超声法在天然药物化学实验教学改革的应用*

林大都，黄思涵，李兰芳，翟 明，张声源，张 勇

(嘉应学院医学院，广东 梅州 514031)

天然药物化学是一门实践性很强的学科，实验教学在天然药物化学教学中占据着重要的地位[1]。天然药物化学实验教学的重点内容是使学生掌握天然药物有效成分的提取、分离、检识、结构鉴定等实验方法，不仅是验证和强化理论课教学内容，而且是使学生掌握系统实验操作技能的关键[2]。本院药学本科现行实验教学方案已实行十余年，沿用的经典实验项目主要包括补骨脂中补骨脂素的提取分离鉴定、大黄中羟基蒽醌的提取分离鉴定、槐米中芦丁的提取分离鉴定、八角茴香的挥发油提取和黄连中小檗碱的提取分离鉴定等，采用的提取方法以煎煮法、浸渍法和回流提取法为主。但随着药学学科的快速发展，一些高效的提取分离方法已普遍应用，经典的实验项目涉及的操作技术偏于简单和落后，不适应新时期大健康医药产业的发展需要，难以满足应用型药学专业本科人才培养目标的要求，需及时更新[3]。

超声法是提取天然药物化学成分的新方法之一，主要利用超声波在溶液中传播时产生的空化效应、机械效应和热效应等，能瞬间破坏植物细胞壁，增强溶剂进入细胞内的渗透能力，加速化学成分在溶剂中的溶解，从而提高提取效率[4]。超声法在天然药物中多糖、多肽、苷类、黄酮类、生物碱等各类成分的提取应用越来越广泛[5-6]，已成为化学成分提取的普遍方法之一。针对本院天然药物化学实验中出现的问题，本课题组将超声法融入各个实验项目过程中进行改革，提高了学生做实验的效率，解决了学生在日常实验中容易出现的问题。

1 在提取方面的应用改革

1.1 传统提取方法及问题

实验项目“补骨脂中补骨脂素的提取分离鉴定”采用浸渍法进行提取，传统提取方案为：取补骨脂粗粉100 g，置1000 mL烧杯中，加入50%乙醇400 mL，搅拌均匀，浸泡24 h，4层纱布过滤。该方案主要问题在于所需时间较长，往往需要安排两次课的时间用于提取部分，在有限的课时条件下较为浪费。

实验项目“槐米中芦丁的提取分离鉴定”采用煎煮法进行碱溶酸沉获取芦丁，传统的粗品提取方法为：称取槐米粗粉20 g置容器中，加入0.4%硼砂水溶液400 mL，石灰乳调节pH 8～9，加热至微沸，维持pH值40 min，不断补充失去的水分，用4层纱布趁热滤取提取液，冷至60～70 ℃，用浓盐酸调pH 4～5，放置过夜析晶，抽滤，3 mL甲醇淋洗，60 ℃恒温干燥，得芦丁粗品。实验过程中容易出现的问题主要有：①持续加热促使多糖、粘液质等水溶性杂质的溶出，冷却调pH 4～5后，提取液颜色较深，为黑褐色且粘稠，抽滤时滤液容易起泡，滤得粗品为棕褐色固体，杂质较多；②抽滤时效率非常低，需要较长时间等待，且容易出现滤纸抽破的现象，阻碍实验顺利进行；③提取过程中需不时补充失去的水分，操作繁琐且不准确。

1.2 超声法的应用

补骨脂实验项目提取方案改革如下：取补骨脂粗粉100 g，置1000 mL烧杯中，加入50%乙醇400 mL，搅拌均匀，超声30 min，4层纱布过滤。改革后整个实验过程明显减少一次课的时间安排，且不影响提取率，实验正常运行。

槐米实验项目提取方案改革如下：称取槐米粗粉20 g置容器中，加入热的0.4%硼砂水溶液400 mL，石灰乳调节pH 8～9，超声提取30 min并维持pH值，用4层纱布过滤，滤液加浓盐酸调pH 4～5，放置过夜，待析出结晶，抽滤，3 mL甲醇淋洗，60 ℃恒温干燥，得芦丁粗品。改革方案中超声法相比煎煮法提取操作较为简单，不需要在实验过程中不断补充失去的水量；酸沉过程中过滤时，超声法明显比煎煮法所消耗的时间要短，且不容易出现滤纸抽破的现象；得到的芦丁粗品颜色相对偏黄，可见溶出的杂质较少，纯度较高；最终芦丁的精品得率与煎煮法相比影响不大；整体上超声法提取的实验过程较为顺畅，实验效率明显提高。

2 在样品溶解方面的应用

2.1 容易出现的问题

溶液的配制是一项实验过程中常见的操作，在配制样品溶液进行萃取、显色反应或者重结晶操作时，有时会出现溶解慢而使溶液保持浑浊状态，需要不断搅拌或静置溶解。“槐米中芦丁的提取分离鉴定”实验项目中获得的芦丁粗品需要以1:200的比例加入热水溶解，使用玻璃棒搅拌溶解所需时间较长，且不能达到均匀状态，对后面的结果会有一定的影响。“大黄中羟基蒽醌的提取分离鉴定”实验项目需配制氢氧化钠溶液进行蒽醌化合物的萃取，氢氧化钠在溶解过程中时会浑浊，需要不断搅拌使之溶解充分。

2.2 超声法的应用

超声法具有加速溶解的特点，因此本课题组在日常实验过程中鼓励学生借助超声法辅助溶解以更好地体会效果。槐米实验项目中，超声法辅助溶解能够加速芦丁粗品分散在热水中，达到均匀状态，时间大大缩短。大黄实验项目用超声法辅助溶解后可迅速观察到氢氧化钠溶液由浑浊变澄清，氢氧化钠聚在一块且快速溶解于水中，犹如一种魔术现象，能引起学生的好奇心。

3 在清洗方面的应用

3.1 仪器清洗问题

实验过程中往往会遇到试管、圆底烧瓶和蒸发皿等玻璃仪器的清洗问题，常规上会要求学生利用试管刷进行清洗，但遇到一些极性较小或者黏稠的浸膏，水洗或者加清洗剂均不能很好地洗干净，因此往往在实验课末尾阶段，同学们会挤在一块清洗，且依然存在清洗不干净，导致下一批学生无法用上干净的玻璃仪器。例如“大黄中羟基蒽醌的提取分离鉴定”实验项目的萃取环节中，用氢氧化钠溶液萃取得到的蒽醌类成分较多，盐酸调pH至酸性后析出来的沉淀较为粘稠，容易沾在玻璃壁上，实验结束时清洗难度较大。

3.2 超声法的应用

超声波清洗被称为“无刷清洗”，其主要利用超声空化作用产生的化学和机械效应，能使污染物迅速剥落[7]。超声波清洗的适用范围很广，技术发展非常迅速，在器械、化工领域的应用非常广泛[8]。日常生活中学生接触最频繁的就是眼镜店超声清洗眼镜的实例，同理鼓励学生用超声波清洗器对不易清洗的玻璃仪器进行超声清洗，体会与普通清洗的对比效果。大黄实验项目中用超声法辅助清洗玻璃仪器时，清洗效率会比直接水洗要高得多，且容易清洗干净，较少了清洗时间，缓解了实验课末尾阶段学生清洗仪器的拥挤现象，学生应用感受良好。

4 其它方面的应用

颗粒物在高强度声场中会产生振动，不同大小的颗粒物振幅和速度不同，容易引起超细颗粒物之间相对运动而导致碰撞，并发生凝并，从而成为微米级甚至更大的颗粒[10]，因此超声波还有使液体的悬浮微粒聚集成较大颗粒而沉淀的作用。天然药物化学各个实验项目中涉及静置沉淀的操作较为常见，因此在实验过程中需要静置沉淀操作时鼓励部分学生组别尝试用超声波辅助沉淀，与常规静置沉淀操作进行对比效果，用实验结果来对超声波团聚理论进行验证。

5 结 语

超声波清洗器操作简单，仪器价格不高，在高等院校、科研机构和一些制药企业中普遍存在，熟练掌握该仪器的使用对于应用型药学专业本科学生而言十分必要。本课题组将超声法融入各个天然药物化学实验项目中进行教学改革，提高了实验效率，丰富了实验操作手段，使得实验操作不再千篇一律，便于实验开展。改革后，学生能在实验教学中学习超声法的应用，在实验操作中也能够独立运用超声法解决实验中出现的提取、溶解、沉淀和仪器清洗问题，提高了学生的学习兴趣和实验教学效果，同时对学生在后期参与教师科研项目和开展综合设计性实验时有一定的积极影响。