超声波在中药提取中的应用课件

超声波技术在中药 提取中的应用 1 超声波的定义 声音的频率范围是很宽的。但是一般只有 在2020000Hz范围内的声音才能引起人的听觉 。频率高于20000Hz的声波就叫超声波。虽然人 内听不到超声波，但是某些动物却可以感受到 。例如狗能感受到几万赫兹的超声波，蝙蝠能 发出和感受到十几万赫兹的超声波，用来在飞 行中探测障碍物或捕食。 频率划分：20千赫50兆赫 20kHz 20kHz 低声波 声 波 超声波 2 一、超声波技术基本原理及其应用 （一）原理： 超声波和声波一样,是一种机械波, 由介 质中的质点受到外力的作用而发生周期性振动 产生的。 3 超声波的三种主要发生方法 一、通过机械装置产生谐振的方法，一般频率较 低 20-30KHZ； 二、利用刚磁性材料的磁致伸缩现象的电一声转 换器发出超声波的方法，频率在几千赫兹到一 百千赫； 三、利用压电或电致伸缩效应的材料，加上高频 电压，使其按电压的正负和大小产生高频伸缩 ，产生频率100MHz到GHz量级； 4 （二）超声提取的作用： 1.空化作用 2.机械作用 3.热作用 5 超声在现实生活中的应用 （1）超声探测 （2）超声检查 （3）超声振荡 （4）超声提取 6 （1）超声探测 超声波容易被会集成一束定向发射，遇到问题 又会反射回来，并且在水中能够传播得很远。 于是人们利用它制造出水声仪器-声纳，让它 向海下射出一束超声波，依靠回波，可以在船 上探测出海洋的深度、鱼群、礁石和敌方的潜 艇等。 7 （2）超声检查 超声波在人体内不同组织的交界面上也会反射 ，利用“B超”（B型超声仪）在屏幕上生成的声 学图象，可以观察到胎儿和脏器，帮助医生做 出诊断。工业上使用超声探伤仪，能够探查出 金属零件内部的裂纹等隐患。 8 （3）超声振荡 利用超声波 还可以做很多事。例如用它使清洗 液产生剧烈的振荡，以便把细小物品表面的污 物除掉，用它清洗眼镜片更显出优越性。医生 用超声波击碎人体内的胆结石，使之可以顺畅 地排出体外。 9 （4）超声提取 超声提取是利用超声波(频率20KHz)具有的机 械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分 子的运动速度，增大介质的穿透力以提取物质 （中药）有效成分的技术。 10 中药提取技术超声提取 11 超声波技术在医药行业中的应用情况 在中国药典一部的应用品种 鉴别 项 TLC 法 TLCS 法 01 31 501 2000（ 992） 512 版本含量测定项检查 项 收载品 种素 HPLC 法 GC法UV法 1985 (713) 0000 1990 (784) 19001 1995 (920） 10643 1911761 12 超声波技术在医药行业中的应用情况 超声提取法在中国药典一部的使用率（%） 版本鉴别法含量测定项 方法TLC法HPLC 法 TLCS法GC法UV法 199011.875.0004.5 199525.445.523.507.3 200031.748.631.518.210.9 13 一、中 药 提 取 技 术 现 状 煎煮法 适用水溶 性成份， 对湿、热 稳定的药 材 浸渍法 适用于粘 性、易于 膨胀 芳香性药 材 渗漉法 贵重药材 、毒性药 材等 回流法 用有机溶 剂提取药 材成分， 受热时间 长 超临界流 体提取法 适用于提取亲 脂性、低相对 分子质量的成 分 14 现有 技 术 弊端 煎煮法 应用最广, 加热时间 长,耗能、 污染环境 ，无选择 性 浸渍法 时间长,提 取不完全 ，无选择 性 渗漉法 时间长， 提取不完 全 回流法 受热时间 长，耗能 、污染环 境，无选 择性 超临界流 体提取法 适用于脂溶性 物质，在生产 的成本高 15 超声提取技术的原理 1.机械效应 超声波在介质中的传播可以使介质质点在其 传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散 、传质，即超声波的机械效应。 组织细胞变形 植物蛋白变性 生物分子解聚 超声波超声波 传播传播 辐射压强 分子摩擦 16 2.空化效应 介质内部溶解的微气泡在超声波的作用下增大 ，形成共振腔，然后瞬间闭合，即超声波的空 化效应。 微激波 微气泡微气泡 超声波 增大 共振腔共振腔 形成 植物细胞 破裂 瞬间闭合 17 3.热效应 超声波在传播过程中，声能不断被介质所吸收， 并全部或大部分转化成热能，导致介质本身和药材 组织温度升高，促使有效成分的溶解，这就是超声 波的热效应。 成分 溶出 介质及 药材组织 导导 致致 超声波超声波 传播传播 声能热能 介质 吸收 促促 使使 18 超声波提取优点 : 1.提取效率高：超声波独具的物理特性能促使植物细胞 组织破壁或变形，使中药有效成分提取更充分，提取率 比传统工艺显著提高达50500； 2.提取时间短：超声波强化中药提取通常在2440分 钟即可获得最佳提取率，提取时间较传统方法大大缩短 23以 上，药材原材料处理量大； 19 3.提取温度低：超声提取中药材的最佳温度在0 60，对遇热不稳定、易水解或氧化的药材中有 效成分具有保护作用，同时大大节能能耗；提取 温度为4060，保护有效成份 ; 4.适应性广：超声提取中药材不受成分极性、分 子量大小的限制，适用于绝大多数种类中药材和各 类成分的提取； 20 5.提取药液杂质少，有效成分易于分离、 纯化； 6.提取工艺运行成本低，综合经济效益显 著； 7.操作简单易行，设备维护、保养方便。 21 在中药提取中的应用： Text1 Text2 Text3 Text4 提取黄酮 类成分 提取皂苷 类成分 提取生物 碱类成分 提取蒽醌 类成分 提取有机酸 类成分 提取多糖类成分 22 提取皂苷类成分 超声提取与常规提取的比较 皂苷类成分常用加水煎煮法或有机溶剂 浸泡进行提取, 耗时长、提出率低。采用超 声技术则可缩短提取时间,提高提出率。 张崇禧,郑友兰.不同方法提取人参总皂苷工艺 的优化研究,人参研究,2003,4:4-7 23 人参总皂苷的提取方法比较 时间和效果 提取时间： 5h 浸膏含量： 50 总皂苷含量： 4.2 时间和效果 提取时间： 6h 浸膏含量： 53 总皂苷含量： 8.3 水煎法温浸法 时间和效果 提取时间： 24h 浸膏含量： 46 总皂苷含量： 8.4 时间和效果 提取时间： 0.5h 浸膏含量： 25 总皂苷含量： 7.3 乙醇回流微波提取 时间和效果 提取时间： 1h 浸膏含量： 37 总皂苷含量： 8.3 超声提取 24 提取生物碱成分 25 提取生物碱成分 26 提取生物碱成分 27 提取黄酮类成分 提取1次，1h 提取2次，1h/次 提取2次，1h/次 提取1次，6h 28 提取蒽醌类成分 29 提取多糖类成分 1. 2. 3. 4. 30 在薄层鉴别中，有效成分的提取多采用有机溶媒回流提 取法，回流时间一般在30min90min，耗时较长，采用 超声提取，可缩短提取时间，且薄层效果与回流近似。 应用 31 取陈皮粉末0.5g，加甲醇20ml，超声提取20分钟，滤 过，水浴挥干，残渣用甲醇定容至2ml，作为供试品溶液 。取橙皮苷饱和溶液，作为对照品溶液。 照薄层色谱法试验，吸取供试品溶液1l，对照品溶 液2l，分别点于同一用0.5羧甲基纤维素钠溶液制备 的硅胶G板上，以乙酸乙酯甲醇水（10：2：1.3）为 展开剂，上行展开约4cm，取出，晾干，再以甲苯乙酸 乙酯甲酸水（20：10：1：1）上层液为展开剂展至 8cm，取出，晾干，喷以3三氯化铝乙醇溶液，略加热吹 干，置紫外光灯（365nm）下检视。可见供试品与橙皮苷 对照品相应的位置上，显相同的荧光斑点。（如下图）。 陈皮药材中橙皮苷的薄层鉴别 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 110陈皮药材、11橙皮苷 33 陈皮药材中辛弗林的薄层鉴别 提取方法同上 展开剂为正丁醇：乙酸乙酯：氨水 3：1：1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1-2陈皮药材、4-14陈皮药材、3-辛弗林 34 六味地黄丸的薄层鉴别 1.丹皮酚对照品 2.六味地黄丸超声10min 3.六味地黄丸超声15min 4.六味地黄丸超声20min 5.六味地黄丸超声25min 6.六味地黄丸超声30min 7.六味地黄丸回流60min 35 香砂养胃丸的薄层鉴别 1.木香对照药材 2.厚朴酚、和厚朴酚 3.香砂养胃丸超声10min 4.香砂养胃丸超声15min 5.香砂养胃丸超声20min 6.香砂养胃丸超声25min 7.香砂养胃丸超声30min 8.香砂养胃丸回流30min 36 复方超声提取工艺研究 实验研究了不同功率、不同温度、不同 提取时间对复方全方药材中评价指标物 提出率的影响，并与回流法进行了比较。 37 使用设备 超声波提取器 宁波振国制药设备制造有限公司 TCD200 1200W型和TCD10 300W型 。 高效液相色谱仪(戴安公司) 包括P580 Pump，ASI-100自动进样器，PDA-100检 测器。 38 水 煎 提 取 小试： 称取处方量的全方药材，放入圆底烧瓶中，加入10倍量 水，回流提取两次，每次1小时， 过滤，收集滤液，计量体 积，留样。 中试： 称取处方量100倍的全方药材，倒入1m2多功能提取罐中 ，加入10倍量水，回流提取两次，每次1小时， 过滤，收集 滤液，计量体积，留样。 39 超 声 提 取 小试：（实验室用清洗机， 20kHz, 300W） 称取处方量的全方药材，放入烧杯中，加入10倍量水，超 声提取两次，每次1小时， 过滤，收集滤液，计量，留样。 中试（1）: (20kHz,1000w) 称取处方量的全方药材，放入一装有功率为1000W超声器的提 取罐中，加入十倍量水，浸泡1小时。超声，30分钟后，停止超 声，取少量液过60目筛，滤液取样。余液继续超声30分钟，停 止超声，提取液过滤，60目筛，取样，滤液计量。滤渣再放入 大桶中，重复以上操作一遍，留样。 40 超 声 提 取 中试（2）: (20kHz,5000w) 按处方量，称取一定量的全方药材，放入1m3，功率为5000W超声器 提取罐中，加入十倍量水，浸泡1小时。超声，30分钟后，停止超声 ，取少量液过60目筛，滤液取样。余液继续超声30分钟，停止超声， 提取液过滤，60目筛，取样，滤液计量。滤渣重复以上操作一遍，留 样。 中试（3）: (20kHz,5000w) 方法同上，提取时温度控制在60 41 超声提取实验结果 相同温度，不同功率 消耗功率（W ） 总固物柚皮苷葛根素 3004.22%0.02%0.01% 10006.61%1.28%0.12% 50008.19%2.14%0.16% 42 超声提取实 验 结 果 相同功率，不同温度 温度总固物柚皮苷葛根素 258.192.140.16 6014.93.270.22% 43 提取时间对成分的影响 30min60min90min 120min150min180min 柚皮苷 36.4238.9236.1236.8655.6674.13 葛根素 32.4130.9632.1234.7036.6543.47 44 提取时间对成分的影响 45 提取时间对成分的影响 46 提取次数对成分的影响 12 3 4 柚皮苷84.44（ 58.6%） 38.62（ 26.8%） 21.04（ 14.6%） 未检测到 葛根素49.27（ 53.3%） 22.75（ 24.6%） 11.61（ 12.6%） 8.73 （9.5%） 47 提取次数对成分的影响 48 提取次数对成分的影响 49 超声与水煎提取的比较 浸取方法总固物柚皮苷葛根素 超声14.903.270.22% 回流20.053.120.26 50 超声与煎煮的图谱比较 水提 (柚皮苷) 超声 51 水提 (葛根素) 超声 52 结果表明：超声波与传统的提取方 法比较，具有低温，提取时间短，提 取效率高等优点。 53 弱点： 1.首先是设备的稳定性，目前超声提取实验设备 都是通过水将超声波间接作用于样品，因此，今 后要进一步加强对超声提取工业化设备的研究， 解决相关的工程技术问题，以促进超声提取技术 在制药工业中的应用。 2.其次，如何选择合适的超声频率也是一个需要 考虑的问题。由于超声提取的机理尚未完全解释 清楚，一些未知的因素也会影响超声提取的效率 。为进一步提高提取效率，考虑将超声提取技术 与微波提取技术联用。 3.此外超声提取得到的产物，