關于超聲輔助萃取分離技術目錄1概述2原理3影響因素4特點前景第2頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理概述

天然植物有效成分大多為細胞內物質，在提取時往往需要將植物細胞破碎，現有的機械破碎法難以將細胞有效破碎，化學破碎方法又容易造成被提取物的結構性質等變化而失去活性，因而難以取得理想的效果。

超聲波提取是利用超聲波具有的機械效應，空化效應和熱效應，通過增大介質分子的運動速度、增大介質的穿透力以提取生物有效成分。第3頁,共19頁，2024年2月25日，星期天01/簡述超聲基本理論

超聲波很像電磁波，折射、聚焦和反射，但超聲波又不同于電磁波，電磁波可在真空中自由傳播，而超聲波的傳播則要依靠彈性介質。超聲波在傳播時，使彈性介質中的粒子產生振蕩，并通過彈性介質按超聲波的傳播方向傳遞能量。

超聲波可以產生空化效應、機械效應和熱效應。第4頁,共19頁，2024年2月25日，星期天01/簡述超聲與分離技術的發展超聲波是一種高頻機械波。頻率范圍在20~60kHz的超聲，常被用于過程的強化和引發化學反應。

超聲場主要通過超聲空化向體系提供能量，瞬間空化可實現5000℃的高溫和50MPa的局部高壓,在有機物降解和天然產物有效成分的提取等方面均有一定的應用。

超聲波的提取速度較快，收率有可能大大超過索氏提取法。

第5頁,共19頁，2024年2月25日，星期天01/簡述超聲與分離技術的發展

目前，超聲波提取技術已被許多中藥分析過程作為提供試樣的處理手段，在中藥制劑提取工藝中的應用也受到越來越多的重視。

超聲波萃取(Ultrasoundextraction,UE),亦稱為超聲波輔助萃取、超聲波提取,是利用超聲波輻射壓強產生的強烈空化效應、擾動效應、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級效應,增大物質分子運動頻率和速度,增加溶劑穿透力,從而加速目標成分進入溶劑,促進提取的進行。第6頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理概述空化效應機械效應熱效應提取原理第7頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理

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。空化效應第8頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理

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。機械效應第9頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理

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熱效應第10頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理

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，并與介質充分混合，加快了提取過程的進行，并提高了藥物有效成分的提取率。其他次級效應第11頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理超聲效應與萃取分離

超聲波萃取中藥材的優越性，是基于超聲波的特殊物理性質。主要是主要通過壓電換能器產生的快速機械振動波來減少目標萃取物與樣品基體之間的作用力從而實現固--液萃取分離。

第12頁,共19頁，2024年2月25日，星期天02/分離原理（1）加速介質質點運動。高于20

KHz聲波頻率的超聲波的連續介質（例如水）中傳播時，根據惠更斯波動原理，在其傳播的波陣面上將引起介質質點（包括藥材重要效成分的質點）的運動，使介質質點運動獲行巨大的加速度和動能。質點的加速度經計算一般可達重力加速度的二千倍以上。由于介質質點將超聲波能量作用于藥材中藥效成分質點上而使之獲得巨大的加速度和動能，迅速逸出藥材基體而游離于水中。

（2）空化作用。超聲波在液體介質中傳播產生特殊的“空化效應”，“空化效應”不斷產生無數內部壓力達到上千個大氣壓的微氣穴并不斷“爆破”產生微觀上的強大沖擊波作用在中藥材上，使其中藥材成分物質被“轟擊”逸出，并使得藥材基體被不斷剝蝕，其中不屬于植物結構的藥效成分不斷被分離出來。加速植物有效成份的浸出提取。

(3）超聲波的振動勻化（Sonication）使樣品介質內各點受到的作用一致，使整個樣品萃取更均勻。

綜上所述，中藥材中的藥效物質在超聲波場作用下不但作為介質質點獲得自身的巨大加速度和動能，而且通過“空化效應”獲得強大的外力沖擊，所以能高效率并充分分離出來。超聲效應與萃取分離第13頁,共19頁，2024年2月25日，星期天03/影響因素浸泡時間溫度聲波頻率聲處理時間占空比浸泡時間對提取效率的影響實際上是藥材濕潤程度對提取效率的影響。但若浸泡時間過長，藥材組織內的糖類、粘液質等會擴散出來，并附著于藥材表面而阻礙溶劑的進入，從而影響提出效率。針對不同的藥材，可通過實驗來確定適宜的浸泡時間。

超聲波提取一般不需要加熱，但其本身存在較強的熱效應，且介質的溫度對空化作用的強度也有一定的影響，因此提取過程中對溫度進行適當控制也是非常必要的。超聲波頻率是影響有效成分提取率的主要因素之一。研究表明，對于大多數藥材而言,當其他條件一定時,目標成分的提取率隨超聲波頻率的增加而下降。但用超聲波提取技術提取益母草總生物堿時，超聲波頻率越大，提出率就越大，這表明不同藥材的目標成分都有自己適宜的提取頻率。超聲提取通常比常規提取的時間要短。一般情況下，超聲處理時間在20~45min以內即可獲得較好的提取效果。相對于其他影響因素而言，超聲提取時間對提取率沒有顯著影響。超聲波的占空比是超聲波的工作時間與間隙時間(脫氣時間)之比。根據操作方式的不同，超聲波提取器可分為連續式和間歇式兩種類型。連續式超聲波提取器的介質中一直有超聲波存在，而間歇式超聲波提取器在工作一段時間后，即停止一段時間進行脫氣。第14頁,共19頁，2024年2月25日，星期天04\特點前景應用特點提取效率高

采用超聲波技術來強化提取過程，提取時間僅為常規溶劑提取法的幾分之一，因而提取效率較高。能耗低

施加小功率的超聲波即可破碎提取大量的物料，且提取過程可在室溫下進行，無需大功率電源。與常規的溶劑提取法相比，單位能耗可下降一半以上。

提取物的質量高

由于提取過程的溫度較低，因而可最大限度地保持物料中原有的各種有效成分，尤其是熱敏性有效成分的性質。同時由于提取時間較短，因而可降低提取物中的雜質含量，提高提取物的質量。.提取物的提取率高

超聲波所引起的空化效應可使植物細胞壁及整個生物體破裂，使藥材中的有效成分得以充分釋出，從而可提高目標提取物的提取率。適用范圍廣

超聲提取中藥材不受成分、極性和分子量的限制，適用于絕大多數種類中藥材和有效成分的提取，如生物堿、黃酮類化合物、醌類化合物、萜類化合物、鞣質、脂質及揮發油等的提取。易于實現自動化和自動控制

目前的超聲波提取設備大多可自行設定提取時間、提取溫度、循環速度等主要操作參數，并可對這些參數進行自動控制,從而可減少外界因素的干擾，這對產品質量的穩定與提高是非常有利的。

符合GMP要求

超聲波提取設備可采用全不銹鋼制造，并可在全封閉的條件下運行，潔凈衛生，符合GMP要求。超聲波法提取槐米中蘆丁，用70%乙醇作溶劑提取90min的提取率（12.81%），相當于連續熱回流用甲醇做溶劑提取間為7-8h的提取率（12.77%）第15頁,共19頁，2024年2月25日，星期天蒽醌類物質的提取黃酮類物質的提取苷類物質的提取生物堿的提取第16頁,共19頁，2024年2月25日，星期天加強超聲波提取技術的基礎理論研究

近年來，有關超聲波技術用于提取中藥中的生物堿、苷類、黃酮類、蒽醌類、多糖類等物質的報道很多，但其中的絕大多數僅是針對某個具體提取對象而進行的簡單的工藝條件研究。今后應加強超聲提取技術的基礎理論研究，掌握超聲作用下的傳質機理，并建立相應的熱力學和動力學模型，這對超聲提取設備的開發和過程的優化設計是至關重要的。超聲提取過程的工程化問題

目前，絕大多數的超聲提取技術仍停留于實驗室的小試研究，尚不能為工業規模的生產提供必要的基礎數據。今后應加強超聲提取過程的放大研究及其配套設備的開發，以推動超聲提取過程的工程化。無論是對有機物還是無機物,超聲波萃取技術已經顯示