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簡(jiǎn)介

    超聲波萃取利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化應(yīng)效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高的加速度、乳化、擴(kuò)散、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng)，增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，促進(jìn)提取的進(jìn)行。

原理

    超聲波是一種彈性機(jī)械振動(dòng)波，與電磁波本質(zhì)上不同。因?yàn)殡姶挪ㄔ谡婵罩袀鞑ィ暡ū仨氃诮橘|(zhì)中傳播，穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，形成膨脹和壓縮的全過(guò)程。

    在液體中，膨脹過(guò)程形成負(fù)壓。如果超聲波能量足夠強(qiáng)，膨脹過(guò)程會(huì)在液體中生成氣泡或?qū)⒁后w撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間閉合，閉合時(shí)產(chǎn)生高達(dá)3000MPa 的瞬間壓力，稱為空化作用，整個(gè)過(guò)程在400μs 內(nèi)完成。

    空化作用細(xì)化物質(zhì)以及制造乳液，加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑，提高提取率。除空化作用外，超聲波的許多次級(jí)效應(yīng)也都利于目標(biāo)成分的轉(zhuǎn)移和提取。

    成穴現(xiàn)象的重要意義在于氣泡破裂時(shí)發(fā)生的反應(yīng)。一些點(diǎn)位，氣泡不再吸收超聲波能量，而產(chǎn)生內(nèi)爆。氣泡或空穴里的氣體和蒸汽快速絕熱壓縮，產(chǎn)生*的溫度和壓力 。

    氣泡體積相對(duì)液體總體積來(lái)說(shuō)極微，因此產(chǎn)生的熱量瞬間散失，對(duì)環(huán)境條件不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，空穴泡破裂后的冷卻速度估計(jì)約為10℃/s 。

    超聲空穴提供能量和物質(zhì)間*的相互作用，產(chǎn)生的高溫高壓能導(dǎo)致游離基和其它組份的形成。

    純液體中，空穴破裂時(shí)，由于周圍條件相同，因此總保持球形；然而緊靠固體邊界處，空穴的破裂是非均勻的，產(chǎn)生高速液體噴流，使膨脹氣泡的勢(shì)能轉(zhuǎn)化成液體噴流的動(dòng)能，在氣泡中運(yùn)動(dòng)并穿透氣泡壁。

    噴射流在固體表面的沖擊力非常強(qiáng)，能對(duì)沖擊區(qū)造成極大的破壞，從而產(chǎn)生高活性的新鮮表面。破裂氣泡形變?cè)诒砻嫔袭a(chǎn)生的沖擊力比氣泡諧振產(chǎn)生的沖擊力要大數(shù)倍。

    施加超聲波，在有機(jī)溶劑和固體基質(zhì)接觸面上產(chǎn)生的高溫、高壓，加之超聲波分解產(chǎn)生的游離基的氧化能等，從而提供了高的萃取能。

特點(diǎn)

    1.同常規(guī)萃取方法相比，超聲波萃取技術(shù)萃取效率高、萃取時(shí)間短；

    2.超聲波萃取不容易受使用溶劑的限制，允許添加共萃取劑，以進(jìn)一步增大液相的極性，提高萃取效率；

    3.與超臨界CO2萃取和超高壓萃取相比，超聲波萃取設(shè)備簡(jiǎn)單，萃取成本低；

    4.大多數(shù)情況下超聲波萃取操作步驟少，萃取過(guò)程簡(jiǎn)單，不易對(duì)萃取物造成污染，萃取溫度較低，適合熱敏目標(biāo)成分的萃取。

優(yōu)點(diǎn)

    超聲波萃取和常規(guī)萃取技術(shù)相比，超聲波輔助萃取快速、價(jià)廉、高效。

    超聲波萃取與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點(diǎn)：

    1.無(wú)需高溫；

    2.常壓萃取，安全性好，操作簡(jiǎn)單易行，維護(hù)保養(yǎng)方便；

    3.萃取效率高；

    4.具有廣譜性。適用性廣，絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃取；

    5.超聲波萃取對(duì)溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)關(guān)系小；

    6.減少能耗；

    7.藥材原料處理量大，成倍或數(shù)倍提高，且雜質(zhì)少，有效成分易于分離、凈化；

    8.萃取工藝成本低，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

應(yīng)用

    1.在煙堿提取中的應(yīng)用

    煙草中的煙堿成分在農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥上均具有很高的使用價(jià)值，利用超聲波萃取技術(shù)可以有效地提取煙草中的煙堿成分。 在這方面的應(yīng)用研究中，研究者主要考察了提取劑濃度、固液比、提取時(shí)間、超聲溫度等因素對(duì)煙堿成分提取效率的影響。叢秀芝用40%的甲醇作提取劑，固液比為1∶20，提取時(shí)間為30min，超聲溫度為150℃，煙堿的提取率能達(dá)到7%左右。儲(chǔ)志兵等采用0.4%的NaOH作提取劑，固液比為1∶40，常溫超聲提取時(shí)間4h，其煙堿提取率為2.12%。采用78%的乙醇作提取劑，固液比為1∶5，提取時(shí)間30min，超聲溫度52℃，煙堿提取量為23.1mg/mL。采用pH =4的95%乙醇作溶劑，固液比1∶15，超聲溫度80℃ 提取2次，每次45min，煙堿提取率可達(dá)到95.42%，對(duì)比分析顯示，其提取效果明顯優(yōu)于加熱回流提取(后者僅為84.79%)。