Vývoj systému zařízení pro odsávání rostlin za pomoci ultrazvuku

Většina účinných látek v rostlinách existuje v buňkách. Jak je efektivně extrahovat a aplikovat v odvětvích, jako je biomedicína a potravinářská chemie. Toto je v této fázi jeden z výzkumných ohnisek vědeckých výzkumných témat. Zkoumání pokročilých extrakčních procesů a vývoj účinného zařízení na extrakci rostlin jsou klíčem ke studiu extrakce účinných složek v rostlinách.

Ultrazvuková disrupce je účinná metoda k narušení buněk nebo organel. Jeho mechanismem je kavitační jev od tvorby bublin, růstu až po fragmentaci bublin, když na roztok působí ultrazvuk. Rázová vlna a smyková síla způsobená jevem kavitace způsobí lýzu buněk a účinné složky v buňkách se okamžitě uvolní do rozpouštědla, čímž se zlepší účinnost extrakce a zkrátí se doba extrakce. Použití technologie ultrazvukového rozrušení pro extrakci rostlin se vyznačuje vysokou rychlostí extrakce, vysokou rychlostí extrakce a dobrou selektivitou. Ultrazvuková extrakce má navíc výhody velkého jednorázového objemu zpracování, dobré opakovatelnosti a jednoduchého ovládání. Proto je technologie ultrazvukové extrakce široce používána při extrakci účinných složek v rostlinách. Tato technologie dosáhla určitých výsledků a hrála důležitou roli v oblasti těžby rostlin.

Vývoj zařízení na odsávání rostlin pomocí ultrazvuku

Ultrazvuková extrakční zařízení v laboratorním měřítku zahrnují především ultrazvukové extraktory vodní lázně a ultrazvukové extraktory sondy, jmenovitě ultrazvukové čističky a ultrazvukové drtiče buněk. Ultrazvukový měnič ultrazvukové čističky je adsorbován na dně nerezové lázně. Jeho charakteristikou je, že k práci využívá kombinaci více měničů a celkový výkon ultrazvuku může být relativně velký, ale výkon na jednotku objemu je malý. Snímač sondy ultrazvukového drtiče buněk lze vložit do jakékoli požadované extrakční nádoby. Jeho charakteristikou je, že používá jeden vysoce výkonný ultrazvukový měnič, který je zaměřen tak, aby byl výkon na jednotku objemu větší, ale celkový výkon je relativně malý. Extrakční účinek ultrazvukového extraktoru sondy je lepší než u ultrazvukového extraktoru vodní lázně.

Stávající zařízení na těžbu rostlin v Číně je typu průmyslové výroby a kapacita extrakční nádrže je velká, což není vhodné pro výuku a vědecký výzkum. Prostřednictvím šetření rozumíme současnému stavu a trendu vývoje technologie a zařízení na extrakci účinných látek rostlin doma i v zahraničí. S ohledem na specifickou situaci a aktuální potřeby School of Chemical Engineering Univerzity Huaqiao jsme navrhli extrakční nádrž, která kombinuje externí topnou cirkulaci, ultrazvukové drcení a elektrická míchací zařízení v kombinaci se stávajícími podmínkami a prostředky zařízení, a vyrobili jsme systém ultrazvukového zařízení pro extrakci rostlin za pomoci sondy sestávající z topného zařízení, extrakčního zařízení a ovládacího zařízení. Konstrukce odsávací nádrže je klíčem k vývoji tohoto zařízení.

1.1 Topné zařízení

Většina komerčně dostupných ultrazvukových extrakčních zařízení typu sondy využívá ohřev vzduchové lázně a konstantní teplotu. Teplota ohřevu je nerovnoměrná a není snadné udržet stabilitu. Je velmi snadné způsobit místní přehřátí, koksování a lepení, což výrazně ovlivňuje kvalitu extraktu a účinnost extrakce rostlin. K vnějšímu ohřevu se používá vodní lázeň se superkonstantní teplotou a oběhové čerpadlo vodní lázně slouží k přivádění horké vody do pláště extrakční nádrže k ohřevu materiálu v extrakční nádrži, aby se materiál rychle ohříval a byl konstantní na požadovanou extrakční teplotu; čímž se zabrání jevu koksování a jaderné změny způsobené přímým kontaktem mezi pevným materiálem v extrakční nádrži a stěnou a dnem ohřívacího válce.

1.2 Odsávací zařízení

Ve srovnání s tradiční statickou extrakční nádrží nebo extrakční nádrží s mícháním toto extrakční zařízení kombinuje ultrazvukové zařízení a elektrické míchací zařízení, což nejen zjednodušuje zařízení a šetří místo, ale také využívá synergický efekt pokročilého procesu ultrazvukové extrakce a elektrického míchání k rovnoměrnému ohřevu materiálu, čímž nedochází ke zničení aktivity extraktu citlivého na teplo v důsledku nadměrné lokální teploty extraktu, čímž je zajištěna vysoká kvalita extraktu.

Extrakční nádrž v tomto článku je vyrobena z nerezové oceli a tělo nádrže má plášťový válcový sud s průměrem hlavně 20 cm, výškou 50 cm, poměrem průměru k výšce 2:5 a objemem asi 15 l. Horní kryt extrakční nádrže je navržen s otvorem pro vložení ultrazvukové sondy (40) a přístupovým otvorem pro elektrické míchadlo (26). Současně je navržena spojovací trubice teplotního detektoru, vzorkovací trubice a odvzdušňovací trubice (rozhraní o průměru 10 každé) pro sledování extrakční teploty a extrakčního účinku v reálném čase. Odsávací nádrž má malou kapacitu, jednoduchou konstrukci a snadno se obsluhuje. Je vhodný pro experimentální výuku a vědeckovýzkumné experimenty.

1.3 Ovládací zařízení

Synergický efekt vodní lázně se super konstantní teplotou a oběhového vodního čerpadla se využívá k dosažení automatického řízení cirkulační teploty extraktu; automatický sběrač krok za krokem a systém oběhového čerpadla se používají k automatickému vzorkování extraktu, aby se monitorovaly parametry procesu extrakce a zajistila se účinnost extrakce.

2 Složení a princip činnosti systému zařízení

Systém extrakčního zařízení v tomto článku zahrnuje hlavně vodní lázeň se super konstantní teplotou, nádrž na extrakci rostlin, ultrazvukový drtič článků, elektrické míchadlo, automatický částečný kolektor a další komponenty.

Systém zařízení využívá k extrakci rostlin ultrazvukovou extrakční technologii. Jeho pracovním principem je využití jevu kavitace, mechanického působení a tepelného účinku ultrazvuku k podpoře rychlého uvolňování účinných složek extraktu do rozpouštědla k dosažení účelu rychlé extrakce. Účinnost ultrazvukového drcení závisí na zvukové frekvenci, zvukové energii, době zpracování, koncentraci buněk a typu buňky.

Během pracovního procesu systému zařízení se používá vodní lázeň se super konstantní teplotou k ohřevu a přesné regulaci požadované extrakční teploty. Předehřátá vodní lázeň je zavedena do pláště extrakční nádrže a materiál je rychle zahříván a automaticky řízen cirkulující vodní lázní. Vzhledem k tomu, že teplota vodní lázně má široký regulovatelný rozsah, je vhodnější pro nízkoteplotní extrakci přírodních produktů. Je přijata konstrukce opláštěné nerezové extrakční nádrže a materiál je ohříván opláštěnou vodní lázní, což přispívá k rovnoměrnému ohřevu materiálu a zabraňuje místnímu koksování. Přidáním ultrazvukové sondy do horní části nádrže a použitím ultrazvukového drtiče buněk pro ultrazvukovou extrakci lze výrazně zlepšit účinnost extrakce účinných látek rostliny. Současně je do extrakční nádrže přidáno elektrické míchadlo pro nepřetržité míchání a otáčení materiálu v extrakční nádrži, což přispívá ke zlepšení účinnosti extrakce. Automatický parciální kolektor se používá k nastavení vzorkování s časovým dělením, analýze aktivních složek rostliny, sledování efektu extrakce a ovládání extrakčního procesu v reálném čase.

3 Charakteristika systému zařízení na odsávání rostlin

1) Tento systém zařízení využívá konstrukci extrakční nádrže, která kombinuje externí ohřev cirkulace vodní lázně, ultrazvukové drcení a elektrické míchací zařízení. Má výhody vysoké tepelné účinnosti, nízké spotřeby energie, dobré kvality extraktu a vysoké extrakce. Řeší problémy nízké účinnosti extrakce, dlouhé doby extrakce, nízké výtěžnosti a vysoké spotřeby energie v tradičních extrakčních metodách, jako je extrakce, lisování, extrakce a refluxní extrakce.

2) Malé ultrazvukové extrakční zařízení v současnosti prodávané na trhu je obecně drahé, s nejnižší cenou 50 000 juanů za jednotku. Kromě toho všechny používají k ohřevu materiálů vzduchové lázně a nelze zaručit stabilitu; nebo protože extrakční nádrž je velká co do velikosti a objemu (více než 40L), zabírá hodně místa a spotřebovává hodně materiálů, což není vhodné pro laboratorní použití. Extrakční nádrž tohoto systému extrakčního zařízení má malou velikost, jednoduchou konstrukci a snadno se ovládá. Je vhodnější pro experimentální výuku a vědeckovýzkumné experimenty, odráží výhody nízké ceny a dobré kvality.

3) S využitím původní vodní lázně se super konstantní teplotou, ultrazvukového drtiče buněk, automatického stupňovitého sběrače a peristaltického čerpadla a dalších zdrojů zařízení a pomocí některých doplňků, jako jsou odpadní elektrická míchadla, po zpracování, transformaci, kombinaci a přizpůsobení je tento systém extrakčního zařízení navržen a vyroben; nejen dosahuje účelu a požadavků návrhu, ale také plně využívá efektivní hodnotu odpadního zařízení, šetří experimentální prostředky a zvyšuje investice.

Závěr

Externí topný cirkulační systém kombinovaný s ultrazvukovou asistovanou technologií slouží k návrhu a výrobě experimentálního zařízení vhodného pro extrakci účinných složek přírodních produktů, dosažení cílů zlepšení tepelné účinnosti, zrychlení rychlosti těžby a zvýšení rychlosti extrakce. Ve skutečnosti byl použit při experimentu s extrakcí čajových polyfenolů v čaji a dosáhl dobrých výsledků a má určitou praktickou hodnotu. Očekává se, že tento systém zařízení bude mít široké uplatnění při extrakci polysacharidů, polyfenolů a flavonoidů z rostlin.