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超聲波概述

來源:誠洋生物科技(北京)有限公司   2015年09月10日 15:30  

 我國的中藥生產(chǎn)水平與*的天然藥物提取水平差距甚大,影響了我國中成藥產(chǎn)品在世界藥品市場的地位。中國已經(jīng)加入WTO,國內(nèi)中藥和天然產(chǎn)物生產(chǎn)企業(yè)要想在競爭中贏得主動,必須采用*的提取分離技術(shù),使我國中成藥產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售與中醫(yī)藥悠久歷史的地位相適應(yīng)。因此,國家已將提取分離技術(shù)作為今后五至十年內(nèi)重點發(fā)展的技術(shù)之一。隨著多學(xué)科互相滲透和對浸提原理及過程研究的深入,新的提取技術(shù)不斷出現(xiàn),提高了中藥制劑的質(zhì)量。半仿生提取法是模擬口服給藥后藥物經(jīng)胃腸道轉(zhuǎn)運的環(huán)境,為經(jīng)消化道給藥的中藥制劑設(shè)計的一種新的提取工藝。超臨界流體萃取法(SFE)(一般常用超臨界CO2萃取法)具有一定的分離功能,可在接近室溫下萃取取;SFE較適用于親脂性、分子量較小物質(zhì)的萃取,對極性大、分子量太大的物質(zhì)如苷類、多糖類,要加夾帶劑,并在很高的壓力下進行,給工業(yè)化帶來一定的難度。超聲提取法是超聲波的空化效應(yīng)增加溶劑穿透力,提高藥物溶出速度和溶出次數(shù),縮短提取時間的提取方法。加壓逆流提取法是將若干提取裝置串聯(lián),溶劑與藥材逆流通過,并保持一定接觸時間的方法。微波提取法是利用微波無溫度梯度的熱效應(yīng)使被提取物里外同時加熱,增加物質(zhì)擴散和溶劑穿透性,從而加速提取過程。在發(fā)達國家,藥材從投料開始,整個操作在連續(xù)封閉環(huán)境下進行,自動化程度高,經(jīng)粉碎后的藥材定時投入提取設(shè)備,提取液連續(xù)從提取罐中排出,藥液和藥渣均在封閉的管道中運行,保持了環(huán)境的整潔,提高了藥材資源的利用率,其提取效率是常規(guī)的3—4倍。由于自動出渣離心機分離效率高,整個生產(chǎn)過程采用計算機控制,避免了由于人為因素造成的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的情況。因此,我國在大力研發(fā)推廣適宜于工業(yè)化應(yīng)用的提取新技術(shù)、新設(shè)備的同時,應(yīng)加強自主創(chuàng)新和技術(shù)集成,提高生產(chǎn)自動化控制水平,才能使我國中藥提取技術(shù)水平和產(chǎn)品整體大幅度提高,增強在市場的競爭力,將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟效益?! ∫?、超聲提取的基本原理及存在問題超聲波在媒質(zhì)中傳播可使媒質(zhì)質(zhì)點在其傳播空間內(nèi)進入振動狀態(tài)強化溶質(zhì)擴散、傳質(zhì),即超聲波機械機制。超聲波在媒質(zhì)質(zhì)點傳播過程中其能量不斷被媒質(zhì)質(zhì)點吸收變成熱能,導(dǎo)致媒質(zhì)質(zhì)點溫度升高,即超聲波熱學(xué)機制。同時當(dāng)大能量的超聲波作用于提取介質(zhì),在振動處于稀疏狀態(tài)時,介質(zhì)被撕裂成許多小空穴,這些小空穴瞬時即閉合,閉合時產(chǎn)生高達幾千大氣壓的瞬時壓力,即空化現(xiàn)象。在超聲場中液體中的微小氣泡首先經(jīng)歷氣泡的振蕩及生長過程,即穩(wěn)態(tài)空化;然后是氣泡的壓縮和崩潰過程,即瞬態(tài)空化。超聲波對各種成份的提取分離的強化作用主要源于其空化作用。空化中微小氣泡的爆裂產(chǎn)生的極大壓力造成被破碎物細(xì)胞壁及整個生物體破裂,而且整個破裂過程在瞬間完成,同時超聲波產(chǎn)生的振動作用加強了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴散及溶解,從而提高提取效率。超聲波破碎過程是一個物理過程,過程中無化學(xué)反應(yīng),被浸提的生物活性物質(zhì)保持不變,生物活性不減。在空化發(fā)生時液體中的微小氣泡核在高強度超聲波作用下發(fā)生振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學(xué)過程,同時在崩潰的極短時間內(nèi),在空化泡周圍產(chǎn)生高溫、高壓,強烈沖擊波和時速400km以上的微射流,對固體表面的剝離、凹蝕和粉碎作用創(chuàng)造了新的活性表面的界面效應(yīng),使傳質(zhì)表面積增大??栈瘯r產(chǎn)生的湍動效應(yīng)使固液界面中傳質(zhì)邊界層變薄,導(dǎo)致界面層中溶質(zhì)的濃度梯度減少速度比沒有超聲時大??栈a(chǎn)生的微擾效應(yīng)使固液傳質(zhì)過程的微孔擴散得以強化,使得渦流擴散加強,加快提取過程。超聲頻率越高,提取時間延長,由超聲場產(chǎn)生的聚能效應(yīng)導(dǎo)致提取液溫度升高,加快提取速度。湍流效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)與超聲場的頻率、功率及體系的溫度等有關(guān)。頻率越高、溫度越高,這4種效應(yīng)作用越強,達到提取平衡時間越短,平衡時有效成分含量越高。但要考慮到有效成分的穩(wěn)定性,避免在高溫和長時間條件下有效成分的分解,因此一般選用低頻大功率超聲。雖然超聲提取在實驗室小量樣品制備中效果很好并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用(特別是在分析樣品的處理中),其快速、的特點已被廣為認(rèn)同,但在大規(guī)模提取中一直未能應(yīng)用,其瓶頸在于缺乏有效的工程放大手段和方法,超聲場的范圍和強度限制了每次處理的物料量。在超聲波用于植物天然產(chǎn)物提取的進一步研究中,應(yīng)對其作用機理和動力學(xué)模型進行深入探討,以便建立一套較為通用的模式,為不同提取對象的操作條件提供依據(jù);同時還應(yīng)注重有關(guān)工程問題研究,有效解決超聲提取的工程放大難題。

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