超声波提取技术课件.ppt

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： 一些有效成分提取率,随超声作用时间增加而增大; 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; 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,-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，与传统的提取技术相比，它具有众多优点： 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用率、缩短生产周期、节省原料、提高经济效益。且提取物中有效成分含量高，有利于进一步的分离。, 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，而影响所提成分的质量。 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。 操作方便、提取完全，能充分利用中药资源。节约资源，环保。 工艺流程简单。,四、应用,1、生物碱 用20kHz超声波处理茶叶10min，茶多酚及儿茶酚的总量均比水提法提取30min的提高40%以上,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分的结构。 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、人工冬草等植物中提取各种生物碱。,2、苷类 苷类常与能水解苷的酶共存于植物细胞中,因此在提取苷时,必须设法抑制和破坏酶的活性。,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一致：,4、多糖,用45kHz超声波从新疆枸杞中提取多糖, 超声提取25min的提出率为91.83%。 比索氏提取2h高30%以上,提取时间则缩短5倍以上。,5、有机酸,用10%乙醇溶液在超声波提取器中提取30min，再加入 1 mL 0.5 mol/L硫酸溶液，然后用10%乙醇溶液定容，混匀后离心过滤，取部分滤液用0.22m水性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。,庞荣丽,张巧莲,郭琳琳,方金豹,谢汉忠,李君,罗静,吴丰魁. 水果及其制品中果胶含量的比色法测定条件优化J. 果树学报. 2012(02),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。,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！,