超聲波提取機原理

1. 概念

       超聲波指頻率﹥20KHz，人的聽覺閾以外的聲音。它可在介質中傳播，利用其空化、機械、熱、化學、生物等效應對介質施加的作用向體系提供能量，從而用來強化過程或化學反應，如攪拌、分散霧化、凝聚、沖擊破碎、加熱、促進氧化-還原反應、促進高分子聚合或解聚反應等。超聲波輔助浸提是中藥工業領域近年來興起的以強化浸提為目標的現代技術，適宜功率與強度的超聲波在藥材-溶劑的固液體系中傳播時產生的空化現象（cavitationeffect）是運用超聲技術于中藥成分浸提的根本。當大能量超聲作用于提取介質時，存在于液體中的微小氣泡（空腔或空化核）在聲波的負壓半周期時體積迅速增大，而接下來的聲波正壓周期時氣泡又會被絕熱壓縮，空腔尺寸迅速變小直到*閉合，在此瞬間空腔及周圍空間內出現熱點。空化時微小氣泡的爆裂所產生巨大壓力是被破裂物細胞壁及整個生物體的破裂在瞬間完成，縮短了破碎時間，超聲波發生的振動作用加強了胞內物質的釋放、擴散、溶解，因為是物理過程而對被提取物質的生物活性沒有什么影響。空化發生時，液體中的微小氣泡核在高強度超聲波作用下發生震蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程，在崩潰的極短時間內，空化泡周圍產生高溫、高壓、強烈沖擊波和時速400km/h以上的微射流，在固體表面的剝離、凹蝕和粉碎作用創造了新的活性表面，使傳質表面增大。空化時產生的湍動效應使固液傳質邊界層變薄，導致界面層中溶質的濃度梯度減少，傳質速度大大高于其他方法。空化產生的微擾效應使固液傳質過程的微孔擴散得以強化，渦流擴散加強，加快了浸提過程。

1. 超聲波的頻率                                                                              

多數研究在藥材成分浸提時使用低頻率超聲，以20～45 KHz為zui常用；但也見有在高頻超聲中浸提的，如1000 KHz.超聲浸提時，超聲波作用于藥材-溶劑的固液體系，超聲波的頻率與藥材-溶劑體系有一個適配問題，有些超聲浸提研究會考慮這一因素，應尋找不同超聲頻率對藥材成分浸提收得率的影響，zui終確定適宜的超聲頻率。如自黃芩根浸提黃芪苷時，頻率為20KHz時浸提收得率zui高；麻黃超聲浸提時用50KHz較25KHz浸取得率高；浸提益母草總堿、薯蕷皂苷時則以1000KHz為好。可見藥材成分浸提時，要因藥材種類、部位、所含成分的化學形式、生物形式等因素的不同來選擇適宜的超聲頻率。一般講，超聲頻率愈低，空化作用愈強，對生物組織的破壞也會愈強，但并不是愈大的破壞下才有好的進出效果。

1. 超聲波的強度

       通常文獻中對超聲波強度的表述方法有W/㎡(超聲波輻射的垂直方向，每1㎡受照面積上得到的超聲波功率W)或對于特定的試驗裝置中輸出的超聲波功率（W）。除了頻率與藥材-溶劑固液體系適配外，功率的大小對超聲浸提效率影響重大，有實驗表明0.5 W/㎡已能使固液體系產生強大的空化作用，但是過大的超聲功率下浸提收得率也不一定更大。如用不同強度的超聲浸提大黃年蒽醌時，0.5 W/㎡低強度下浸提收得率為；再如0.28 W/㎡下超聲浸提黨參皂苷收得率是常規浸提方法的2倍，其純度也有提高。從工業化超聲浸提裝備開發的角度看，藥材成分浸提時的超聲波功率也不宜太大，比起小實驗裝置因為投料量成百數千倍的增加，將增加超聲波發生器因大功率造成的研制難度。

1. 超聲波的作用時間                            

       超聲波浸提與常規浸提相比，其作用時間相對要短，一般在20～45min已有好的效果、如在益母草的益母草總生物堿、黃芩的黃芩苷、漏蘆的蛻皮甾酮的浸提中，在40min、50min、60min時浸提收得率分別出現一個峰值。在超聲波輔助浸提的各種影響因素中，超聲波作用時間的影響與其他因素相比并不顯著。

       超聲浸提過程中并不是全部浸提時間都有超聲作用，一般是作用-間歇-作用-間歇。。。。的周期性變化過程，如果作用時間為U，間歇時間為D， 將U/D稱作占空比。占空比用來控制超聲浸提的空話作用及其他附加作用，是實驗研究中值得注意的一個參數。占空比對藥材成分浸提收得率、浸提效率、雜質含量、成分的化學穩定性等可能產生影響。

                                                           （感謝曹光明等老師）