，在此过程中会产生瞬时局部高温、高压，同时可能伴有自由基（如水分子电离产生的 H·和OH·自由基）的形成，这些自由基可进入酶活性中心破坏酶分子的构象，进而降低反应速率，表现为抑制作用。

刘振家等发现，当超声温度小于40 ℃时，酶解制备的抗氧化肽1，1-二苯基-2-苦基苯肼（DPPH）清除率随着温度的升高而逐渐升高；在40 ℃时，DPPH清除率达到最大；超过40 ℃后，DPPH清除率呈明显下降趋势[15]。李利军等在对超声波对酶法水解丝素作用的研究中发现，在其他条件相同的情况下分别在30～50 ℃下进行超声处理，结果显示，在45 ℃时产物得率最高。说明合适的反应温度有利于超声耦合酶解反应的进行[16]。

3.2超声时间对酶解反应的影响

超声时间的长短主要会影响超声空化效应的产生和持续。刘振家等以抗氧化肽粗品清除DPPH的能力为指标研究超声时间对酶解脱脂小麦胚芽制备抗氧化肽的影响，结果显示，抗氧化肽的DPPH清除率随着耦合超声时间的延长逐渐升高，至3 min时达到最大；超过3 min后，酶解产物的清除率并没有随时间的延长而明显升高[15]。另外，还有试验发现，在超声作用过程中，产物活性略有下降，这可能是由于超声过程的热效应以及剪切力抑制了酶的活性[17]。杨柳等也发现，通过水酶法提取大豆油产物制备得率随超声时间的延长而升高，超声15 min后渐趋稳定，即继续延长超声时间制备得率保持不变[18]。

3.3超声波强度对酶解反应的影响

莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素的研究中考察了不同超声强度（0.1～0.4 W/cm2）对大蒜素得率的影响，结果显示，大蒜素得率随超声强度的升高而升高，当强度为 0.4 W/cm2 时，大蒜素的得率最高[19]；但武赟等在超声波辅助酶解制备多孔淀粉的研究发现，酶解过程中较高强度的超声波处理反而降低水解率[20]。可能是因为较高强度的超声波会使酶中氢键断裂，导致蛋白质的结构展开；另外，超声过程中产生的OH-具有很强的氧化作用，能与酶中的氨基酸结合反应，致使酶失活降低水解率[21]。

3.4超声频率对酶解反应的影响

李利军等在对超声波对酶法水解丝素的研究中发现，不同频率超声波对碱性蛋白酶水解再生丝素液作用不同。在其他条件相同的情况下，分别用频率为 26、48、69 kHz超声处理，结果显示，超声频率为 26 kHz时，产物回收率最高。说明低频超声有利于提升酶解反应效果[16]。莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素研究中考察的超声频率区段为 28～135 kHz，大蒜素得率随超声酶解频率的增加呈现出先增后降的趋势，当超声频率为 50 kHz 时，大蒜素的得率最高。可能是因为随着超声频率的增加，酶和底物分子的碰撞频率也增大，反应速度加快；而当超声频率继续增大时，酶分子构象可能会进一步发生改变，酶活性反而降低，影响了产物的生成[19]。

3.5超声功率对酶解反应的影响

与其他超声条件类似，超声功率对酶解反应同样具有双重效应。李利军等发现，不同功率的超声波（110～290 W）对酶解丝素蛋白作用效果存在明显差异，结果显示，产物回收率在超声功率为200 W 时最大[16]。丁莉莎等也有类似发现，通过考察不同超声功率（0、200、250、300 W）对酪蛋白水解效果的影响发现，在超声功率为200 W时，产物酪蛋白磷酸肽得率最高；而在超声功率为300W时，产物得率甚至低于无超声耦合的空白对照组[22]。此外，对于不同反应相的水解反应似乎也存在类似规律。杨柳等在用水酶法提取大豆油的研究中发现，反应过程中耦合的超声场产物提取率随着功率增大相应提高，当功率达到400 W时，提取率最高，为85.54%；而当功率超过400 W后，提取率反而减小。可能是由于功率过大导致超声瞬间热效应过于明显，使得局部温度过高，导致原料中蛋白质变性，进而影响油脂溶出[18]。

4展望

当前国内外相关研究已经充分证明，超声技术在包括酶解制备等生物催化领域具有良好的应用前景。相关工作已经在理论研究及应用推广领域广泛展开，并逐渐将研究重点转移到对其核心规律或理论的发掘和论证上。但由于生物催化反应体系本身的复杂性以及对超声化学认识的限制，很多本质的机理性问题远未得到明确阐释和说明。而先前未重点考察的影响因素最近被证实同样可能会对反应效果产生显著影响，例如，对于部分酶解试验采用复频共振的方式明显优于单一频率的提取率[22-23]，占空比对超声提取率及提取物的纯度可能会存在一定影响。另外，目前超声提取设备基本都是通过介质（一般为水）将超声间接作用于样品，而为提高超声波作用效率可进一步开发能满足复频、占空比等研究需要的制备仪器等。随着对超声耦合酶解体系研究的逐步全面和深入，很多深层次的问题包括超声与各类反应体系影响关系的分析、相关反应模型的确定等核心规律问题有望逐渐得到涉及和明确，从而可以有效推进该项技术在实际生产中的应用。

参考文献：

[1]Cocciardi R A，Ismail A A，Sedman J. Investigation of the potential utility of single-bounce attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy in the analysis of distilled liquors and wines[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53（8）：2803-2809.

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[6]Imai M，Ikari K，Suzuki I. High-performance hydrolysis of cellulose using mixed cellulase species and ultrasounication pretreatment[J]. Biochemistry Engineering Journal，2004，17（2）：79-83.

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[11]李慧，金仁哲，刘振春，等. 超声波对双酶水解玉米蛋白的影响[J].

3.2超声时间对酶解反应的影响

超声时间的长短主要会影响超声空化效应的产生和持续。刘振家等以抗氧化肽粗品清除DPPH的能力为指标研究超声时间对酶解脱脂小麦胚芽制备抗氧化肽的影响，结果显示，抗氧化肽的DPPH清除率随着耦合超声时间的延长逐渐升高，至3 min时达到最大；超过3 min后，酶解产物的清除率并没有随时间的延长而明显升高[15]。另外，还有试验发现，在超声作用过程中，产物活性略有下降，这可能是由于超声过程的热效应以及剪切力抑制了酶的活性[17]。杨柳等也发现，通过水酶法提取大豆油产物制备得率随超声时间的延长而升高，超声15 min后渐趋稳定，即继续延长超声时间制备得率保持不变[18]。

3.3超声波强度对酶解反应的影响

莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素的研究中考察了不同超声强度（0.1～0.4 W/cm2）对大蒜素得率的影响，结果显示，大蒜素得率随超声强度的升高而升高，当强度为 0.4 W/cm2 时，大蒜素的得率最高[19]；但武赟等在超声波辅助酶解制备多孔淀粉的研究发现，酶解过程中较高强度的超声波处理反而降低水解率[20]。可能是因为较高强度的超声波会使酶中氢键断裂，导致蛋白质的结构展开；另外，超声过程中产生的OH-具有很强的氧化作用，能与酶中的氨基酸结合反应，致使酶失活降低水解率[21]。

3.4超声频率对酶解反应的影响

李利军等在对超声波对酶法水解丝素的研究中发现，不同频率超声波对碱性蛋白酶水解再生丝素液作用不同。在其他条件相同的情况下，分别用频率为 26、48、69 kHz超声处理，结果显示，超声频率为 26 kHz时，产物回收率最高。说明低频超声有利于提升酶解反应效果[16]。莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素研究中考察的超声频率区段为 28～135 kHz，大蒜素得率随超声酶解频率的增加呈现出先增后降的趋势，当超声频率为 50 kHz 时，大蒜素的得率最高。可能是因为随着超声频率的增加，酶和底物分子的碰撞频率也增大，反应速度加快；而当超声频率继续增大时，酶分子构象可能会进一步发生改变，酶活性反而降低，影响了产物的生成[19]。

3.5超声功率对酶解反应的影响

与其他超声条件类似，超声功率对酶解反应同样具有双重效应。李利军等发现，不同功率的超声波（110～290 W）对酶解丝素蛋白作用效果存在明显差异，结果显示，产物回收率在超声功率为200 W 时最大[16]。丁莉莎等也有类似发现，通过考察不同超声功率（0、200、250、300 W）对酪蛋白水解效果的影响发现，在超声功率为200 W时，产物酪蛋白磷酸肽得率最高；而在超声功率为300W时，产物得率甚至低于无超声耦合的空白对照组[22]。此外，对于不同反应相的水解反应似乎也存在类似规律。杨柳等在用水酶法提取大豆油的研究中发现，反应过程中耦合的超声场产物提取率随着功率增大相应提高，当功率达到400 W时，提取率最高，为85.54%；而当功率超过400 W后，提取率反而减小。可能是由于功率过大导致超声瞬间热效应过于明显，使得局部温度过高，导致原料中蛋白质变性，进而影响油脂溶出[18]。

4展望

当前国内外相关研究已经充分证明，超声技术在包括酶解制备等生物催化领域具有良好的应用前景。相关工作已经在理论研究及应用推广领域广泛展开，并逐渐将研究重点转移到对其核心规律或理论的发掘和论证上。但由于生物催化反应体系本身的复杂性以及对超声化学认识的限制，很多本质的机理性问题远未得到明确阐释和说明。而先前未重点考察的影响因素最近被证实同样可能会对反应效果产生显著影响，例如，对于部分酶解试验采用复频共振的方式明显优于单一频率的提取率[22-23]，占空比对超声提取率及提取物的纯度可能会存在一定影响。另外，目前超声提取设备基本都是通过介质（一般为水）将超声间接作用于样品，而为提高超声波作用效率可进一步开发能满足复频、占空比等研究需要的制备仪器等。随着对超声耦合酶解体系研究的逐步全面和深入，很多深层次的问题包括超声与各类反应体系影响关系的分析、相关反应模型的确定等核心规律问题有望逐渐得到涉及和明确，从而可以有效推进该项技术在实际生产中的应用。

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[7]林洮，江漓，赵小虎，等. 超声促进胰蛋白酶酶解米渣蛋白的研究[J]. 食品研究与开发，2012，33（3）：6-9.

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[11]李慧，金仁哲，刘振春，等. 超声波对双酶水解玉米蛋白的影响[J].

3.2超声时间对酶解反应的影响

超声时间的长短主要会影响超声空化效应的产生和持续。刘振家等以抗氧化肽粗品清除DPPH的能力为指标研究超声时间对酶解脱脂小麦胚芽制备抗氧化肽的影响，结果显示，抗氧化肽的DPPH清除率随着耦合超声时间的延长逐渐升高，至3 min时达到最大；超过3 min后，酶解产物的清除率并没有随时间的延长而明显升高[15]。另外，还有试验发现，在超声作用过程中，产物活性略有下降，这可能是由于超声过程的热效应以及剪切力抑制了酶的活性[17]。杨柳等也发现，通过水酶法提取大豆油产物制备得率随超声时间的延长而升高，超声15 min后渐趋稳定，即继续延长超声时间制备得率保持不变[18]。

3.3超声波强度对酶解反应的影响

莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素的研究中考察了不同超声强度（0.1～0.4 W/cm2）对大蒜素得率的影响，结果显示，大蒜素得率随超声强度的升高而升高，当强度为 0.4 W/cm2 时，大蒜素的得率最高[19]；但武赟等在超声波辅助酶解制备多孔淀粉的研究发现，酶解过程中较高强度的超声波处理反而降低水解率[20]。可能是因为较高强度的超声波会使酶中氢键断裂，导致蛋白质的结构展开；另外，超声过程中产生的OH-具有很强的氧化作用，能与酶中的氨基酸结合反应，致使酶失活降低水解率[21]。

3.4超声频率对酶解反应的影响

李利军等在对超声波对酶法水解丝素的研究中发现，不同频率超声波对碱性蛋白酶水解再生丝素液作用不同。在其他条件相同的情况下，分别用频率为 26、48、69 kHz超声处理，结果显示，超声频率为 26 kHz时，产物回收率最高。说明低频超声有利于提升酶解反应效果[16]。莫英杰等在超声辅助酶法制备大蒜素研究中考察的超声频率区段为 28～135 kHz，大蒜素得率随超声酶解频率的增加呈现出先增后降的趋势，当超声频率为 50 kHz 时，大蒜素的得率最高。可能是因为随着超声频率的增加，酶和底物分子的碰撞频率也增大，反应速度加快；而当超声频率继续增大时，酶分子构象可能会进一步发生改变，酶活性反而降低，影响了产物的生成[19]。

3.5超声功率对酶解反应的影响

与其他超声条件类似，超声功率对酶解反应同样具有双重效应。李利军等发现，不同功率的超声波（110～290 W）对酶解丝素蛋白作用效果存在明显差异，结果显示，产物回收率在超声功率为200 W 时最大[16]。丁莉莎等也有类似发现，通过考察不同超声功率（0、200、250、300 W）对酪蛋白水解效果的影响发现，在超声功率为200 W时，产物酪蛋白磷酸肽得率最高；而在超声功率为300W时，产物得率甚至低于无超声耦合的空白对照组[22]。此外，对于不同反应相的水解反应似乎也存在类似规律。杨柳等在用水酶法提取大豆油的研究中发现，反应过程中耦合的超声场产物提取率随着功率增大相应提高，当功率达到400 W时，提取率最高，为85.54%；而当功率超过400 W后，提取率反而减小。可能是由于功率过大导致超声瞬间热效应过于明显，使得局部温度过高，导致原料中蛋白质变性，进而影响油脂溶出[18]。

4展望

当前国内外相关研究已经充分证明，超声技术在包括酶解制备等生物催化领域具有良好的应用前景。相关工作已经在理论研究及应用推广领域广泛展开，并逐渐将研究重点转移到对其核心规律或理论的发掘和论证上。但由于生物催化反应体系本身的复杂性以及对超声化学认识的限制，很多本质的机理性问题远未得到明确阐释和说明。而先前未重点考察的影响因素最近被证实同样可能会对反应效果产生显著影响，例如，对于部分酶解试验采用复频共振的方式明显优于单一频率的提取率[22-23]，占空比对超声提取率及提取物的纯度可能会存在一定影响。另外，目前超声提取设备基本都是通过介质（一般为水）将超声间接作用于样品，而为提高超声波作用效率可进一步开发能满足复频、占空比等研究需要的制备仪器等。随着对超声耦合酶解体系研究的逐步全面和深入，很多深层次的问题包括超声与各类反应体系影响关系的分析、相关反应模型的确定等核心规律问题有望逐渐得到涉及和明确，从而可以有效推进该项技术在实际生产中的应用。

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