Baggrundsteknologi
Tang polysaccharider er en type multi-komponent blanding. Sammensætningen og aktiviteten af polysaccharider opnået fra forskellige tang ved forskellige ekstraktionsmetoder varierer meget. Tangpolysaccharider er polære makromolekylære forbindelser, der indeholder et stort antal hydroxylgrupper og er letopløselige i vand. På nuværende tidspunkt vedtager udvindingen af rå tangpolysaccharider i ind- og udland hovedsagelig metoden til ekstraktion af fortyndet alkali, fortyndet syre og varmt vand. Dens fordele er enkel proces, bekvem betjening og lave omkostninger, men det har også ulemper såsom lav ekstraktionshastighed, stort aktivitetstab og vanskeligheder ved filtrering og rensning, hvilket i høj grad begrænser den store industrielle produktion af tangpolysaccharider.
De traditionelle metoder til ekstraktion af tangpolysaccharider er hovedsageligt syreekstraktion, alkaliekstraktion, enzymekstraktion osv. Syreekstraktion bruges til at ekstrahere polysaccharider, der er opløselige i fortyndet sur vandig opløsning, og en lavere pH-værdi kan undgå opløsning af alginat; alkaliekstraktion bruges ofte til at ekstrahere alkaliopløselige polysaccharider og natriumalginat; enzymekstraktionsbetingelser er milde og kan effektivt opretholde naturligheden af tangpolysaccharider. Alle de ovennævnte ekstraktionsmetoder har dog visse defekter: syreekstraktionsmetoden forårsager let polysaccharidhydrolyse, alkalisk ekstraktionsmetode får let polysaccharidets biologiske aktivitet til at falde, enzymekstraktionsmetoden er tidskrævende, industriel produktion kræver en stor mængde enzym, og omkostningerne er høje.
Kinesisk patent CN102850410A beskriver en fremgangsmåde til udvinding af tangpolysaccharider fra affaldsølgær, som tilhører kategorien bioteknologi. Denne metode bruger spildølgær som råmateriale til fremstilling af tangpolysaccharider. Hovedprocessen er at forbehandle spildølgæren for at fjerne urenheder og derefter tørre og inaktivere enzymet, og derefter bruge Soxhlet-ekstraktion til at opnå tangpolysaccharidekstrakt, og yderligere affarve med aktivt kul, udfælde og afproteinisere med alkalimetalsalte, fjerne urenheder med ionbytning, koncentrere og tørre tangpolysaccharid til opnåelse af tang- og krystalliseret polysaccharid. Renheden når mere end 98,5%, som kan bruges inden for medicin, kosmetik og fødevarer. Den foreliggende opfindelse har karakteristika for høj råmaterialeudnyttelse, lav pris, enkel proces, nem metode, sikker drift og høj produktrenhed og er let at industrialisere. Den tid, der kræves for hele processen, er dog stadig forholdsvis lang, og der er defekter som tids- og arbejdskrævende.
Opfindelsesindhold
For at overvinde manglerne ved den kendte teknik tilvejebringer den foreliggende opfindelse en anordning og fremgangsmåde til ultralydsassisteret ekstraktion af tangpolysaccharider.
En anordning til ultralydsassisteret ekstraktion af tangpolysaccharider, indretningen bestående af en ekstraktionsreaktor, en ultralydsgenerator og en temperaturreguleringsanordning, ekstraktionsreaktoren er forsynet med et ekstraktionsrør til at placere ekstrakten, ekstraktionsrørets rørvæg er forsynet med en flerhed af gennemgående huller, hver generator er forbundet med ultralydsgeneratoren, antallet af ultralydsgeneratorer hulrum af ekstraktionsreaktoren gennem en tilsvarende ultralydssonde, ultralydssonden er jævnt anbragt i ekstraktionsreaktoren og uden for ekstraktionsrøret; temperaturkontrolindretningen omfatter en temperaturregulator, en temperaturfølende sonde og et varmerør, temperaturfølersonden og varmerøret er henholdsvis forbundet med temperaturregulatoren, temperaturfølersonden og varmerøret er anbragt i ekstraktionsrøret; bunden af ekstraktionsreaktorens indre hulrum er forbundet med en pumpe.
Udformningen af det gennemgående hul ifølge den foreliggende opfindelse gør det muligt for ekstraktionsvæsken ikke blot at infiltrere ekstraktionsvæsken for at opnå effektiv ekstraktion, men også forhindre resterne af ekstraktionsvæsken i at blive blandet i ekstraktionsvæsken, hvilket er bekvemt for det næste trin i behandlingen. Derudover hjælper det væsken i ekstraktionsrøret og væsken i ekstraktionsreaktoren med at realisere cirkulationsskiftet. Når koncentrationen af væsken i ekstraktionsrøret er høj, begynder den at strømme ind i ekstraktionsreaktoren uden for ekstraktionsrøret. Samtidig kommer væsken i ekstraktionsreaktoren uden for ekstraktionsrøret ind i ekstraktionsrøret, hvilket undgår påvirkning af høj viskositet på ekstraktionseffektiviteten. Efter at ekstraktionen er afsluttet, kan ekstrakten pumpes ud af en pumpe, der er forbundet til bunden af ekstraktionsreaktorens indre hulrum, hvilket er mere befordrende for automatisering.
I den foreliggende opfindelse er mere end én ultralydssonde anbragt jævnt i ekstraktionsreaktoren, således at ultralydsvirkningen er ensartet, og ekstraktionseffekten er bedre. Temperaturfølersonden og varmerøret er anbragt i udsugningsrøret, hvilket kan styre temperaturen mere effektivt.
Fortrinsvis indbefatter indretningen også en omrørerindretning, omrørerindretningen indbefatter en omrører og en omrøringsskovle, omrøringsskovlen er forbundet med omrøreren, og omrøringsskovlen strækker sig fra toppen af ekstraktionsreaktoren og er placeret i ekstraktionsrøret. Forbedre ekstraktionseffektiviteten yderligere.
Fortrinsvis er den øvre ende og den nedre ende af ekstraktionsrøret henholdsvis adskilt fra den øvre ende og den nedre ende af ekstraktionsreaktoren. Således at ultralydsenergien af ekstrakten, der skal behandles, kan udføres jævnt og jævnt, og ekstraktionseffektiviteten forbedres.
Ekstraktionsrøret er fortrinsvis koncentrisk placeret i ekstraktionsreaktoren.
En metode til ultralydsassisteret ekstraktion af tangpolysaccharider omfatter følgende trin:
(1) knusning af tang, hijiki eller wakame, passerer gennem en 60-mesh sigte og anbringelse af tangen i en filtrerpapirspose eller gaze for at opnå et ekstrakt;
(2) anbringelse af ekstrakten i et ekstraktionsrør, tilsætning af et vist volumen vand til en ekstraktionsreaktor og ekstraktion ved ultralydsknusning i en periode for at opnå et ekstrakt; hvori de forskellige forhold i ekstraktionsreaktoren respektivt styres som følger: et materiale-væske masseforhold på 1:32-46, en ultralydsfrekvens på 20-100 kHz, en ultralydseffekt på 120-200 W, en ekstraktionstemperatur på 25-55°C og en ekstraktionstid på 22 min.
(3) ekstrakten centrifugeres yderligere, koncentreres, ethanolpræcipiteres og filtreres til opnåelse af rå tangpolysaccharider;
(4) rensning af de rå tangpolysaccharider ved DEAE-cellulosesøjlekromatografi og til sidst spraytørring eller frysetørring for at opnå rene tangpolysaccharider.
I trin (2) er materiale-væske masseforholdet fortrinsvis 1:35-38, ultralydsfrekvensen er 35-60kHz, ultralydseffekten er 145-167W, ekstraktionstemperaturen er 30-40°C, og ekstraktionstiden er 23-26min.
Fortrinsvis i trin (3) koncentreres ekstrakten efter centrifugering til 1/5-1/7 af det oprindelige volumen, og volumenforholdet mellem koncentratet og ethanol er 1:3,2-3,7.
I trin (4) er eluenten fortrinsvis en pH 7,2, 0,01 mol/l NaH2P04-NaHP04 buffer.
Trin (2) i den foreliggende opfindelse kan ekstraheres gentagne gange mere end 2 gange i overensstemmelse med de faktiske forhold. Når DEAE-cellulosesøjlekromatografi anvendes til oprensning i trin (4), kan elueringshastigheden justeres i overensstemmelse med de faktiske forhold.
Den foreliggende opfindelse er velegnet til industriel produktion, og dens opskalerede produktion kan stadig opretholde en god ekstraktionseffekt, som ikke kun reducerer ekstraktionstemperaturen og forbedrer ekstraktionshastigheden, men også i høj grad forkorter ekstraktionstiden.
Ultralydsassisteret ekstraktion bruger kavitationen, mekaniske og termiske effekter, der genereres af højfrekvent oscillation af ultralyd til at danne et lokalt miljø med høj temperatur og højtryk inde i objektet, hvilket forårsager deformation og brud af plante- og dyrecellevæv og fremmer opløsningen af effektive ingredienser i cellerne. Det har fordelene ved mindre tab af aktive ingredienser og høj ekstraktionseffektivitet.
Når et objekt påvirkes af ultralyd med samme energi, men forskellige frekvenser, kan resultaterne være anderledes. Naturligvis er resultaterne af ultralyd med samme frekvens, men forskellige kræfter, det vil sige forskellige energier, også forskellige.
Tangpolysacchariderne ekstraheret ved den foreliggende opfindelse kan udvikles til drikkevarer, orale væsker, kapsler og andre produkter.
Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er enkel og let at betjene. Tangpolysacchariderne ekstraheret ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er korte i tid og høj i renhed, som kan nå mere end 98%; det kan ikke kun spare omkostninger, reducere energiforbruget og lette automatisering, men også forbedre udvindingseffektiviteten.
