《今日原创》系列之三十｜超声波提取机的特性及其应用

超声波提取机是利用超声波的空化、机械、热、化学、生物等效应对介质施加的作用，向体系提供能量，从而用来强化过程或化学反应，比如搅拌、分散雾化、凝聚、冲击破碎、加热、促进氧化-还原反应、促进高分子聚合或解聚反应等。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力，造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂，也就是当压力达到一定状态时细胞就会瞬间破壁，里面的有效物质瞬间释放了出来。超声波辅助浸提是天然产物工业领域近年来兴起的以强化浸提为目标的现代技术。应用面越来越广。

超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上，使其中药材成分物质被“轰击”逸出，并使得药材基体被不断剥蚀，其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。

超声波提取机的类型

1、超声波提取机目前市场上有四种超声方式存在，一种是振板式超声，我们称为发散式超声，频率在20 KHz以上，基本上是在22-80KHz之间，也有的用100 KHz，这种超声方式的机器就是我们常用的超声波清洗器。

2、另一种是脉冲式超声，我们称为聚能式超声，频率为20 KHz，也是超声波的最佳提取频率。这种方式超声场强高，空化作用强，超声能量利用力高，提取效率高。基础的常见的是超声波破碎仪，然后就是换代产品循环超声提取机。

3、第三种就是组合式，聚能式+发散式，三个频率，单双频都可用，便于研发。做了许多实验，组合式三个频率就够了，不需要四频或者五频。

4、第四种就是扫频式，20-80KHz或者到100KHz自动频率跟踪，这种方式在天然产物中基本上没有客户使用。目前医疗行业有用扫频的，北航有位老师用于牙科。

5、小试和中试目前各高校和企业基本上用组合（三频）超声方式，实验条件广，方便摸索最佳条件转化到生产上；因为前面小试中试实验后直接掌握条件所以生产型就直接用聚能式超声方式。超声波越量化效果越好，通过小试中试就可以看到大生产的效果。

超声波提取机的特性

1、超声波提取属于低温提取，破碎过程是物理过程，无化学反应，被浸提的生物活性物质保持不变，生物活性不减。实验室温度为室温-65度70度之间，生产型为室温到85度之间，可自动调节温度；

由于提取温度低，最大限度保持了物料中原有的各种有效成份（特别是各种热敏性成份等），可达到提高药效，减少用量的目的。

2、因为超声波有个非常好的优点就是提取时间短致使提取产品中其它无用的杂组份含量减少，提高了产品品质，为后续分离纯化过程奠定了良好基础，这样就显著降低单一组份等其它高端产品的生产成本。

工作效率高：因为机械搅拌和超声强化作用，缩短了提取时间，根茎块提取时间一般30分钟左右，一个批次大概40分钟左右。叶子类时间12-20分钟左右；目前遇到的时间较长的是水飞蓟素提取实验，用了60分钟（常规方法的几分之一到几十分之一）。

3、超声波提取机可以节省能耗节省成本缩短工作实验和生产周期：

大部分物料不用浸泡，一次提取不用二次提取。极少数需要浸泡和二次提取的，需要根据实际情况来定。

小功能超声波就可以破碎提取大量物料，一般在室温下就可以完成提取工作，也不用大功率搅拌和耗费大量的加热能源。

单位物料处理量的能耗比常规提取方法降低了50％以上。总体生产成本能节省30％以上。实验室和中试的设备，也就是半吨以内的设备用220电，生产型的用380电。

4、因为超声波处理速度快能量大，超声波提取机基本上一个罐体可以代替传统的三个罐体，占地面积也小。

5、超声波没有辐射，安全方面是放心的，

6、它的声音也是人耳能接受范围内的，在国家法定规定85分贝以内。超声波在穿透物料时声音会衰减，所以空转时声音会大些。脉冲式超声波也就是我们的聚能式超声波的声音是间歇式的，到了生产中基本上听到的都是电机的声音。振板式也就是发散式超声波就是实验室里清洗机的声音，声音很大，较适合于实验室清洗瓶瓶罐罐医疗清洗医疗器械等，实验室老师最初用它做天然产物实验，目前也有在用，这要根据物料实际情况定用哪种设备合适

7、超声波提取机还有一个优点就是物料在提取过程中完全在超声场强中，物料循环动态存在没有死角，破壁均匀破壁率高，这样提取率也高。超声波是直线也是有距离的，我们的机子在设计时改变了物料的存在状态，所以大大提高了超声波的利用率也提高了有效成分的收率。

8、超声波提取除了时间短另一优点是固液比小，节省溶剂。1:6，1:8，1：10等，原材料消耗降低了。

超声波提取机应用领域非常广

1、适用于各种中药材深加工。黄酮、生物碱、色素、多糖、多肽、油脂、茶多酚，萜（tie）类、甙（dai）类、內酯类等都可以用超声波提取。

2、超声波提取黄酮是最常用的。沙棘叶中总黄酮、山药黄酮、萹蓄总黄酮、连钱草总黄酮桔皮总黄酮、灯盏花黄酮等都有实际应用。40度时用超声波提取机提取银杏黄酮30分钟，提取率为91.3%，高于常规100度传统水煮6小时的银杏黄酮提取率。其中南京有家药厂有0.5吨中试线最初就是用于银杏叶提取，他们目前有番茄红素、虫草有效成分等多种天然产物提取。

3、从甜菜中提取糖，使用超声波提取可使提取时间缩短一半，产量提高12-14%，糖份提取速度可提高78%。

4、从茶叶中提取茶多酚和儿茶酚，超声常温提取10分钟，茶多酚及儿茶酚总量比100度传统水提取30分钟提高40%以上，所得茶多酚及儿茶酚样品的性状没有差别，也不改变茶多酚及儿茶酚各组分的结构。

5、生产速溶茶时在60度下应用超声波提取，提出率比用传统提取提高近20%，而且大部分有效部分在超声波处理头10分钟内就已被全部提取出来；

6、多糖类也是超声波非常擅长与成熟的提取技术。内蒙肉苁蓉多糖、宁夏青海枸杞多糖、江苏与河南山药多糖、福建与广州灵芝多糖、新疆淫羊藿多糖、超声波破碎海带提取硫酸脂多糖等等。八一农垦食品学院老师用超声波辅助提取灵芝菌丝胞内多糖，采用正交试验优化超声波提取多糖工艺：超声功率1300w、超声提取时间60min、料液温度70度、料液比1:9，在此工艺条件下，测试结果提取液中多糖含量为9.0g/kg。

7、超声波提取机在调味品饮料行业也是应用广泛，李锦记、统一公司早些年就开始应用。

8、超声波提取机在粮食、蔬菜、糖类、酒类、植物油行业也有实际应用：中国食品工业发酵研究院与内蒙大学老师用超声波做不同种类啤酒花中黄腐酚含量研究，东北一家酒厂也有用中试啤酒花生产线。云南和湖南各有超声波用于提取单宁酸。

9、 目前国家药典也是每年增加多种药品可以用超声波提取机提取原料，越来越多的保健品单位也都在应用超声波提取机，包括同仁堂实验室，正大青春宝药业；另有北京、云南药植所老师，云南大学等各高校老师用超声波提取药材有效成分入药品和保健品。玛咖与虫草，枸杞与芦笋深加工都是非常成功的案例。

10、 超声波在香精香料色素行业也有多家案例；化妆品行业包括天津郁美净公司、广州化妆品公司等多家单位也都在用超声波提取天然产物有效成份做化妆品。

11、 另有项技术藏红花酸中试提取用超声波技术纯度超过97%，图中红色粉末是藏红花酸，是藏红花的主要功效成分（10%左右），具有抗肿瘤、保护心肌、保肝利胆等作用。栀子中也含有藏红花酸及前体（0.5%左右），含量没有藏红花的高，但栀子原料便宜（1公斤20元），而藏红花原料价格昂贵（1公斤5-10万）。所以可以采用栀子果生产藏红花酸。

12、 最近几年有种植物叫玛咖，可以说是植物界与商界的一大奇葩。玛咖目前经济效益已经远超100亿人民币了。而玛咖系列产品其中工艺就有超声波提取工艺，现在进入市场的有玛咖精片，玛咖胶囊，玛咖粉，玛咖酒，玛咖化妆品，玛咖护肝片等系列产品。

超声波提取机在近些年的大量应用，加快了提取物行业的工作效率，非常感谢已经使用单位的认可，也欢迎更多的单位早日应用起来，为个人或者企业带来更多的经济效益。

作者简介：

王建玲，诚洋生物科技（北京）有限公司总经理，从事天然产物行业工作15年时间。

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