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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,是基于惠更斯波動理論和超聲波在液體連續(xù)介質(zhì)中傳播時特有的“空化效應(yīng)”的作用結(jié)果。
(1) 惠更斯波動原理指出,波動(包括超源與波源的振動)在連續(xù)介質(zhì)中傳播時,在其波陣面上將引起介質(zhì)質(zhì)點的運動,波源在介質(zhì)中達到的每一點都將引起相鄰質(zhì)點的震動和成為新的波源。這種波源引起的波動使其傳播路徑上的每一個質(zhì)點都將獲得加速度和動能。超聲波可使介質(zhì)質(zhì)點加速度達重力加速度的千倍以上。介質(zhì)質(zhì)點在超聲波作用下,將每秒種數(shù)萬次的高頻振蕩和每秒大于100m的巨大速度和動能作用于溶液分子內(nèi),迅速使溶液分子被激發(fā)。
(2)超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生特有的“空化效應(yīng)”,不斷產(chǎn)生無數(shù)內(nèi)部壓力達上千個大氣壓的微氣穴,并不斷“微爆”產(chǎn)生微觀上的強沖擊波,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)中傳播時的物理特性引發(fā)的機械振動、微射流、微聲流等多級效應(yīng)皆促使有效成分在溶液中擴散。
2、超聲波提取的優(yōu)點
(1)超聲波提取效率高。超聲波獨具的極端物理特性,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)工藝明顯提高達50—500%。
(2)超聲波提取時間短。超聲波強化中藥提取通常在24—40分鐘即可獲得較佳提取率,其提取時間較傳統(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較佳溫度在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)備的維護和保養(yǎng)方便。
3、超聲強化萃取
(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械攪拌來加強該過程?,F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)應(yīng)用功率超聲能明顯強化和改善提取過程。超聲的微擾效應(yīng)增大了溶劑進入提取物細胞的滲透性,加強了傳質(zhì)過程; 超聲的另一作用是超聲空化產(chǎn)生的強大剪切力能使介質(zhì)細胞壁破裂,使細胞容易釋放出內(nèi)含物。超聲強化固-液萃取是有效的質(zhì)量傳遞和細胞破裂的主要原因,它超越了以往任何一種可行性技術(shù),獲得了高效提取。超聲提取比常駐機構(gòu)規(guī)的熱提取更有效,并且縮短了提取時間,大部分物質(zhì)在過程前10min內(nèi)就被提取出來。
(2)液-液萃取液-液萃取涉及到兩個互不相溶的有機相和水相之間的質(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,而空化崩潰時沖擊波引起的湍動效應(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,超聲波的作用十分明顯。
二、超聲波提取設(shè)備介紹1、機型分類:超聲波提取設(shè)備分為小試機型、中試機型和規(guī)模生產(chǎn)機型。
(1)小試機型:一般用于實驗室,超聲功率為1K至2KW,提取罐或槽容積為5至10L。
(2)中試機型:一般用于中間試驗,中試機采用單組超聲波循環(huán)系統(tǒng),超聲功率為3KW,提取罐容積為1至2L,利用物料泵將物料抽取到單獨的超聲波處理罐進行循環(huán)處理(如圖一)。
(3)規(guī)模生產(chǎn)機型:主要用于中藥材提取的批量生產(chǎn),原理同(2),只是在原來的基礎(chǔ)上將多組大功率超聲波進行串聯(lián)組合(如圖二),物料進過每個罐體內(nèi)都會被作用到超聲波,從個罐體進,后面一個罐體出就可以達到處理的效果,來增加處理量及處理效率。
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