李芳蓉* 劉淑梅1 劉鳳霞1陳軍2

（定西師范高等?？茖W(xué)校 1.生化系 2.物理與電子工程學(xué)系 甘肅 定西，743000）

超聲波清洗中草藥當(dāng)歸的初步研究

李芳蓉* 劉淑梅1 劉鳳霞1陳軍2

（定西師范高等?？茖W(xué)校 1.生化系 2.物理與電子工程學(xué)系 甘肅 定西，743000）

項目名稱：2015A-180甘肅省高等學(xué)?？蒲许椖?超聲波清洗技術(shù)在根莖類中草藥凈洗中的應(yīng)用研究。

概述了當(dāng)歸普通清洗中存在的問題和超聲波清洗的可行性，確定了超聲波清洗當(dāng)歸的試驗參數(shù)：超聲波頻率、功率、清洗時間和清洗液及其溫度。以自來水洗后當(dāng)歸的清潔度為考核目標(biāo)，用250W、40kHz的低頻超聲波清洗機清洗干燥當(dāng)歸，得出的結(jié)論可為當(dāng)歸及其他根莖類干藥材超聲清洗提供參考：清洗水溫與所需清洗時間呈負(fù)相關(guān)，水溫（25～60℃之間）越高，達到潔凈度要求所需時間越短；水溫60℃時清洗時間最短，此結(jié)論與文獻值水的超聲空化最活躍的溫度為60℃相一致；只要將水加熱到超過30℃，清洗30min以上即可達到凈洗目的（清潔度在4級以上）；在當(dāng)歸的實際加工中，若需要快速清洗，就要適當(dāng)提高水溫，若后續(xù)工序較慢，則可免加熱清洗，在25℃（室溫）下超聲波清洗60min左右就可達到4級及以上清潔度，如此既節(jié)水、節(jié)能又可保證當(dāng)歸有效成分基本無流失。

當(dāng)歸；超聲波清洗；超聲功率；超聲頻率；水溫；清潔度

“千年藥鄉(xiāng)”甘肅省定西市，所轄岷縣為“中國當(dāng)歸之鄉(xiāng)”，所產(chǎn)當(dāng)歸——“岷歸”馳名中外，譽為“中國婦科人參”。品質(zhì)最優(yōu)，療效最佳，公認(rèn)為是道地藥材，自古就得到醫(yī)家的肯定與推崇[1]。當(dāng)歸藥材為傘形科植物當(dāng)歸[Angelica sinensis (Oliv.)Diels]的干燥根。始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，屬無毒上品藥，素有“十方九歸”之美譽。其味甘、辛、微苦，性溫，歸肝、心、脾經(jīng)。有補血活血、調(diào)經(jīng)止痛、潤燥通便之功效。主要化學(xué)成分有揮發(fā)油、有機酸類、多糖類、核苷類、氨基酸和微量元素等[2]。其中主要有效成分為阿魏酸、藁本內(nèi)酯、丁烯基苯酞、丁苯酞、核苷和當(dāng)歸多糖等?？芍委熝撐S、眩暈心悸，月經(jīng)不調(diào)、經(jīng)閉痛經(jīng)、腸燥便秘，虛寒腹痛，風(fēng)濕痹痛，跌仆損傷，癰疽瘡瘍等癥[3]。

1、當(dāng)歸普通清洗中存在的問題和超聲波清洗的可行性

當(dāng)歸為典型的根類中草藥，藥食兩用，根部可能帶有大量泥土、病原生物及蟲卵等，深加工、貯藏和運銷前必須進行清洗，傳統(tǒng)的清洗方法有：人力刷洗、滾筒洗滌或高壓水射流等。其中人力刷洗，洗刷質(zhì)量最好，用水量和藥效成分流失最少，但工作效率低下，耗時費力；滾筒洗滌借助于滾筒的轉(zhuǎn)動帶動滾筒內(nèi)部藥材翻動，迫使藥材互相撞擊振動，進而使附著藥材表面的污染物向清洗液分散；高壓水流沖洗過程中要藥材翻動的同時連續(xù)進行沖淋。滾筒清洗和高壓水射流清洗快速高效，但清洗過程對藥材損傷較大，更是需要消耗大量的水。且因干當(dāng)歸表面皺縮、不規(guī)整，污垢藏于縫隙或根叉深處而清洗不掉，凈洗效果不佳，直接影響其藥用、加工和開發(fā)。洗滌后還需晾曬和硫黃熏蒸防腐、防蟲蛀等。

超聲波為聲學(xué)頻率2×104～109Hz之間的聲波，頻率高、波長短、方向性好、穿透力強。超聲波清洗屬于物理清洗，主要是利用其在液體介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生的空化效應(yīng)，對物體表面的污物進行撞擊、剝離，完成清洗過程?？栈?yīng)能夠明顯減弱液體表面張力及摩擦力，對污物層進行直接反復(fù)多次沖擊，并使污物在空化產(chǎn)生的能量作用下被粉碎、形體改變、細(xì)化，垢物微粒團間的親和力降低[4]。破壞固液界面附面層，直至最后脫落，達到普通機械攪動所達不到的清洗效果。超聲波清洗效率高，廣泛應(yīng)用于各種工件、玻璃儀器及醫(yī)療設(shè)備的清洗[5]。應(yīng)用超聲波清洗進行中藥材清洗，既可降低勞動強度、節(jié)水，還可使附著在藥材表面尤其是莖、根須間隙內(nèi)的泥土、蟲卵、病原體等雜物得到快速徹底的清洗，不留死角，且潔凈度高[6]。同時超聲波的空化效應(yīng)，對抑制蟲卵與病原微生物、防止有效成分散失等方面更有效[7]。超聲波空化作用還可使植物組織細(xì)胞內(nèi)強烈空化、振動、膨脹、壓縮和崩潰閉合，使細(xì)胞破裂，有助于當(dāng)歸中有效成分的分散，進而可提高服用時藥效成分的利用率[8]。此外，應(yīng)用超聲波清洗實現(xiàn)遙控或自動化清洗更加容易。當(dāng)歸屬于典型的根類中草藥，很適合于超聲波洗滌，不但清洗潔凈度高、殺毒滅菌效果好，防腐、防蟲蛀，還可提高藥效成分的利用率、減少有效成分散失，縮短晾曬時間等。

2、超聲波清洗根類中草藥當(dāng)歸試驗參數(shù)確定

針對“十方九歸”、應(yīng)用廣泛的中藥材當(dāng)歸，最終要入口，為了最大程度保證安全性，優(yōu)先選擇普通自來水作為清洗介質(zhì)。選定介質(zhì)后超聲波清洗效果的主要影響因素有超聲頻率、超聲功率 ( 聲強或聲壓)、清洗介質(zhì)溫度和清洗時間等。當(dāng)歸的清洗目標(biāo)是：盡可能清潔當(dāng)歸表面附著異物，而最大限度地保持其有效或營養(yǎng)成分。利用超聲波的超聲空化、超聲振動與沖擊等效應(yīng)[9]，使當(dāng)歸表面附著的異物充分分散、甚至遭到破壞，從而與當(dāng)歸表面分離達到凈洗目的。超聲波要產(chǎn)生空化效應(yīng)必須是在液體中傳播，對于不含水或含水很少的干燥當(dāng)歸而言，其根體內(nèi)部所含水分不足以引起組織中大量細(xì)胞因胞內(nèi)空化而破裂，組織中的有效成分或營養(yǎng)成分流失量可以忽略。所以，超聲波輔助清洗當(dāng)歸主要以達到清潔要求為目的，因此超聲清洗參數(shù)擬確定為超聲波頻率、功率、清洗時間和清洗液及其溫度。

2.1 超聲波清洗當(dāng)歸試驗的頻率確定

現(xiàn)階段，按清洗對象的不同，超聲波清洗機的工作頻率大致分為低頻超聲（20～50kHz）、高頻超聲（50～200 kHz）和兆赫超聲（700～1000 kHz）清洗三個頻段。低頻超聲清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結(jié)合強度高的場合；高頻超聲清洗適用于計算機、微電子元件的精細(xì)清洗；兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、硅片及薄膜等的清洗[10]。因此，清洗當(dāng)歸應(yīng)選擇空化閾值低、超聲波頻率范圍為20～50kHz之間的低頻清洗[11]；40kHz左右的超聲波頻率在相同聲強下產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20kHz時多、穿透力強，宜清洗表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件、清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場合[12，13]，當(dāng)歸類似于“表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件”、其表面的污物與當(dāng)歸表面結(jié)合力弱于工件上的油污，屬于結(jié)合力較弱的場合，故干當(dāng)歸超聲波清洗超聲頻率可選擇40kHz[14]，本實驗選用工作頻率為40kHz的KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器。

2.2 清洗介質(zhì)溫度的選擇

液體各有其空化活躍的溫度，對清洗當(dāng)歸的所選介質(zhì)的水的超聲空化最活躍的溫度，文獻值各有不同，如：超聲波清洗時空化效果最好的溫度通常在40～60℃[15]、60℃左右[16]、30～40℃[17]之間，總體在30～60℃范圍內(nèi)。本試驗擬分別以25℃（室溫）、30℃、40℃、50℃和60℃為清洗水溫，進行當(dāng)歸的超聲波清洗，進而確定最佳清洗水溫。

2.3 清洗超聲功率的確定

超聲波空化作用的產(chǎn)生與超聲波強度有關(guān)，而超聲清洗效果主要取決于空化作用。功率密度ρ=發(fā)射功率（W）/發(fā)射面積（cm2），通常要求ρ≥0.3W/（cm2），此時，超聲波強度越大，空化作用越明顯，清洗作用越好；實際應(yīng)用時其超聲功率須依清洗對象的形狀復(fù)雜程度，在0.3～2.0W/cm2功率密度范圍內(nèi)選擇；依當(dāng)歸的根型特點：主根（歸身）表面凹凸不平；支根（歸尾）直徑0.3～1cm，上粗下細(xì)，多扭曲，有少數(shù)須根痕，本實驗使用的KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器功率為250W（清洗面積為320mm×240mm），經(jīng)計算得ρ=0.33W/cm2，符合通常要求，為了達到凈洗效果本實驗選擇清洗功率為100%進行實驗。

2.4 清洗時間的確定

清洗時間長，洗凈效果好，但時間太長，有可能造成當(dāng)歸中營養(yǎng)、功效成分的流失和能源浪費。在超聲波清洗機功率滿足的情況下，清洗玻璃、金屬工件的時間應(yīng)在1.5～5.0 min之間[16]。當(dāng)歸吸聲大、超聲波傳導(dǎo)有延遲和衰減，本實驗使用超聲波儀器的功率密度較低，在前期試驗的基礎(chǔ)上選擇清洗時間在20min以上。

3.、超聲波清洗當(dāng)歸的試驗

3.1 材料與方法

3.1.1 試驗材料及儀器

當(dāng)歸由甘肅省岷縣四族鄉(xiāng)四族村藥農(nóng)提供；

KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲有限公司出品。

3.2 試驗處理

3.2.1 試驗考核指標(biāo)

考慮當(dāng)歸根入藥及食用，還需后續(xù)加工環(huán)節(jié)，采用潔凈度作為當(dāng)歸清洗的考核指標(biāo)。根據(jù)超聲波清洗后當(dāng)歸潔凈情況，將其潔凈度分為 5個等級。1 級：表面臟，含較多泥斑或泥土；2級：表面較臟，含泥土或泥斑；3 級：表面略臟，略有泥土或泥斑；4 級：表面較清潔，略有泥斑；5 級表面清潔，無明顯泥土或泥斑[ , ]。當(dāng)歸潔凈度以潔凈度指數(shù)表示。

當(dāng)歸潔凈度指數(shù)=∑（級數(shù)×該級數(shù)的當(dāng)歸數(shù)）/（最大級數(shù)×當(dāng)歸總數(shù)）

3.2.2 實驗設(shè)計

設(shè)定20min、30min、40min、50min和60min五種清洗時間；25℃（室溫）、30℃、40℃、50℃和60℃五種清洗液（水）的溫度。每一種條件組合進行5次平行試驗，每次試驗清洗當(dāng)歸3個，取當(dāng)歸平均潔凈度指數(shù)記錄如表1。

3.3 試驗結(jié)果與分析

從試驗結(jié)果來看，本實驗清洗液的水溫60℃、清洗30min各實驗結(jié)果能達到4級以上潔凈度，溫度對清洗潔凈度的影響較大。但是單純靠提高清洗液溫度達到理想的清洗效果就有可能造成當(dāng)歸水溶性有效成分的流失，溫度超過40℃，清洗水呈淡黃棕色可聞到類似煎熬中藥的氣味，而且清洗水的顏色和中藥味隨著水溫升高而增濃。

4、結(jié)論

以頻率為40kHz，功率為250W的超聲波清洗干當(dāng)歸得到以下結(jié)論：

A. 清洗水溫與清洗所需要的時間呈負(fù)相關(guān)，水溫越高，得到4級及以上清潔度所需時間越短，水溫越低所需時間越長；水溫60℃清洗時間最短，需要時間不到30min，這個結(jié)果與大多數(shù)文獻報道的水的超聲空化最活躍的溫度為60℃相一致；

B. 只要將自來水加熱到30℃以上，清洗30min以上都可以達到凈洗的目的（清潔度在4級及以上）；

C. 在當(dāng)歸的實際加工過程中，可以通過適當(dāng)升高超聲波清洗溫度滿足清洗速度的要求；即需要快速清洗，就要適當(dāng)提高水溫；若后續(xù)工作速度比較慢，則可免加熱清洗。

D．若當(dāng)歸清洗后不直接入口，在25℃（室溫，無須加熱）下超聲波清洗，60min左右就可達到4級清潔度，這樣既可減少能耗，又可保證當(dāng)歸有效成分基本無流失。

總之，超聲波在清洗當(dāng)歸及類似的根莖類材料方面具有時間短、耗水少、水溶性物質(zhì)流失少的極大優(yōu)勢。清洗形狀復(fù)雜的根莖類干食材、藥材應(yīng)該選用頻率應(yīng)為40kHz的超聲波清洗機，其功率密度若在0.5～2.0W/cm2范圍內(nèi)可調(diào)，則可得到更為理想的清洗效果。

[1] 鄧紅娟, 郭延生, 刁鵬飛, 等. 當(dāng)歸水提液和醇提液體外清除自由基的研究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2009, 8(4): 58-61

[2] 康軍. 當(dāng)歸化學(xué)成分及其藥理作用研究進展[J]. 中醫(yī)中藥, 2005, 2(23): 120

[3] 中國藥典委員會. 中國藥典2015版（一部）[S]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2015 : 124-125

[4] 張艾萍, 楊洋. 超聲波防垢和除垢技術(shù)的應(yīng)用及其空化效應(yīng)機理[J]. 黑龍江電力, 2010, 32(5): 321-324

[5] W.X. Huai and Z.H. Yang. Study on the Behavior of Jets Discharged Vertically Downward in Flowing Environment [J] .Environmental Hydraulics and Sustainable Water Management. 4th ISEH & 14th IAHR-APD, 15-18 December, Hong Kong. 2004, Volume 1, 381-385.

[6] 孫卓, 徐峰, 王蔚, 等. 中草藥超聲波清洗技術(shù)的理論分析[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2015, 35 (1): 72-73

[7] 張明鐸. 超聲波清洗在替代ODS清洗工藝技術(shù)中的獨特作用[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2002, 4(21): 195-199

[8] 趙躍萍, 王曉斌, 楊天寧, 等. 超聲波清洗對鮮切芹菜品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2011, 27(1): 32-35

[ 9 ] 許忠華, 張洪波. 超聲清洗的空化作用機理[J]. 哈爾濱鐵道科技, 2009 (4): 3-5

[10] 劉淑梅, 李芳蓉, 劉鳳霞, 等. 超聲波清洗機清洗蕨麻的研究[J]. 中國食品工業(yè), 2015(11): 56-58

[11] Mikko O, Lamminen, Harold W, et a1. Mechanisms and factors influencing the ultrasonic cleaning of particle-fouled ceramic membranes [J]. Journal of Membrane Science, 2004, 237: 213-223

[12] 林仲茂. 超聲波清洗機質(zhì)量和清洗效果若干問題探討[J].凈洗技術(shù), 2003(4): 16-18

[13] N Oulahal-Lagsir, A Martial-Gros, E Boistier, et al. The development of an ultrasonic apparatus for the noninvasive and repeatable removal of fouling in food processing equipment [J]. Letters in Applied Microbiology, 2000,30: 47-52

[14] 燕平梅, 蘇麗榮, 趙惠玲, 等. 超聲波氣泡清洗對鮮切豇豆菜品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2010, 26(2): 140-144

[15] 杜培松. 一種綠色的化工清洗法——超聲波清洗法[J]. 川化. 2005(1): 35-36

[16] 李雅莉. 超聲波清洗的原理和實際應(yīng)用[J]. 清洗世界, 2006, 22 (7): 31-35

[17] 韓軍. 超聲波清洗工藝[J]. 金屬加工（冷加工）, 2011(14 ): 44 -47

[18] 吳艷麗, 徐峰, 王蔚, 等. 中草藥超聲波清洗技術(shù)的多因素試驗研究[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 61(9) : 56 -58

[19] 張學(xué)杰, 郭科, 李琨, 等. 超聲波清洗對胡蘿卜和普通白菜潔凈度的影響[J]. 中國蔬菜, 2011(2): 89-91

Preliminary experiment on ultrasonic cleaning of Chinese herbal medicine Angelica sinensis

LI Fang-rong1 LIU Shu-mei1 LIU Feng-xia1 Chen Jun2
(1. Department of Biochemistry, 2.Department physics and electronic engineering, Dingxi Teachers’ College, Dingxi 743000, China )

∶ Outlined the problems that exist in the angelica regular cleaning and the feasibility of ultrasonic cleaning, determined ultrasonic cleaning angelica sinensis test parameters, such as ultrasonic frequency, power, cleaning time and cleaning fluid and its temperature.With the water washed angelica sinensis purity degree assessment objectives, with 250W, 40kHz low-frequency ultrasonic cleaning machine to clean the dried angelica sinensis, conclusion can be dried herbs, angelica sinensis and other roots like provide reference for ultrasonic cleaning∶ Washing water temperature and the needed cleaning time was negatively correlation.The higher the water temperature (25～60℃), the shorter the time needed for cleanliness requirements; The shortest cleaning time is needed when the water temperature is 60℃, this conclusion consistent with the literature value of ultrasonic cavitation water temperature is most active at 60℃; As long as the water is heated to over 30℃, cleaned more than 30min to achieve the purpose of washing (purity degree 4 or above); In the actual processing of angelica sinensis, if need quick cleaning, it is necessary to raise the proper temperature, if the subsequent process is slow, it should avoid heat cleaning, at 25 ℃ (room temperature) for about 60min ultrasonic cleaning can achieve purity degree 4 and above cleanliness, so both water, energy saving and effective ingredient of angelica sinensis can guarantee almost no loss.

∶ Angelica sinensis; ultrasonic cleaning; ultrasonic power; ultrasonic frequency; water temperature; purity degree

S631.2；S634.3

A