1、超声波提取技术目录一、简介一、简介二、超声波提取的原理二、超声波提取的原理三、超声波提取的优点三、超声波提取的优点四、应用四、应用一、简介 18301830年，年，SavartSavart首次用一大齿轮产生超声波。首次用一大齿轮产生超声波。 超声波是一种机械波，超声波是一种机械波， 有效频率一般在有效频率一般在 20- 20-5050kHz kHz 范围。范围。 不能引起听觉，是一种机械振动在媒介中的传不能引起听觉，是一种机械振动在媒介中的传播过程。播过程。 其频率高、波长短，有方向好，功率大、穿透其频率高、波长短，有方向好，功率大、穿透力强等特点。力强等特点。还可引起空化作用还可引起空化作用
2、可以产生一系列的特殊效应，如力学效应、可以产生一系列的特殊效应，如力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。热学效应、化学效应和生物效应等。超声波提取技术超声波提取技术 Ultrasonic Extraction Technology Ultrasonic Extraction Technology 是是将超声波产生的空化、将超声波产生的空化、 振动、粉碎、搅拌等综合振动、粉碎、搅拌等综合效应应用到天然产物成分提取工艺中，通过破坏细效应应用到天然产物成分提取工艺中，通过破坏细胞壁，增加溶剂穿透力，从而提高提取率和缩短提胞壁，增加溶剂穿透力，从而提高提取率和缩短提取时间，达到高效、快速提取细胞内
3、容物的技术。取时间，达到高效、快速提取细胞内容物的技术。超声波提取设备超声波提取设备主要由超声波提取设备主要由提取槽提取槽、超声波发生器超声波发生器和和电源电源等部分组成。等部分组成。超声波发生器是关键部件，作用是将电能转化超声波发生器是关键部件，作用是将电能转化成机械能，又称换能器。成机械能，又称换能器。磁力换能器磁力换能器压电换能器压电换能器换能器换能器右图是国产右图是国产HFHF型超声波提取设备型超声波提取设备的外形图，有多种型号：的外形图，有多种型号：HF-2.5B HF-2.5B 型适用于实验型适用于实验 室中小试室中小试研究研究HF-50B HF-50B 型适用于中试研究型适用于中
4、试研究HF-500B HF-500B 型适用于工业规模的提型适用于工业规模的提取取实验室用超声波中药提取机HSCT-Z HSCT-Z 中式中草药超声波提取机多用途恒温超声波提取机超声波提取工艺路程图超声波提取工艺路程图二、超声波提取的原理超声波对媒质主要产生空化作用、热力学作用和机械作用。超声波对媒质主要产生空化作用、热力学作用和机械作用。1 1、超声波空化作用机理、超声波空化作用机理 空化现象是指：超声波作用于液体介质引起介空化现象是指：超声波作用于液体介质引起介质的振动，当振动处于稀疏状态在介质中可以质的振动，当振动处于稀疏状态在介质中可以形成许多近似真空的空洞。这些空洞的瞬间闭形成许多近
5、似真空的空洞。这些空洞的瞬间闭合可以引起高压，同时还将产生局部的高温以合可以引起高压，同时还将产生局部的高温以及放电现象。及放电现象。 空化现象可造成植物细胞壁及整个生物体瞬间空化现象可造成植物细胞壁及整个生物体瞬间破裂，使溶液能渗透到药材的细胞中，从而加破裂，使溶液能渗透到药材的细胞中，从而加速药材中的有效成分溶解于溶剂。速药材中的有效成分溶解于溶剂。 超声波破碎过程是一个物理过程超声波破碎过程是一个物理过程, ,浸提过程中浸提过程中无化学反应发生。无化学反应发生。 超声波的振动作用提高了破碎速度超声波的振动作用提高了破碎速度, ,缩短了破缩短了破碎时间碎时间, ,促进了化学成分向溶剂中溶解
6、。促进了化学成分向溶剂中溶解。 用超声波提取化学成分可大大地缩短提取时用超声波提取化学成分可大大地缩短提取时间间, ,提高提出率提高提出率, ,得到的化学成分结构和性质得到的化学成分结构和性质也不会改变。也不会改变。2 2、超声波热力学机理介质吸收超声波以及内摩擦消耗介质吸收超声波以及内摩擦消耗, ,分子产生剧烈振动分子产生剧烈振动, ,超声超声波的机械能转化为介质的内能波的机械能转化为介质的内能, ,引起介质温度升高。引起介质温度升高。所吸收能量大部分或全部将转化为热能。所吸收能量大部分或全部将转化为热能。在瞬间使内部温度升高在瞬间使内部温度升高, , 加速有效成分的溶解加速有效成分的溶解,
7、 ,并且不改变并且不改变成分的性质。成分的性质。3 3、超声波机械作用机理 超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内超声波在媒质中传播可使媒质质点在其传播空间内进入振动状态，强化溶质扩散、传质。进入振动状态，强化溶质扩散、传质。 超声波的机械作用主要是辐射压强和超声压强引起超声波的机械作用主要是辐射压强和超声压强引起的。其一是简单的骚动效应的。其一是简单的骚动效应, ,其二是在溶剂和悬浮体其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。之间出现摩擦。 骚动可使蛋白质变性骚动可使蛋白质变性, ,细胞组织变形。而超声压使溶细胞组织变形。而超声压使溶剂分子的速度远远大于悬浮体的速度剂分子的速度远远大于悬浮体的
8、速度, ,从而在他们之从而在他们之间产生摩擦间产生摩擦, ,这力量足以断开两碳原子之健这力量足以断开两碳原子之健, ,使生物使生物分子解体分子解体, ,使细胞壁上的有效成分溶解于溶剂中。使细胞壁上的有效成分溶解于溶剂中。超声波提取条件的选择1、参数的选择、参数的选择主要考虑超声波的频率、强度和时间。不同主要考虑超声波的频率、强度和时间。不同的植物成分所需的参数不同。的植物成分所需的参数不同。有些植物在超声波频率越低，有效成分提取有些植物在超声波频率越低，有效成分提取率越高。例如用不同频率超声波从黄芩根中率越高。例如用不同频率超声波从黄芩根中提取黄芩甙，提取黄芩甙，20kHz20kHz时提取率最
9、高。时提取率最高。 而又有某些植物超声提取使用的频率越高而又有某些植物超声提取使用的频率越高, ,有效成分提取率却越高。例如用频率有效成分提取率却越高。例如用频率20kHz20kHz、800kHz800kHz、1000 kHz1000 kHz超声处理穿山龙超声处理穿山龙,1000kHz,1000kHz条件下薯蓣皂甙的提取率最高。条件下薯蓣皂甙的提取率最高。超声提取时间对天然产物提取率和对其有效成超声提取时间对天然产物提取率和对其有效成分有影响：分有影响： 一些有效成分提取率一些有效成分提取率, ,随超声作用时间增加随超声作用时间增加而增大而增大; ; 提取率随超声时间的增加逐渐增高提取率随超声
10、时间的增加逐渐增高, ,一定时一定时间后间后, ,超声时间再延长超声时间再延长, ,提取率增加缓慢提取率增加缓慢; ; 提取率随超声作用时间增加提取率随超声作用时间增加, ,在某一时刻达在某一时刻达到一个极限值后到一个极限值后, ,提取率反而减小。提取率反而减小。2 2、溶剂的选择 结合有效成分的理化性质进行筛选。结合有效成分的理化性质进行筛选。 例如在提取皂甙、多糖类成分例如在提取皂甙、多糖类成分, , 可利用它们的可利用它们的水溶性特性选择水作提取溶剂水溶性特性选择水作提取溶剂; ; 需要用一定溶剂将药材浸渍一段时间需要用一定溶剂将药材浸渍一段时间, , 再进行再进行超声处理超声处理, ,
11、 这样可以增加有效成分在溶剂中的这样可以增加有效成分在溶剂中的溶解度溶解度, , 提高提取率。提高提取率。 溶剂的浓度也是影响提取率的关键。溶剂的浓度也是影响提取率的关键。3 3、对酶的特殊性选择 低强度的超声波可以提高酶的活性低强度的超声波可以提高酶的活性, ,促进酶促进酶的催化反应。的催化反应。 Stephen Stephen 等研究超声水浴作用下等研究超声水浴作用下,-,-淀粉酶淀粉酶和糖化酶对淀粉和糖原水解活性的变化情况和糖化酶对淀粉和糖原水解活性的变化情况时时, ,发现超声使酶的催化活性速率和转化酶发现超声使酶的催化活性速率和转化酶对蔗糖水解活性显著升高。对蔗糖水解活性显著升高。 利
12、用超声波对酶的双向作用利用超声波对酶的双向作用, ,解决由酶引起解决由酶引起的种种问题的种种问题, ,有待于今后进一步的研究。有待于今后进一步的研究。三、超声波提取的优点超声波提取技术广泛用于医药、食品、油脂、化超声波提取技术广泛用于医药、食品、油脂、化工等各个领域，与传统的提取技术相比，它具有工等各个领域，与传统的提取技术相比，它具有众多优点：众多优点： 超声波提取技术能增加所提取成分的产率，超声波提取技术能增加所提取成分的产率，缩短提取时间，可大大提高产品收率及资源利缩短提取时间，可大大提高产品收率及资源利用率、缩短生产周期、节省原料、提高经济效用率、缩短生产周期、节省原料、提高经济效益。
13、且提取物中有效成分含量高，有利于进一益。且提取物中有效成分含量高，有利于进一步的分离。步的分离。 无需加热，避免了因加热时间过长对物料无需加热，避免了因加热时间过长对物料中热敏性强的成分造成破坏，而影响所提成分中热敏性强的成分造成破坏，而影响所提成分的质量。的质量。 不改变所提取成分的化学结构，能保证有不改变所提取成分的化学结构，能保证有效成分及产品质量的稳定性，提高产品品质。效成分及产品质量的稳定性，提高产品品质。 操作方便、提取完全，能充分利用中药资操作方便、提取完全，能充分利用中药资源。节约资源，环保。源。节约资源，环保。 工艺流程简单。工艺流程简单。四、应用1 1、生物碱、生物碱 用用
14、20kHz20kHz超声波处理茶叶超声波处理茶叶10min10min，茶多酚及儿茶酚，茶多酚及儿茶酚的总量均比水提法提取的总量均比水提法提取30min30min的提高的提高40%40%以上以上, ,所得茶所得茶多酚样品的性状无差异也不改变茶多酚及儿茶酚各组多酚样品的性状无差异也不改变茶多酚及儿茶酚各组分的结构。分的结构。 从曼陀罗、萝芙木、吐根、耶仆兰胡椒、金鸡纳、从曼陀罗、萝芙木、吐根、耶仆兰胡椒、金鸡纳、天麻、颠茄、罂粟、马钱、益母草、北草乌、延胡索、天麻、颠茄、罂粟、马钱、益母草、北草乌、延胡索、人工冬草等植物中提取各种生物碱。人工冬草等植物中提取各种生物碱。2 2、苷类、苷类 苷类常与
15、能水解苷的酶共存于植物苷类常与能水解苷的酶共存于植物细胞中细胞中, ,因此在提取苷时因此在提取苷时, ,必须设法抑制和必须设法抑制和破坏酶的活性。破坏酶的活性。3 3、挥发油用超声波处理代替回流提取的结果与标准规定的用超声波处理代替回流提取的结果与标准规定的一致：一致：回流时间回流时间超声时间超声时间六味地黄丸中的丹皮六味地黄丸中的丹皮酚酚60 min60 min15 min15 min逍遥丸中的当归逍遥丸中的当归30 min30 min15 min15 min香砂养胃丸中的木香、香砂养胃丸中的木香、厚朴酚厚朴酚30 min30 min15 min15 min 4 4、多糖 用用45kHz45
16、kHz超声波从新疆枸杞中提取多糖超声波从新疆枸杞中提取多糖, , 超声提取超声提取25min25min的提出率为的提出率为91.83%91.83%。 比索氏提取比索氏提取2h2h高高30%30%以上以上, ,提取时间则提取时间则缩短缩短5 5倍以上。倍以上。5 5、有机酸 用用10%10%乙醇溶液在超声波提取器中提取乙醇溶液在超声波提取器中提取30min30min，再，再加入加入 1 mL 0.5 mol/L 1 mL 0.5 mol/L硫酸溶液，然后用硫酸溶液，然后用10%10%乙醇溶液乙醇溶液定容，混匀后离心过滤，取部分滤液用定容，混匀后离心过滤，取部分滤液用0.22m0.22m水性水性滤
17、膜针头过滤器过滤，能同时用离子色谱法测定水果滤膜针头过滤器过滤，能同时用离子色谱法测定水果果实中主要有机酸组分。果实中主要有机酸组分。 庞荣丽庞荣丽,张巧莲张巧莲,郭琳琳郭琳琳,方金豹方金豹,谢汉忠谢汉忠,李君李君,罗静罗静,吴丰魁吴丰魁. 水果及其制品水果及其制品中果胶含量的比色法测定条件优化中果胶含量的比色法测定条件优化J. 果树学报果树学报. 2012(02) 经方法学验证，各种有机酸组分精密度、经方法学验证，各种有机酸组分精密度、准确度高，重现性好，该提取方法快速、简准确度高，重现性好，该提取方法快速、简便，适合水果中主要有机酸组分含量的测定。便，适合水果中主要有机酸组分含量的测定。超声提取法操作简单、提出率高、低耗高效。超声提取法操作简单、提出率高、低耗高效。展望： 总之，超声波在天然产物成分提取中的应总之，超声波在天然产物成分提取中的应用已显示出明显的优势用已显示出明显的优势, , 并已逐步被人们所注并已逐步被人们所注意，对超声波作用机制应进行深入研究意，对超声波作用机制应进行深入研究, , 以便以便建立一套较为通用的模型建立一套较为通用的模型, , 为不同提取对象操为不同提取对象操作条件提供依据作条件提供依据, ,相信这一物理技术在天然产相信这一物理技术在天然产物成分的提取中将发挥他应有的作用。物成分的提取中将发挥他应有的作用。谢谢大家！
