Hintergrundtechnologie
Algenpolysaccharide sind eine Art Mehrkomponentengemisch. Die Zusammensetzung und Aktivität von Polysacchariden, die durch unterschiedliche Extraktionsmethoden aus verschiedenen Algen gewonnen werden, variiert stark. Algenpolysaccharide sind polare makromolekulare Verbindungen, die eine große Anzahl an Hydroxylgruppen enthalten und in Wasser leicht löslich sind. Gegenwärtig erfolgt die Extraktion von rohen Algenpolysacchariden im In- und Ausland hauptsächlich mit der Methode der Extraktion mit verdünntem Alkali, verdünnter Säure und heißem Wasser. Seine Vorteile sind ein einfacher Prozess, eine bequeme Bedienung und niedrige Kosten, aber es hat auch Nachteile wie eine niedrige Extraktionsrate, einen großen Aktivitätsverlust und Schwierigkeiten bei der Filtration und Reinigung, was die großtechnische industrielle Produktion von Algenpolysacchariden stark einschränkt.
Die traditionellen Methoden zur Extraktion von Algenpolysacchariden sind hauptsächlich Säureextraktion, Alkaliextraktion, Enzymextraktion usw. Säureextraktion wird verwendet, um in verdünnter saurer wässriger Lösung lösliche Polysaccharide zu extrahieren, und ein niedrigerer pH-Wert kann die Auflösung von Alginat vermeiden; Alkaliextraktion wird häufig verwendet, um alkalilösliche Polysaccharide und Natriumalginat zu extrahieren. Die Enzymextraktionsbedingungen sind mild und können die Natürlichkeit der Algenpolysaccharide effektiv bewahren. Alle oben genannten Extraktionsmethoden weisen jedoch bestimmte Mängel auf: Die Säureextraktion führt leicht zu einer Hydrolyse von Polysacchariden, die alkalische Extraktion führt leicht zu einer Abnahme der biologischen Aktivität von Polysacchariden, die Enzymextraktion ist zeitaufwändig, die industrielle Produktion erfordert eine große Menge an Enzymen und die Kosten sind hoch.
Das chinesische Patent CN102850410A offenbart ein Verfahren zur Extraktion von Algenpolysacchariden aus Abfallbierhefe, das zur Kategorie der Biotechnologie gehört. Bei dieser Methode werden Bierhefeabfälle als Rohmaterial zur Herstellung von Algenpolysacchariden verwendet. Der Hauptprozess besteht darin, die Abfallbierhefe vorzubehandeln, um Verunreinigungen zu entfernen, dann das Enzym zu trocknen und zu inaktivieren und dann die Soxhlet-Extraktion zu verwenden, um Algen-Polysaccharid-Extrakt zu erhalten, sie weiter mit Aktivkohle zu entfärben, mit Alkalimetallsalzen auszufällen und zu enteiweißen, Verunreinigungen durch Ionenaustausch zu entfernen, zu konzentrieren und zu kristallisieren und zu trocknen, um Algen-Polysaccharide zu erhalten. Die Reinheit erreicht mehr als 98,5 % und kann in den Bereichen Medizin, Kosmetik und Lebensmittel eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Rohstoffausnutzung, niedrige Kosten, ein einfaches Verfahren, eine einfache Methode, einen sicheren Betrieb und eine hohe Produktreinheit aus und ist leicht zu industrialisieren. Der Zeitaufwand für den gesamten Prozess ist jedoch immer noch relativ lang und es gibt Mängel wie zeit- und arbeitsaufwendig.
Erfindungsinhalt
Um die Mängel des Standes der Technik zu überwinden, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur ultraschallunterstützten Extraktion von Algenpolysacchariden bereit.
Eine Vorrichtung zur ultraschallunterstützten Extraktion von Algenpolysacchariden, wobei die Vorrichtung einen Extraktionsreaktor, einen Ultraschallgenerator und eine Temperaturkontrollvorrichtung umfasst, der Extraktionsreaktor mit einem Extraktionsrohr zum Platzieren des Extrakts versehen ist, die Rohrwand des Extraktionsrohrs mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern versehen ist, die Anzahl der Ultraschallgeneratoren mehr als eins beträgt, jeder Ultraschallgenerator über eine entsprechende Ultraschallsonde mit dem inneren Hohlraum des Extraktionsreaktors verbunden ist, die Ultraschallsonde gleichmäßig im Extraktionsreaktor und außerhalb des Extraktionsrohrs angeordnet ist; die Temperatursteuervorrichtung umfasst einen Temperaturregler, eine Temperaturmesssonde und ein Heizrohr, die Temperaturmesssonde und das Heizrohr sind jeweils mit dem Temperaturregler verbunden, die Temperaturmesssonde und das Heizrohr sind im Extraktionsrohr angeordnet; Der Boden des inneren Hohlraums des Extraktionsreaktors ist mit einer Pumpe verbunden.
Die Gestaltung des Durchgangslochs der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass die Extraktionsflüssigkeit nicht nur in die Extraktionsflüssigkeit eindringt, um eine effektive Extraktion zu erreichen, sondern auch verhindert, dass sich Rückstände der Extraktionsflüssigkeit mit der Extraktionsflüssigkeit vermischen, was für den nächsten Verarbeitungsschritt praktisch ist. Darüber hinaus hilft es der Flüssigkeit im Extraktionsrohr und der Flüssigkeit im Extraktionsreaktor, den Zirkulationswechsel zu realisieren. Wenn die Konzentration der Flüssigkeit im Extraktionsrohr hoch ist, beginnt sie außerhalb des Extraktionsrohrs in den Extraktionsreaktor zu fließen. Gleichzeitig gelangt die Flüssigkeit im Extraktionsreaktor außerhalb des Extraktionsrohrs in das Extraktionsrohr, wodurch der Einfluss einer hohen Viskosität auf die Extraktionseffizienz vermieden wird. Nachdem die Extraktion abgeschlossen ist, kann der Extrakt durch eine Pumpe abgepumpt werden, die an den Boden des inneren Hohlraums des Extraktionsreaktors angeschlossen ist, was der Automatisierung förderlicher ist.
Bei der vorliegenden Erfindung sind mehr als eine Ultraschallsonde gleichmäßig im Extraktionsreaktor angeordnet, so dass die Ultraschallwirkung gleichmäßig ist und die Extraktionswirkung besser ist. Die Temperaturmesssonde und das Heizrohr sind im Extraktionsrohr angeordnet, wodurch die Temperatur effektiver gesteuert werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung auch eine Rührvorrichtung, die Rührvorrichtung umfasst einen Rührer und ein Rührpaddel, das Rührpaddel ist mit dem Rührer verbunden und das Rührpaddel erstreckt sich von der Oberseite des Extraktionsreaktors und befindet sich im Extraktionsrohr. Verbessern Sie die Extraktionseffizienz weiter.
Vorzugsweise sind das obere Ende und das untere Ende des Extraktionsrohrs jeweils vom oberen Ende und dem unteren Ende des Extraktionsreaktors getrennt. Damit die Ultraschallenergie des zu behandelnden Extrakts gleichmäßig und gleichmäßig verteilt werden kann und die Extraktionseffizienz verbessert wird.
Vorzugsweise ist das Extraktionsrohr konzentrisch im Extraktionsreaktor angeordnet.
Ein Verfahren zur ultraschallgestützten Extraktion von Algenpolysacchariden umfasst die folgenden Schritte:
(1) Zerkleinern von Seetang, Hijiki oder Wakame, Passieren durch ein 60-Mesh-Sieb und Einlegen des Seetangs in einen Filterpapierbeutel oder Gaze, um einen Extrakt zu erhalten;
(2) Einbringen des Extrakts in ein Extraktionsrohr, Zugabe eines bestimmten Volumens Wasser in einen Extraktionsreaktor und Extrahieren durch Ultraschallzerkleinerung für einen bestimmten Zeitraum, um einen Extrakt zu erhalten; wobei die verschiedenen Bedingungen im Extraktionsreaktor jeweils wie folgt gesteuert werden: ein Material-Flüssigkeits-Massenverhältnis von 1:32–46, eine Ultraschallfrequenz von 20–100 kHz, eine Ultraschallleistung von 120–200 W, eine Extraktionstemperatur von 25–55 °C und eine Extraktionszeit von 22–28 Minuten;
(3) der Extrakt wird weiter zentrifugiert, konzentriert, mit Ethanol ausgefällt und filtriert, um rohe Algenpolysaccharide zu erhalten;
(4) Reinigung der rohen Algenpolysaccharide durch DEAE-Cellulose-Säulenchromatographie und schließlich Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung, um reine Algenpolysaccharide zu erhalten.
Vorzugsweise beträgt in Schritt (2) das Material-Flüssigkeits-Massenverhältnis 1:35–38, die Ultraschallfrequenz 35–60 kHz, die Ultraschallleistung 145–167 W, die Extraktionstemperatur 30–40 °C und die Extraktionszeit 23–26 Minuten.
Vorzugsweise wird in Schritt (3) der Extrakt nach der Zentrifugation auf 1/5–1/7 des ursprünglichen Volumens konzentriert, und das Volumenverhältnis des Konzentrats zu Ethanol beträgt 1:3,2–3,7.
Vorzugsweise ist das Elutionsmittel in Schritt (4) ein NaH2PO4-NaHPO4-Puffer mit einem pH-Wert von 7,2 und einer Konzentration von 0,01 mol/L.
Schritt (2) der vorliegenden Erfindung kann je nach tatsächlichen Bedingungen mehr als zweimal wiederholt werden. Wenn zur Reinigung in Schritt (4) DEAE-Cellulose-Säulenchromatographie verwendet wird, kann die Elutionsrate entsprechend den tatsächlichen Bedingungen angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich für die industrielle Produktion und ihre großtechnische Produktion kann dennoch einen guten Extraktionseffekt aufrechterhalten, was nicht nur die Extraktionstemperatur senkt und die Extraktionsrate verbessert, sondern auch die Extraktionszeit erheblich verkürzt.
Die ultraschallunterstützte Extraktion nutzt die Kavitation sowie die mechanischen und thermischen Effekte, die durch hochfrequente Ultraschallschwingungen erzeugt werden, um im Inneren des Objekts eine lokale Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung zu schaffen, die zu Verformungen und Rissen im pflanzlichen und tierischen Zellgewebe führt und die Auflösung wirksamer Inhaltsstoffe in den Zellen fördert. Es hat die Vorteile eines geringeren Verlusts an Wirkstoffen und einer hohen Extraktionseffizienz.
Wenn ein Objekt mit derselben Energie, aber unterschiedlichen Frequenzen mit Ultraschall beaufschlagt wird, können die Ergebnisse unterschiedlich ausfallen. Natürlich sind auch die Ergebnisse von Ultraschall mit gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Leistung, also unterschiedlicher Energie, unterschiedlich.
Die durch die vorliegende Erfindung extrahierten Algenpolysaccharide können zu Getränken, oralen Flüssigkeiten, Kapseln und anderen Produkten verarbeitet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist einfach und leicht durchzuführen. Die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung extrahierten Algenpolysaccharide sind in kurzer Zeit und von hoher Reinheit, die mehr als 98 % erreichen kann; Es kann nicht nur Kosten sparen, den Energieverbrauch senken und die Automatisierung erleichtern, sondern auch die Extraktionseffizienz verbessern.
