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超声波提取技术重点讲义
展望: 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, 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, 以便建立一套较为通用的模型, 为不同提取对象操作条件提供依据,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。 谢谢大家! 超声波提取技术 目录 一、简介 二、超声波提取的原理 三、超声波提取的优点 四、应用 一、简介 1830年,Savart首次用一大齿轮产生超声波。 超声波是一种机械波, 有效频率一般在 20-50kHz 范围。 不能引起听觉,是一种机械振动在媒介中的传播过程。 其频率高、波长短,有方向好,功率大、穿透力强等特点。 还可引起空化作用 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。 超声波提取技术 Ultrasonic Extraction Technology 是将超声波产生的空化、 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、快速提取细胞内容物的技术。 超声波提取设备 超声波提取设备主要由提取槽、超声波发生器和电源等部分组成。 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。 磁力换能器 压电换能器 换能器 右图是国产HF型超声波提取设备的外形图,有多种型号: HF-2.5B 型适用于实验 室中小试研究 HF-50B 型适用于中试研究 HF-500B 型适用于工业规模的提取 实验室用超声波中药提取机 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 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。 1、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。这些空洞的瞬间闭合可以引起高压,同时还将产生局部的高温以及放电现象。 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。 超声波破碎过程是一个物理过程,浸提过程中无化学反应发生。 超声波的振动作用提高了破碎速度,缩短了破碎时间,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间,提高提出率,得到的化学成分结构和性质也不会改变。 2、超声波热力学机理 介质吸收超声波以及内摩擦消耗,分子产生剧烈振动,超声波的机械能转化为介质的内能,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。 在瞬间使内部温度升高, 加速有效成分的溶解,并且不改变成分的性质。 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的。其一是简单的骚动效应,其二是在溶剂和悬浮体之间出现摩擦。 骚动可使蛋白质变性,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,从而在他们之间产生摩擦,这力量足以断开两碳原子之健,使生物分子解体,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 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。 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提取黄芩甙,20kHz时提取率最高。 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20kHz、800kHz、1000 kHz超声处理穿山龙,1000kHz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分有影响: ① 一些有效成分提取率,随超声作用时间增加而增大; ② 提取率随超声时间的增加逐渐增高,一定时间后,超声时间再延长,提取率增加缓慢; ③ 提取率随超声作用时间增加,在某一时刻达到一个极限值后,提取率反而减小。 2、溶剂的选择 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, 可利用它们的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, 再进行超声处理, 这样可以增加有效成分在溶剂中的溶解度, 提高提取率。 溶剂的浓度也是影响提取率的关键。 3、对酶的特殊性选择 低强度的超声波可以提高酶的活性,促进酶的催化反应。 Stephen 等研究超声水浴作用下,α-淀粉酶和糖化酶对淀粉和糖原水解活性的变化情况时,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。 利用超声波对酶的双向作用,解决由酶引起的种种问题,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、化工等各个领域,与传统的
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