Tecnologia di fondo
I polisaccaridi delle alghe marine sono un tipo di miscela multicomponente. La composizione e l'attività dei polisaccaridi ottenuti da diverse alghe marine mediante diversi metodi di estrazione variano notevolmente. I polisaccaridi delle alghe sono composti macromolecolari polari che contengono un gran numero di gruppi idrossilici e sono facilmente solubili in acqua. Attualmente, l'estrazione dei polisaccaridi grezzi delle alghe in patria e all'estero adotta principalmente il metodo di estrazione con alcali diluiti, acidi diluiti e acqua calda. I suoi vantaggi sono il processo semplice, il funzionamento conveniente e il basso costo, ma presenta anche degli svantaggi come una bassa velocità di estrazione, una grande perdita di attività e difficoltà di filtrazione e purificazione, che limitano notevolmente la produzione industriale su larga scala di polisaccaridi di alghe.
I metodi tradizionali per estrarre i polisaccaridi delle alghe marine sono principalmente l'estrazione acida, l'estrazione alcalina, l'estrazione enzimatica, ecc. L'estrazione acida viene utilizzata per estrarre i polisaccaridi solubili in una soluzione acquosa acida diluita e un valore di pH inferiore può evitare la dissoluzione dell'alginato; l'estrazione alcalina viene spesso utilizzata per estrarre polisaccaridi solubili in alcali e alginato di sodio; le condizioni di estrazione degli enzimi sono blande e possono mantenere efficacemente la naturalezza dei polisaccaridi delle alghe. Tuttavia, tutti i metodi di estrazione di cui sopra presentano alcuni difetti: il metodo di estrazione acida provoca facilmente l'idrolisi dei polisaccaridi, il metodo di estrazione alcalina provoca facilmente la diminuzione dell'attività biologica dei polisaccaridi, il metodo di estrazione enzimatica richiede molto tempo, la produzione industriale richiede una grande quantità di enzimi e il costo è elevato.
Il brevetto cinese CN102850410A descrive un metodo per estrarre i polisaccaridi di alghe dal lievito di birra di scarto, che appartiene alla categoria della biotecnologia. Questo metodo utilizza il lievito di birra di scarto come materia prima per preparare i polisaccaridi delle alghe. Il processo principale consiste nel pretrattare il lievito di birra di scarto per rimuovere le impurità e quindi essiccare e inattivare l'enzima, quindi utilizzare l'estrazione Soxhlet per ottenere l'estratto di polisaccaridi di alghe marine e decolorare ulteriormente con carbone attivo, precipitare e deproteinizzare con sali di metalli alcalini, rimuovere le impurità con scambio ionico, concentrare, cristallizzare ed essiccare per ottenere polisaccaridi di alghe marine. La purezza raggiunge oltre il 98,5%, che può essere utilizzata nei campi della medicina, della cosmetica e dell'alimentazione. La presente invenzione ha le caratteristiche di elevato utilizzo delle materie prime, basso costo, processo semplice, metodo facile, funzionamento sicuro ed elevata purezza del prodotto ed è facile da industrializzare. Tuttavia, il tempo richiesto per l'intero processo è ancora relativamente lungo e ci sono difetti che richiedono tempo e manodopera.
Contenuto dell'invenzione
Per superare gli inconvenienti della tecnica precedente, la presente invenzione fornisce un dispositivo e un metodo per l'estrazione assistita da ultrasuoni di polisaccaridi di alghe marine.
Un dispositivo per l'estrazione assistita da ultrasuoni di polisaccaridi di alghe marine, il dispositivo comprende un reattore di estrazione, un generatore di ultrasuoni e un dispositivo di controllo della temperatura, il reattore di estrazione è dotato di un tubo di estrazione per posizionare l'estratto, la parete del tubo di estrazione è dotata di una pluralità di fori passanti, il numero del generatore di ultrasuoni è più di uno, ciascun generatore di ultrasuoni è collegato alla cavità interna del reattore di estrazione tramite una corrispondente sonda a ultrasuoni, la sonda a ultrasuoni è uniformemente disposti nel reattore di estrazione e all'esterno del tubo di estrazione; il dispositivo di controllo della temperatura comprende un regolatore della temperatura, una sonda di rilevamento della temperatura e un tubo di riscaldamento, la sonda di rilevamento della temperatura e il tubo di riscaldamento sono rispettivamente collegati al regolatore di temperatura, la sonda di rilevamento della temperatura e il tubo di riscaldamento sono disposti nel tubo di estrazione; il fondo della cavità interna del reattore di estrazione è collegato ad una pompa.
Il design del foro passante della presente invenzione consente al liquido di estrazione non solo di infiltrarsi nel liquido di estrazione per ottenere un'estrazione efficace, ma anche di impedire che i detriti del liquido di estrazione si mescolino nel liquido di estrazione, il che è conveniente per la fase successiva della lavorazione. Inoltre, aiuta il liquido nel tubo di estrazione e il liquido nel reattore di estrazione a realizzare l'alternanza di circolazione. Quando la concentrazione del liquido nel tubo di estrazione è elevata, inizia a fluire nel reattore di estrazione all'esterno del tubo di estrazione. Allo stesso tempo, il liquido nel reattore di estrazione all'esterno del tubo di estrazione entra nel tubo di estrazione, evitando l'influenza dell'elevata viscosità sull'efficienza di estrazione. Una volta completata l'estrazione, l'estratto può essere pompato tramite una pompa collegata al fondo della cavità interna del reattore di estrazione, il che è più favorevole all'automazione.
Nella presente invenzione, più di una sonda ultrasonica è disposta uniformemente nel reattore di estrazione, in modo che l'azione ultrasonica sia uniforme e l'effetto di estrazione sia migliore. La sonda di rilevamento della temperatura e il tubo di riscaldamento sono disposti nel tubo di estrazione, che può controllare più efficacemente la temperatura.
Preferibilmente, il dispositivo include anche un dispositivo di agitazione, il dispositivo di agitazione include un agitatore e una pala di agitazione, la pala di agitazione è collegata all'agitatore e la pala di agitazione si estende dalla parte superiore del reattore di estrazione ed è posizionata nel tubo di estrazione. Migliorare ulteriormente l'efficienza di estrazione.
Preferibilmente, l'estremità superiore e l'estremità inferiore del tubo di estrazione sono rispettivamente separate dall'estremità superiore e dall'estremità inferiore del reattore di estrazione. In modo che l'energia ultrasonica dell'estratto da trattare possa essere eseguita in modo uniforme e uniforme e l'efficienza di estrazione sia migliorata.
Preferibilmente, il tubo di estrazione è posizionato concentricamente nel reattore di estrazione.
Un metodo per l'estrazione assistita da ultrasuoni dei polisaccaridi delle alghe comprende i seguenti passaggi:
(1) tritare le alghe, hijiki o wakame, passare attraverso un setaccio da 60 maglie e posizionare le alghe in un sacchetto di carta da filtro o una garza per ottenere un estratto;
(2) posizionare l'estratto in un tubo di estrazione, aggiungere un certo volume di acqua a un reattore di estrazione ed estrarre mediante frantumazione ad ultrasuoni per un periodo di tempo per ottenere un estratto; in cui le varie condizioni nel reattore di estrazione sono rispettivamente controllate come segue: un rapporto di massa materiale-liquido di 1:32-46, una frequenza ultrasonica di 20-100 kHz, una potenza ultrasonica di 120-200 W, una temperatura di estrazione di 25-55°C e un tempo di estrazione di 22-28 minuti;
(3) l'estratto viene ulteriormente centrifugato, concentrato, precipitato con etanolo e filtrato per ottenere polisaccaridi di alghe grezze;
(4) purificazione dei polisaccaridi grezzi delle alghe marine mediante cromatografia su colonna di cellulosa DEAE e infine essiccazione a spruzzo o liofilizzazione per ottenere polisaccaridi puri delle alghe marine.
Preferibilmente, nella fase (2), il rapporto massa materiale-liquido è 1:35-38, la frequenza ultrasonica è 35-60kHz, la potenza ultrasonica è 145-167W, la temperatura di estrazione è 30-40°C e il tempo di estrazione è 23-26min.
Preferibilmente, nella fase (3), l'estratto dopo la centrifugazione viene concentrato a 1/5-1/7 del volume originale, e il rapporto volumetrico tra concentrato ed etanolo è 1:3,2-3,7.
Preferibilmente, nella fase (4), l'eluente è un tampone NaH2PO4-NaHPO4 a pH 7,2, 0,01 mol/L.
La fase (2) della presente invenzione può essere estratta ripetutamente più di 2 volte in base alle condizioni reali. Quando si utilizza la cromatografia su colonna di cellulosa DEAE per la purificazione nella fase (4), la velocità di eluizione può essere regolata in base alle condizioni effettive.
La presente invenzione è adatta alla produzione industriale e la sua produzione su larga scala può comunque mantenere un buon effetto di estrazione, che non solo riduce la temperatura di estrazione e migliora la velocità di estrazione, ma riduce anche notevolmente il tempo di estrazione.
L'estrazione assistita da ultrasuoni utilizza la cavitazione, gli effetti meccanici e termici generati dall'oscillazione ad alta frequenza degli ultrasuoni per formare un ambiente locale ad alta temperatura e alta pressione all'interno dell'oggetto, causando deformazione e rottura dei tessuti cellulari vegetali e animali e promuovendo la dissoluzione di ingredienti efficaci nelle cellule. Presenta i vantaggi di una minore perdita di principi attivi e di un'elevata efficienza di estrazione.
Quando un oggetto viene colpito da ultrasuoni con la stessa energia ma frequenze diverse, i risultati possono essere diversi. Naturalmente anche i risultati degli ultrasuoni con la stessa frequenza ma con potenze diverse, cioè energie diverse, sono diversi.
I polisaccaridi delle alghe marine estratti dalla presente invenzione possono essere sviluppati in bevande, liquidi orali, capsule e altri prodotti.
Il metodo della presente invenzione è semplice e facile da utilizzare. I polisaccaridi delle alghe estratti con il metodo della presente invenzione sono di breve durata ed elevata purezza, che può raggiungere oltre il 98%; non solo può far risparmiare sui costi, ridurre il consumo di energia e facilitare l’automazione, ma anche migliorare l’efficienza dell’estrazione.
