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超声波清洗器辅助清洗并绿色养护黄芪的研究

[导读]本文以自来水洗后黄芪的清洁度为考核目标,用 600 W、40 kHz 的低频超声波清洗机清洗干燥黄芪. 结果表明,清洗水温(25 ℃ ~60 ℃)越高,达到要求洁净度所需时间越短;60 ℃时所需时间最短;若水温高 于 30 ℃,时间在30 min 即可达到4 级以上清洁度;在25 ℃(室温)下超声波清洗40 min 就可达到4 级及以上清洁度,节水、节能,且能保证黄芪有效成分基本无流失。

当选定清洗介质后,影响超声波辅助清洗效果的主要因素是超声频率、超声功率(声强或声压)、清洗介质温度和清洗时间等. 黄芪的清洗目的是尽可能清洁其表面附着异物,并最大限度地保持其有效成分和营养成分. 超声波要产生空化效应必须要在液体中传播,对于含水很少或不含水的干燥黄芪而言,其根体内部所含水分不足以引起组织中大量细胞因胞内空化而破裂,组织中的有效成分或营养成分流失量可以忽略. 所以,超声波辅助清洗黄芪主要以达到清洁要求为目的,因此,超声清洗参数拟确定为超声波频率、功率、清洗时间和清洗液及其温度.


1 超声波辅助清洗黄芪试验的频率确定

黄芪主要洗涤对象为泥土和表面的病原生物及虫卵等附着异物,异物与药材表面结合力较弱,因此超声波辅助清洗时应选择空化阈值低、超声波频率范围为介于 20 kHz ~50 kHz 间的低频清洗;且超声波频率20 kHz ~50 kHz 的范围内,频率接近40 kHz 时,在相同声强的条件下产生的空化泡数量较多、穿透力强,适宜于表面形状复杂或有盲孔的工件的清洗、污物与被清洗件表面结合力较弱的情况,药材黄芪类似于此类工件,故干燥黄芪根超声波辅助清洗应选择频率 40 kHz.


2 清洗液温度选择

液体都有其空化活跃的温度,黄芪作为中药材,应以水作为清洗剂,水超声空化最活跃温度,各有不同:超声波清洗温度通常在40℃ ~60℃、60 ℃左右、30 ℃ ~40 ℃时空化效果最好. 总体在 30 ℃ ~60 ℃范围内有较好的空化效果. 试验分别以 25 ℃(室温)、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃为水温进行黄芪超声波辅助清洗试验,进而确定最佳清洗水温以及水达到最佳空化效果时的最低水温.


3 功率确定

超声波空化作用的产生与超声波强度有关,而超声清洗效果主要取决于空化作用. 功率密度 ρ = 发射功率(W) /发射面积(cm 2 ),通常要求功率密度超过 0. 3 W/cm 2 ,此时,超声波强度越大,空化作用越明显,清洗作用越好;实际应用时其超声功率须依清洗对象的形状复杂程度,在 0. 3 ~2. 0 W/cm 2 功率密度范围内选择. 依黄芪的根型特点:黄芪直根圆柱形、有的有分枝,上端较粗,有不整齐的纵皱纹或纵沟质,本实验使用的 GVT -30 L 160 ~480 W 功率可调数控超声波清洗机,工作频率为 40 kHz,功率为600 W(清洗面积为 500 mm ×300 mm),经计算得功率密度为 0. 4 W/cm 2 ,满足通常要求,为了确保达到净洗效果,本试验选择清洗功率为 100%进行实验.


4 清洗时间的确定

清洗时间长,洗净效果好,但时间不宜更长,以免造成黄芪中有效成分和营养成分的流失以及能源浪费. 据文献报道,在超声波清洗机功率满足的情况下,清洗玻璃、金属工件的时间仅需 1. 5 ~5. 0min . 而中药材黄芪吸声大、超声波传导时会引起延迟和衰减或有驻波的影响,本实验使用超声波清洗机的功率密度为 0. 4 W/cm 2 ,因此在前期试验的基础上选择清洗时间在 10 min 以上.


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