Udvikling af ultralydsassisteret planteekstraktionsudstyr

De fleste af de effektive ingredienser i planter findes i celler. Hvordan man udvinder dem effektivt og anvender dem til industrier som biomedicin og fødevarekemikalier. Dette er et af forsknings-hotspots for videnskabelige forskningsemner på dette stadium. Udforskning af avancerede ekstraktionsprocesser og udvikling af effektivt planteekstraktionsudstyr er nøglen til at studere ekstraktion af effektive ingredienser i planter.

Ultralydsforstyrrelse er en effektiv metode til at forstyrre celler eller organeller. Dens mekanisme er kavitationsfænomenet fra bobledannelse, vækst til boblefragmentering, når ultralyd virker på opløsningen. Chokbølgen og forskydningskraften forårsaget af kavitationsfænomenet får cellerne til at lysere, og de effektive ingredienser i cellerne frigives øjeblikkeligt til opløsningsmidlet, hvorved ekstraktionseffektiviteten forbedres og ekstraktionstiden forkortes. Brugen af ​​ultralydsafbrydelsesteknologi til planteekstraktion har karakteristika af hurtig ekstraktionshastighed, høj ekstraktionshastighed og god selektivitet. Desuden har ultralydsekstraktion fordelene ved stort engangsbehandlingsvolumen, god repeterbarhed og enkel betjening. Derfor er ultralydsekstraktionsteknologi i vid udstrækning brugt til udvinding af effektive ingredienser i planter. Denne teknologi har opnået visse resultater og spillet en vigtig rolle inden for planteudvinding.

Udvikling af ultralydsassisteret anlægsudvindingsudstyr

Ultralydsekstraktionsudstyr i laboratorieskala omfatter hovedsageligt vandbad-ultralydsekstraktorer og sonde-ultralydsekstraktorer, nemlig ultralydsrensere og ultralydscelleknusere. Ultralydstransduceren i ultralydsrenseren er adsorberet på bunden af ​​det rustfri stålbad. Dens karakteristika er, at den bruger en kombination af flere transducere til at fungere, og den samlede ultralydseffekt kan være relativt stor, men effekten pr. volumenhed er lille. Probetransduceren på ultralydscelleknuseren kan indsættes i enhver påkrævet ekstraktionsbeholder. Dens karakteristika er, at den bruger en enkelt ultralydstransducer med høj effekt, som er fokuseret på at gøre effekten pr. volumenhed større, men den samlede effekt er relativt lille. Ekstraktionseffekten af ​​sonde-ultralydsekstraktoren er bedre end den af ​​vandbad-ultralydsekstraktoren.

Det eksisterende planteekstraktionsudstyr i Kina er alle industrielle produktionstyper, og ekstraktionstankens kapacitet er stor, hvilket ikke er egnet til undervisning og videnskabelig forskning. Gennem undersøgelsen forstår vi den aktuelle status og udviklingstendensen for planteaktive ingrediensekstraktionsteknologi og -udstyr i ind- og udland. I lyset af den specifikke situation og de faktiske behov for School of Chemical Engineering ved Huaqiao University designede vi en ekstraktionstank, der kombinerer ekstern varmecirkulation, ultralydsknusning og elektriske omrøringsanordninger i kombination med eksisterende forhold og udstyrsressourcer, og producerede et sonde-type ultralydsassisteret planteekstraktionsudstyrssystem bestående af en varmeenhed, en ekstraktionsenhed og en kontrolenhed. Udsugningstankens design er nøglen til udviklingen af ​​dette udstyr.

1.1 Varmeapparat

Det meste af det kommercielt tilgængelige ultralydsekstraktionsudstyr af sondetypen bruger luftbadsopvarmning og konstant temperatur. Opvarmningstemperaturen er ujævn og ikke let at opretholde stabiliteten. Det er meget let at forårsage lokal overophedning, koksdannelse og binding, hvilket i høj grad påvirker kvaliteten af ​​ekstraktet og effektiviteten af ​​planteudvindingen. Et super konstant temperatur vandbad bruges til ekstern opvarmning, og en vandbad cirkulationspumpe bruges til at indføre varmt vand i udsugningstankens kappe for at opvarme materialet i udsugningstanken, så materialet opvarmes hurtigt og er konstant ved den nødvendige udsugningstemperatur; derved undgås fænomenet koksdannelse og nuklear forandring forårsaget af direkte kontakt mellem det faste materiale i ekstraktionstanken og varmecylinderens væg og bund.

1.2 Udsugningsanordning

Sammenlignet med den traditionelle statiske ekstraktionstank eller ekstraktionstanken med omrøring, kombinerer dette ekstraktionsudstyr ultralydsanordningen og den elektriske omrøringsanordning, hvilket ikke kun forenkler udstyret og sparer plads, men også udnytter den synergistiske effekt af den avancerede proces med ultralydsekstraktion og elektrisk omrøring til at gøre materialet jævnt opvarmet, og derved undgår den lokale ødelæggelse af den overdrevne varmeaktivitet at sikre kvaliteten af ekstraktet.

Ekstraktionstanken i denne artikel er lavet af rustfrit stål, og tankkroppen har et kappet cylindrisk tøndedesign med en tøndediameter på 20 cm, en højde på 50 cm, et diameter-til-højde-forhold på 2:5 og et volumen på omkring 15L. Topdækslet på ekstraktionstanken er designet med et ultralydssondeindføringshul (40) og en elektrisk omrørerrørestangsadgangsport (26). Samtidig er et temperaturdetektorforbindelsesrør, et prøvetagningsrør og et udluftningsrør (grænseflader med en diameter på 10 hver) designet til at overvåge ekstraktionstemperaturen og ekstraktionseffekten i realtid. Udsugningstanken har en lille kapacitet, en enkel struktur og er nem at betjene. Det er velegnet til eksperimentel undervisning og videnskabelige forskningseksperimenter.

1.3 Kontrolenhed

Den synergistiske effekt af vandbadet med superkonstant temperatur og den cirkulerende vandpumpe bruges til at opnå automatisk kontrol af ekstraktens cirkulationstemperatur; den automatiske trin-for-trin opsamler og cirkulationspumpesystemet bruges til automatisk at prøve ekstrakten for at overvåge ekstraktionsprocesparametrene og sikre ekstraktionseffektiviteten.

2 Udstyrssystemets sammensætning og arbejdsprincip

Ekstraktionsudstyrssystemet i dette papir inkluderer hovedsageligt superkonstant temperatur vandbad, planteekstraktionstank, ultralydscelleknuser, elektrisk omrører, automatisk delvis opsamler og andre komponenter.

Udstyrssystemet anvender ultralydsekstraktionsteknologi til planteekstraktion. Dens arbejdsprincip er at bruge kavitationsfænomenet, mekanisk virkning og termisk effekt af ultralyd for at fremme den hurtige frigivelse af de effektive ingredienser i ekstrakten i opløsningsmidlet for at opnå formålet med hurtig ekstraktion. Effektiviteten af ​​ultralydsknusning afhænger af lydfrekvens, lydenergi, behandlingstid, cellekoncentration og celletype.

Under arbejdsprocessen af ​​udstyrssystemet bruges et vandbad med superkonstant temperatur til at opvarme og nøjagtigt kontrollere den nødvendige ekstraktionstemperatur. Det forvarmede vandbad indføres i ekstraktionstankens kappe, og materialet opvarmes hurtigt og styres automatisk af det cirkulerende vandbad. Da vandbadstemperaturen har et bredt kontrollerbart område, er det mere velegnet til lavtemperaturudvinding af naturlige produkter. Det kappede rustfrit stål ekstraktionstankdesign er vedtaget, og materialet opvarmes af det kappede vandbad, hvilket er befordrende for ensartet opvarmning af materialet og undgår lokal koksdannelse. Ved at tilføje en ultralydssonde til toppen af ​​tanken og bruge en ultralydscelleknuser til ultralydsekstraktion, kan ekstraktionseffektiviteten af ​​plantens aktive ingredienser forbedres væsentligt. Samtidig tilføjes en elektrisk omrører til ekstraktionstanken for kontinuerligt at omrøre og vende materialet i ekstraktionstanken, hvilket er medvirkende til at forbedre ekstraktionseffektiviteten. En automatisk partiel opsamler bruges til at indstille tidsinddelt prøvetagning, analysere plantens aktive ingredienser, overvåge ekstraktionseffekten og gøre ekstraktionsprocessen kontrollerbar i realtid.

3 Karakteristika for anlægsudvindingsudstyrssystem

1) Dette udstyrssystem vedtager et ekstraktionstankdesign, der kombinerer ekstern opvarmning af vandbadscirkulation, ultralydsknusning og elektrisk omrøringsanordning. Det har fordelene ved høj termisk effektivitet, lavt energiforbrug, god ekstraktkvalitet og høj ekstraktionshastighed. Det løser problemerne med lav ekstraktionseffektivitet, lang ekstraktionstid, lavt udbytte og højt energiforbrug i traditionelle ekstraktionsmetoder som ekstraktion, presning, ekstraktion og tilbagesvalingsekstraktion.

2) Det lille ultralydsekstraktionsudstyr, der i øjeblikket sælges på markedet, er generelt dyrt, med den laveste pris på 50.000 yuan pr. enhed. Derudover bruger de alle luftbade til at opvarme materialerne, og stabiliteten kan ikke garanteres; eller fordi udsugningstanken er stor i størrelse og kapacitet (mere end 40L), optager den meget plads og bruger mange materialer, som ikke er egnet til laboratoriebrug. Ekstraktionstanken i dette ekstraktionsudstyrssystem er lille i størrelse, enkel i struktur og nem at betjene. Det er mere velegnet til eksperimentel undervisning og videnskabelige forskningseksperimenter, hvilket afspejler fordelene ved lav pris og god kvalitet.

3) Ved at bruge det originale vandbad med superkonstant temperatur, ultralydscelleknuser, automatisk trinopsamler og peristaltisk pumpe og andre udstyrsressourcer, og ved at bruge noget tilbehør såsom elektriske omrørere, efter behandling, transformation, kombination og matchning, er dette ekstraktionsudstyrssystem designet og fremstillet; det opnår ikke kun formålet og kravene til designet, men udnytter også den effektive værdi af affaldsudstyr fuldt ud, sparer eksperimentelle midler og øger investeringerne.

Konklusion

Det eksterne varmecirkulationssystem kombineret med ultralydsassisteret teknologi bruges til at designe og fremstille eksperimentelt udstyr, der er egnet til udvinding af effektive komponenter af naturlige produkter, for at nå målene om at forbedre termisk effektivitet, accelerere ekstraktionshastigheden og øge ekstraktionshastigheden. Det er faktisk blevet anvendt på tepolyphenolekstraktionseksperimentet i te og har opnået gode resultater og har en vis praktisk værdi. Det forventes, at dette udstyrssystem vil have brede anvendelsesmuligheder ved udvinding af polysaccharider, polyphenoler og flavonoider fra planter.