Ультразвук и его применение

Может быть, из-за относительно малых размеров глаза офтальмология несколько выделилась из прочих областей применения ультразвука.

Под таким заголовком можно рассмотреть множество разнообразных задач, в основном связанных с исследованием брюшной полости, где ультразвук используется для обнаружения и распознавания аномалий анатомических структур и тканей. Зачастую задача такова: есть подозрение на злокачественное образование и необходимо отличить его от доброкачественных или инфекционных по своей природе образований.

Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано, в частности, с возможностью быстрого получения пространственной информации, а также возможностью ее объединения с томографической визуализацией. Так, для обнаружения и распознавания аномалий движения клапанов сердца, в частности митрального, очень широко используется М-режим. При этом важно регистрировать движение клапанов вплоть до частот порядка 50Гц и, следовательно, с частотой повторения около 100Гц. Эта цифра, оставаясь значительно ниже упомянутого выше придела для эхо-импульсных приборов (около 5кГц), в сущности, недостижима при любых других методах исследования.

До появления рентгеновской компьютерной томографии мозг было особенно сложно исследовать. Начиная с 1951г., в Лондонском королевском онкологическом госпитале предпринимались значительные усилия для применения ультразвука к этой задаче. К сожалению, этому мешают физические свойства черепа взрослого человека, поскольку череп представляет собой сильно поглощающую трехслойною структуру переменной толщины. Хотя было сделано несколько интересных попыток преодолеть эти трудности, в том числе с использованием управляемых многоэлементных решеток, когда датчик прилегает к ограниченной области черепа, а также с частичной автоматической компенсацией фазовой задержки для учета изменений толщины черепа, такое применение не встретило одобрения диагностов. Однако еще не затвердевший череп плода или новорожденного в акустическом плане не представляет значительных преград, связанных с возникновением затухания или преломления, и поэтому ультразвуковое обследование здесь применяется все чаще.

Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Доплера. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя. В настоящее время на основе эффекта Доплера исследованы только движение крови и биение сердца. Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через нее крови, а через 9 - 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвуковых устройств количество зародышей или констатировать смерть плода.

Распределение температуры в тканях млекопитающих при ультразвуковом нагреве, уже подробно обсуждались. Управляемый нагрев глубоко расположенных тканей может дать продолжительный терапевтический эффект в ряде случаев.

Высокий коэффициент поглощения ультразвука в тканях с большими молекулами обусловливает заметное нагревание коллагенсодержащих тканей, на которые чаще всего и воздействуют ультразвуком при физиотерапевтических процедурах.

2.2.3. Увеличение растяжимости коллагенсодержащих тканей

2.2.4. Повышение подвижности суставов

2.2.5. Болеутоляющее действие

2.2.6. Изменения кровотока

2.2.7. Уменьшение мышечного спазма

2.2.8. Хирургия с помощью фокусированного ультразвука

Хирургическая техника должна обеспечивать управляемость разрушения тканей, воздействовать только на четко ограниченную область, быть быстродействующей, вызывать минимальные потери крови. Мощный фокусированный ультразвук обладает большинством из этих качеств.

Возможность использования фокусированного ультразвука для создания зон поражения в глубине органа без разрушения вышележащих тканей изучено в основном в операциях на мозге. Позже операции проводились на печени, спинном мозге, почках и глазе.

2.2.9. Ускорение регенерации тканей

Одно из наиболее распространенных применений ультразвука в физиотерапии - это ускорение регенерации тканей и заживления ран. Восстановление тканей можно описать с помощью трех перекрывающихся фаз.

В течение воспалительной фазы фагоцитарная активность макрофагов и полиморфнонуклеарных лейкоцитов ведет к удалению клеточных фрагментов и патогенных частиц. Переработка этого материала происходит главным образом при помощи лизосомальных ферментов макрофагов. Известно, что ультразвук терапевтических интенсивностей может вызвать изменения в лизосомальных мембранах, тем самым ускоряя прохождение этой фазы.

Вторая фаза в залечивании ран - пролиферация или фаза разрастания. Клетки мигрируют в область поражения и начинают делиться. Фибробласты начинают синтезировать коллаген. Интенсивность заживления начинает увеличиваться, и специальные клетки, миофибробласты, заставляют рану стягиваться. Показано, что ультразвук значительно ускоряет синтез коллагена фибробластами как in vitro, так и in vivo. Если диплоидные фибробласты человека облучить ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 0,5 Вт/см² in vitro, то количество синтезированного белка увеличится. Исследование таких клеток в электронном микроскопе показало, что по сравнению с контрольными клетками в них содержится больше свободных рибосом, шероховатой эндоплазматической сети.

Третья фаза - восстановление. Эластичность нормальной соединительной ткани обусловлена упорядоченной структурой коллагеновой сетки, позволяющей ткани напрягаться и расслабляться без особых деформаций. В рубцовой ткани волокна часто располагаются нерегулярно и запутанно, что не позволяет ей растягиваться без разрывов. Рубцовая ткань, формировавшаяся при воздействии ультразвука, прочнее и эластичнее по сравнению с "нормальной" рубцовой тканью.

2.2.10. Лечение трофических язв

При облучении хронических варикозных язв на ногах ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 1 Вт/см² в импульсном режиме 2 мс : 8 мс были получены следующие результаты: после 12 сеансов лечения средняя площадь язв составляла примерно 66,4% от их первоначальной площади, в то время как площадь контрольных язв уменьшилась всего до 91,6%. Ультразвук может также способствовать приживлению пересаженных лоскутов кожи на края трофических язв.

2.2.11. Ускорение рассасывания отеков

При экспериментальном исследовании переломов малой берцовой кости у крыс было обнаружено, что ультразвуковое облучение во время воспалительной и ранней пролиферативной фаз ускоряет и улучшает выздоровление. Костная мозоль у таких животных содержала больше костной ткани и меньше хрящей. Однако в поздней пролиферативной фазе приводило к негативным эффектам - усиливался рост хрящей и задерживалось образование костной ткани.

Уникальные свойства ультразвуковых колебаний, возбуждающих интенсивную механическую вибрацию, и губительное действие ультразвука на микроорганизмы не могли быть не замеченными разработчиками медицинского оборудования. Ни один стоматологический кабинет в "Президент клиник" не обходится без ультразвуковых ванн, предназначенных для очистки и дезинфекционной обработки мелкого и крупного инструментария перед стерилизацией.

3.1. Обработка растворов

Некоторые жидкости трудно или совсем невозможно смешать. К ним относятся вода и жиры, вода и эфирные масла и др. Смеси таких веществ называются эмульсиями и потребность в них бывает очень велика. Барьер несмешиваемости удается преодолеть благодаря кавитационным процессам в ультразвуковом поле и получить эмульсии с размерами частиц менее 1...5 мкм. Эмульсии со столь малым размером частиц являются устойчивыми и не расслаиваются в течении нескольких часов, суток и даже месяцев.

Рассмотрим кратко области применения эмульсий.

1. В производствах, связанных с механической обработкой металлов эмульсии используются в качестве охлаждающих и смазывающих жидкостей. Эмульсии используются для получения высококачественных красок, лаков, шпаклёвочных материалов и т.п.

2. В фармакопеи эмульсии имеют ряд преимуществ перед другими лекарственными формами одного и того же вещества: они быстро всасываются в организм при любом способе введения, смягчают раздражающее действие лекарственных веществ на слизистые оболочки, в форме эмульсий ускоряется процесс гидролиза жиров ферментами желудочно-кишечного тракта.

3. В пищевой промышленности и домашнем хозяйстве введение жира в виде эмульсий в фарш позволяет увеличить их водосвязывающую способность, улучшает качество фарша и производимых из него продуктов (например, колбас). Многие вещества в домашнем хозяйстве используются в виде эмульсий, например, различные майонезы, маргарины, кетчупы и т.п.

4. Дробление жировых частиц молока до микроскопических размеров, т.е. получение мелкодисперсной жировой эмульсии, почти на треть повышает питательную ценность молока.

5. Введение в тесто жировых эмульсий вместо жира улучшает качество хлебобулочных изделий. Жировые эмульсии могут использоваться для смазки форм и листов в хлебопечении, сохраняя до 90% используемого в настоящее время жира.

6. В парфюмерном производстве очень эффективным является использование ароматических эмульсий эфирных масел.

Далее рассматриваются вопросы практического получения различных эмульсий с помощью фитомиксера "АЛЁНА".

Приготовление лекарственных эмульсий. Получение лечебных эмульсий, заключающееся в равномерном распределении лекарственного жидкого препарата в воде, является в обычных условиях сложной задачей. Однако, лечебные свойства эмульсий, отмеченные ранее, вынуждают идти на создание специальных установок для получения эмульсий.

Используемые в настоящее время механические миксеры позволяют получать необходимые эмульсии, однако эти эмульсии являются неустойчивыми, и не обладают рядом ценных лечебных свойств. В таблице, в качестве примера, приведены данные об устойчивости наиболее широко используемых эмульсий, полученных механическим путем и с помощью электронного фитомиксера "АЛЁНА".

Из приведенной таблицы следует, что устойчивость эмульсий полученных с применением ультразвука много выше, чем полученных обычным способом.

Таблица. Устойчивость эмульсий

Ещё одним важнейшим достоинством является сверхтонкое дробление лекарственного препарата (до 0,1...0,05 мкм), изменяющее его свойства настолько, что становится возможным неспецифический путь введения в организм. Например, полученная по ультразвуковой технологии камфорная эмульсия оказывается пригодной для внутривенного введения, а кукурузное масло для парентерального питания. Приготовленная с помощью ультразвука эмульсии оливкового масла в воде (в качестве эмульгатора использован лицитин) оказывается лишенной токсических свойств и способности вызывать жировую эмболию.

При приготовлении лекарственных эмульсий с помощью фитомиксера необходимо учитывать, что для каждого вещества существует предельная концентрация получаемой эмульсии. Максимальная концентрация эмульсий, получаемых с помощью ультразвука без применения стабилизирующих веществ, обычно не превышает 15% (максимальная концентрация эмульсий, получаемых механическим взбиванием меньше 15%). Применение стабилизаторов (эмульгаторов) позволяет получать эмульсии с концентрацией более 50%.

Эта зависимость характерна в основном для эмульсий типа вода/масло, которые менее устойчивы. Полученные с помощью ультразвука эмульсии масел в воде сохраняют свою стабильность в течении нескольких месяцев и без эмульгаторов.

При получении эмульсий эфирных масел: розового, укропного, мятного, пихтового, бархатцев и т.п. эмульгаторы не используются, так как в составе масляной фазы имеется достаточное количество эмульгирующих природных компонентов - спиртов. Далее, в качестве примера, приведены характеристики эмульсии пихтового масло, получаемого с помощью электронного фитомиксера.

Таблица.

Устойчивость эмульсии пихтового масла в зависимости

от времени ее приготовления

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в домашних условиях и в аптечном производстве, с помощью фитомиксера "АЛЁНА", возможно готовить устойчивые эмульсии эфирных масел - концентраты, используемые для получения ароматических вод и принятия лечебных ванн, т.к. эмульсии легко разбавляются водой.

При получении лечебных масел: касторового, рыбьего жира, персикового, абрикосового, вазелинового, шиповникового и других, применение стабилизирующего вещества (например, поливинилового спирта в количествах, менее 1%) позволяет получать более мелкодисперсные и более устойчивые эмульсии, чем без стабилизаторов.

При использовании касторового масла за 1 минуту обработки удается получить устойчивые эмульсии с концентрацией до 10% без применения стабилизаторов. Эмульсия с концентрацией более 10% получается грубодисперсной и расслаивается в течении нескольких часов.

Эмульсия касторового масла приготавливается с целью корригирования вкусовых качеств масла для внутреннего применения в педиатрической практике. Полученная в результате ультразвуковой обработки эмульсия приятна на вкус, по виду напоминает молоко и устойчива в течении нескольких часов.

Аналогичные результаты получаются при приготовлении эмульсии рыбьего жира. Эмульсия полностью утрачивает неприятный вкус и запах рыбьего жира.

Приготовление эмульсий облепихового и шиповникового масел для внутреннего и наружного потребления в объемах 200...300 мл. осуществляется путем обработки в течении 1...2 минут.

С помощью ультразвука удается получить важные в биологическом отношении высокодисперсные эмульсии камфары и йода в воде.

Максимальная концентрация камфары за 30 мин обработки составляет 0,6 г на 100 мл воды, что в шесть раз превосходит растворимость этого вещества в воде при комнатной температуре. За 20 минут обработки получается примерно такая же по концентрации эмульсия (гидрозоль) йода. Как следует из приведенной далее таблицы 6. 4., концентрация эмульсии при более продолжительной обработке не нарастает.

Таблица.

Предельные концентрации эмульсий камфары и йода

В домашних условиях и аптеках можно приготавливать также:

- жидкость Шинкаренко (4,5 части рыбьего жира, 4,5 части воды, 1 часть поливинилового спирта) для наружного применения, хорошо распределяющуюся по поверхности мокнущих ожоговых ран,

- водно - вазелиновую эмульсию, стабилизированную поливиниловым спиртом ( 4,0 : 4,0 : 2,0), используемую как наружное защитное средство,

- для внутреннего и наружного потребления можно получать эмульсии мугроля, альбихтола, сульфидно - стрептоцидовую, стрептоцидовую, синтомициновую, нафталанской нефти, лечебных грязей и др.

При приготовлении эмульсий лечебных масел необходимо учитывать следующее.

1. Устойчивость эмульсий неодинакова и убывает в следующей последовательности: эфирные масла - рыбий жир - персиковое масло - касторовое масло - вазелиновое масло.

2. Эмульсии эфирных и лечебных масел наиболее устойчивы при их получении при 40 - 45 градусах Цельсия.

3. С помощью ультразвука трудно получить эмульсии высокой концентрации из очень вязких жидкостей: ланолина, глицерина и т.п.

4. При приготовлении эмульсий рабочий инструмент колебательной системы рекомендуется располагать по возможности ближе к границе раздела масло - вода.

5. Во избежании загрязнения стакана миксера трудноудаляемыми маслами рекомендуется приготавливать эмульсии в стеклянной посуде (например, стандартных стеклянных банках, стаканах и т.п.).

Приготовление пищевых эмульсий. Эмульгирование с помощью ультразвука является наиболее эффективным способом получения эмульсий, и в том числе эмульсий из животных и растительных жиров. Анализ возможностей получения и применения эмульсий позволяет рекомендовать их для производства вареных колбасных изделий, вводя жировые эмульсии в фарш колбасных изделий вместо жира-сырца. Добавление в фарш эмульсии свиного жира позволяет увеличить его водосвязывающую способность и, следовательно, повысить выход продукции и улучшить её качество.

Используемые в этом случае эмульсии являются высококонцентрированными и поэтому при их получении необходимо использовать мощные стабилизирующие вещества с длинными молекулами, придающими эмульсиям высокую устойчивость.

Наиболее доступным и эффективным эмульгирующим и стабилизирующим веществом является желатин. Разрушение в результате УЗ воздействия структуры раствора желатина способствует эффективной стабилизации эмульсии, т.к. отдельные капельки жира попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Благодаря способности обломков структуры желатина к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки жира остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия.

Технология получения жировых эмульсий заключается в последовательном получении с помощью фитомиксера раствора желатина и постепенном введении в раствор эмульгируемого расплавленного жира.

Максимальная эмульгирующая эффективность наблюдается при содержании желатина от 0,25% до 1,0%. Дальнейшее увеличение концентрации желатина не дает существенного эффекта, поэтому применение желатина в концентрациях более 0,75...1,0 нецелесообразно.

При отсутствии желатинового раствора можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий бульоны, получаемые при выварке кости или варке ветчинных изделий.

Еще одним из самых доступных стабилизаторов является обезжиренное порошковое молоко. В этом случае для приготовления эмульсии свиного жира с концентрацией до 30% необходима концентрация порошкового молока до 10%. Получаемая при этом эмульсия является однородной и устойчивой в течении длительного времени.

Авторами работы показано, что введение жировых эмульсий при производстве сосисок позволяет резко сократить выдержку мяса в рассоле, снизить затраты труда и использовать в производстве сборный и костный жиры. По данным, приведенным в той же работе, питание больных колбасными изделиями, содержащими жировые эмульсии, дает положительные результаты при лечении заболеваний печени и желчного пузыря. Кроме того, при введении в фарш высокодисперсной жировой эмульсии можно получать высококачественный готовый продукт из дефростированного мяса без предварительной выдержки в посоле.

Эмульгирующее действие ультразвука используется также для получения ароматических эмульсий в пищевой промышленности. В настоящее время широко используются маслянистые экстракты пряностей вместо порошкообразных специй. Высокая ароматичность экстрактов позволяет вводить их в количестве, в 20...30 раз меньшем, чем при использовании натуральных пряностей. Водные эмульсии получают из экстракта (например, душистого перца) при требующихся соотношениях воды и экстракта. Получаемые эмульсии сохраняют стабильность в течении нескольких недель м даже месяцев. В таблице 6. 5. приведены данные о приготавливаемой с помощью ультразвука эмульсии экстракта душистого перца.

При приготовлении эмульсий из экстрактов специй не следует предпринимать специальных мер охлаждения обрабатываемой жидкости, т.к. интенсивность запаха душистого перца не уменьшается при нагревании эмульсии до 100 градусов и даже при её кипячении.

Таблица

Приготовление эмульсии экстракта душистого перца

Кроме перечисленных достоинств следует отметить, что жировые эмульсии, залитые в консервные банки не вызывают их коррозии.

Введение жировых эмульсий вместо жира в хлебобулочные изделия (5% подсолнечного масла) повышает их качество. Так по данным [31] удельный объем хлеба увеличивается в этом случае в 1,3 раза, пористость в 1,1 раза, сжимаемость в 1,11 раза.

В настоящее время способ ультразвукового получения эмульсий с помощью электронного фитомиксера "АЛЁНА" может применяться при изготовлении смесей различных пищевых продуктов для получения плавленого сыра, сливок, сахарных сиропов, маргарина, фруктовых и овощных напитков, майонезов (на яичном порошке), эмульсии какао при приготовлении шоколада [40 - 45].

Во всех перечисленных случаях применение эмульсий, полученных с помощью ультразвука, дает положительные результаты.

Приготовление и применение технологических эмульсий. В данном подразделе приводятся несколько примеров, призванных показать не только эффективность жировых эмульсий, но и наметить возможные области их использования.

1. Мясная промышленность выпускает большое количество технических животных жиров. Одним из наиболее эффективных путей использования технических животных жиров является применение их эмульсий в качестве смазочного материала, например при прокатке стальных лент. В этом случае эмульсии дешевых жиров способны заменить какие дорогостоящие смазочные материалы, как пальмовое и касторовое масла. Коэффициент вытяжки при холодной прокатке стальных лент с использовании 5% эмульсии говяжьего жира оказался выше, чем при использовании чистых касторового и пальмового масел.

2. Смазочные свойства эмульсии говяжьего жира (5% концентрации) оказываются выше, чем смазочные свойства применяемой сегодня в промышленности эмульсии минерального масла -стандартного эмульсола Б.

3. Применение ультразвука позволяет получать эмульсии толуола, керосина, дибутилфталата, ртути, различных инсектицидов, обладающих повышенным обеззараживающим действием и др.. При приготовлении различных эмульсий в производственных условиях наиболее эффективным является способ с применением "полуволновых объемов". При реализации этого способа высота столба каждой несмешивающейся жидкости равняется половине длины ультразвуковой волны. Способ особенно эффективен при нахождении слоя воды полуволнового размера (приблизительно 3,5 см или кратная ей величина) над эмульгируемым веществом.

3.1.3. Ультразвуковая стерилизация жидких сред

Проведенные исследования позволили неопровержимо установить, что стерилизующее действие ультразвука проявляется на частотах 20 кГц и выше, при интенсивности более 0,5 Вт/см², что в несколько раз меньше интенсивности ультразвуковых колебаний вблизи рабочего инструмента ультразвуковой колебательной системы электронного фитомиксера "АЛЁНА". Механизм стерилизующего действия ультразвука весьма сложен и раскрыт не полностью. Очевидно только, что ведущим стерилизующим фактором является ультразвуковая кавитация.

При стерилизации различных жидких сред ультразвуком необходимо учитывать следующее:

1. Бактерицидное действие ультразвука зависит от состояния среды и ее состава, а также от количества микроорганизмов. Так в дистиллированной воде процесс стерилизации происходит быстрее, чем в растворах солей, белков, высокомолекулярных соединениях

2. При обработке настоев и отваров в первую очередь погибают плесени, затем дрожжи, слизеобразующие и в последнюю очередь - спороносные бактерии.

3. Ультразвуком разрушаются кишечная, брюшнотифозная, дифтерийная, сенная палочки, бациллы дизентерии, столбняка, сальмонеллы, кокки, гонококки, трипаносомы, трихамонады, возбудитель паратифа, тифа и др.

4. При высоких интенсивностях ультразвука, т.е. в непосредственной близости от рабочего инструмента, разрушаются вирусы табачной мозаики, полиомиелита, энцифалита, сыпнотифозные, гриппа. Бактериофаги больших размеров также чувствительны к действию ультразвука.

5. Из патогенных микроорганизмов наибольшую устойчивость проявляют штаммы туберкулезных палочек.

6. В ряде случаев 100% стерилизации добиться невозможно, т.к. для этого потребовалось бы бесконечно долгое время. Однако в течении 10-20 мин ультразвуковой обработки в фитомиксере количество микроорганизмов уменьшается до 1-10% от первоначального количества.

7. В сочетании с ультразвуком бактерицидными свойствами обладают бура, сульфит и бисульфит натрия и калия, соли фенилртути, мертиолит, кислоты, отдельные красители (генциановый, фиолетовый, фуксин, бриллиантовый зеленый), соли аммониевых соединений, окислители (хлор, йод, перекись водорода), газы (озон, углекислый, сероводород).

На основании изложенного можно считать, что с помощью ультразвука или его сочетаний с антисептиками стерилизацию можно проводить значительно быстрее, чем обычными способами, с меньшими экономическими затратами, экономией антисептиков, сохраняя биологически активные вещества, ферменты, витамины, т.к. ультразвуковая стерилизация проводится при низкой температуре.

3.2. Обработка природного сырья

3.2.1. Ускорение процессов экстрагирования лекарственного сырья

Несмотря на бурное развитие производства синтетических лекарственных препаратов, большинство биологически активных веществ получают из природного сырья растительного или животного происхождения. Так по данным работы, на долю препаратов растительного происхождения приходится до 77% сердечных, 72-75% отхаркивающих и желудочных средств.

Выделение биологически активных веществ - экстрагирование, является в настоящее время наиболее сложной и трудоемкой задачей, решаемой в условиях крупных производств с помощью специализированного оборудования, и практически неразрешимой в домашних условиях.

Как показывают многочисленные исследования, из природного сырья растительного и животного происхождения можно извлекать практически все известные соединения, производимые растениями.

При использовании электронного фитомиксера "АЛЁНА" с сокращением длительности процесса в 10...100 раз извлекаются флавоноиды, дубильные вещества, фенолгликозиды, связанные кумарины, фенолкарбоновые кислоты и др. Кинетика ультразвуковой экстракции биологически активных веществ зависит от их принадлежности к определенной химической группе, а степень извлечения растет в ряду: масла, алкалоиды, фуранохромоны, сееквитерпены, фловоноиды, сапонины, таниды, гликозиды, ириноиды.

При этом наблюдается не только ускорение процессов во времени, но и увеличение, по сравнению с другими способами экстрагирования, выхода биологически активного вещества, в том числе розового и облепихового масел на 10...15%, саланидина из ростков картофеля на 30%, атропина на 18...25%, валериановой кислоты на 20%, платифиллина на 15%, фуранахромонов на 30%, кверцетина на 47%, эргостеина на 45...60%, урсоловой кислоты на 10%, тартроновой кислоты из мезги сырой капусты на 35%.

Ультразвуковой способ извлечения биологически активных веществ экономически выгоден в промышленном производстве, не имеет альтернативы в домашнем производстве, а получаемые препараты отвечают всем требованиям Государственной фармакопеи. Практическое применение фитомиксера "АЛЁНА" для экстрагирования различных активных веществ требует разработки конкретных регламентов для серийного производства. В домашних условиях, для производства настоев и экстрактов, необходимо учитывать общие требования, излагаемые далее.

1. При экстрагировании растительного сырья обычно приходится использовать высушенные материалы. Поэтому на первом этапе экстрагирования необходимо замочить растительное сырье. Обычно по регламенту на замачивание тратится до 5...10 часов.

Ультразвуковые колебания позволяют значительно сократить время замачивания. Так, если для измельченной травы горицвета, чабреца, пустырника время оптимального набухания в обычных условиях 2 часа, а для корневищ валерианы, синюхи, девясила, аира и других видов сырья оно равно 6...8 часов, то при использовании фитомиксера "АЛЕНА" достаточно 30 минут замачивания и всего лишь 10 минут ультразвукового воздействия. При этом сырье полностью набухает.

2. Прежде чем приступить к ультразвуковому экстрагированию необходимо обеспечить необходимую дисперсность исходного сырья. При использовании в качестве исходного сырья травы растений, имеющих тонкую рыхлую листовую пластинку с мягкими оболочками и большим количеством путепроводящих тканей, межклеточных пространств, размер частиц не играет существенной роли и может колебаться от 2 до 8 мм.

Типичными примерами такого растительного сырья являются трава ландыша, полынь горькая, листья мяты перечной, зверобоя, красавки, наперстянки, горицвета, цельнолистника, тысячалистника, цветы ромашки аптечной, ноготков и др. Такое сырье набухает под действием ультразвука в течении нескольких минут.

Для экстрагирования сырья с одеревеневшими клетками плотной структуры размер частиц должен быть гораздо меньше. Оптимальный выход биологически активных веществ при использовании ультразвука для экстрагирования корней или корневищ чемерицы, женьшеня, стальника, радиолы, заманихи, шароплодки, красавки, кермека, валерианы, лопуха, крестовника и др., наблюдается при размере частиц 0,25 - 1,0 мм.

Оптимальный размер частиц для экстрагирования коры обвойника, дуба, крушины, плодов соборы, боярышника, кожуры граната составляет 0,5 - 1,5 мм.

3. После выбора сырья и его измельчения необходимо выбрать жидкость, в которой будет осуществляться экстрагирование. В данном случае особых ограничений на использование различных растворителей не существует. Если экстрагент не взрывоопасен, не разлагается - то такой экстрагент можно использовать. Наилучшие результаты по экстрагированию получены при использовании спиртово-водных смесей. Для выявления различий в эффективности ультразвукового экстрагирования в воде и спиртово-водной (70%) смеси рассмотрим результаты выделения сердечных гликозидов из травы наперстянки, приведенные в таблице.

Таблица.

Результаты выделения полезного продукта при различных экстрагентах

4. Для повышения эффективности экстрагирования используются различные добавки к экстрагенту.

Рекомендуется добавлять к экстрагенту глицерин, поверхностно активные вещества, которые задерживают образование кавитации, т.е. исключают возможные деструктивные изменения.

В отдельных случаях в качестве ингибиторов рекомендуется использовать слабые органические кислоты: винную, лимонную, аскорбиновую, отдельные соединения, например алкалоиды.

Добавление к экстрагенту небольших количеств поверхностно-активных веществ (0,1...0,3%) обеспечивает увеличение выхода полезных веществ.

5. При проведении ультразвукового экстрагирования необходимо обеспечить доступ экстрагента к каждой частице и осуществлять ультразвуковое воздействие на каждую частицу. Это может быть достигнуто или интенсивным перемешиванием или уменьшением соотношения: сырьё - экстрагент.

Невозможно представить данные об оптимальных соотношениях сырья и экстрагента для всех возможных случаев. Поэтому для практического ориентирования далее приведены результаты выбора рациональной удельной нагрузки для нескольких различных материалов (в процентах):

Амми зубная 0,11

Семена укропа 0,07

Семена моркови 0,09

Корневища крестовника 0,1

Цветки софоры японской 0,25

Кожура лука 0,15

6. Когда осуществлены все перечисленные выше мероприятия начинается обработка измельченного и замоченного сырья в экстрагенте с помощью электронного фитомиксера "АЛЁНА". При этом возникает проблема оптимизации времени ультразвукового воздействия.

Очевидно, что с увеличением времени воздействия выход суммы биологически активных веществ пропорционально увеличивается. Но увеличение не может происходить до бесконечности, так как исходное сырье истощается. Полное истощение сырья при величине частиц 0,5 мм и воздействии ультразвука происходит в течении 15 минут. При величине частиц 1 мм полное истощение наступает через 60 мин обработки. 2 часа требуется для полного истощения сырья с размерами частиц 2 мм. При величине частиц 8...10 мм за два часа обработки выходит менее 55% биологически активных веществ. Таким образом, предварительное измельчение сырья до размера частиц менее 0,5 мм обеспечивает при оптимальных условиях полное истощение сырья за 10...15 минут ультразвуковой обработки.