根类中草药净洗引进超声波清洗技术的探讨(2)
3 超声波清洗技术引入在根类中草药清洗中的讨论
3.1 根生中药材应用超声波清洗技术清洗的有利方面
(1)根生中药材应用超声波清洗技术清洗,不受表面形状复杂程度限制、泥土清洗速度快、不留死角、清洗度高,并易于实现遥控或自动化清洗[8]。
(2)采取适当频率、功率和时间组合的超声波清洗中药材,中草药中的有机成分不会被破坏[9]。
(3)超声波的空化效应在液体中产生瞬间高温,瞬间高压造成温度和压力变化,使液体中某些细菌致死,病毒失活,甚至使一些较小的微生物的细胞壁破坏[10]。
(4)根据超声波清洗豆角研究发现,超声波清洗时间25min以内,处理25min的失重大于处理10min和5min[11]的,可见在一定时间内,经超声波清洗的豆角失重程度与处理时间成正相关。因此,适当延长清洗时间助于加快中草药干燥的速度,减少中草药干燥的时间。
(5)超声波空化强度与超声波频率、超声波功率(声强或声压)及处理时间密切相关。低频超声波空化强度高,功率(声强或声压)越强超声波空化强度越高,即声强增加时,空化泡的最大半径与起始半径的比值增大,空化强度增大,即声强愈高空化愈强烈,高功率的低频超声波使植物组织细胞内强烈空化、振动、膨胀、压缩和崩溃闭合,使细胞破裂[12]。选用适宜频率的超声波粗洗后的中药材,再选用适当功率的低频超声波清洗机处理,只要控制好时间,经处理的中药材加工成的饮片,有助于在泡制过程中有效成分的分散和效成分的提取,从而提高药物利用率。
3.2 根生中药材引进超声波清洗技术要解决的矛盾
根生中药材是植物器官,与金属、玻璃器皿等相比材质较软、表面粗糙、附着泥土表较多,对超声波有较强的吸收功能,可以造成超声波的衰减,而大功率的低中频超声波又会造成药材细胞组织的破坏,引起有效成分的流失。所以,将超声波清洗技术引入根生中药材的净洗,需要解决:洗净效果、超声波衰减与中药材植物组织受到破坏造成有效成分流失的问题。这就需要选用空化效应比较强、振幅较大的低中频超声波和适当强度的超声波功率(声强或声压)。
3.3 以水为清洗介质,根类中草药清洗中超声波的工艺参数选择的参考依据
清洗介质和清洗对象确定的情况下,影响超声波清洗效果的主要因素有频率、超声波功率(声强或声压)、温度和时间等。关于根类中药材超声波清洗的研究目前比较少见,但在一些蔬菜,如胡萝卜、芹菜、豆角等的清洗研究中取得了一定的研究成果,为根生中药材超声波清洗的研究提供必要的参考和依据。如:
超声波清洗胡萝卜采用26kHz、0.32W·cm-2处理10min的条件组合进行清洗,能够有效保证其商品洁净度[13]
30℃下用50W功率超声波处理 10 min的鲜切芹菜除菌率高,无机械损伤,对Vc无明显破坏作用,感官品质优良,有利于芹菜的保鲜[14]。
25℃下、50 kHz超声波处理鲜切豆角10min,贮藏期间鲜切豆角失重率低,叶绿素损失小、除菌效果显著,感官品质优良[15]。
30℃下,以功率180W、频率40 kHz的超声波处理鲜切豇豆10 min,贮藏期间鲜切豇豆失重率低,除菌率高,机械损伤小,亚硝酸盐含量较低,对Vc无明显破坏作用,感官品质优良,有利于保鲜[16]。
3.4 结论与展望
依据超声波清洗原理,借鉴前人研究超声波清洗胡萝卜、豇豆等蔬菜取得的研究成果,通过实验获得超声波清洗根类中草药的声频、功率、时间和温度等相关参数,在确保有效成分不流失、不破坏的前提条件下,在根类中草药净洗中有望引进超声波净洗技术,从而实现用水少、洗净度高、易干燥,杀灭虫卵、抑制细菌和病毒、提高药物利用率,降低劳动强度、改善劳动条件及减少储藏期间虫蛀现象发生的目的。
0 引言中国具有栽培中草药的传统和历史,很多地方大面积种植根类中草药,如人参、当归、黄(红)芪、大黄和党参等,而根类中草药表面、支根间都无一例外的带有大量泥土、甚至病原生物及虫卵等,在中草药的深加工、贮藏和运销之前都要经过净洗和晾晒,不仅用水量大而且劳动强度高,有些药农或加工企业,为了达到洗涤速度快、洗涤干净的目的,甚至有使用化学洗涤剂的情况;有些中草药在储藏之前或贮藏过程中,为了防止中草药的霉烂、虫蛀,往往还要用硫磺进行熏蒸处理。显然,根类中草药的净洗与储藏,不仅耗水多、污染水环境,且会受到化学洗涤剂和硫磺的二次污染。所以,在根类中草药的净洗方面,有待于探索一种在尽可能减少有效成分散失的基础上,既能减少用水量、降低劳动强度、净洗程度高,并有可能对虫卵和病源微生物有抑制作用的安全无污染、的净洗技术。超声波清洗技术因其不受清洗件表面复杂形状的限制,具有清洗时间快、效果好和无污染等特点,而被广泛应用于表面结构复杂、清洁度要求高的器件清洗,在根类中草药的净洗方面,引进超声波清洗技术、开发出超声波净洗设备,无疑是根类中草药实现快速、节水、无污染净洗的一条有效途径。1 超声波清洗技术及应用状况20世纪30年代早期人们已开始超声波在清洗方面的尝试,而超声波清洗技术的实现是在20世纪50年代,当时使用的超声波工作频率在20kHz~40 kHz之间,该范围内的超声波可以对工件施加非常巨大的能量,尤其适用于清除牢固地附着在基底上的污垢和其它清洗手段不能很好发挥作用的场合,但超声波强大的能量也会损伤粘有污垢而性质脆弱的基底材料。然而,随着超声波领域中出现的一些技术革新和中高频超声波清洗技术的发展,不仅提高了清除敏感基底上的污物的安全系数,且清洗的领域更加广泛。如,用高频超声波清洗,可以去除掉半导体材料表面上的超细污垢微粒,并且不会损伤基底材料的表面[1]。超声波洗涤技术具有不同于其它清洗技术的很多优点:(1)速度快,质量高,超声清洗一般只需数分钟到数十分钟,且清洗效果好。(2)不受清洗件表面复杂形状的限制,凡是清洗液能浸到,空化能产生的地方都有清洗作用。如物件表面的空穴,凹槽,狭缝,微孔等都能得到清洗。(3)某些场合可以用水剂代替油或有机溶剂进行清洗,对于需要用酸或碱清洗的某些零部件,用超声清洗可以降低酸碱的浓度,故而能减少污染,降低成本[2],正因为如此,超声清洗得到了越来越广泛的应用。如:日常生活餐具眼镜、首饰,制药工业中的瓶、塞,电子工业电路板,金属行业,精密光学仪器等的清洗。2 超声波洗涤的原理通常把声学频率为2×104Hz~109Hz的声波称为超声波。超声波在液体介质中传播时会产生空化效应、机械效应(声冲流、冲击波、微射流)、热效应(局部高温高压、整体升温)、活化效应和剪切效应,以及超声波振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度等[3]。空化效应使得液体介质中空化气泡突然闭合时发出的冲击波和射流可在其周围产生上千个大气压力,对污层的直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中,同时气泡还可“钻入”缝隙和裂缝中震动,使污垢脱落,能够清洗形状复杂的零件[4];活化效应是指超声波在水介质中通过空化作用,可以使水分子裂解为H0和HO0,甚至是H+和OH-,而OH-与成垢物质离子可形成诸如Ca(OH)+、Mg(OH)+等配合物,从而增加水的溶解能力,使其溶垢能力相对提高;剪切效应,因为超声波辐射在垢层和清洗件上,吸收和传播速度不同,从而产生速度差,在垢层与附着界面上形成相对剪切力,导致垢层产生疲劳而松脱[5];超声振动使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击,有助于污物脱落[6]。目前,超声波清洗机的工作频率根据清洗对象,大致分为三个频段:低频超声清洗(20 kHz~50kHz),高频超声清洗(50 kHz~200 kHz)和兆赫超声清洗(700 kHz~1 000 kHz)。低频超声清洗适用于大部件表面或者污物和清洗件表面结合强度高的场合。频率的低端,空化强度高,易腐蚀清洗件表面,不适宜清洗表面光洁度高的部件,而且空化噪声大。40KHz左右的频率,在相同声强下,产生的空化泡数量比频率为20 kHz时多,穿透力较强,宜清洗表面形状复杂或有盲孔的工件,空化噪声较小,但空化强度较低,适合清洗污物与被清洗件表面结合力较弱的场合;高频超声清洗适用于计算机、微电子元件的精细清洗,如磁盘、驱动器、读写头、液晶玻璃及平面显示器微组件和抛光金属件等的清洗;兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及薄膜等的清洗[7],能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤。兆赫超声清洗不产生空化,其清洗机理主要是声压梯度、粒子速度和声流的作用。特点是清洗方向性强被清洗件一般置于与声束平行的方向。3 超声波清洗技术引入在根类中草药清洗中的讨论3.1 根生中药材应用超声波清洗技术清洗的有利方面(1)根生中药材应用超声波清洗技术清洗,不受表面形状复杂程度限制、泥土清洗速度快、不留死角、清洗度高,并易于实现遥控或自动化清洗[8]。(2)采取适当频率、功率和时间组合的超声波清洗中药材,中草药中的有机成分不会被破坏[9]。(3)超声波的空化效应在液体中产生瞬间高温,瞬间高压造成温度和压力变化,使液体中某些细菌致死,病毒失活,甚至使一些较小的微生物的细胞壁破坏[10]。(4)根据超声波清洗豆角研究发现,超声波清洗时间25min以内,处理25min的失重大于处理10min和5min[11]的,可见在一定时间内,经超声波清洗的豆角失重程度与处理时间成正相关。因此,适当延长清洗时间助于加快中草药干燥的速度,减少中草药干燥的时间。(5)超声波空化强度与超声波频率、超声波功率(声强或声压)及处理时间密切相关。低频超声波空化强度高,功率(声强或声压)越强超声波空化强度越高,即声强增加时,空化泡的最大半径与起始半径的比值增大,空化强度增大,即声强愈高空化愈强烈,高功率的低频超声波使植物组织细胞内强烈空化、振动、膨胀、压缩和崩溃闭合,使细胞破裂[12]。选用适宜频率的超声波粗洗后的中药材,再选用适当功率的低频超声波清洗机处理,只要控制好时间,经处理的中药材加工成的饮片,有助于在泡制过程中有效成分的分散和效成分的提取,从而提高药物利用率 根生中药材引进超声波清洗技术要解决的矛盾根生中药材是植物器官,与金属、玻璃器皿等相比材质较软、表面粗糙、附着泥土表较多,对超声波有较强的吸收功能,可以造成超声波的衰减,而大功率的低中频超声波又会造成药材细胞组织的破坏,引起有效成分的流失。所以,将超声波清洗技术引入根生中药材的净洗,需要解决:洗净效果、超声波衰减与中药材植物组织受到破坏造成有效成分流失的问题。这就需要选用空化效应比较强、振幅较大的低中频超声波和适当强度的超声波功率(声强或声?以水为清洗介质,根类中草药清洗中超声波的工艺参数选择的参考依据清洗介质和清洗对象确定的情况下,影响超声波清洗效果的主要因素有频率、超声波功率(声强或声压)、温度和时间等。关于根类中药材超声波清洗的研究目前比较少见,但在一些蔬菜,如胡萝卜、芹菜、豆角等的清洗研究中取得了一定的研究成果,为根生中药材超声波清洗的研究提供必要的参考和依据。如:超声波清洗胡萝卜采用26kHz、0.32W·cm-2处理10min的条件组合进行清洗,能够有效保证其商品洁净度[13]30℃下用50W功率超声波处理 10 min的鲜切芹菜除菌率高,无机械损伤,对Vc无明显破坏作用,感官品质优良,有利于芹菜的保鲜[14]。25℃下、50 kHz超声波处理鲜切豆角10min,贮藏期间鲜切豆角失重率低,叶绿素损失小、除菌效果显著,感官品质优良[15]。30℃下,以功率180W、频率40 kHz的超声波处理鲜切豇豆10 min,贮藏期间鲜切豇豆失重率低,除菌率高,机械损伤小,亚硝酸盐含量较低,对Vc无明显破坏作用,感官品质优良,有利于保鲜[16] 结论与展望依据超声波清洗原理,借鉴前人研究超声波清洗胡萝卜、豇豆等蔬菜取得的研究成果,通过实验获得超声波清洗根类中草药的声频、功率、时间和温度等相关参数,在确保有效成分不流失、不破坏的前提条件下,在根类中草药净洗中有望引进超声波净洗技术,从而实现用水少、洗净度高、易干燥,杀灭虫卵、抑制细菌和病毒、提高药物利用率,降低劳动强度、改善劳动条件及减少储藏期间虫蛀现象发生的目的。参考文献:[1] Lamm Ed.神奇的超声波清洗工艺[J].洗净技术,2003,(2):65.[2] 鲍善惠.超声清洗的原理及最新发展[J].陕西师范大学继续教育学报,2004,21(2):107-109.[3][6] 许忠华,张洪波.超声清洗的空化作用机理[J].哈尔滨铁道科技,2009,7:3-5.[4][7] 李雅莉.超声波清洗的原理和实际应用[J].清洗世界,2006,22(7):31-35.[5] 张艾萍,杨洋.超声波防垢和除垢技术的应用及其空化效应机理[J].黑龙江电力,2010,32(5)321-324.[8] 张明铎.超声波清洗在替代ODS清洗工艺技术中的独特作用[J].声学技术,2002,4(21):195-199.[9] 罗登林,丘泰球,卢群.超声波技术及应用(Ⅲ)——超声波在分离技术方面的应用[J].日用化学工业,2006,36(1)46-49.[10][14][15] 赵跃萍,王晓斌,杨天宇等.超声波清洗对鲜切芹菜品质的影响[J].现代食品科技,2011,27(1)32-35.[11] 周会玲,唐爱均,罗佳.超声波清洗对鲜切豆角贮藏品质的影响[J].食品研究与开发,2010(31)191-194.[12] 魏万勇,苏智先.应用超声波破碎苏云金芽孢杆菌试验[J].四川蚕业,2006(2):5-7.[13] 张学杰,郭科,李琨等.超声波清洗对胡萝卜和普通白菜洁净度的影响[J].中国蔬菜,2011(2):89-91.[16] 燕平梅,苏丽荣,赵惠玲等.超声波气泡清洗对鲜切豇豆菜品质的影响[J].现代食品科技.2010,26(2):140-144.
文章来源:《节水灌溉》 网址: http://www.jsggzzs.cn/qikandaodu/2020/1110/397.html
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