超聲波提取技術(shù)的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

超聲波提取技術(shù)是從植物中分離生物活性化合物的優(yōu)選技術(shù)。超聲波是指頻率高于20 kHz但小于10 MHz的那些機(jī)械聲波。超聲波提取通常使用較小的頻率范圍（16 kHz-100 kHz），因?yàn)檩^高的頻率會(huì)導(dǎo)致過多的能量，從而可能導(dǎo)致植物結(jié)構(gòu)中活性成分的降解。

超聲處理可實(shí)現(xiàn)全部提取，從而在極短的提取時(shí)間內(nèi)即可獲得較高的提取率。作為一種有效的提取方法，超聲波提取既節(jié)省成本又節(jié)省時(shí)間，同時(shí)又可以得到用于食品，補(bǔ)品和藥品的高質(zhì)量提取物。

工作原理

超聲提取基于超聲波空化的工作原理，并且是純機(jī)械處理。類似于高剪切混合器，超聲波發(fā)生器僅在過程介質(zhì)中產(chǎn)生機(jī)械剪切力。超聲波提取本身是一種非熱，無化學(xué)物質(zhì)的提取技術(shù)。
超聲波空化是高功率時(shí)會(huì)發(fā)生聲波或超聲波空化，基于重復(fù)的高壓和低壓循環(huán)。每秒超聲波處理20,000次的交替高壓和低壓循環(huán)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力和液體射流。這種的應(yīng)力克服了膜的選擇性，穿孔并破壞了細(xì)胞壁，并導(dǎo)致內(nèi)部細(xì)胞與周圍溶劑之間的高質(zhì)量傳遞。通過超聲提取，可以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量和更短的提取時(shí)間。由于超聲提取是可重復(fù)的過程，因此可以重復(fù)提取結(jié)果，以獲得標(biāo)準(zhǔn)化的提取質(zhì)量。

超聲空化會(huì)局部導(dǎo)致條件，例如非常高的壓差和高剪切力。當(dāng)空化氣泡爆裂到固體（例如顆粒，植物細(xì)胞，組織等）的表面上時(shí)，微噴射和微粒間碰撞會(huì)產(chǎn)生諸如顆粒破裂，聲穿孔（細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的穿孔）和細(xì)胞的效應(yīng)。此外，空化氣泡在液體介質(zhì)中的爆裂會(huì)產(chǎn)生湍流和攪動(dòng)，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)部與周圍溶劑之間的質(zhì)量傳遞。超聲輻射是增強(qiáng)傳質(zhì)過程的一種高效途徑，因?yàn)槌晻?huì)導(dǎo)致空化及其相關(guān)機(jī)制，例如液體射流引起的微運(yùn)動(dòng)，材料中的壓縮和減壓以及隨后的細(xì)胞壁破壞。

優(yōu)點(diǎn)

超聲波提取能夠減少了溶劑用量和使溶劑用量更溫和。這意味著，超聲波提取可提高提取率，并產(chǎn)生更健康的提取物。這是由于其在低溫下操作的特性，既可以減少由溫度因素引起的熱損失，又可以避免由于低沸點(diǎn)而導(dǎo)致的物質(zhì)汽化并保持生物活性物質(zhì)。超聲波提取使用簡(jiǎn)單，安全以及可精確控制的應(yīng)用。作為非熱提取方法，可以在低溫下進(jìn)行超聲處理，從而避免了對(duì)熱敏感的，對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)的降解。超聲波提取還能夠大大減少了生產(chǎn)時(shí)間，因?yàn)樾羞M(jìn)的超聲波破壞了細(xì)胞壁，從而減少了活性成分從植物材料到溶劑的轉(zhuǎn)移時(shí)間。

超聲波提取的影響

超聲波細(xì)胞破裂和傳質(zhì)的增加超聲波可以通過細(xì)胞破裂和增強(qiáng)固體基質(zhì)周圍邊界層的傳質(zhì)來協(xié)助萃取過程。作為細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的穿孔，超聲波能增強(qiáng)了細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性，通常是細(xì)胞被超聲破壞之前的中間步驟。超聲引起的空化的機(jī)械效應(yīng)，例如熱和壓力差，沖擊波，剪切力，液體射流和微流，增強(qiáng)了溶劑向細(xì)胞內(nèi)部的滲透，并改善了細(xì)胞與溶劑之間的質(zhì)量傳遞，從而使細(xì)胞間物質(zhì)轉(zhuǎn)移到溶劑中。

總結(jié)

超聲波提取技術(shù)是利用超聲波產(chǎn)生的空化作用，從而能夠植物中提取有效成分。與常規(guī)提取方法相比，超聲輔助提取方法具有多種優(yōu)勢(shì)，例如能耗低，提取時(shí)間短，活性化合物破壞少，提取產(chǎn)率高，因此變得更具吸引力。