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近日，深圳華聲強化技術有限公司與天津中醫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，還可以進一步作為研究和開發的平臺，去推動蜂鳥聲共振技術在藥材提取領域的廣泛應用。相關成果發表于《Sustainable Chemistry and Pharmacy》上，天津中醫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，更是中國傳統醫學中的重要藥材。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、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形成穩定的聲場，該聲場能夠創建多個區域達到對容器整場的覆蓋，進而有效避免了死區的形成，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，聲壓波的傳播能夠將設備產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都會對提取效果產生顯著影響。由于這些因素相互作用且關系復雜，若沒有有效的數學模型，分析和優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學建模的優化方法，能夠有效分析復雜的系統性能，并優化提取過程中的各項參數。RSM方法以試驗次數少、精度高、預測性能優良等優點，被廣泛應用于優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督機器學習算法，在解決回歸問題時，SVR將輸入數據轉換為高維特征空間并在該空間中執行線性回歸來處理復雜的非線性關系，SVR獨特的品質包括不易收斂于局部極小值、使用核技巧解決非線性問題、優異的性能和高穩定性，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化技術，通過適應度標準、操作進化假設和其他函數來優化和研究問題，具有全局優化的特點。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合熵權法對各指標進行賦權，來計算綜合評分并為優化模型提供決策支持。通過實驗數據的分析，RSM和SVR耦合GA模型在提取工藝優化中表現出色，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回流提取方法進行了對比。結果表明，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勢，展現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，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，降低環境負擔，推動藥材提取技術的綠色發展。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，為制藥行業的可持續發展做出貢獻。