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近日，深圳華聲強化技術有限公司與天津中醫(yī)藥大學李文龍教授合作，基于“低能耗、高效率”理念的指導下，采用聲共振技術開發(fā)了一種高效的桑葉提取工藝，該提取工藝能夠大幅度縮短提取時間，高效提取熱敏性成分，這不僅為當下桑葉的提取工藝提供了新的技術依據(jù)，還可以進一步作為研究和開發(fā)的平臺，去推動蜂鳥聲共振技術在藥材提取領域的廣泛應用。相關成果發(fā)表于《Sustainable Chemistry and Pharmacy》上，天津中醫(yī)藥大學閆子軒為論文的第一作者，深圳華聲強化技術有限公司吳偉高工和天津中醫(yī)藥大學李文龍教授為論文共同通訊作者。論文題錄：Zixuan Yan , Yijing Zhang , Yinglian Yang , Guoxiang Li , Zhiqi Guan , Wei Wu *, Wenlong Li*,. Hummer acoustic resonance as an innovative green technology for extracting active components from mulberry leaves, DOI: 10.1016/j.scp.2024.101853

桑葉指桑樹的嫩葉，其不僅是蠶的主要食物，更是中國傳統(tǒng)醫(yī)學中的重要藥材。桑葉提取物中含有豐富的生物活性成分，包括黃酮類化合物、多酚類化合物、糖類以及生物堿類等，此外，桑葉中也含有鈣、碳水化合物、鐵、蛋白質(zhì)、維生素等功效性成分，這些活性成分具有抗氧化、抗菌、抗炎、降血糖、降血脂等多種功效。

近年來，針對從桑葉中提取功能性化學物質(zhì)的研究逐漸增多，提取工藝的有效性一般與所選擇的提取方法密切相關，傳統(tǒng)的提取方法如滲漉法、煎煮法和回流法雖在一定程度上有效，但由于存在處理時間長、溶劑需求高、溶劑回收效率低以及提取成本較高等問題，這些方法的應用逐漸受到限制。因此，亟需開發(fā)一種新型的提取方法，既能去提高提取效率，又能做到減少溶劑和能源的消耗。蜂鳥聲共振技術是一種基于簡諧振動方程的創(chuàng)新方法，可通過從容器底部向上傳播的壓力波在整個容器內(nèi)形成穩(wěn)定的聲場，該聲場能夠創(chuàng)建多個區(qū)域達到對容器整場的覆蓋，進而有效避免了死區(qū)的形成，并且還能確保剪切力均勻分布（圖1）。

圖1 蜂鳥聲共振微混合區(qū)域分布示意圖

當藥材粉末在設備共振下處理時，聲壓波的傳播能夠?qū)?/span>設備產(chǎn)生的機械能幾乎無損失地傳遞到容器中的料體上（圖2）。這種高效的能量傳遞方式，使得蜂鳥聲共振技術在提取過程中的應用具有顯著優(yōu)勢。因此，我們將這一技術應用于桑葉活性成分的提取，探索該技術在植物提取領域的潛力和應用前景。

圖2 蜂鳥聲共振驅(qū)動力與能量的相互作用

在桑葉活性成分的提取過程中，包括溶劑濃度、萃取時間、萃取溫度和液固比等的多個工藝參數(shù)都會對提取效果產(chǎn)生顯著影響。由于這些因素相互作用且關系復雜，若沒有有效的數(shù)學模型，分析和優(yōu)化提取條件往往會是一個耗時且昂貴的過程。響應面法(RSM)是一種綜合實驗設計和數(shù)學建模的優(yōu)化方法，能夠有效分析復雜的系統(tǒng)性能，并優(yōu)化提取過程中的各項參數(shù)。RSM方法以試驗次數(shù)少、精度高、預測性能優(yōu)良等優(yōu)點，被廣泛應用于優(yōu)化從植物資源中提取化合物的各種工藝。

支持向量機回歸(SVR)是一種用于回歸的監(jiān)督機器學習算法，在解決回歸問題時，SVR將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高維特征空間并在該空間中執(zhí)行線性回歸來處理復雜的非線性關系，SVR獨特的品質(zhì)包括不易收斂于局部極小值、使用核技巧解決非線性問題、優(yōu)異的性能和高穩(wěn)定性，基于此從而使其成為了一種有前途的預測方法。遺傳算法(GA)是一種基于自然選擇和遺傳學原理的優(yōu)化技術，通過適應度標準、操作進化假設和其他函數(shù)來優(yōu)化和研究問題，具有全局優(yōu)化的特點。我們建立了一種全新的集成方法，GA的全局搜索能力與SVR的高精度預測能力被耦合在這種方法之中，用于進一步優(yōu)化提取過程。

本研究首次采用蜂鳥聲共振技術對桑葉的活性成分進行提取，并采用層次分析法結(jié)合熵權法對各指標進行賦權，來計算綜合評分并為優(yōu)化模型提供決策支持。通過實驗數(shù)據(jù)的分析，RSM和SVR耦合GA模型在提取工藝優(yōu)化中表現(xiàn)出色，能夠高效預測最佳提取條件。在此基礎上，研究進一步將蜂鳥聲共振技術的提取效果與傳統(tǒng)回流提取方法進行了對比。結(jié)果表明，蜂鳥聲共振技術在提高提取效率、降低溶劑消耗及縮短提取時間等方面具有顯著優(yōu)勢，展現(xiàn)出其在藥材提取領域的廣闊應用前景。

本研究不僅為桑葉的高效提取提供了科學依據(jù)，也為蜂鳥聲共振技術在藥材提取中的應用探索了新的路徑。通過優(yōu)化提取工藝，可以進一步提高桑葉中活性成分的提取效率，降低環(huán)境負擔，推動藥材提取技術的綠色發(fā)展。隨著技術的進一步成熟，蜂鳥聲共振技術有望在其他藥材的提取中得到廣泛應用，為制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。