Streszczenie Badano proces ekstrakcji oleju z wodorostów metodą ultradźwiękową. Omówiono wpływ dawki rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, temperatury ekstrakcji, czasu ekstrakcji, trybu działania ultradźwięków, mocy i częstotliwości ultradźwięków na ekstrakcję ultradźwiękową oleju z wodorostów (wskaźnik EPA). Zoptymalizowano odpowiednie warunki procesu, aby zapewnić teoretyczne podstawy produkcji przemysłowej oraz promocji i zastosowania technologii ulepszania ultradźwiękowego.
Wodorosty morskie to mikrofitoplankton morski spełniający wiele ważnych funkcji farmakologicznych i posiadający szerokie perspektywy rozwoju w dziedzinie żywności i medycyny. Zawarty w nim olej z wodorostów, wielonienasycone kwasy tłuszczowe, jest nie tylko ważnym składnikiem wyższych komórek zwierzęcych, ale ma także szczególne działanie zapobiegawcze i lecznicze w przypadku chorób układu krążenia. Ma działanie przeciwmiażdżycowe, obniżające poziom lipidów we krwi, hamujące agregację płytek krwi, obniżające ciśnienie krwi, przeciwzapalne, regulujące funkcje odpornościowe, przeciwalergiczne, przeciwnowotworowe i przeciwnowotworowe, wśród których szczególnie widoczne są kwasy eikozapentaenowy (EPA) i kwas dokozaheksaenowy (DHA).
Obecnie proces ekstrakcji oleju z wodorostów za pomocą technologii ulepszania ultradźwiękowego cieszy się dużym zainteresowaniem i badaniami. Fala ultradźwiękowa to fala dźwiękowa o częstotliwości 2×10⁴～2×10°Hz, która ma efekt termiczny, efekt mechaniczny i efekt kawitacji. Fala ultradźwiękowa może usprawnić proces ekstrakcji rozpuszczalnikiem, skrócić czas ekstrakcji, zmniejszyć pojemność rozpuszczalnika i poprawić szybkość ekstrakcji. Jest to nowa technologia posiadająca potencjał rozwojowy polegająca na wzmocnieniu wydobycia poprzez wykorzystanie zewnętrznego pola siłowego (4). W artykule zbadano proces wzmocnionej ultradźwiękowo ekstrakcji oleju z wodorostów w celu promowania postępu procesu ekstrakcji oleju z wodorostów i rozwoju technologii ulepszonej ultradźwiękowo.
1 Część eksperymentalna
1.1 Materiały i instrumenty
Chlorella sp.: zakupiona w Instytucie Biologii Morskiej, n-heksan: Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd.
Przetwornik ultradźwiękowy PTS-300: Guangzhou Dongfang Ultrasonic Equipment Factory, elektryczna łaźnia wodna o stałej temperaturze HSG-IIB-6: Shanghai Instrument Supply and Marketing Company, wyparka obrotowa: Shanghai Glass Instrument Factory, suszarka próżniowa DZ-80: Shanghai Nanhui Laogang Tool Factory, chromatograf gazowy GC-112: Shanghai Analytical Instrument Factory. 1.2 Przebieg procesu
Przebieg procesu ekstrakcji oleju z alg jest następujący:
Odzyskiwanie pozostałości rozpuszczalnika na filtrze rozpuszczalnika
↓ ↑
Wodorosty → ekstrakcja ultradźwiękowa → filtracja → zatężanie → suszenie → olej z wodorostów → wykrywanie zawartości EPA
1.3 Oznaczanie EPA
Do oznaczeń wykorzystano chromatograf gazowy GC-112. Parametry były następujące: kolumna chromatograficzna (HP-WAX, 30m×0,25m×0,25µm), temperatura kolumny 195℃, temperatura detekcji 250℃, nośnik czysty azot i natężenie przepływu 37 mL/min. Zawartość EPA obliczono metodą normalizacyjną.
2 Wyniki i dyskusja
2.1 Zależność pomiędzy szybkością ekstrakcji oleju z wodorostów a temperaturą ekstrakcji
Przy stałej ilości surowców stosunek materiał:ciecz wynosił 1:1, a ekstrakcję prowadzono w warunkach ultradźwiękowych o częstotliwości 25 kHz i mocy 300 W przez 20 min. Na potrzeby eksperymentu zmieniono temperaturę ekstrakcji, a wyniki przedstawiono na rysunku 1. Jak widać na rysunku, wraz ze wzrostem temperatury ekstrakcji wzrastała również szybkość ekstrakcji oleju z wodorostów, natomiast gdy temperatura przekraczała 50℃, szybkość ekstrakcji w zasadzie nie wzrastała.
2.2 Zależność pomiędzy szybkością ekstrakcji oleju z wodorostów a dawką rozpuszczalnika (stosunek materiał-ciecz)
W warunkach ultradźwiękowych (50℃) i 25 kHz, 300 W zmieniono dawkę rozpuszczalnika (materiał: ciecz) na potrzeby eksperymentów, a wyniki przedstawiono na rysunku 2. Krzywa 1 jest pod działaniem ultradźwięków; Krzywa 2 jest pozbawiona działania ultradźwiękowego. Z rysunku widać, że zastosowanie ekstrakcji wzmocnionej ultradźwiękowo może znacznie poprawić stopień wykorzystania rozpuszczalnika, zmniejszając w ten sposób ilość rozpuszczalnika; szybkość ekstrakcji oleju z wodorostów wzrasta wraz ze wzrostem dawki rozpuszczalnika. Gdy dawka rozpuszczalnika osiągnie 3-krotność ilości surowca (materiał: ciecz = 1:3), szybkość ekstrakcji rośnie powoli, a zwiększanie ilości rozpuszczalnika n-heksanu nie ma oczywistego znaczenia.
2.3 Zależność pomiędzy szybkością ekstrakcji oleju z wodorostów a czasem ekstrakcji
Poniżej (50℃) i 25 kHz, 300 W, w eksperymentach zastosowano różne czasy ekstrakcji, a wyniki pokazano na rysunku 3. Krzywa 1 jest pod działaniem ultradźwięków; Krzywa 2 jest pozbawiona działania ultradźwiękowego. Szybkość ekstrakcji pod działaniem ultradźwięków jest wyższa niż bez działania ultradźwiękowego, a czas ekstrakcji jest znacznie skrócony. Gdy czas zostanie wydłużony do 40 minut, szybkość ekstrakcji wzrasta powoli.
2.4 Wpływ trybu działania ultradźwiękowego na szybkość ekstrakcji oleju z wodorostów
Gdy inne warunki są stałe (50℃, materiał: ciecz = 1:3, 20 min, 25 kHz300 W), zmienia się tryb działania ultradźwiękowego: działanie ciągłe, najpierw zatrzymanie, potem akcja, najpierw akcja, potem zatrzymanie, działanie impulsowe i przeprowadza się eksperyment. Wyniki przedstawiono na rysunku 4. Jak widać na rysunku, najbardziej odpowiednie jest działanie ciągłe.
2.5 Wpływ mocy i częstotliwości ultradźwiękowej na szybkość ekstrakcji oleju z wodorostów
Gdy inne warunki są stałe (50℃, materiał: ciecz = 1:3, 20 min, ciągłe działanie ultradźwiękowe), zmienia się warunki ultradźwiękowe: 25 kHz 300 W, 40 kHz 100 W, 40 kHz50W, 19 kHz50W i przeprowadza się doświadczenie. Wyniki przedstawiono na rysunku 5. Jak widać z rysunku, najbardziej odpowiednia jest moc 25 kHz i moc 300 W.
3 Wniosek
3.1 Eksperyment pokazuje, że w przypadku stosowania n-heksanu do usprawnienia ekstrakcji ultradźwiękowej oleju z wodorostów, ilość rozpuszczalnika ekstrakcyjnego i temperatura ekstrakcji mają znaczący wpływ na wydajność ekstraktu olejku z wodorostów. Zgodnie z wynikami eksperymentów dawka rozpuszczalnika wynosi 1:3 (materiał: ciecz), a temperatura wynosi 50℃. Czas ekstrakcji korzystnie wynosi 40 minut.
3.2 Tryb działania ultradźwiękowego, moc ultradźwiękowa i częstotliwość mają znaczący wpływ na szybkość ekstrakcji oleju z wodorostów. Zgodnie z wynikami eksperymentów odpowiednie jest działanie ciągłe, 25 kHz i 300 W.
3.3 Porównanie eksperymentalne pokazuje, że zastosowanie ultradźwięków w celu usprawnienia procesu ekstrakcji rozpuszczalnikiem może skrócić czas ekstrakcji, poprawić stopień wykorzystania rozpuszczalnika, zmniejszyć ilość rozpuszczalnika i poprawić szybkość ekstrakcji. Ultradźwięki są nową technologią o potencjale rozwojowym, wykorzystującą siłę zewnętrzną w celu usprawnienia ekstrakcji i zaleca się promowanie jej stosowania.
