I. Principio dell'estrazione a ultrasuoni delle erbe medicinali tradizionali cinesi: Dominato dall'"effetto di cavitazione"
Il meccanismo di estrazione a ultrasuoni delle erbe medicinali tradizionali cinesi deriva dall'effetto di cavitazione indotto dagli ultrasuoni in un mezzo liquido, che rappresenta la principale differenza rispetto ai metodi di estrazione tradizionali come la decozione e l'estrazione a riflusso. Quando gli ultrasuoni (tipicamente a una frequenza di 20 kHz) agiscono su una miscela di erbe medicinali tradizionali cinesi e solvente, generano un gran numero di bolle microscopiche ("bolle di cavitazione") con diametri di pochi micrometri all'interno del liquido. Queste bolle si espandono e si comprimono continuamente in risposta alla vibrazione delle onde ultrasoniche. Quando la pressione raggiunge un valore critico, le bolle collassano istantaneamente, rilasciando intensa energia e pressione d'urto. Questo ambiente estremo distrugge rapidamente la struttura delle pareti cellulari del materiale vegetale, come cellulosa ed emicellulosa, rompendo la "barriera" cellulare ed esponendo direttamente i componenti attivi (ad esempio, alcaloidi, flavonoidi, saponine) all'interno delle cellule al solvente. Ciò riduce significativamente il percorso per la dissoluzione dei componenti. Il collasso delle bolle induce anche il liquido circostante a formare microflussi ad alta velocità, producendo intensi effetti di agitazione e impatto. Ciò impedisce la formazione di una "barriera di differenza di concentrazione" tra il solvente e la superficie delle particelle di erbe medicinali, un fenomeno che si verifica nell'estrazione tradizionale in cui i componenti attivi disciolti sulla superficie creano uno strato ad alta concentrazione che ostacola l'ulteriore dissoluzione dei componenti interni. Il disturbo del microflusso causato dagli ultrasuoni rimuove rapidamente la soluzione ad alta concentrazione dalla superficie, consentendo al solvente fresco di entrare continuamente in contatto con l'interno del materiale vegetale, migliorando così l'efficienza di dissoluzione.

II. Effetti ausiliari: Sinergia di vibrazioni meccaniche ed effetti termici

Oltre all'effetto di cavitazione, anche le vibrazioni meccaniche e gli effetti termici degli ultrasuoni contribuiscono a migliorare l'efficienza di estrazione.

Frammentazione fisica tramite vibrazioni meccaniche: Durante la propagazione, gli ultrasuoni generano vibrazioni meccaniche periodiche sulle particelle solide del materiale vegetale, simili a una "macinazione microscopica". Queste vibrazioni possono creare fessure all'interno delle particelle e persino disperdere le particelle più grandi in polvere più fine (senza causare una frammentazione eccessiva che potrebbe comportare difficoltà di filtrazione), aumentando ulteriormente la superficie di contatto tra il materiale vegetale e il solvente. Ciò fornisce più "percorsi" per la dissoluzione dei componenti attivi. 

Regolazione tramite lievi effetti termici: Quando gli ultrasuoni si propagano attraverso il mezzo, parte della loro energia viene convertita in calore, causando un leggero aumento della temperatura del sistema (tipicamente controllabile tra 40 e 60°C). Questo moderato aumento di temperatura non solo accelera il movimento delle molecole del solvente, migliorandone la penetrazione e la capacità di dissoluzione, ma evita anche la degradazione dei componenti attivi termosensibili (ad esempio, polisaccaridi, oli volatili) che può verificarsi nei metodi di decotto tradizionali ad alta temperatura (ad esempio, superiori a 100°C). In questo modo, si raggiunge un equilibrio tra efficienza e stabilità dei componenti.