超聲波提取原理、特點(diǎn)與應(yīng)用介紹
概述：
1、提取原理
（1）機(jī)械效應(yīng) 超聲波在介質(zhì)中的傳播可以使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其傳播空間內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)，從而強(qiáng)化介質(zhì)的擴(kuò)散、傳播，這就是超聲波的機(jī)械效應(yīng)。超聲波在傳播過程中產(chǎn)生一種輻射壓強(qiáng)，沿聲波方向傳播，對(duì)物料有很強(qiáng)的破壞作用，可使細(xì)胞組織變形，植物蛋白質(zhì)變性；同時(shí)，它還可以給予介質(zhì)和懸浮體以不同的加速度，且介質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)大于懸浮體分子的運(yùn)動(dòng)速度。從而在兩者間產(chǎn)生摩擦，這種摩擦力可使生物分子解聚，使細(xì)胞壁上的有效成分更快地溶解于溶劑之中。
（2）空化效應(yīng) 通常情況下，介質(zhì)內(nèi)部或多或少地溶解了一些微氣泡，這些氣泡在超聲波的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡由于定向擴(kuò)散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然閉合，這就是超聲波的空化效應(yīng)。這種氣泡在閉合時(shí)會(huì)在其周圍產(chǎn)生幾千個(gè)大氣壓的壓力，形成微激波，它可造成植物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體破裂，而且整個(gè)破裂過程在瞬間完成，有利于有效成分的溶出。
（3）熱效應(yīng) 和其它物理波一樣，超聲波在介質(zhì)中的傳播過程也是一個(gè)能量的傳播和擴(kuò)散過程，即超聲波在介質(zhì)的傳播過程中，其聲能不斷被介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)吸收，介質(zhì)將所吸收的能量全部或大部分轉(zhuǎn)變成熱能，從而導(dǎo)致介質(zhì)本身和藥材組織溫度的升高，增大了藥物有效成分的溶解速度。由于這種吸收聲能引起的藥物組織內(nèi)部溫度的升高是瞬間的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不變。
此外，超聲波還可以產(chǎn)生許多次級(jí)效應(yīng)，如乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等，這些作用也促進(jìn)了植物體中有效成分的溶解，促使藥物有效成分進(jìn)入介質(zhì)，并于介質(zhì)充分混合，加快了提取過程的進(jìn)行，并提高了藥物有效成分的提取率。
2、超聲波提取的特點(diǎn)
（1）超聲波提取時(shí)不需加熱，避免了中藥常規(guī)煎煮法、回流法長時(shí)間加熱對(duì)有效成分的不良影響，適用于對(duì)熱敏物質(zhì)的提??；同時(shí)，由于其不需加熱，因而也節(jié)省了能源。
（2）超聲波提取提高了藥物有效成分的提取率，節(jié)省了原料藥材，有利于中藥資源的充分利用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
（3）溶劑用量少，節(jié)約了溶劑。
（4）超聲波提取是一個(gè)物理過程，在整個(gè)浸提過程中無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不影響大多數(shù)藥物有效成分的生理活性。
（5）提取物有效成分含量高，有利于進(jìn)一步精制。
3、超聲波技術(shù)在天然產(chǎn)物提取方面的應(yīng)用
與水煎煮法對(duì)比，采用超聲波法對(duì)黃芩的提取結(jié)果表明，超聲波法提取與常規(guī)煎煮法相比，提取時(shí)間明顯縮短，*的提取率升高；超聲波提取10、20、40、60min均比煎煮法提取3h的提取率高。
應(yīng)用超聲波法對(duì)槐米中主要有效成分蘆丁的提取結(jié)果表明，超聲波處理槐米30min所得蘆丁的提取率比熱堿法提取率高47.56%，與浸泡法相比，超聲波提取40min，蘆丁得率為22.53%，而浸泡48h得率只有12.23%。超聲波提取植物中的苷類成分是一種有效的方法，可節(jié)省原料的30—40%。
從蘿芙木屬植物的根中提取生物堿，常規(guī)浸漬法需43h，而超聲波法只需15min，且可將生物堿全部提出。常規(guī)法從金雞納樹皮中提取生物堿需5h，超聲波法至多30min就可完成。常規(guī)法提取曼陀羅葉中的曼陀羅堿需3h，超聲波法只需30min。煎煮法提取大黃中的蒽醌類成分需3h，超聲波法只需10min，且得率高。
總之，超聲波提取具有節(jié)時(shí)、節(jié)能、節(jié)料、得率高的特點(diǎn)。

超聲波中藥材提取、萃取技術(shù)與設(shè)備介紹
一、超聲波提取中藥材的原理
1、超聲的空化效應(yīng)
超聲波技術(shù)應(yīng)用于萃取、勻化，是基于惠更斯波動(dòng)理論和超聲波在液體連續(xù)介質(zhì)中傳播時(shí)*的“空化效應(yīng)”的作用結(jié)果。
（1）惠更斯波動(dòng)原理指出，波動(dòng)（包括超源與波源的振動(dòng)）在連續(xù)介質(zhì)中傳播時(shí)，在其波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，波源在介質(zhì)中達(dá)到的每一點(diǎn)都將引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)和成為新的波源。這種波源引起的波動(dòng)使其傳播路徑上的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將獲得加速度和動(dòng)能。超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)加速度達(dá)重力加速度的千倍以上。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在超聲波作用下，將每秒種數(shù)萬次的高頻振蕩和每秒大于100m的巨大速度和動(dòng)能作用于溶液分子內(nèi)，迅速使溶液分子被激活。
（2）超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生*的“空化效應(yīng)”，不斷產(chǎn)生無數(shù)內(nèi)部壓力達(dá)上千個(gè)大氣壓的微氣穴，并不斷“微爆”產(chǎn)生微觀上的強(qiáng)沖擊波，作用在固-液或液-液分子上，使介質(zhì)中的空氣被“轟擊”逸出，并促使介質(zhì)細(xì)胞破裂和變形加速介質(zhì)分子中的物質(zhì)逸出。
（3）超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)的物理特性引發(fā)的機(jī)械振動(dòng)、微射流、微聲流等多級(jí)效應(yīng)皆促使有效成分在溶液中擴(kuò)散。
2、超聲波提取的優(yōu)點(diǎn)
（1）超聲波提取效率高。超聲波的物理特性，能促使植物組織破壁或變形，使中藥有效成份提取更充分，提取率比傳統(tǒng)工藝顯著提高達(dá)50—500%。
（2）超聲波提取時(shí)間短。超聲波強(qiáng)化中藥提取通常在24—40分鐘即可獲得提取率，其提取時(shí)間較傳統(tǒng)工藝方法縮短2/3以上，因此藥材原材料處理量大。
（3）超聲波提取溫度低。超聲波提取中藥材的溫度在40—60攝氏度，因此不需要配備鍋爐來提供蒸氣加熱，有利于節(jié)約能源和改善環(huán)境污染。更重要的是對(duì)遇熱不穩(wěn)定、易水解或氧化的藥材中的有效成份具有保護(hù)作用。
（4）超聲波提取適應(yīng)性廣。超聲波提取中藥材不受中藥材成份性質(zhì)、分子量大小的限制，適用于絕大多數(shù)種類中藥材和各類成份的提取。
（5）超聲波提取的藥液雜質(zhì)少，有效成份易于分離、純化。
（6）超聲波提取簡單易行，設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)方便。
3、超聲強(qiáng)化萃取
（1）固-液萃取
固-液萃取通常被稱為提取，即用合適的溶劑從物料中提取有用成分，傳統(tǒng)工藝方法是采用熱處理或機(jī)械攪拌來加強(qiáng)該過程?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)應(yīng)用功率超聲能顯著強(qiáng)化和改善提取過程。超聲的微擾效應(yīng)增大了溶劑進(jìn)入提取物細(xì)胞的滲透性，加強(qiáng)了傳質(zhì)過程； 超聲的另一作用是超聲空化產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切力能使介質(zhì)細(xì)胞壁破裂，使細(xì)胞容易釋放出內(nèi)含物。超聲強(qiáng)化固-液萃取是有效的質(zhì)量傳遞和細(xì)胞破裂的主要原因，它超越了以往任何一種可行性技術(shù)，獲得了高效提取。超聲提取比常駐機(jī)構(gòu)規(guī)的熱提取更有效，并且縮短了提取時(shí)間，大部分物質(zhì)在過程min內(nèi)就被提取出來。
（2）液-液萃取
液-液萃取涉及到兩個(gè)互不相溶的有機(jī)相和水相之間的質(zhì)量傳遞過程。由于超聲波的空化作用所引起的界面效應(yīng)增加了兩相間的接解面積，而空化崩潰時(shí)沖擊波引起的湍動(dòng)效應(yīng)消除了兩相效界的阻滯，從而增加了液-液萃取速度。對(duì)于一般受傳質(zhì)速率控制的液-液萃取體系來說，超聲波的作用十分顯著。
二、超聲波提取設(shè)備介紹
1、機(jī)型分類：超聲波提取設(shè)備分為小試機(jī)型、中試機(jī)型和規(guī)模生產(chǎn)機(jī)型。
（1）小試機(jī)型：一般用于實(shí)驗(yàn)室，超聲功率為300W至3KW，提取罐或槽容積為5至75L。
（2）中試機(jī)型：一般用于中間試驗(yàn)，超聲功率為5KW至10KW，提取罐或槽容積為200至400L。
（3）規(guī)模生產(chǎn)機(jī)型：主要用于中藥材提取的批量生產(chǎn)，超聲功率為20KW至75KW，提取罐容積為1至3立方米。
2、結(jié)構(gòu)型式分類：超聲波提取設(shè)備結(jié)構(gòu)型號(hào)式分為內(nèi)置式和外置式兩類。
（1）內(nèi)置式機(jī)型：主要是指將超聲波換能器陣列組合成密封于一個(gè)多邊形立柱體內(nèi)，并將其安裝于中藥材提取罐內(nèi)中心位置，其超聲能量從多邊形立柱內(nèi)向外（罐內(nèi)的媒質(zhì)）發(fā)射。
（2）外置式機(jī)型：主要是指將超聲波換能器以陣列組合的方式安裝于提取罐體的外壁，其超聲能量由罐外壁向罐內(nèi)（媒質(zhì)）發(fā)射。