中草药超声波清洗技术的理论分析

摘要：针对中草药清洗过程劳动强度大、浪费水源和污染环境等多种不利因素，将超声波清洗技术引入到中草药的清洗加工过程；理论分析了超声波清洗技术不受清洗物料表面形状复杂的限制，快速清洗、用水少，不用或少用化学洗涤剂等特点。只要频率、功率选用适当，控制合适的清洗时间，能实现节水环保、快速洗涤，杀死虫卵、抑制病毒和细菌、有效保护中草药的作用，并降低中草药清洗加工过程的劳动强度；经超声波技术清洗过的中药材干燥时间明显缩短，有望提高中草药后续加工的效率和质量。

关键词：超声波清洗技术；中草药清洗；节水；环保

中图分类号：R2824文献标识码：A

中草药的种植与栽培在中国有着悠久的历史和传统，根茎类中草药的种植很是普遍，如东北大面积种植的人参、龙胆草、黄芪等，在述根茎类中草药的根茎表面、支根间都夹带有很多泥土，有些甚至携带有病原生物及各种虫卵等，必须经过清洗才能进行后续加工。现有清洗技术和方法需要耗费大量的水资源和劳动力，在经济利益的驱使下，有些加工企业和个人为了加快清洗速度和提高清洗效果，甚至使用化学洗涤剂，这对环境造成了严重的污染，因此，在中草药加工过程中急需探索出一种环保高效无污染的的清洗技术。

超声波清洗技术以其清洗洁净、清洗快速，并节省大量人力、物力而得到广泛应用，将超声波清洗技术应用在中草药的清洗加工过程中，研制出适用于中草药清洗加工的超声波清洗设备，将为中草药快速、节水、无污染清洗开辟一条有效途径。

1中草药清洗技术现状

目前在我国中草药清洗加工过程中，清洗方式有人力刷洗、机械滚筒清洗和高压水射流冲洗以及以上3种方法相互组合的方法。其中人力刷洗，洗刷质量最好，用水量也少，药效成分流失最少，但是因工作效率低下，耗时费力，只适应于产量少，附加值高的中草药清洗；滚筒洗涤（滚筒洗参机）是借助于滚筒的转动带动滚筒内部药材的翻动，迫使药材互相撞击振动，进而使附着药材表面的污染物（沙土、细菌和病原体等）向清洗液分散；高压水流冲洗过程中要药材翻动的同时连续进行冲淋。滚筒清洗和高压水射流清洗效率高，清洗速度快，不足之处是清洗过程对药材损伤较大，对于药材根叉深处的沙土还是清洗不掉，清洗质量有限，还有更重要的一方面是这种洗涤方法需要消耗大量的清洗液（水）。

2超声波清洗技术及应用

所谓超声波，是指人耳听不见的声波，具有极强的穿透能力和方向性等特点，在医疗和精密加工业等领域广泛应用。能够清洗机械工业领域体积硕大的机械零部件和电子信息领域微小半导体元件等。应用超声波清洗有诸多优点，主要是清洗时间短、效率高、清洗质量好。针对机械工业、航空航天等领域盲孔、复杂曲面等常规清洗方法很难实现清洗的表面，超声波清洗技术更能发挥其清洗优势。

超声波清洗技术与常规的清洗技术相比有诸多优点，独有其他清洗手段所无法达到的洗净效果：

21清洗洁净度高、清洗速度快，使用超声波技术清洗物品一般只是需要几分钟即可，而且清洗质量高。

22被清洗物品表面形状的复杂程度几乎不影响超声波清洗的功能和质量，只要清洗介质能够渗入足够量，空化效应能起作用，就能发挥超声波清洗功能。如工业器件的微小盲孔、细小狭缝等都能得到很好的清洗。

23超声波清洗技术对清洗介质的要求不是很高，可以用水代替某些特殊要求的有机溶剂，或者是用较低浓度的有机溶剂均可。所以，超声波清洗技术可以减少有机溶剂对环境的污染，同时降低了生产成本[1]。

3超声波清洗的原理

在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释：超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为035w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污物撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象，从而达到精密洗净目的[2]。

4中草药超声波清洗的理论分析

41超声波清洗技术清洗中药材的有利方面

411应用超声波清洗技术对中药材进行清洗，附着在中草药表面尤其是茎、根须间隙内的泥土、虫卵等杂物得到快速清洗，不留死角，而且洁净度高。另外，应用超声波清洗实现遥控或自动化清洗更加容易。

412只要科学的选取超声波频率、功率和清洗时间等清洗参数组合清洗中草药，中草药中的药效成分不会被破坏[3]。

413超声波的空化效应可起到杀毒灭菌的效果[4]。

414根据[5]超声波清洗豆角研究发现，超声波清洗时间25min以内，清洗时间越长失重越多，失重程度与清洗时间成正相关。因此，适当科学合理增加中草药超声波清洗时间可提高中草药加工过程中干燥的速度，进而提高干燥效率[5，6]。

415超声波空化作用可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[7]，科学选用超声波的功率和频率清洗中草药，科学控制清洗时间有助于中擦药中有效成分的分散，进而可提高中草药药效成分的利用率。

42中药材应用超声波清洗技术清洗的不利方面

中草药的药用部位都是植物的器官，尤其是根茎类中草药，其药用部位是植物的生长器官。部分植株和根须直接和土壤接触，粗糙的表面附着大量泥土。土壤和粗糙的表面对超声波有吸收功能，势必造成超声波清洗功率的衰减；单一增加超声波功率又会加大超声波清洗过程对中草药有效成分的破坏和流失。

所以，中草药清洗过程引入超声波技术需要科学合理选择超声波功率与频率，克服不利影响。

43中草药超声波清洗中的工艺参数选择

确定了清洗对象和清洗介质后，超声波清洗效果的主要影响因素有超声波工作频率、超声波工作功率（声强或声压）、清洗介质的温度和清洗时间等。对于根茎类中药材的超声波清洗工艺与技术的研究并不多见。但是，国内一些研究人员在蔬菜，如芹菜、豇豆、豆角等的超声波清洗工艺与技术进行了研究，并取得了不错的成绩，为研究根茎类中草药超声波清洗工艺与技术奠定了基础。如张学杰等用超声波清洗胡萝卜，采用频率为26kHz、功率为032W的超声波清洗10min，清洗效果很好[8]。赵跃萍等采用功率为50W的超声波，清洗液温度30℃，清洗时间为10min的参数组合清洗鲜切芹菜，清洗效果好，没有损伤，细菌清除率高，有利于芹菜的保鲜[6]。周会玲等在清洗液温度25℃下、超声波频率50kHz条件下清洗鲜切豆角10min，清洗后的鲜切豆角在经过一定时间的贮藏后水分损失少，重量变化小，细菌清除率高[5]。燕平梅在清洗液温度30℃下，超声波功率180W、超声波频率40kHz的条件下清洗理鲜切豇豆10min，清洗后的鲜切豇豆水分损失少，细菌清除菌率高，损伤小，对Vc无明显破坏作用，有利于保鲜[9]。

5结论

借鉴国内外超声波清洗果蔬的技术基础，经过试验获得龙胆草等中草药超声波清洗工艺参数。在不破坏中草药药效成分前提下，在中草药清洗加工过程中引入超声波清洗工艺与技术，减少了中草药清洗过程的用水量和提高了清洗的洁净度。而且，清洗后的中草药容易干燥、杀菌（病毒）和贮藏。同时，提高了药物利用率和改善中草药清洗过程的劳动条件、降低了劳动强度。

参考文献

[1]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（02）：107-109.

[2]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.

[3]张明铎.超声波清洗在替代ODS清洗T艺技术中的独特作用[J].声学技术，2002，4（21）：195-199.

[4]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（01）：46-49.

[5]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.

[6]赵跃萍，王晓斌，杨天宁，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（01）：32-35.

[7]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（02）：5-7.

[8]张学杰，郭科，李琨，等.超声波清洗对胡萝卜和普通菜清净度的影响[J].中国蔬菜，2011（02）：89-91.

[9]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（02）：140-144.

作者简介：孙卓（1983-），女，吉林省长春市，助理研究员，研究方向：农业机械及农产品加工技术的科研工作。

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