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超聲波提取技術(shù)
超聲波是指頻率為20千赫～50兆赫左右的機(jī)械波，需要能量載體—介質(zhì)—來進(jìn)行傳播。超聲波在傳遞過程中存在著的正負(fù)壓強(qiáng)交變周期，在正相位時(shí)，對(duì)介質(zhì)分子產(chǎn)生擠壓，增加介質(zhì)原來的密度;負(fù)相位時(shí)，介質(zhì)分子稀疏、離散，介質(zhì)密度減小。也就是說，超聲波并不能使樣品內(nèi)的分子產(chǎn)生極化，而是在溶劑和樣品之間產(chǎn)生聲波空化作用，導(dǎo)致溶液內(nèi)氣泡的形成、增長(zhǎng)和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標(biāo)物從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)速率。在工業(yè)應(yīng)用方面，利用超聲波進(jìn)行清洗、干燥、殺菌、霧化及無損檢測(cè)等，是一種非常成熟且有廣泛應(yīng)用的技術(shù)。
超聲波萃取的原理
超聲波萃取中藥材的*性，是基于超聲波的特殊物理性質(zhì)。主要是主要通過壓電換能器產(chǎn)生的快速機(jī)械振動(dòng)波來減少目標(biāo)萃取物與樣品基體之間的作用力從而實(shí)現(xiàn)固--液萃取分離。
(1)加速介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。高于20 KHz聲波頻率的超聲波的連續(xù)介質(zhì)(例如水)中傳播時(shí)，根據(jù)惠更斯波動(dòng)原理，在其傳播的波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)(包括藥材重要效成分的質(zhì)點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)，使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)獲行巨大的加速度和動(dòng)能。質(zhì)點(diǎn)的加速度經(jīng)計(jì)算一般可達(dá)重力加速度的二千倍以上。由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)將超聲波能量作用于藥材中藥效成分質(zhì)點(diǎn)上而使之獲得巨大的加速度和動(dòng)能，迅速逸出藥材基體而游離于水中。 (2)空化作用。超聲波在液體介質(zhì)中傳播產(chǎn)生特殊的“空化效應(yīng)”，“空化效應(yīng)”不斷產(chǎn)生無數(shù)內(nèi)部壓力達(dá)到上千個(gè)大氣壓的微氣穴并不斷“爆破”產(chǎn)生微觀上的強(qiáng)大沖擊波作用在中藥材上，使其中藥材成分物質(zhì)被“轟擊”逸出，并使得藥材基體被不斷剝蝕，其中不屬于植物結(jié)構(gòu)的藥效成分不斷被分離出來。加速植物有效成份的浸出提取。 (
(3)超聲波的振動(dòng)勻化(Sonication)使樣品介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)受到的作用一致，使整個(gè)樣品萃取更均勻。
綜上所述，中藥材中的藥效物質(zhì)在超聲波場(chǎng)作用下不但作為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)獲得自身的巨大加速度和動(dòng)能，而且通過“空化效應(yīng)”獲得強(qiáng)大的外力沖擊，所以能率并充分分離出來。
超聲波萃取的特點(diǎn)
適用于中藥材有效成份的萃取，是中藥制藥*改變傳統(tǒng)的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工藝。與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點(diǎn)：
(1)無需高溫。在40℃-50℃水溫F超聲波強(qiáng)化萃取，無水煮高溫，不破壞中藥 材中某些具有熱不穩(wěn)定，易水解或氧化特性的藥效成份。超聲波能促使植物細(xì)胞地破壁，提高中藥的療效。
(2)常壓萃取，安全性好，操作簡(jiǎn)單易行，維護(hù)保養(yǎng)方便。
(3)萃取效率高。超聲波強(qiáng)化萃取20～40分鐘即可獲佳提取率，萃取時(shí)間僅為水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是傳統(tǒng)方法的二倍以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超聲波在65～70ºC工作效率非常高。而溫度在65ºC度內(nèi)中草藥植物的有效成份基本沒有受到破壞。加入超聲波后(在65度條件下)，植物有效成份提取時(shí)間約40分鐘。而蒸煮法的蒸煮時(shí) 間往往需要兩到三小時(shí)，是超聲波提取時(shí)間的3倍以上時(shí)間。
(4)具有廣譜性。適用性廣，絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃取。
(5)超聲波萃取對(duì)溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)(如極性)關(guān)系不大。因此，可供選擇的萃取溶劑種類多、目標(biāo)萃取物范圍廣泛。
(6)減少能耗。由于超聲萃取無需加熱或加熱溫度低，萃取時(shí)間短，因此大大降低能耗。
(7)藥材原料處理量大，成倍或數(shù)倍提高，且雜質(zhì)少，有效成分易于分離、凈化。
(8)萃取工藝成本低，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著
超聲波是指頻率為20千赫～50兆赫左右的機(jī)械波，需要能量載體—介質(zhì)—來進(jìn)行傳播。超聲波在傳遞過程中存在著的正負(fù)壓強(qiáng)交變周期，在正相位時(shí)，對(duì)介質(zhì)分子產(chǎn)生擠壓，增加介質(zhì)原來的密度;負(fù)相位時(shí)，介質(zhì)分子稀疏、離散，介質(zhì)密度減小。也就是說，超聲波并不能使樣品內(nèi)的分子產(chǎn)生極化，而是在溶劑和樣品之間產(chǎn)生聲波空化作用，導(dǎo)致溶液內(nèi)氣泡的形成、增長(zhǎng)和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標(biāo)物從固相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)速率。在工業(yè)應(yīng)用方面，利用超聲波進(jìn)行清洗、干燥、殺菌、霧化及無損檢測(cè)等，是一種非常成熟且有廣泛應(yīng)用的技術(shù)。
超聲波萃取的原理
超聲波萃取中藥材的*性，是基于超聲波的特殊物理性質(zhì)。主要是主要通過壓電換能器產(chǎn)生的快速機(jī)械振動(dòng)波來減少目標(biāo)萃取物與樣品基體之間的作用力從而實(shí)現(xiàn)固--液萃取分離。
(1)加速介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。高于20 KHz聲波頻率的超聲波的連續(xù)介質(zhì)(例如水)中傳播時(shí)，根據(jù)惠更斯波動(dòng)原理，在其傳播的波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)(包括藥材重要效成分的質(zhì)點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)，使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)獲行巨大的加速度和動(dòng)能。質(zhì)點(diǎn)的加速度經(jīng)計(jì)算一般可達(dá)重力加速度的二千倍以上。由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)將超聲波能量作用于藥材中藥效成分質(zhì)點(diǎn)上而使之獲得巨大的加速度和動(dòng)能，迅速逸出藥材基體而游離于水中。 (2)空化作用。超聲波在液體介質(zhì)中傳播產(chǎn)生特殊的“空化效應(yīng)”，“空化效應(yīng)”不斷產(chǎn)生無數(shù)內(nèi)部壓力達(dá)到上千個(gè)大氣壓的微氣穴并不斷“爆破”產(chǎn)生微觀上的強(qiáng)大沖擊波作用在中藥材上，使其中藥材成分物質(zhì)被“轟擊”逸出，并使得藥材基體被不斷剝蝕，其中不屬于植物結(jié)構(gòu)的藥效成分不斷被分離出來。加速植物有效成份的浸出提取。 (
(3)超聲波的振動(dòng)勻化(Sonication)使樣品介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)受到的作用一致，使整個(gè)樣品萃取更均勻。
綜上所述，中藥材中的藥效物質(zhì)在超聲波場(chǎng)作用下不但作為介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)獲得自身的巨大加速度和動(dòng)能，而且通過“空化效應(yīng)”獲得強(qiáng)大的外力沖擊，所以能率并充分分離出來。
超聲波萃取的特點(diǎn)
適用于中藥材有效成份的萃取，是中藥制藥*改變傳統(tǒng)的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工藝。與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點(diǎn)：
(1)無需高溫。在40℃-50℃水溫F超聲波強(qiáng)化萃取，無水煮高溫，不破壞中藥 材中某些具有熱不穩(wěn)定，易水解或氧化特性的藥效成份。超聲波能促使植物細(xì)胞地破壁，提高中藥的療效。
(2)常壓萃取，安全性好，操作簡(jiǎn)單易行，維護(hù)保養(yǎng)方便。
(3)萃取效率高。超聲波強(qiáng)化萃取20～40分鐘即可獲佳提取率，萃取時(shí)間僅為水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分，萃取量是傳統(tǒng)方法的二倍以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超聲波在65～70ºC工作效率非常高。而溫度在65ºC度內(nèi)中草藥植物的有效成份基本沒有受到破壞。加入超聲波后(在65度條件下)，植物有效成份提取時(shí)間約40分鐘。而蒸煮法的蒸煮時(shí) 間往往需要兩到三小時(shí)，是超聲波提取時(shí)間的3倍以上時(shí)間。
(4)具有廣譜性。適用性廣，絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃取。
(5)超聲波萃取對(duì)溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)(如極性)關(guān)系不大。因此，可供選擇的萃取溶劑種類多、目標(biāo)萃取物范圍廣泛。
(6)減少能耗。由于超聲萃取無需加熱或加熱溫度低，萃取時(shí)間短，因此大大降低能耗。
(7)藥材原料處理量大，成倍或數(shù)倍提高，且雜質(zhì)少，有效成分易于分離、凈化。
(8)萃取工藝成本低，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著
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