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超声波提取的基本原理以及现存的问题

2022
12/1
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当大能量的超声波作用于提取介质,在振动处于稀疏状态时,介质被自然产物提取设备撕裂成许多小空穴,这些小空穴瞬时即闭合,闭合时产生高达几千个大气压的瞬时压力,即空化现象。超声波对各种成分的提取分离的强化作

实验室超声波提取罐

当大能量的超声波作用于提取介质,在振动处于稀疏状态时,介质被自然产物提取设备撕裂成许多小空穴,这些小空穴瞬时即闭合,闭合时产生高达几千个大气压的瞬时压力,即空化现象。超声波对各种成分的提取分离的强化作用主要源于其空化作用。

空化中微小气泡的爆裂产生的压力使被破碎物细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成,缩短了破碎时间,同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解,可显著提高提取效率。超声波破碎过程是一个物理过程,过程中无化学反应,被浸提的生物活性物质保持不变。

在空化发生时液体中的微小气泡核在高强度超声波作用下发生振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程,同时在崩溃的短时间内,在空化泡周围产生高温、高压,强烈冲击波和时速400kmöh以上的微射流,对固体表面的剥离、凹蚀和粉碎作用创造了新的活性表面,这种界面效应使传质表面积增大。空化时产生的湍动效应使固液界面中传质边界层变薄,导致界面层中溶质的浓度梯度减少速度大大高于其他方法。空化产生的微扰效应使固液传质过程的微孔扩散得以强化,使得涡流扩散加强,加快提取过程。超声频率增高,提取时间延长,超声场产生的聚能效应导致提取液温度升高。湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应与超声场的频率、功率及体系的温度等有关。在天然产物提取过程中,细胞的破壁、溶质的扩散和平衡速度等与单位面积超声功率相关,而且均会对提取效率和回收率产生影响,因此一般选用低频大功率超声。


虽然超声提取在实验室小量样品制备中效果很好并且已经广泛应用,特别是在分析样品的处理中,其快速、高效的特点已被广泛认同,但超声场的范围和强度限制了每次处理的物料量,缺乏有效的工程放大手段和方法限制了其在大规模生产中的应用。



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