초음파를 이용한 식물 추출 장비 시스템 개발

식물의 유효성분은 대부분 세포에 존재합니다. 효율적으로 추출하여 바이오의약, 식품화학 등 산업에 적용하는 방법. 이것은 현 단계에서 과학 연구 주제의 연구 핫스팟 중 하나입니다. 고급 추출 공정을 탐색하고 효율적인 식물 추출 장비를 개발하는 것은 식물의 유효 성분 추출을 연구하는 데 핵심입니다.

초음파 파괴는 세포나 소기관을 파괴하는 효과적인 방법입니다. 그 메커니즘은 초음파가 용액에 작용할 때 기포 생성, 성장, 기포 조각화에 이르는 캐비테이션 현상입니다. 캐비테이션 현상에 의한 충격파와 전단력에 의해 세포가 용해되고, 세포 내 유효 성분이 순간적으로 용매 속으로 방출되어 추출 효율이 향상되고 추출 시간이 단축됩니다. 식물 추출에 초음파 파쇄 기술을 사용하면 추출 속도가 빠르고 추출 속도가 높으며 선택성이 좋다는 특징이 있습니다. 또한 초음파 추출은 일회성 처리량이 크고 반복성이 좋으며 조작이 간단한 장점이 있습니다. 따라서 식물의 유효성분을 추출하는데 초음파 추출 기술이 널리 활용되고 있다. 이 기술은 일정한 결과를 얻었으며 식물 추출 분야에서 중요한 역할을 했습니다.

초음파를 이용한 식물 추출 장비 개발

실험실 규모의 초음파 추출 장비에는 주로 수조 초음파 추출기 및 프로브 초음파 추출기, 즉 초음파 세척기 및 초음파 세포 분쇄기가 포함됩니다. 초음파 세척기의 초음파 변환기는 스테인레스 스틸 욕조 바닥에 흡착됩니다. 그 특징은 작동하기 위해 여러 변환기의 조합을 사용하고 총 초음파 전력은 상대적으로 클 수 있지만 단위 부피당 전력은 작다는 것입니다. 초음파 세포 분쇄기의 프로브 변환기는 필요한 추출 용기에 삽입할 수 있습니다. 그 특징은 단위 부피당 전력을 더 크게 만드는 데 초점을 맞춘 단일 고출력 초음파 변환기를 사용하지만 총 전력은 상대적으로 작다는 것입니다. 프로브 초음파 추출기의 추출 효과는 수조 초음파 추출기보다 좋습니다.

중국의 기존 식물 추출 장비는 모두 산업 생산형이며 추출 탱크 용량이 커서 교육 및 과학 연구에 적합하지 않습니다. 조사를 통해 국내외 식물유래성분 추출기술 및 장비의 현황과 개발동향을 파악한다. 화교대학교 화학공학부의 구체적인 상황과 실제 수요를 고려하여 기존 조건과 장비 자원을 결합하여 외부 가열 순환, 초음파 파쇄 및 전기 교반 장치를 결합한 추출 탱크를 설계하고 가열 장치, 추출 장치 및 제어 장치로 구성된 프로브형 초음파 보조 식물 추출 장비 시스템을 제작했습니다. 추출 탱크의 설계는 이 장비 개발의 핵심입니다.

1.1 가열 장치

시중에서 판매되는 프로브형 초음파 추출 장비의 대부분은 공기욕 가열 및 항온을 사용합니다. 가열 온도가 고르지 않아 안정성을 유지하기가 쉽지 않습니다. 국부적인 과열, 코킹, 결합을 일으키기 매우 쉬우며 이는 추출물의 품질과 식물 추출 효율에 큰 영향을 미칩니다. 외부 가열에는 초항온 수조를 사용하고, 수조 순환 펌프를 사용하여 추출 탱크 재킷에 뜨거운 물을 도입하여 추출 탱크의 재료를 가열함으로써 재료가 빠르게 가열되고 필요한 추출 온도에서 일정하게 유지됩니다. 이를 통해 추출 탱크의 고체 물질과 가열 실린더 벽 및 바닥 사이의 직접적인 접촉으로 인한 코킹 및 핵 변화 현상을 방지합니다.

1.2 추출 장치

기존의 정적 추출 탱크 또는 교반 추출 탱크와 비교하여 이 추출 장비는 초음파 장치와 전기 교반 장치를 결합하여 장비를 단순화하고 공간을 절약할 뿐만 아니라 초음파 추출 및 전기 교반의 고급 공정의 시너지 효과를 활용하여 재료를 균일하게 가열하고 과도한 국부 온도로 인해 열에 민감한 추출물의 활성이 파괴되는 것을 방지하여 추출물의 품질을 보장합니다.

이 기사의 추출 탱크는 스테인레스 스틸로 만들어졌으며 탱크 본체는 배럴 직경 20cm, 높이 50cm, 직경 대 높이 비율 2:5, 부피 약 15L의 재킷형 원통형 배럴 디자인을 채택합니다. 추출 탱크의 상부 커버는 초음파 프로브 삽입 구멍(40)과 전기 교반기 교반 막대 접근 포트(26)로 설계되었습니다. 동시에 온도 감지기 연결 튜브, 샘플링 튜브 및 배기 튜브(각각 직경 10개의 인터페이스)는 추출 온도와 추출 효과를 실시간으로 모니터링하도록 설계되었습니다. 추출탱크는 용량이 작고, 구조가 간단하며, 조작이 용이하다. 실험 교육 및 과학 연구 실험에 적합합니다.

1.3 제어장치

초항온 수조와 순환수 펌프의 시너지 효과는 추출물의 순환 온도를 자동으로 제어하는 ​​데 사용됩니다. 자동 단계별 수집기와 순환 펌프 시스템을 사용하여 추출물을 자동으로 샘플링하여 추출 프로세스 매개 변수를 모니터링하고 추출 효율성을 보장합니다.

2 장비 시스템의 구성 및 작동 원리

본 논문의 추출 장비 시스템은 주로 초항온 수조, 식물 추출 탱크, 초음파 세포 분쇄기, 전기 교반기, 자동 부분 수집기 및 기타 구성 요소를 포함합니다.

장비 시스템은 식물 추출을 위해 초음파 추출 기술을 사용합니다. 작동 원리는 초음파의 캐비테이션 현상, 기계적 작용 및 열 효과를 사용하여 추출물의 유효 성분을 용매로 신속하게 방출하여 신속한 추출 목적을 달성하는 것입니다. 초음파 파쇄의 효율은 소리 주파수, 소리 에너지, 처리 시간, 세포 농도 및 세포 유형에 따라 달라집니다.

장비 시스템의 작업 과정에서 초항온 수조를 사용하여 필요한 추출 온도를 가열하고 정확하게 제어합니다. 예열된 수조는 추출 탱크의 재킷에 도입되고 순환 수조에 의해 재료가 빠르게 가열되고 자동으로 제어됩니다. 수조 온도는 제어 가능한 범위가 넓기 때문에 천연물의 저온 추출에 더 적합합니다. 재킷형 스테인레스 스틸 추출 탱크 설계가 채택되었으며 재료는 재킷형 수조에 의해 가열되므로 재료의 균일한 가열에 도움이 되고 국부적 코킹을 방지합니다. 탱크 상단에 초음파 프로브를 추가하고 초음파 추출을 위해 초음파 세포 분쇄기를 사용하면 식물의 활성 성분의 추출 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 동시에 추출 탱크에 전기 교반기를 추가하여 추출 탱크의 재료를 지속적으로 교반하고 회전시켜 추출 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 자동 부분 수집기를 사용하여 시분할 샘플링을 설정하고, 식물의 활성 성분을 분석하고, 추출 효과를 모니터링하고, 추출 과정을 실시간으로 제어할 수 있습니다.

3 식물 추출 장비 시스템의 특징

1) 이 장비 시스템은 외부 수조 순환 가열, 초음파 분쇄 및 전기 교반 장치를 결합한 추출 탱크 설계를 채택합니다. 높은 열효율, 낮은 에너지 소비, 우수한 추출 품질 및 높은 추출 속도의 장점을 가지고 있습니다. 추출, 압착, 추출 및 환류 추출과 같은 전통적인 추출 방법의 낮은 추출 효율, 긴 추출 시간, 낮은 수율 및 높은 에너지 소비 문제를 해결합니다.

2) 현재 시중에 판매되고 있는 소형 초음파 추출 장비는 대당 최저 가격이 50,000위안으로 일반적으로 고가이다. 또한 모두 공기욕을 사용하여 재료를 가열하므로 안정성을 보장할 수 없습니다. 또는 추출탱크의 크기와 용량(40L 이상)이 크기 때문에 공간을 많이 차지하고 재료를 많이 사용하므로 실험실용으로는 적합하지 않습니다. 이 추출 장비 시스템의 추출 탱크는 크기가 작고 구조가 간단하며 작동이 쉽습니다. 저렴한 가격과 좋은 품질의 장점을 반영하여 실험 교육 및 과학 연구 실험에 더 적합합니다.

3) 원래의 초항온 수조, 초음파 세포 분쇄기, 자동 스텝 수집기 및 연동 펌프 및 기타 장비 자원을 활용하고 폐 전기 교반기와 같은 일부 부속품을 사용하여 처리, 변형, 결합 및 매칭 후 이 추출 장비 시스템을 설계하고 제조합니다. 이는 설계의 목적과 요구 사항을 달성할 뿐만 아니라 폐기물 장비의 유효 가치를 최대한 활용하고 실험 자금을 절약하며 투자를 늘립니다.

결론

초음파 보조 기술이 결합된 외부 가열 순환 시스템을 사용하여 천연물의 유효성분 추출에 적합한 실험 장비를 설계 및 제작하여 열효율 향상, 추출 속도 가속화 및 추출 속도 증가라는 목표를 달성합니다. 이는 실제로 차의 폴리페놀 추출 실험에 적용되어 좋은 결과를 얻었으며 확실한 실용적인 가치를 가지고 있습니다. 이 장비 시스템은 식물에서 다당류, 폴리페놀, 플라보노이드를 추출하는 데 폭넓은 응용 가능성을 가질 것으로 기대됩니다.