基于数据驱动的超声波中药萃取过程工艺优化和关键参数测量

本项目围绕超声波中药提取过程工艺优化和关键参数的检测，从理论方法、关键技术与技术路线等方面开展全面深入研究，研制出满足超声波中药提取质量的工艺及软测量系统。具体研究内容有：分析超声波对提取物的"破壁、渗流和溶解"的作用机理，建立物质强化传质传热的物理模型；确定双频提取的频率范围，提出将超声波频率和强度作为工艺优化的实验因素，将正交实验设计与支持向量机方法相结合，建立工艺参数的预测模型，定量分析各因素对提取率的影响，从而确定工艺参数的优化组合；为此建立提取过程动态参数的软测量模型，来确定动态参数的"卡边"控制值，并建立提取率的在线测量方法。本课题的研究将加快推进中药提取的工业化进程，为中药提取的工业化道路奠定相应的理论基础。

超声波中药提取过程中工艺方案的选择对于改进提取产品的质量以及提取率的提高有着重要的意义，同时提取过程中关键参数的检测对于实时分析提取过程中的提取质量以及提取率的控制提供了有效的途径。本项目对超声波提取工艺过程中工艺参数的优化进行了理论分析和试验研究。开发了超声波中药萃取实验装置。在对超声波机理分析的基础上，完成了对超声波单频以及双频工艺参数的机理分析和计算机模拟，以提取葛根中的主要成分异黄酮类化合物为例，得出了提取过程中单频以及双频的最佳超声波参数。提出将超声波频率和强度作为工艺优化的实验因数,通过正交实验获得试验数据，用正交实验与支持向量机相结合开发建立了工艺参数优化的预测模型，用此预测模型研究了各个因素对提取率的影响，研究首次发现不同的药材提取温度对提取率的影响不是温度越高越好，当温度达到一定值时，提取率反而下降，因此在对不同药材进行提取时要进行温度的卡边控制，因此，提出对超声波提取过程的非线性对象进行了控制方法的研究。完成了提取率的在线测量，将易于测量的温度和时间变量作为提取率测量的辅助变量采用了软测量方法，搭建了提取率在线的测量的测试平台。