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超声波和微波对中药提取的促进和影响

李永双

黑龙江天宏药业股份有限公司

摘要: 中药有效成分提取是中药生产制备的关键环节,是中药制剂生产的基础。在当今时代背景下,传统的中药煎熬方式已经无法满足患者用药需求,取而代之的是超临界萃取、超声萃取、微波萃取、凝胶电泳分离等方式,这些新技术已经广泛的应用在中药制药领域,特别是是超声波和微波提取工艺,应用范围更为广泛。本文从超声波和微波技术提取中药的基本原理入手,结合有关影响因素分析了其具体的优化措施。
关键词: 中药;有效成分;超声波;微波;天然植物
DOI:10.12721/ccn.2021.157115
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中药提取是中药制药工程中的核心环节,是发挥中药药理和药效的关键。在当今社会发展的新时期,随着医疗卫生工程重视度的不断提高和各种制药技术的涌现,传统中药煎煮方式越来越无法满足时代发展和临床用药需求。究其原因主要是传统中药煎熬方法制取的中药制剂需要大量时间才能服用,这与日渐加快的生活节奏极度不符,因此携带便捷、服用方便的中药制剂主要成为当今中药制药领域的主流趋势。在此背景下,超声波、微波等技术为主的中药提取技术逐渐被人们关注,成为业界研究的重点,这里我们有必要对其进行分析。

一、超声波和微波技术提取中药的原理

超声波和微波是当前中药有效物提取的主要方式,是利用振动的方式从中药中分理处有效药物,然后进行萃取的过程,也是目前中药发展的主要方向。但是超声波和微波在提取中药的时候需要采用先进的技术设备和仪器,如探测技术、精密清理仪器等,这些先进技术的应用大大增加了中药提取成本,为此如何科学有效的应用这些新技术成为业界关心的重点,要想做好这方面工作,需要提前了解超声波和微波的工作原理。

无论是超声波还是微波,都是利用振动能量来完成药物分离和提取的过程,是振动能量传递的过程。超声波顾名思义就是利用人耳朵无法停到的声波来产生震动效果,通过振动能量来提取中药中的有效成分。微波则是利用人们无法看见的波能来产生分子振动,进而提取药物中的有效成分。无论是微波还是超声波,在中药提取中都是利用分子振动产生热能,进而让药物有效分子科学分离出来的过程。

二、超声波和微波提取技术要点

1、声波的空化作用

相关研究表明,人耳能够听到的声音为30HZ到20KHZ,因此振动频率大于20HZ声波也被人们广泛的称之为超声波。超声波在空气振动中会发生一定的热效应和机械能,这些能量被广泛的应用在中药提取之中,这也是超声波在中药有效物提取中应用的基础原理。在中药提取的时候,通常都会存在一定的真空和气泡,这些气泡和真空在超声振动的作用下形成热能,进而加速药物有效成分的溶解。通过超声波的的利用药物体内存在气泡和真空形成共振效应,并且产生摩擦起电,导致真空和气泡内部出现撕裂,进而促进药物提取。

2、声波中的热效应

声波热效应是微波、超声波中的附加状况,声波本身是不存在热量的,但是在中药提取的时候通过声波的震动便会在中药内部形成热量,这些热量主要来自声波震动引起的分子摩擦,是一种自身产生热量的过程,属于内部能量转换,因此大大降低了有效药物损失情况。可以说,在声波传递中沈波振幅越大、强度越大所产生的热量也就越多,药物有效分子的提取速度也就越快。

3 声波的其他作用原理

超声还存在一个明显的作用就是能够让各种分子聚集在一起,由于声波本身存在很大的能量,使得中药溶液中的一些微粒子和分子发生碰撞,进而形成热能,加速提取效果。另外,大量的分子聚集让中药有效成分更加科学的被提取出来,减少了萃取时间和过程,让中药在很短的时间内实现提取目的。另外,声波提取中药有效成分还降低了中药药渣中的有效成分含量,对于介质分子的吸附能力非常强。

三、影响中药提取的因素

1 超声波强度

在过去中药提取中,超声波的频率越高则声波的振动能力越强,中药提取效率越高。但是在实际工作中考虑到超声波本身介质会发生相互作用,对其应用激励产生一定的影响,因此超声强度为0.5Wcm2时,就已经能产生强烈空化作用。不同强度超声波提取益母草粉中益母草总碱,发现提取率随超声强度的增大而减少。从大黄中提取大黄蒽醌,随超声强度的增加,提取率变化不是太大。但以0.5Wcm2的低强度超声波提取率为最高,而5、10、50Wcm2强度的超声波提取率均少于前者。用0.28Wcm2的低强度超声法提取党参皂甙得到的粗品量是常规法的近两倍,其纯度含量也比常规法高。超声强度对药物提取的影响的报道还太少,今后对超声强度对药物提取率,特别是对有效成分性质的影响还应进一步研究。

2 超声时间与提取率超声提取法

最大的优点是收率高,不用加热,还能大大缩短提取时间。用超声提取大黄中大黄蒽醌比用煎煮法提取10min的提取率还高。对于黄芩甙,10min超声提取率比煎煮法提取还高。超声提取时间对药物提取率和对中药有效成分的影响已引起人们广泛注意。大致有这样三种情况: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。高频超声提取绞股蓝中总皂甙,提取率也随超声时间的增加而增大。

3、微波的作用机理

微波的作用机理相比较声波简单的多,因为微波这种形式的我们以及使用的非常有经验,微波炉就是这样的例子,微波炉就是最好的使用案例。微波就是利用电磁波将电磁波输入到药物的体内,药物每一个细胞都会接收到电磁波。微波作用将细胞壁和细胞膜破碎或溶解,以期提高药物有效成分或有效部位提取率的另一物理辐照方法是微波技术。微波是频率介于300Mhz和300Ghz之间的电磁波。具有穿透力强、选择性好、加热效率高等特点。最常用的加热频率是2450Mhz。

天然植物中的有效成分往往包埋在有表皮保护的内部薄壁细胞或液泡内,破壁非常困难。微波加热导致细胞内的极性物质,尤其是水分子吸收微波能,产生大量的热量,使胞内温度迅速升高,液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞,进一步加热,导致细胞内部和细胞壁水分减少,细胞收缩,表面出现裂纹。孔洞或裂纹的存在使胞外液容易进入细胞内,溶解并释放胞内产物。在含水的溶剂萃取极性化合物时,微波辅助提取显示出较大优势。因细胞内部的物质因细胞的破裂直接与相对冷的溶剂接触,由于内外温度差加速目标产物由细胞内转移到萃取剂中,从而强化有效。

四、总结

在使用超声波和微波技术提取药物的有效成分的时候,我们分析了两种提取的方式的问题,在提取的问题上,超声波的提取是一种精密级别的提取手段,通过超声波让药物体内进行撕裂。而微波的方式是利用的微波直接作用在细胞上,让细胞破裂是针对每一个分子的纳米级技术。但是单单中药的有效成分复杂,不能断言是哪一种方式比较好,但是可以确定的是两种方式都对中药的提取有着促进作用。

参考文献

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