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)特有的“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)，迅速使溶液分子被喚醒。

（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(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。超聲波獨(dú)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(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適宜溫度在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)用功率超聲能明顯強(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)在過程前10min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，超聲波的作用十分明顯。

  二、超聲波提取設(shè)備介紹

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1K至2KW，提取罐或槽容積為5至10L。

（2）中試機(jī)型：一般用于中間試驗(yàn)，中試機(jī)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(dú)的超聲波處理罐進(jìn)行循環(huán)處理（如圖一）。

圖一

（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)，原理同（2），只是在原來的基礎(chǔ)上將多組大功率超聲波進(jìn)行串聯(lián)組合（如圖二），物料進(jìn)過每個(gè)罐體內(nèi)都會(huì)被作用到超聲波，從前面的罐體進(jìn)，后面的罐體出就可以達(dá)到處理的效果，來增加處理量及處理效率。

圖二