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超聲波提取技術(shù)的工作原理及優(yōu)點

時間:2023/6/9閱讀:1722
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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的那些機械聲波。超聲波提取通常使用較小的頻率范圍(16 kHz-100 kHz),因為較高的頻率會導(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。


超聲波提取


超聲處理可實現(xiàn)全部提取,從而在極短的提取時間內(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)省時間,同時又可以得到用于食品,補品和藥品的高質(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會發(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)會產(chǎn)生強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,可以實現(xiàn)更高的產(chǎn)量和更短的提取時間。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,微噴射和微粒間碰撞會產(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)中的爆裂會產(chǎn)生湍流和攪動,從而促進細(xì)胞內(nèi)部與周圍溶劑之間的質(zhì)量傳遞。超聲輻射是增強傳質(zhì)過程的一種高效途徑,因為超聲會導(dǎo)致空化及其相關(guān)機制,例如液體射流引起的微運動,材料中的壓縮和減壓以及隨后的細(xì)胞壁破壞。


空化作用
空化作用


優(yōu)點

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,可以在低溫下進行超聲處理,從而避免了對熱敏感的,對熱不穩(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)時間,因為行進的超聲波破壞了細(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,例如能耗低,提取時間短,活性化合物破壞少,提取產(chǎn)率高,因此變得更具吸引力。


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