Technologia tła
Polisacharydy z wodorostów są rodzajem mieszaniny wieloskładnikowej. Skład i aktywność polisacharydów otrzymywanych z różnych wodorostów różnymi metodami ekstrakcji znacznie się różnią. Polisacharydy z wodorostów to polarne związki wielkocząsteczkowe, które zawierają dużą liczbę grup hydroksylowych i są łatwo rozpuszczalne w wodzie. Obecnie ekstrakcja surowych polisacharydów z wodorostów w kraju i za granicą przyjmuje głównie metodę ekstrakcji rozcieńczonymi alkaliami, rozcieńczonymi kwasami i gorącą wodą. Jego zaletami są prosty proces, wygodna obsługa i niski koszt, ale ma również wady, takie jak niska szybkość ekstrakcji, duża utrata aktywności oraz trudności w filtracji i oczyszczaniu, co znacznie ogranicza przemysłową produkcję polisacharydów z wodorostów na dużą skalę.
Tradycyjne metody ekstrakcji polisacharydów z wodorostów obejmują głównie ekstrakcję kwasem, ekstrakcję zasadami, ekstrakcję enzymami itp. Ekstrakcję kwasem stosuje się do ekstrakcji polisacharydów rozpuszczalnych w rozcieńczonym wodnym roztworze kwasu, a niższa wartość pH pozwala uniknąć rozpuszczenia alginianu; ekstrakcję alkaliczną często stosuje się do ekstrakcji rozpuszczalnych w zasadach polisacharydów i alginianu sodu; Warunki ekstrakcji enzymów są łagodne i mogą skutecznie zachować naturalność polisacharydów z wodorostów. Jednakże wszystkie powyższe metody ekstrakcji mają pewne wady: metoda ekstrakcji kwasowej łatwo powoduje hydrolizę polisacharydu, metoda ekstrakcji alkalicznej łatwo powoduje zmniejszenie aktywności biologicznej polisacharydu, metoda ekstrakcji enzymatycznej jest czasochłonna, produkcja przemysłowa wymaga dużej ilości enzymu, a koszt jest wysoki.
Chiński patent CN102850410A ujawnia sposób ekstrakcji polisacharydów z wodorostów z odpadowych drożdży piwnych, co należy do kategorii biotechnologii. W metodzie tej wykorzystuje się odpadowe drożdże piwne jako surowiec do przygotowania polisacharydów z wodorostów. Główny proces polega na wstępnej obróbce odpadowych drożdży piwnych w celu usunięcia zanieczyszczeń, a następnie wysuszeniu i inaktywacji enzymu, a następnie zastosowaniu ekstrakcji Soxhleta w celu uzyskania ekstraktu polisacharydów z wodorostów, a następnie odbarwieniu węglem aktywnym, wytrąceniu i odbiałczeniu solami metali alkalicznych, usunięciu zanieczyszczeń za pomocą wymiany jonowej, zatężeniu oraz krystalizacji i wysuszeniu w celu uzyskania polisacharydów z wodorostów. Czystość sięga ponad 98,5%, co może być stosowane w medycynie, kosmetyce i żywności. Niniejszy wynalazek charakteryzuje się wysokim wykorzystaniem surowców, niskim kosztem, prostym procesem, łatwym sposobem, bezpieczną obsługą i wysoką czystością produktu oraz jest łatwy do uprzemysłowienia. Jednak czas potrzebny na cały proces jest nadal stosunkowo długi, a zdarzają się wady, które są czasochłonne i pracochłonne.
Treść wynalazku
Aby przezwyciężyć niedociągnięcia stanu techniki, niniejszy wynalazek zapewnia urządzenie i sposób ekstrakcji polisacharydów z wodorostów wspomaganej ultradźwiękami.
Urządzenie do ekstrakcji ultradźwiękowej polisacharydów z wodorostów, urządzenie składające się z reaktora ekstrakcyjnego, generatora ultradźwiękowego i urządzenia do kontroli temperatury, reaktor ekstrakcyjny jest wyposażony w rurę ekstrakcyjną do umieszczania ekstraktu, ściana rurki ekstrakcyjnej jest wyposażona w wiele otworów przelotowych, liczba generatorów ultradźwiękowych jest większa niż jeden, każdy generator ultradźwiękowy jest podłączony do wewnętrznej wnęki reaktora ekstrakcyjnego poprzez odpowiednią sondę ultradźwiękową, sonda ultradźwiękowa jest równomiernie rozmieszczone w reaktorze ekstrakcyjnym i na zewnątrz rury ekstrakcyjnej; urządzenie do kontroli temperatury zawiera regulator temperatury, sondę do pomiaru temperatury i rurkę grzejną, przy czym sonda do pomiaru temperatury i rura grzejna są odpowiednio połączone z regulatorem temperatury, sonda do pomiaru temperatury i rura grzejna są umieszczone w rurze ekstrakcyjnej; dno wewnętrznej wnęki reaktora ekstrakcyjnego jest połączone z pompą.
Konstrukcja otworu przelotowego według niniejszego wynalazku umożliwia ciecz ekstrakcyjną nie tylko infiltrację cieczy ekstrakcyjnej w celu osiągnięcia skutecznej ekstrakcji, ale także zapobiega mieszaniu się pozostałości cieczy ekstrakcyjnej z cieczą ekstrakcyjną, co jest wygodne dla następnego etapu przetwarzania. Ponadto pomaga cieczy w rurze ekstrakcyjnej i cieczy w reaktorze ekstrakcyjnym zrealizować naprzemienną cyrkulację. Kiedy stężenie cieczy w rurze ekstrakcyjnej jest wysokie, zaczyna ona wpływać do reaktora ekstrakcyjnego na zewnątrz rury ekstrakcyjnej. Jednocześnie ciecz w reaktorze ekstrakcyjnym na zewnątrz rury ekstrakcyjnej wchodzi do rury ekstrakcyjnej, unikając wpływu wysokiej lepkości na wydajność ekstrakcji. Po zakończeniu ekstrakcji ekstrakt można wypompować za pomocą pompy podłączonej do dolnej części wewnętrznej wnęki reaktora ekstrakcyjnego, co bardziej sprzyja automatyzacji.
W niniejszym wynalazku więcej niż jedna sonda ultradźwiękowa jest równomiernie rozmieszczona w reaktorze ekstrakcyjnym, dzięki czemu działanie ultradźwiękowe jest równomierne, a efekt ekstrakcji jest lepszy. Sonda do pomiaru temperatury i rura grzewcza są umieszczone w rurze ekstrakcyjnej, co może skuteczniej kontrolować temperaturę.
Korzystnie, urządzenie zawiera również urządzenie mieszające, urządzenie mieszające zawiera mieszadło i łopatkę mieszającą, łopatka mieszająca jest połączona z mieszadłem, a łopatka mieszająca wystaje ze szczytu reaktora ekstrakcyjnego i jest umieszczona w rurze ekstrakcyjnej. Dalsza poprawa wydajności ekstrakcji.
Korzystnie, górny koniec i dolny koniec rury ekstrakcyjnej są odpowiednio oddzielone od górnego i dolnego końca reaktora ekstrakcyjnego. Dzięki temu energia ultradźwiękowa ekstraktu poddawanego obróbce może przebiegać równomiernie i płynnie, a wydajność ekstrakcji jest poprawiona.
Korzystnie rura ekstrakcyjna jest umieszczona koncentrycznie w reaktorze ekstrakcyjnym.
Sposób ekstrakcji polisacharydów z wodorostów za pomocą ultradźwięków obejmuje następujące etapy:
(1) rozdrobnienie wodorostów, hijiki lub wakame, przepuszczenie przez sito o oczkach 60 i umieszczenie wodorostów w papierowym worku filtracyjnym lub gazie w celu uzyskania ekstraktu;
(2) umieszczenie ekstraktu w probówce ekstrakcyjnej, dodanie pewnej objętości wody do reaktora ekstrakcyjnego i ekstrahowanie przez kruszenie ultradźwiękowe przez pewien okres czasu w celu uzyskania ekstraktu; przy czym różne warunki w reaktorze ekstrakcyjnym są odpowiednio kontrolowane w następujący sposób: stosunek masy materiału do cieczy wynoszący 1:32-46, częstotliwość ultradźwiękowa 20-100 kHz, moc ultradźwiękowa 120-200 W, temperatura ekstrakcji 25-55°C i czas ekstrakcji 22-28 min;
(3) ekstrakt dalej odwirowuje się, zatęża, wytrąca etanolem i filtruje w celu otrzymania surowych polisacharydów z wodorostów;
(4) oczyszczanie surowych polisacharydów z wodorostów metodą chromatografii kolumnowej z celulozą DEAE i na koniec suszenie rozpyłowe lub liofilizacja w celu otrzymania czystych polisacharydów z wodorostów.
Korzystnie, w etapie (2), stosunek masy materiału do cieczy wynosi 1:35-38, częstotliwość ultradźwiękowa wynosi 35-60 kHz, moc ultradźwiękowa wynosi 145-167 W, temperatura ekstrakcji wynosi 30-40°C, a czas ekstrakcji wynosi 23-26 min.
Korzystnie w etapie (3) ekstrakt po odwirowaniu zatęża się do 1/5-1/7 pierwotnej objętości, a stosunek objętości koncentratu do etanolu wynosi 1:3,2-3,7.
Korzystnie w etapie (4) eluentem jest bufor NaH2PO4-NaHPO4 o pH 7,2, 0,01 mol/l.
Etap (2) niniejszego wynalazku można przeprowadzić wielokrotnie, ekstrahując więcej niż 2 razy, w zależności od rzeczywistych warunków. Gdy w etapie (4) do oczyszczania stosuje się chromatografię kolumnową z celulozą DEAE, szybkość elucji można dostosować do rzeczywistych warunków.
Niniejszy wynalazek nadaje się do produkcji przemysłowej, a jego produkcja na większą skalę może nadal utrzymywać dobry efekt ekstrakcji, co nie tylko obniża temperaturę ekstrakcji i poprawia szybkość ekstrakcji, ale także znacznie skraca czas ekstrakcji.
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami wykorzystuje kawitację, efekty mechaniczne i termiczne generowane przez oscylacje ultradźwięków o wysokiej częstotliwości, aby utworzyć lokalne środowisko o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu wewnątrz obiektu, powodując deformację i pękanie tkanek komórek roślinnych i zwierzęcych oraz sprzyjając rozpuszczaniu skutecznych składników w komórkach. Ma zalety mniejszej utraty składników aktywnych i wysokiej wydajności ekstrakcji.
Kiedy na obiekt działa ultradźwięki o tej samej energii, ale o różnych częstotliwościach, wyniki mogą być różne. Oczywiście wyniki ultradźwięków o tej samej częstotliwości, ale różnych mocach, czyli różnych energiach, również są różne.
Polisacharydy z wodorostów wyekstrahowane sposobem według niniejszego wynalazku można przekształcić w napoje, płyny doustne, kapsułki i inne produkty.
Sposób według niniejszego wynalazku jest prosty i łatwy w obsłudze. Polisacharydy z wodorostów ekstrahowane sposobem według niniejszego wynalazku są krótkotrwałe i mają wysoką czystość, która może osiągnąć ponad 98%; może nie tylko obniżyć koszty, zmniejszyć zużycie energii i ułatwić automatyzację, ale także poprawić wydajność ekstrakcji.
