Pozadí technologie
Polysacharidy z mořských řas jsou typem vícesložkové směsi. Složení a aktivita polysacharidů získaných z různých mořských řas různými extrakčními metodami se velmi liší. Polysacharidy z mořských řas jsou polární makromolekulární sloučeniny, které obsahují velké množství hydroxylových skupin a jsou snadno rozpustné ve vodě. V současné době se extrakce surových polysacharidů z mořských řas doma i v zahraničí používá především metodou extrakce zředěnou alkálií, zředěnou kyselinou a horkou vodou. Jeho výhody jsou jednoduchý proces, pohodlná obsluha a nízká cena, ale má také nevýhody, jako je nízká rychlost extrakce, velká ztráta aktivity a potíže s filtrací a čištěním, což značně omezuje průmyslovou výrobu polysacharidů z mořských řas ve velkém měřítku.
Tradiční metody extrakce polysacharidů z mořských řas jsou především kyselá extrakce, alkalická extrakce, enzymová extrakce atd. Kyselá extrakce se používá k extrakci polysacharidů rozpustných ve zředěném kyselém vodném roztoku a nižší hodnota pH může zabránit rozpuštění alginátu; alkalická extrakce se často používá k extrakci polysacharidů rozpustných v alkáliích a alginátu sodného; podmínky extrakce enzymů jsou mírné a mohou účinně zachovat přirozenost polysacharidů z mořských řas. Všechny výše uvedené metody extrakce však mají určité nedostatky: metoda kyselé extrakce snadno způsobí hydrolýzu polysacharidů, metoda alkalické extrakce snadno způsobí snížení biologické aktivity polysacharidů, metoda enzymové extrakce je časově náročná, průmyslová výroba vyžaduje velké množství enzymu a cena je vysoká.
Čínský patent CN102850410A popisuje způsob extrakce polysacharidů z mořských řas z odpadních pivních kvasnic, který patří do kategorie biotechnologie. Tato metoda využívá odpadní pivní kvasnice jako surovinu pro přípravu polysacharidů z mořských řas. Hlavním procesem je předúprava odpadních pivních kvasnic k odstranění nečistot a následné vysušení a inaktivaci enzymu a následně použití Soxhletovy extrakce k získání polysacharidového extraktu z mořských řas a dále odbarvení aktivním uhlím, vysrážení a deproteinace pomocí solí alkalických kovů, odstranění nečistot pomocí iontové výměny, zakoncentrování a krystalizace a sušení za účelem získání polysacharidů z mořských řas. Čistota dosahuje více než 98,5 %, což lze využít v oblasti lékařství, kosmetiky a potravinářství. Předkládaný vynález se vyznačuje vysokým využitím surovin, nízkou cenou, jednoduchým procesem, snadným způsobem, bezpečným provozem a vysokou čistotou produktu a je snadno průmyslový. Časová náročnost celého procesu je však stále poměrně dlouhá a objevují se vady, jako je zdlouhavost a pracnost.
Obsah vynálezu
Aby se překonaly nedostatky dosavadního stavu techniky, předkládaný vynález poskytuje zařízení a způsob pro extrakci polysacharidů z mořských řas za pomoci ultrazvuku.
Zařízení pro ultrazvukem podporovanou extrakci polysacharidů mořských řas, zařízení obsahující extrakční reaktor, ultrazvukový generátor a zařízení pro regulaci teploty, extrakční reaktor je opatřen extrakční trubicí pro umístění extraktu, stěna trubice extrakční trubice je opatřena množstvím průchozích otvorů, počet ultrazvukových generátorů je více než jeden, každý ultrazvukový generátor sondy je připojen k ultrazvukové extrakční dutině a ultrazvukové sondě je připojena k ultrazvukové dutině sonda je rovnoměrně umístěna v extrakčním reaktoru a mimo extrakční trubici; zařízení pro řízení teploty obsahuje regulátor teploty, sondu snímající teplotu a topnou trubici, sonda snímající teplotu a topná trubice jsou příslušně připojeny k regulátoru teploty, sonda snímající teplotu a topná trubice jsou uspořádány v extrakční trubce; dno vnitřní dutiny extrakčního reaktoru je napojeno na čerpadlo.
Konstrukce průchozího otvoru podle tohoto vynálezu umožňuje extrakční kapalině nejen infiltrovat extrakční kapalinu pro dosažení účinné extrakce, ale také zabránit tomu, aby se zbytky extrakční kapaliny přimíchaly do extrakční kapaliny, což je vhodné pro další krok zpracování. Kromě toho pomáhá kapalině v extrakční trubici a kapalině v extrakčním reaktoru realizovat střídání cirkulace. Když je koncentrace kapaliny v extrakční trubici vysoká, začne proudit do extrakčního reaktoru mimo extrakční trubici. Současně kapalina v extrakčním reaktoru mimo extrakční trubici vstupuje do extrakční trubice, čímž se zabrání vlivu vysoké viskozity na účinnost extrakce. Po dokončení extrakce lze extrakt odčerpat čerpadlem připojeným ke dnu vnitřní dutiny extrakčního reaktoru, což více přispívá k automatizaci.
V předkládaném vynálezu je v extrakčním reaktoru rovnoměrně uspořádána více než jedna ultrazvuková sonda, takže působení ultrazvuku je jednotné a extrakční účinek je lepší. Sonda pro snímání teploty a topná trubice jsou umístěny v extrakční trubici, která může účinněji řídit teplotu.
Výhodně zařízení také zahrnuje míchací zařízení, míchací zařízení obsahuje míchadlo a míchací lopatku, míchací lopatka je připojena k míchadlu a míchací lopatka vyčnívá z horní části extrakčního reaktoru a je umístěna v extrakční trubici. Dále zlepšit účinnost extrakce.
Výhodně jsou horní konec a spodní konec extrakční trubky odděleny od horního konce a spodního konce extrakčního reaktoru. Takže ultrazvuková energie extraktu, který má být zpracován, může být prováděna rovnoměrně a hladce a je zlepšena účinnost extrakce.
Výhodně je extrakční trubice umístěna soustředně v extrakčním reaktoru.
Způsob ultrazvukové extrakce polysacharidů z mořských řas zahrnuje následující kroky:
(1) rozdrcení řasy, hijiki nebo wakame, průchod přes síto 60 mesh a umístění řasy do filtračního papírového sáčku nebo gázy, aby se získal extrakt;
(2) umístění extraktu do extrakční zkumavky, přidání určitého objemu vody do extrakčního reaktoru a extrahování pomocí ultrazvukového drcení po určitou dobu za účelem získání extraktu; přičemž různé podmínky v extrakčním reaktoru jsou příslušně řízeny následovně: hmotnostní poměr materiál-kapalina 1:32-46, ultrazvuková frekvence 20-100 kHz, výkon ultrazvuku 120-200 W, teplota extrakce 25-55 °C a doba extrakce 22-28 min;
(3) extrakt se dále odstřeďuje, koncentruje, vysráží ethanolem a filtruje, aby se získaly surové polysacharidy z mořských řas;
(4) čištění surových polysacharidů z mořských řas pomocí DEAE celulózové kolonové chromatografie a nakonec sušení rozprašováním nebo lyofilizace za získání čistých polysacharidů z mořských řas.
Výhodně je v kroku (2) hmotnostní poměr materiál-kapalina 1:35-38, frekvence ultrazvuku je 35-60 kHz, výkon ultrazvuku je 145-167 W, teplota extrakce je 30-40 °C a doba extrakce je 23-26 minut.
Výhodně se v kroku (3) extrakt po odstředění zahustí na 1/5-1/7 původního objemu a objemový poměr koncentrátu k ethanolu je 1:3,2-3,7.
Výhodně je v kroku (4) eluentem pH 7,2, 0,01 mol/l NaH2P04-NaHP04 pufr.
Krok (2) podle předkládaného vynálezu může být opakovaně extrahován více než dvakrát podle aktuálních podmínek. Když se pro čištění v kroku (4) použije sloupcová chromatografie na celulóze DEAE, rychlost eluce může být upravena podle aktuálních podmínek.
Předkládaný vynález je vhodný pro průmyslovou výrobu a jeho výroba ve větším měřítku může stále udržovat dobrý extrakční účinek, který nejen snižuje extrakční teplotu a zlepšuje rychlost extrakce, ale také výrazně zkracuje dobu extrakce.
Ultrazvuková asistovaná extrakce využívá kavitace, mechanické a tepelné efekty generované vysokofrekvenční oscilací ultrazvuku k vytvoření místního vysokoteplotního a vysokotlakého prostředí uvnitř objektu, což způsobuje deformaci a prasknutí rostlinných a živočišných buněčných tkání a podporuje rozpouštění účinných složek v buňkách. Výhodou je menší ztráta účinných látek a vysoká účinnost extrakce.
Když na objekt působí ultrazvuk se stejnou energií, ale různými frekvencemi, výsledky mohou být různé. Rozdílné jsou samozřejmě i výsledky ultrazvuku se stejnou frekvencí, ale různými výkony, tedy různými energiemi.
Polysacharidy z mořských řas extrahované podle tohoto vynálezu mohou být vyvinuty do nápojů, perorálních tekutin, kapslí a dalších produktů.
Způsob podle tohoto vynálezu je jednoduchý a snadno se ovládá. Polysacharidy z mořských řas extrahované způsobem podle předkládaného vynálezu jsou časově krátké a mají vysokou čistotu, která může dosáhnout více než 98 %; může nejen ušetřit náklady, snížit spotřebu energie a usnadnit automatizaci, ale také zlepšit účinnost odsávání.
