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超声波萃取的原理

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发表时间:2018-01-12 10:35

超声波强化溶剂萃取主要依赖液体的空化作用,因此任何影响空化效应的参数如超声功率、频率、作用时间、萃取体系的性质等都将影响萃取的效果。超声波应用于萃取过程包括固-液萃取和液-液萃取,它要比常规的采用热处理、机械搅拌或改变压力等方法从整体上改善和强化萃取分离的传质速率和效果。超声萃取不仅可以强化常规流体对物质的萃取过程,而且可以强化超临界状态下物质的萃取过程,提高效率。

超声波萃取的原理  
  超声波萃取中药材的优越性,是基于超声波的特殊物理性质。主要是主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固--液萃取分离。  
(1)加速介质质点运动。高于20 KHz声波频率的超声波的连续介质(例如水)中传播时,根据惠更斯波动原理,在其传播的波阵面上将引起介质质点(包括药材重要效成分的质点)的运动,使介质质点运动获行巨大的加速度和动能。质点的加速度经计算一般可达重力加速度的二千倍以上。由于介质质点将超声波能量作用于药材中药效成分质点上而使之获得巨大的加速度和动能,迅速逸出药材基体而游离于水中。

(2)空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”,“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上,使其中药材成分物质被“轰击”逸出,并使得药材基体被不断剥蚀,其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。
(3)超声波的振动匀化(Sonication)使样品介质内各点受到的作用一致,使整个样品萃取更均匀。  
  综上所述,中药材中的药效物质在超声波场作用下不但作为介质质点获得自身的巨大加速度和动能,而且通过“空化效应”获得强大的外力冲击,所以能高效率并充分分离出来。  
  超声波萃取的特点  
  适用于中药材有效成份的萃取,是中药制药彻底改变传统的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工艺。与水煮、醇沉工艺相比,超声波萃取具有如下突出特点:  
 (1)无需高温。在40℃-50℃水温F超声波强化萃取,无水煮高温,不破坏中药 材中某些具有热不稳定,易水解或氧化特性的药效成份。超声波能促使植物细胞地破壁,提高中药的疗效。
   (2)常压萃取,安全性好,操作简单易行,维护保养方便。  
   (3)萃取效率高。超声波强化萃取20~40分钟即可获最佳提取率,萃取时间仅为水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分,萃取量是传统方法的二倍以上。据统计,超声波在65~70ºC工作效率非常高。而温度在65ºC度内中草药植物的有效成份基本没有受到破坏。加入超声波后(在65度条件下),植物有效成份提取时间约40分钟。而蒸煮法的蒸煮时 间往往需要两到三小时,是超声波提取时间的3倍以上时间。
   (4)具有广谱性。适用性广,绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。
   (5)超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质(如极性)关系不大。因此,可供选择的萃取溶剂种类多、目标萃取物范围广泛。
   (6)减少能耗。由于超声萃取无需加热或加热温度低,萃取时间短,因此大大降低能耗。  
   (7)药材原料处理量大,成倍或数倍提高,且杂质少,有效成分易于分离、净化。  
   (8)萃取工艺成本低,综合经济效益显著。


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