超聲波提取原理、特點與應用介紹
概述：
1、提取原理
（1）機械效應 超聲波在介質中的傳播可以使介質質點在其傳播空間內產生振動，從而強化介質的擴散、傳播，這就是超聲波的機械效應。超聲波在傳播過程中產生一種輻射壓強，沿聲波方向傳播，對物料有很強的破壞作用，可使細胞組織變形，植物蛋白質變性；同時，它還可以給予介質和懸浮體以不同的加速度，且介質分子的運動速度遠大于懸浮體分子的運動速度。從而在兩者間產生摩擦，這種摩擦力可使生物分子解聚，使細胞壁上的有效成分更快地溶解于溶劑之中。
（2）空化效應 通常情況下，介質內部或多或少地溶解了一些微氣泡，這些氣泡在超聲波的作用下產生振動，當聲壓達到一定值時，氣泡由于定向擴散（rectieddiffvsion）而增大，形成共振腔，然后突然閉合，這就是超聲波的空化效應。這種氣泡在閉合時會在其周圍產生幾千個大氣壓的壓力，形成微激波，它可造成植物細胞壁及整個生物體破裂，而且整個破裂過程在瞬間完成，有利于有效成分的溶出。
（3）熱效應 和其它物理波一樣，超聲波在介質中的傳播過程也是一個能量的傳播和擴散過程，即超聲波在介質的傳播過程中，其聲能不斷被介質的質點吸收，介質將所吸收的能量全部或大部分轉變成熱能，從而導致介質本身和藥材組織溫度的升高，增大了藥物有效成分的溶解速度。由于這種吸收聲能引起的藥物組織內部溫度的升高是瞬間的，因此可以使被提取的成分的生物活性保持不變。
此外，超聲波還可以產生許多次級效應，如乳化、擴散、擊碎、化學效應等，這些作用也促進了植物體中有效成分的溶解，促使藥物有效成分進入介質，并于介質充分混合，加快了提取過程的進行，并提高了藥物有效成分的提取率。
2、超聲波提取的特點
（1）超聲波提取時不需加熱，避免了中藥常規煎煮法、回流法長時間加熱對有效成分的不良影響，適用于對熱敏物質的提取；同時，由于其不需加熱，因而也節省了能源。
（2）超聲波提取提高了藥物有效成分的提取率，節省了原料藥材，有利于中藥資源的充分利用，提高了經濟效益。
（3）溶劑用量少，節約了溶劑。
（4）超聲波提取是一個物理過程，在整個浸提過程中無化學反應發生，不影響大多數藥物有效成分的生理活性。
（5）提取物有效成分含量高，有利于進一步精制。
3、超聲波技術在天然產物提取方面的應用
與水煎煮法對比，采用超聲波法對黃芩的提取結果表明，超聲波法提取與常規煎煮法相比，提取時間明顯縮短，*的提取率升高；超聲波提取10、20、40、60min均比煎煮法提取3h的提取率高。
應用超聲波法對槐米中主要有效成分蘆丁的提取結果表明，超聲波處理槐米30min所得蘆丁的提取率比熱堿法提取率高47.56%，與浸泡法相比，超聲波提取40min，蘆丁得率為22.53%，而浸泡48h得率只有12.23%。超聲波提取植物中的苷類成分是一種有效的方法，可節省原料的30—40%。
從蘿芙木屬植物的根中提取生物堿，常規浸漬法需43h，而超聲波法只需15min，且可將生物堿全部提出。常規法從金雞納樹皮中提取生物堿需5h，超聲波法至多30min就可完成。常規法提取曼陀羅葉中的曼陀羅堿需3h，超聲波法只需30min。煎煮法提取大黃中的蒽醌類成分需3h，超聲波法只需10min，且得率高。
總之，超聲波提取具有節時、節能、節料、得率高的特點。

超聲波中藥材提取、萃取技術與設備介紹
一、超聲波提取中藥材的原理
1、超聲的空化效應
超聲波技術應用于萃取、勻化，是基于惠更斯波動理論和超聲波在液體連續介質中傳播時*的“空化效應”的作用結果。
（1）惠更斯波動原理指出，波動（包括超源與波源的振動）在連續介質中傳播時，在其波陣面上將引起介質質點的運動，波源在介質中達到的每一點都將引起相鄰質點的震動和成為新的波源。這種波源引起的波動使其傳播路徑上的每一個質點都將獲得加速度和動能。超聲波可使介質質點加速度達重力加速度的千倍以上。介質質點在超聲波作用下，將每秒種數萬次的高頻振蕩和每秒大于100m的巨大速度和動能作用于溶液分子內，迅速使溶液分子被激活。
（2）超聲波在液體介質中產生*的“空化效應”，不斷產生無數內部壓力達上千個大氣壓的微氣穴，并不斷“微爆”產生微觀上的強沖擊波，作用在固-液或液-液分子上，使介質中的空氣被“轟擊”逸出，并促使介質細胞破裂和變形加速介質分子中的物質逸出。
（3）超聲波在介質中傳播時的物理特性引發的機械振動、微射流、微聲流等多級效應皆促使有效成分在溶液中擴散。
2、超聲波提取的優點
（1）超聲波提取效率高。超聲波的物理特性，能促使植物組織破壁或變形，使中藥有效成份提取更充分，提取率比傳統工藝顯著提高達50—500%。
（2）超聲波提取時間短。超聲波強化中藥提取通常在24—40分鐘即可獲得提取率，其提取時間較傳統工藝方法縮短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，有利于節約能源和改善環境污染。更重要的是對遇熱不穩定、易水解或氧化的藥材中的有效成份具有保護作用。
（4）超聲波提取適應性廣。超聲波提取中藥材不受中藥材成份性質、分子量大小的限制，適用于絕大多數種類中藥材和各類成份的提取。
（5）超聲波提取的藥液雜質少，有效成份易于分離、純化。
（6）超聲波提取簡單易行，設備的維護和保養方便。
3、超聲強化萃取
（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，傳統工藝方法是采用熱處理或機械攪拌來加強該過程。現已發現應用功率超聲能顯著強化和改善提取過程。超聲的微擾效應增大了溶劑進入提取物細胞的滲透性，加強了傳質過程； 超聲的另一作用是超聲空化產生的強大剪切力能使介質細胞壁破裂，使細胞容易釋放出內含物。超聲強化固-液萃取是有效的質量傳遞和細胞破裂的主要原因，它超越了以往任何一種可行性技術，獲得了高效提取。超聲提取比常駐機構規的熱提取更有效，并且縮短了提取時間，大部分物質在過程min內就被提取出來。
（2）液-液萃取
液-液萃取涉及到兩個互不相溶的有機相和水相之間的質量傳遞過程。由于超聲波的空化作用所引起的界面效應增加了兩相間的接解面積，而空化崩潰時沖擊波引起的湍動效應消除了兩相效界的阻滯，從而增加了液-液萃取速度。對于一般受傳質速率控制的液-液萃取體系來說，超聲波的作用十分顯著。
二、超聲波提取設備介紹
1、機型分類：超聲波提取設備分為小試機型、中試機型和規模生產機型。
（1）小試機型：一般用于實驗室，超聲功率為300W至3KW，提取罐或槽容積為5至75L。
（2）中試機型：一般用于中間試驗，超聲功率為5KW至10KW，提取罐或槽容積為200至400L。
（3）規模生產機型：主要用于中藥材提取的批量生產，超聲功率為20KW至75KW，提取罐容積為1至3立方米。
2、結構型式分類：超聲波提取設備結構型號式分為內置式和外置式兩類。
（1）內置式機型：主要是指將超聲波換能器陣列組合成密封于一個多邊形立柱體內，并將其安裝于中藥材提取罐內中心位置，其超聲能量從多邊形立柱內向外（罐內的媒質）發射。
（2）外置式機型：主要是指將超聲波換能器以陣列組合的方式安裝于提取罐體的外壁，其超聲能量由罐外壁向罐內（媒質）發射。