超声波提取原理、特点、应用

1、超声波提取原理、特点与应用介绍超声波指频率高于 20KHz ，人的听觉阈以外的声波。 超声波提取在中药制剂质量检测中（药检系统）已广泛应用。 中华人民共和国药典 中，应用超声波处理的有 232 个品种，且呈日渐增多的趋势。近年来，超声波技术在中药制剂提取工艺中的应用越来越受到关注。超声波技术用于 天然产物有效成分的提取是一种非常有效的方法和手段。作为中药制剂取工艺的一种新技 术，超声波提取具有广阔的前景。超声波提取是利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的 运动速度、增大介质的穿透力以提取生物有效成分。1、提取原理（ 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

2、播空间内产生振动，从 而强化介质的扩散、 传播， 这就是超声波的机械效应。 超声波在传播过程中产生一种辐射压 强，沿声波方向传播，对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形，植物蛋白质变性；同 时，它还可以给予介质和悬浮体以不同的加速度， 且介质分子的运动速度远大于悬浮体分子 的运动速度。 从而在两者间产生摩擦， 这种摩擦力可使生物分子解聚， 使细胞壁上的有效成 分更快地溶解于溶剂之中。（ 2）空化效应 通常情况下，介质内部或多或少地溶解了一些微气泡，这些气泡在超 声波的作用下产生振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散（ rectieddiffvsion ）而增 大，形成共振腔，然后突然闭合

3、，这就是超声波的空化效应。 这种气泡在闭合时会在其周围 产生几千个大气压的压力， 形成微激波， 它可造成植物细胞壁及整个生物体破裂， 而且整个 破裂过程在瞬间完成，有利于有效成分的溶出。（ 3）热效应 和其它物理波一样，超声波在介质中的传播过程也是一个能量的传播和介质将所吸收的 增大了药物有效扩散过程， 即超声波在介质的传播过程中， 其声能不断被介质的质点吸收， 能量全部或大部分转变成热能， 从而导致介质本身和药材组织温度的升高， 成分的溶解速度。 由于这种吸收声能引起的药物组织内部温度的升高是瞬间的， 因此可以使 被提取的成分的生物活性保持不变。此外，超声波还可以产生许多次级效应，如乳化、扩

4、散、击碎、化学效应等，这些作 用也促进了植物体中有效成分的溶解， 促使药物有效成分进入介质， 并于介质充分混合， 加 快了提取过程的进行，并提高了药物有效成分的提取率。2、超声波提取的特点（ 1）超声波提取时不需加热，避免了中药常规煎煮法、回流法长时间加热对有效成分 的不良影响，适用于对热敏物质的提取；同时，由于其不需加热，因而也节省了能源。（2）超声波提取提高了药物有效成分的提取率，节省了原料药材，有利于中药资源的 充分利用，提高了经济效益。（3）溶剂用量少，节约了溶剂。（4）超声波提取是一个物理过程，在整个浸提过程中无化学反应发生，不影响大多数 药物有效成分的生理活性。（5）提取物有效成分

5、含量高，有利于进一步精制。3、超声波技术在天然产物提取方面的应用 与水煎煮法对比，采用超声波法对黄芩的提取结果表明，超声波法提取与常规煎煮法 相比，提取时间明显缩短，黄芩苷的提取率升高；超声波提取10、20、 40、60min 均比煎煮法提取 3h 的提取率高。30min 所应用超声波法对槐米中主要有效成分芦丁的提取结果表明，超声波处理槐米得芦丁的提取率比热碱法提取率高 47.56% ，与浸泡法相比，超声波提取40min ，芦丁得率为 22.53% ，而浸泡 48h 得率只有 12.23%。超声波提取植物中的苷类成分是一种有效的方法， 可节省原料的 30 40%。从萝芙木属植物的根中提取生物碱

6、，常规浸渍法需43h，而超声波法只需15min，且可将生物碱全部提出。常规法从金鸡纳树皮中提取生物碱需5h，超声波法至多 30min就可完成。常规法提取曼陀罗叶中的曼陀罗碱需3h，超声波法只需 30min。煎煮法提取大黄中的蒽醌类成分需 3h ，超声波法只需 10min ，且得率高。总之，超声波提取具有节时、节能、节料、得率高的特点。超声波中药材提取、萃取技术与设备介绍一、超声波提取中药材的原理1、超声的空化效应 超声波技术应用于萃取、 匀化，是基于惠更斯波动理论和超声波在液体连续介质中传播时特有的 “空化效应 ” 的作用结果。（1）惠更斯波动原理指出，波动（包括超源与波源的振动）在连续介质中

7、传播时，在其波阵面上将引起介 质质点的运动，波源在介质中达到的每一点都将引起相邻质点的震动和成为新的波源。这种波源引起的波 动使其传播路径上的每一个质点都将获得加速度和动能。超声波可使介质质点加速度达重力加速度的千倍 以上。介质质点在超声波作用下，将每秒种数万次的高频振荡和每秒大于 100m 的巨大速度和动能作用于 溶液分子内，迅速使溶液分子被激活。（2）超声波在液体介质中产生特有的 “空化效应 ”，不断产生无数内部压力达上千个大气压的微气穴，并不 断“微爆”产生微观上的强冲击波，作用在固 -液或液 -液分子上，使介质中的空气被 “轰击”逸出，并促使介质 细胞破裂和变形加速介质分子中的物质逸出

8、。（3）超声波在介质中传播时的物理特性引发的机械振动、微射流、 微声流等多级效应皆促使有效成分在溶液中扩散。2、超声波提取的优点（1）超声波提取效率高。超声波独具的极端物理特性，能促使植物组织破壁或变形，使中药有效成份提取 更充分，提取率比传统工艺显著提高达50500% 。（2）超声波提取时间短。超声波强化中药提取通常在2440 分钟即可获得最佳提取率，其提取时间较传统工艺方法缩短 2/3 以上，因此药材原材料处理量大。（3）超声波提取温度低。超声波提取中药材的最佳温度在4060 摄氏度，因此不需要配备锅炉来提供蒸气加热，有利于节约能源和改善环境污染。更重要的是对遇热不稳定、易水解或氧化的药材

9、中的有效成份 具有保护作用。（4）超声波提取适应性广。超声波提取中药材不受中药材成份性质、分子量大小的限制，适用于绝大多数 种类中药材和各类成份的提取。（5）超声波提取的药液杂质少，有效成份易于分离、纯化。 （7）超声波提取简单易行，设备的维护和保养方便。3、超声强化萃取（1）固 -液萃取 固-液萃取通常被称为提取，即用合适的溶剂从物料中提取有用成分，传统工艺方法是采用热处理或机械搅 拌来加强该过程。现已发现应用功率超声能显著强化和改善提取过程。超声的微扰效应增大了溶剂进入提 取物细胞的渗透性， 加强了传质过程； 超声的另一作用是超声空化产生的强大剪切力能使介质细胞壁破裂， 使细胞容易释放出内

10、含物。超声强化固-液萃取是有效的质量传递和细胞破裂的主要原因，它超越了以往任何一种可行性技术，获得了高效提取。超声提取比常驻机构规的热提取更有效，并且缩短了提取时间，大 部分物质在过程前 10min 内就被提取出来。（2）液 -液萃取液- 液萃取涉及到两个互不相溶的有机相和水相之间的质量传递过程。由于超声波的空化作用所引起的界面效应增加了两相间的接解面积，而空化崩溃时冲击波引起的湍动效应消除了两相效界的阻滞，从而增加了 液- 液萃取速度。对于一般受传质速率控制的液- 液萃取体系来说，超声波的作用十分显著。二、超声波提取设备介绍 1、机型分类：超声波提取设备分为小试机型、中试机型和规模生产机型。（1） 小试机型：一般用于实验室，超声功率为300W至3KW，提取罐或槽容积为 5至75L。（2） 中试机型：一般用于中间试验，超声功率为5KW至10KW，提取罐或槽容积为 200至400L。（3） 规模生产机型：主要用于中药材提取的批量生产，超声功率为20KW至75KW，提取罐容积为1至3 立方米。2、结构型式分类：