Développement d’un système d’équipement d’extraction de plantes assisté par ultrasons

La plupart des ingrédients efficaces des plantes existent dans les cellules. Comment les extraire efficacement et les appliquer à des industries telles que la biomédecine et la chimie alimentaire. C’est l’un des points chauds de la recherche scientifique à ce stade. L’exploration de processus d’extraction avancés et le développement d’équipements d’extraction de plantes efficaces sont la clé pour étudier l’extraction d’ingrédients efficaces dans les plantes.

La perturbation par ultrasons est une méthode efficace pour perturber les cellules ou les organites. Son mécanisme est le phénomène de cavitation depuis la génération de bulles, leur croissance, jusqu'à leur fragmentation lorsque les ultrasons agissent sur la solution. L'onde de choc et la force de cisaillement provoquées par le phénomène de cavitation provoquent la lyse des cellules et les ingrédients efficaces contenus dans les cellules sont instantanément libérés dans le solvant, améliorant ainsi l'efficacité de l'extraction et raccourcissant le temps d'extraction. L'utilisation de la technologie de perturbation par ultrasons pour l'extraction des plantes présente les caractéristiques d'une vitesse d'extraction rapide, d'un taux d'extraction élevé et d'une bonne sélectivité. De plus, l’extraction par ultrasons présente les avantages d’un grand volume de traitement unique, d’une bonne répétabilité et d’une opération simple. Par conséquent, la technologie d’extraction par ultrasons est largement utilisée dans l’extraction d’ingrédients efficaces dans les plantes. Cette technologie a obtenu certains résultats et a joué un rôle important dans le domaine de l'extraction végétale.

Développement d’équipements d’extraction végétale assistée par ultrasons

L'équipement d'extraction par ultrasons à l'échelle du laboratoire comprend principalement des extracteurs à ultrasons à bain-marie et des extracteurs à ultrasons à sonde, à savoir des nettoyeurs à ultrasons et des broyeurs de cellules à ultrasons. Le transducteur ultrasonique du nettoyeur à ultrasons est adsorbé au fond du bain en acier inoxydable. Sa caractéristique est qu'il utilise une combinaison de plusieurs transducteurs pour fonctionner, et la puissance ultrasonique totale peut être relativement importante, mais la puissance par unité de volume est faible. Le transducteur de sonde du broyeur de cellules à ultrasons peut être inséré dans n'importe quel récipient d'extraction requis. Sa caractéristique est qu'il utilise un seul transducteur ultrasonique de haute puissance, qui est focalisé pour augmenter la puissance par unité de volume, mais la puissance totale est relativement faible. L'effet d'extraction de l'extracteur ultrasonique à sonde est meilleur que celui de l'extracteur ultrasonique à bain-marie.

Les équipements d'extraction d'usine existants en Chine sont entièrement de type production industrielle et la capacité du réservoir d'extraction est grande, ce qui ne convient pas à l'enseignement et à la recherche scientifique. Grâce à l’enquête, nous comprenons l’état actuel et la tendance de développement de la technologie et des équipements d’extraction des ingrédients actifs végétaux au pays et à l’étranger. Compte tenu de la situation spécifique et des besoins réels de l'École de génie chimique de l'Université de Huaqiao, nous avons conçu un réservoir d'extraction qui combine des dispositifs de circulation de chauffage externe, de concassage à ultrasons et d'agitation électrique en combinaison avec les conditions et les ressources d'équipement existantes, et avons produit un système d'équipement d'extraction d'usine assisté par ultrasons de type sonde composé d'un dispositif de chauffage, d'un dispositif d'extraction et d'un dispositif de contrôle. La conception du réservoir d’extraction est la clé du développement de cet équipement.

1.1 Appareil de chauffage

La plupart des équipements d'extraction par ultrasons de type sonde disponibles dans le commerce utilisent un chauffage par bain d'air et une température constante. La température de chauffage est inégale et il n'est pas facile de maintenir la stabilité. Il est très facile de provoquer une surchauffe, une cokéfaction et une liaison locales, ce qui affecte grandement la qualité de l'extrait et l'efficacité de l'extraction des plantes. Un bain-marie à température super constante est utilisé pour le chauffage externe, et une pompe de circulation de bain-marie est utilisée pour introduire de l'eau chaude dans la chemise du réservoir d'extraction afin de chauffer le matériau dans le réservoir d'extraction, de sorte que le matériau chauffe rapidement et soit constant à la température d'extraction requise ; évitant ainsi le phénomène de cokéfaction et de changement nucléaire provoqué par le contact direct entre le matériau solide dans le réservoir d'extraction et la paroi et le fond du cylindre chauffant.

1.2 Dispositif d'extraction

Comparé au réservoir d'extraction statique traditionnel ou au réservoir d'extraction avec agitation, cet équipement d'extraction combine le dispositif à ultrasons et le dispositif d'agitation électrique, ce qui non seulement simplifie l'équipement et économise de l'espace, mais utilise également l'effet synergique du processus avancé d'extraction par ultrasons et d'agitation électrique pour chauffer uniformément le matériau, évitant ainsi la destruction de l'activité de l'extrait sensible à la chaleur en raison d'une température locale excessive, garantissant ainsi la qualité de l'extrait.

Le réservoir d'extraction de cet article est en acier inoxydable et le corps du réservoir adopte une conception de fût cylindrique à chemise avec un diamètre de fût de 20 cm, une hauteur de 50 cm, un rapport diamètre/hauteur de 2:5 et un volume d'environ 15 L. Le couvercle supérieur du réservoir d'extraction est conçu avec un trou d'insertion de sonde ultrasonique (40) et un port d'accès à la tige d'agitation d'agitateur électrique (26). Dans le même temps, un tube de connexion du détecteur de température, un tube d'échantillonnage et un tube de ventilation (interfaces d'un diamètre de 10 chacune) sont conçus pour surveiller la température d'extraction et l'effet d'extraction en temps réel. Le réservoir d'extraction a une petite capacité, une structure simple et est facile à utiliser. Il convient aux expériences d'enseignement expérimental et de recherche scientifique.

1.3 Dispositif de contrôle

L'effet synergique du bain-marie à température super constante et de la pompe à eau de circulation est utilisé pour obtenir un contrôle automatique de la température de circulation de l'extrait ; le collecteur automatique étape par étape et le système de pompe de circulation sont utilisés pour échantillonner automatiquement l'extrait, afin de surveiller les paramètres du processus d'extraction et d'assurer l'efficacité de l'extraction.

2 Composition et principe de fonctionnement du système d'équipement

Le système d’équipement d’extraction présenté dans cet article comprend principalement un bain-marie à température super constante, un réservoir d’extraction végétale, un broyeur de cellules à ultrasons, un agitateur électrique, un collecteur partiel automatique et d’autres composants.

Le système d'équipement utilise la technologie d'extraction par ultrasons pour l'extraction des plantes. Son principe de fonctionnement est d'utiliser le phénomène de cavitation, l'action mécanique et l'effet thermique des ultrasons pour favoriser la libération rapide des ingrédients efficaces de l'extrait dans le solvant afin d'atteindre l'objectif d'extraction rapide. L'efficacité du broyage par ultrasons dépend de la fréquence sonore, de l'énergie sonore, du temps de traitement, de la concentration cellulaire et du type de cellule.

Pendant le processus de travail du système d'équipement, un bain-marie à température super constante est utilisé pour chauffer et contrôler avec précision la température d'extraction requise. Le bain-marie préchauffé est introduit dans la chemise du réservoir d'extraction, et le matériau est rapidement chauffé et automatiquement contrôlé par le bain-marie en circulation. Étant donné que la température du bain-marie a une large plage contrôlable, elle est plus adaptée à l’extraction à basse température de produits naturels. La conception du réservoir d'extraction en acier inoxydable à chemise est adoptée et le matériau est chauffé par le bain-marie à chemise, ce qui favorise un chauffage uniforme du matériau et évite la cokéfaction locale. En ajoutant une sonde à ultrasons au sommet du réservoir et en utilisant un broyeur de cellules à ultrasons pour l'extraction par ultrasons, l'efficacité d'extraction des ingrédients actifs de la plante peut être considérablement améliorée. Dans le même temps, un agitateur électrique est ajouté au réservoir d'extraction pour remuer et retourner en continu le matériau dans le réservoir d'extraction, ce qui contribue à améliorer l'efficacité de l'extraction. Un collecteur partiel automatique est utilisé pour définir l'échantillonnage temporel, analyser les ingrédients actifs de la plante, surveiller l'effet d'extraction et rendre le processus d'extraction contrôlable en temps réel.

3 Caractéristiques du système d'équipement d'extraction végétale

1) Ce système d'équipement adopte une conception de réservoir d'extraction qui combine un chauffage par circulation d'eau externe, un concassage par ultrasons et un dispositif d'agitation électrique. Il présente les avantages d'une efficacité thermique élevée, d'une faible consommation d'énergie, d'une bonne qualité d'extrait et d'un taux d'extraction élevé. Il résout les problèmes de faible efficacité d'extraction, de longue durée d'extraction, de faible rendement et de consommation d'énergie élevée dans les méthodes d'extraction traditionnelles telles que l'extraction, le pressage, l'extraction et l'extraction par reflux.

2) Les petits équipements d'extraction par ultrasons actuellement vendus sur le marché sont généralement chers, avec le prix le plus bas de 50 000 yuans par unité. De plus, ils utilisent tous des bains d'air pour chauffer les matériaux, et la stabilité ne peut être garantie ; soit parce que le réservoir d'extraction est de grande taille et de grande capacité (plus de 40 L), il occupe beaucoup d'espace et utilise beaucoup de matériaux, ce qui n'est pas adapté à une utilisation en laboratoire. Le réservoir d'extraction de ce système d'équipement d'extraction est de petite taille, de structure simple et facile à utiliser. Il est plus adapté aux expériences d'enseignement expérimental et de recherche scientifique, reflétant les avantages d'un prix bas et d'une bonne qualité.

3) Utilisant le bain-marie à température super constante d'origine, le broyeur de cellules à ultrasons, le collecteur automatique d'étapes et la pompe péristaltique et d'autres ressources d'équipement, et en utilisant certains accessoires tels que des agitateurs électriques de déchets, après traitement, transformation, combinaison et correspondance, ce système d'équipement d'extraction est conçu et fabriqué ; non seulement il atteint l'objectif et les exigences de la conception, mais il utilise également pleinement la valeur effective des déchets d'équipement, économise des fonds expérimentaux et augmente les investissements.

Conclusion

Le système de circulation de chauffage externe combiné à la technologie assistée par ultrasons est utilisé pour concevoir et fabriquer des équipements expérimentaux adaptés à l'extraction de composants efficaces de produits naturels, atteignant les objectifs d'amélioration de l'efficacité thermique, d'accélération de la vitesse d'extraction et d'augmentation du taux d'extraction. Il a été effectivement appliqué à l'expérience d'extraction des polyphénols du thé dans le thé, et a obtenu de bons résultats et a une certaine valeur pratique. On s'attend à ce que ce système d'équipement ait de larges perspectives d'application dans l'extraction de polysaccharides, de polyphénols et de flavonoïdes des plantes.