I. Принцип ультразвуковой экстракции традиционных китайских лекарственных растений: Доминирующий фактор — «кавитационный эффект»
Механизм ультразвуковой экстракции традиционных китайских лекарственных растений основан на кавитационном эффекте, вызываемом ультразвуком в жидкой среде, что является ключевым отличием от традиционных методов экстракции, таких как отвар и экстракция с обратным холодильником. Когда ультразвук (обычно с частотой 20 кГц) воздействует на смесь традиционного китайского лекарственного растения и растворителя, в жидкости образуется большое количество микроскопических пузырьков («кавитационных пузырьков») диаметром в несколько микрометров. Эти пузырьки непрерывно расширяются и сжимаются в ответ на вибрацию ультразвуковых волн. Когда давление достигает критического значения, пузырьки мгновенно схлопываются, высвобождая интенсивную энергию и ударное давление. Эта экстремальная среда быстро разрушает структуру клеточных стенок растительного материала, таких как целлюлоза и гемицеллюлоза, разрушая клеточный «барьер» и непосредственно подвергая активные компоненты (например, алкалоиды, флавоноиды, сапонины) внутри клеток воздействию растворителя. Это значительно сокращает путь растворения компонентов. Схлопывание пузырьков также приводит к образованию высокоскоростных микропотоков в окружающей жидкости, создавая интенсивное перемешивание и ударные эффекты. Это предотвращает образование «барьера концентрационной разницы» между растворителем и поверхностью частиц растительного материала — явления, наблюдаемого при традиционной экстракции, когда растворенные активные компоненты на поверхности создают слой высокой концентрации, препятствующий дальнейшему растворению внутренних компонентов. Возмущение микропотоков от ультразвука быстро удаляет раствор высокой концентрации с поверхности, позволяя свежему растворителю постоянно контактировать с внутренней частью растительного материала, тем самым повышая эффективность растворения.

II. Вспомогательные эффекты: Синергия механической вибрации и тепловых эффектов

В дополнение к кавитационному эффекту, механическая вибрация и тепловые эффекты ультразвука также способствуют повышению эффективности экстракции.

Физическое измельчение посредством механической вибрации: Во время распространения ультразвук создает периодические механические вибрации на твердых частицах растительного материала, подобно «микроскопическому измельчению». Эти вибрации могут создавать трещины внутри частиц и даже измельчать более крупные частицы в более мелкий порошок (без чрезмерного измельчения, которое привело бы к трудностям с фильтрацией), что еще больше увеличивает площадь контакта между растительным материалом и растворителем. Это обеспечивает больше «путей» для растворения активных компонентов. Регулирование с помощью умеренного теплового воздействия: При распространении ультразвука через среду часть его энергии преобразуется в тепло, вызывая небольшое повышение температуры системы (обычно регулируемое в диапазоне 40–60°C). Это умеренное повышение температуры не только увеличивает скорость движения молекул растворителя, улучшая их проникновение и растворяющую способность, но и предотвращает разрушение термочувствительных активных компонентов (например, полисахаридов, эфирных масел), которое может происходить при традиционных методах отваривания при высоких температурах (например, выше 100°C). Таким образом, достигается баланс между эффективностью и стабильностью компонентов.