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超声波概述
点击次数:1699 发布时间:2015-09-10

 我国的中药生产水平与世界先进的天然药物提取水平差距甚大,影响了我国中成药产品在世界药品市场的地位。中国已经加入WTO,国内中药和天然产物生产企业要想在竞争中赢得主动,必须采用先进的提取分离技术,使我国中成药产品生产和销售与中医药悠久历史的地位相适应。因此,国家已将提取分离技术作为今后五至十年内重点发展的技术之一。随着多学科互相渗透和对浸提原理及过程研究的深入,新的提取技术不断出现,提高了中药制剂的质量。半仿生提取法是模拟口服给药后药物经胃肠道转运的环境,为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺。超临界流体萃取法(SFE)(一般常用超临界CO2萃取法)具有一定的分离功能,可在接近室温下萃取取;SFE较适用于亲脂性、分子量较小物质的萃取,对极性大、分子量太大的物质如苷类、多糖类,要加夹带剂,并在很高的压力下进行,给工业化带来一定的难度。超声提取法是超声波的空化效应增加溶剂穿透力,提高药物溶出速度和溶出次数,缩短提取时间的提取方法。加压逆流提取法是将若干提取装置串联,溶剂与药材逆流通过,并保持一定接触时间的方法。微波提取法是利用微波无温度梯度的热效应使被提取物里外同时加热,增加物质扩散和溶剂穿透性,从而加速提取过程。在发达国家,药材从投料开始,整个操作在连续封闭环境下进行,自动化程度高,经粉碎后的药材定时投入提取设备,提取液连续从提取罐中排出,药液和药渣均在封闭的管道中运行,保持了环境的整洁,提高了药材资源的利用率,其提取效率是常规的3—4倍。由于自动出渣离心机分离效率高,整个生产过程采用计算机控制,避免了由于人为因素造成的产品质量不稳定的情况。因此,我国在大力研发推广适宜于工业化应用的提取新技术、新设备的同时,应加强自主创新和技术集成,提高生产自动化控制水平,才能使我国中药提取技术水平和产品整体大幅度提高,增强在国际市场的竞争力,将资源优势转变成经济效益。  一、超声提取的基本原理及存在问题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,即超声波机械机制。超声波在媒质质点传播过程中其能量不断被媒质质点吸收变成热能,导致媒质质点温度升高,即超声波热学机制。同时当大能量的超声波作用于提取介质,在振动处于稀疏状态时,介质被撕裂成许多小空穴,这些小空穴瞬时即闭合,闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力,即空化现象。在超声场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程,即稳态空化;然后是气泡的压缩和崩溃过程,即瞬态空化。超声波对各种成份的提取分离的强化作用主要源于其空化作用。空化中微小气泡的爆裂产生的极大压力造成被破碎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,同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解,从而提高提取效率。超声波破碎过程是一个物理过程,过程中无化学反应,被浸提的生物活性物质保持不变,生物活性不减。在空化发生时液体中的微小气泡核在高强度超声波作用下发生振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程,同时在崩溃的极短时间内,在空化泡周围产生高温、高压,强烈冲击波和时速400km以上的微射流,对固体表面的剥离、凹蚀和粉碎作用创造了新的活性表面的界面效应,使传质表面积增大。空化时产生的湍动效应使固液界面中传质边界层变薄,导致界面层中溶质的浓度梯度减少速度比没有超声时大。空化产生的微扰效应使固液传质过程的微孔扩散得以强化,使得涡流扩散加强,加快提取过程。超声频率越高,提取时间延长,由超声场产生的聚能效应导致提取液温度升高,加快提取速度。湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应与超声场的频率、功率及体系的温度等有关。频率越高、温度越高,这4种效应作用越强,达到提取平衡时间越短,平衡时有效成分含量越高。但要考虑到有效成分的稳定性,避免在高温和长时间条件下有效成分的分解,因此一般选用低频大功率超声。虽然超声提取在实验室小量样品制备中效果很好并且已经广泛应用(特别是在分析样品的处理中),其快速、的特点已被广为认同,但在大规模提取中一直未能应用,其瓶颈在于缺乏有效的工程放大手段和方法,超声场的范围和强度限制了每次处理的物料量。在超声波用于植物天然产物提取的进一步研究中,应对其作用机理和动力学模型进行深入探讨,以便建立一套较为通用的模式,为不同提取对象的操作条件提供依据;同时还应注重有关工程问题研究,有效解决超声提取的工程放大难题。

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