Zusammenfassung Der Prozess der Extraktion von Algenöl mittels Ultraschallverstärkungstechnologie wurde untersucht. Die Auswirkungen der Dosierung des Extraktionslösungsmittels, der Extraktionstemperatur, der Extraktionszeit, des Ultraschall-Aktionsmodus, der Ultraschallleistung und -frequenz auf die Ultraschallextraktion von Algenöl (EPA als Indikator) wurden diskutiert. Die entsprechenden Prozessbedingungen wurden optimiert, um eine theoretische Grundlage für die industrielle Produktion sowie die Förderung und Anwendung der Ultraschallverstärkungstechnologie zu schaffen.
Algen sind ein marines Mikro-Phytoplankton mit vielen wichtigen pharmakologischen Funktionen und haben breite Entwicklungsperspektiven in den Bereichen Ernährung und Medizin. Sein Algenöl, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, ist nicht nur ein wichtiger Bestandteil höherer tierischer Zellen, sondern hat auch besondere vorbeugende und therapeutische Wirkung bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Es wirkt gegen Arteriosklerose, senkt die Blutfette, hemmt die Blutplättchenaggregation, senkt den Blutdruck, wirkt entzündungshemmend, reguliert die Immunfunktion, antiallergische Reaktionen sowie antitumorale und krebshemmende Wirkungen, wobei Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) besonders hervorzuheben sind.
Gegenwärtig hat der Prozess der Gewinnung von Algenöl mittels Ultraschallverstärkungstechnologie umfangreiche Aufmerksamkeit und Forschung erhalten. Ultraschallwelle ist eine Schallwelle mit einer Frequenz von 2×10⁴～2×10°Hz, die thermische Wirkung, mechanische Wirkung und Kavitationseffekt hat. Ultraschallwellen können den Lösungsmittelextraktionsprozess verbessern, die Extraktionszeit verkürzen, die Lösungsmittelkapazität verringern und die Extraktionsrate verbessern. Es handelt sich um eine neue Technologie mit Entwicklungspotenzial zur Verbesserung der Extraktion durch Nutzung eines externen Kraftfeldes (4). In diesem Artikel wird der Prozess der ultraschallverstärkten Extraktion von Algenöl untersucht, um den Fortschritt des Algenölextraktionsprozesses und die Entwicklung der ultraschallverstärkten Technologie voranzutreiben.
1 Experimenteller Teil
1.1 Materialien und Instrumente
Chlorella sp.: gekauft vom Institut für Meeresbiologie, n-Hexan: Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd.
Ultraschallsender PTS-300: Guangzhou Dongfang Ultraschallgerätefabrik, elektrisches Wasserbad mit konstanter Temperatur HSG-IIB-6: Shanghai Instrument Supply and Marketing Company, Rotationsverdampfer: Shanghai Glass Instrument Factory, Vakuumtrockenofen DZ-80: Shanghai Nanhui Laogang Tool Factory, GC-112 Gaschromatograph: Shanghai Analytical Instrument Factory. 1.2 Prozessablauf
Der Prozessablauf der Algenölgewinnung ist wie folgt:
Lösungsmittelrückgewinnung aus Filterrückständen
↓ ↑
Algen → Ultraschallextraktion → Filtration → Konzentration → Trocknung → Algenöl → Nachweis des EPA-Gehalts
1.3 Bestimmung von EPA
Zur Bestimmung wurde der Gaschromatograph GC-112 verwendet. Die Parameter waren: Chromatographiesäule (HP-WAX, 30 m × 0,25 m × 0,25 μm), Säulentemperatur von 195 °C, Detektionstemperatur von 250 °C, Träger aus reinem Stickstoff und Flussrate von 37 ml/min. Der EPA-Gehalt wurde durch die Normalisierungsmethode berechnet.
2 Ergebnisse und Diskussion
2.1 Zusammenhang zwischen Algenöl-Extraktionsrate und Extraktionstemperatur
Bei konstanter Rohstoffmenge betrug das Verhältnis Material:Flüssigkeit 1:1 und die Extraktion wurde 20 Minuten lang unter Ultraschallbedingungen bei 25 kHz und 300 W durchgeführt. Die Extraktionstemperatur wurde für das Experiment geändert und die Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, erhöhte sich mit der Erhöhung der Extraktionstemperatur auch die Extraktionsrate des Algenöls, aber wenn die Temperatur höher als 50 °C war, erhöhte sich die Extraktionsrate grundsätzlich nicht.
2.2 Zusammenhang zwischen Algenöl-Extraktionsrate und Lösungsmitteldosierung (Material-Flüssigkeits-Verhältnis)
Unter (50℃) und 25 kHz, 300 W Ultraschallbedingungen wurde die Lösungsmitteldosierung (Material: Flüssigkeit) für Experimente geändert, und die Ergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt. Kurve 1 steht unter Ultraschalleinwirkung; Kurve 2 ist ohne Ultraschalleinwirkung. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Einsatz einer ultraschallverstärkten Extraktion die Ausnutzungsrate des Lösungsmittels deutlich verbessern und dadurch die Lösungsmittelmenge reduzieren kann; Die Extraktionsrate des Algenöls steigt mit zunehmender Lösungsmitteldosis. Wenn die Lösungsmitteldosierung das Dreifache der Rohstoffmenge erreicht (Material:Flüssigkeit = 1:3), steigt die Extraktionsrate langsam an und eine Erhöhung der Lösungsmittelmenge n-Hexan hat keine offensichtliche Bedeutung.
2.3 Zusammenhang zwischen Algenöl-Extraktionsrate und Extraktionszeit
Unter (50℃) und 25 kHz, 300 W wurden unterschiedliche Extraktionszeiten für Experimente verwendet, und die Ergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt. Kurve 1 steht unter Ultraschalleinwirkung; Kurve 2 ist ohne Ultraschalleinwirkung. Die Extraktionsrate unter Ultraschalleinwirkung ist höher als ohne Ultraschalleinwirkung und die Extraktionszeit wird deutlich verkürzt. Wenn die Zeit auf 40 Minuten erhöht wird, erhöht sich die Extraktionsrate langsam.
2.4 Auswirkung des Ultraschall-Wirkmodus auf die Extraktionsrate von Algenöl
Wenn andere Bedingungen konstant sind (50℃, Material: Flüssigkeit = 1:3, 20 min, 25 kHz300 W), wird der Ultraschall-Aktionsmodus geändert: kontinuierliche Aktion, zuerst Stopp und dann Aktion, erste Aktion und dann Stopp, Impulsaktion, und das Experiment wird durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist eine kontinuierliche Aktion am besten geeignet.
2.5 Einfluss der Ultraschallleistung und -frequenz auf die Extraktionsrate von Algenöl
Wenn die anderen Bedingungen konstant sind (50 °C, Material: Flüssigkeit = 1:3, 20 min, kontinuierliche Ultraschalleinwirkung), werden die Ultraschallbedingungen geändert: 25 kHz 300 W, 40 kHz 100 W, 40 kHz 50 W, 19 kHz 50 W, und das Experiment wird durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 5 dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist 25 kHz300W am besten geeignet.
3 Fazit
3.1 Das Experiment zeigt, dass bei der Verwendung von n-Hexan zur Verbesserung der Ultraschallextraktion von Algenöl die Menge des Extraktionslösungsmittels und die Extraktionstemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Ausbeute an Algenölextrakt haben. Den experimentellen Ergebnissen zufolge beträgt die Lösungsmitteldosierung 1:3 (Material: Flüssigkeit) und die Temperatur beträgt 50℃. Die Extraktionszeit beträgt vorzugsweise 40 Minuten.
3.2 Der Ultraschall-Wirkungsmodus, die Ultraschallleistung und die Ultraschallfrequenz haben einen erheblichen Einfluss auf die Extraktionsrate von Algenöl. Nach den experimentellen Ergebnissen sind Dauerbetrieb, 25 kHz und 300 W angemessen.
3.3 Der experimentelle Vergleich zeigt, dass der Einsatz von Ultraschall zur Verbesserung des Lösungsmittelextraktionsprozesses die Extraktionszeit verkürzen, die Lösungsmittelnutzungsrate verbessern, die Lösungsmittelmenge reduzieren und die Extraktionsrate verbessern kann. Ultraschall ist eine neue Technologie mit Entwicklungspotenzial, die externe Kräfte nutzt, um die Extraktion zu verbessern, und es wird empfohlen, ihre Anwendung zu fördern.
