Tehnologia de fundal
Polizaharidele de alge marine sunt un tip de amestec cu mai multe componente. Compoziția și activitatea polizaharidelor obținute din diferite alge marine prin diferite metode de extracție variază foarte mult. Polizaharidele de alge marine sunt compuși macromoleculari polari care conțin un număr mare de grupări hidroxil și sunt ușor solubili în apă. În prezent, extracția polizaharidelor brute de alge marine în țară și în străinătate adoptă în principal metoda de extracție alcaline diluate, acid diluat și extracție cu apă fierbinte. Avantajele sale sunt un proces simplu, funcționare convenabilă și costuri reduse, dar are și dezavantaje precum rata scăzută de extracție, pierderea mare a activității și dificultatea de filtrare și purificare, ceea ce limitează foarte mult producția industrială pe scară largă a polizaharidelor de alge marine.
Metodele tradiționale de extracție a polizaharidelor de alge marine sunt în principal extracția acidă, extracția alcaline, extracția cu enzime etc. Extracția acidă este utilizată pentru a extrage polizaharidele solubile în soluție apoasă acidă diluată, iar o valoare mai mică a pH-ului poate evita dizolvarea alginatului; extracția cu alcalii este adesea folosită pentru a extrage polizaharidele solubile în alcali și alginatul de sodiu; condițiile de extracție a enzimelor sunt blânde și pot menține în mod eficient naturalețea polizaharidelor de alge marine. Cu toate acestea, toate metodele de extracție de mai sus au anumite defecte: metoda de extracție cu acid provoacă cu ușurință hidroliza polizaharidelor, metoda de extracție alcalină provoacă cu ușurință scăderea activității biologice a polizaharidelor, metoda de extracție a enzimelor necesită timp, producția industrială necesită o cantitate mare de enzime, iar costul este ridicat.
Brevetul chinez CN102850410A dezvăluie o metodă pentru extragerea polizaharidelor de alge marine din drojdia de bere reziduală, care aparține categoriei de biotehnologie. Această metodă folosește drojdia de bere reziduală ca materie primă pentru prepararea polizaharidelor de alge marine. Procesul principal este de a pretrata drojdia de bere reziduală pentru a îndepărta impuritățile și apoi de a usca și de a inactiva enzima, apoi de a utiliza extracția Soxhlet pentru a obține extract de polizaharidă de alge marine și de a decolora în continuare cu cărbune activ, a precipita și a deproteiniza cu săruri de metale alcaline, a îndepărta impuritățile cu schimb de ioni, a se concentra și a cristaliza și a se usucă pentru a obține polizaharide. Puritatea ajunge la peste 98,5%, ceea ce poate fi folosit în domeniile medicinei, cosmeticelor și alimentației. Prezenta invenție are caracteristicile unei utilizări ridicate a materiei prime, costuri reduse, proces simplu, metodă ușoară, funcționare sigură și puritate ridicată a produsului și este ușor de industrializat. Cu toate acestea, timpul necesar pentru întregul proces este încă relativ lung și există defecte precum consumatoare de timp și de muncă.
Conținutul invenției
Pentru a depăși neajunsurile din stadiul tehnicii, prezenta invenție furnizează un dispozitiv și o metodă pentru extracția asistată cu ultrasunete a polizaharidelor de alge marine.
Dispozitiv pentru extracția asistată cu ultrasunete a polizaharidelor de alge marine, dispozitivul cuprinzând un reactor de extracție, un generator de ultrasunete și un dispozitiv de control al temperaturii, reactorul de extracție este prevăzut cu un tub de extracție pentru plasarea extractului, peretele tubului tubului de extracție este prevăzut cu o multitudine de găuri de trecere, numărul generatorului cu ultrasunete este mai mare de unul, fiecare generator de ultrasunete este conectat prin cavitatea cu ultrasunete prin cavitatea de extracție. sonda ultrasonică, sonda ultrasonică este dispusă uniform în reactorul de extracție și în afara tubului de extracție; dispozitivul de control al temperaturii cuprinde un regulator de temperatură, o sondă de detectare a temperaturii și un tub de încălzire, sonda de detectare a temperaturii și respectiv tubul de încălzire sunt conectate la regulatorul de temperatură, sonda de detectare a temperaturii și tubul de încălzire sunt dispuse în tubul de extracție; fundul cavității interioare a reactorului de extracție este conectat la o pompă.
Designul găurii de trecere conform prezentei invenții permite lichidului de extracție nu numai să se infiltreze în lichidul de extracție pentru a obține o extracție eficientă, ci și să prevină amestecarea resturilor lichidului de extracție în lichidul de extracție, ceea ce este convenabil pentru următoarea etapă de procesare. În plus, ajută lichidul din tubul de extracție și lichidul din reactorul de extracție să realizeze alternanța de circulație. Când concentrația lichidului din tubul de extracție este mare, acesta începe să curgă în reactorul de extracție în afara tubului de extracție. În același timp, lichidul din reactorul de extracție din afara tubului de extracție intră în tubul de extracție, evitând influența vâscozității mari asupra eficienței extracției. După finalizarea extracției, extractul poate fi pompat de o pompă conectată la partea inferioară a cavității interioare a reactorului de extracție, ceea ce este mai propice automatizării.
În prezenta invenție, mai mult de o sondă ultrasonică este dispusă uniform în reactorul de extracție, astfel încât acțiunea ultrasonică este uniformă și efectul de extracție este mai bun. Sonda de detectare a temperaturii și tubul de încălzire sunt aranjate în tubul de extracție, care poate controla mai eficient temperatura.
De preferință, dispozitivul include de asemenea un dispozitiv de agitare, dispozitivul de agitare include un agitator și o paletă de agitare, paleta de agitare este conectată la agitator, iar paleta de agitare se extinde din partea superioară a reactorului de extracție și este situată în tubul de extracție. Îmbunătățiți în continuare eficiența extracției.
De preferinţă, capătul superior şi capătul inferior al tubului de extracţie sunt separate de capătul superior şi respectiv capătul inferior al reactorului de extracţie. Astfel încât energia ultrasonică a extractului de tratat să poată fi efectuată uniform și fără probleme, iar eficiența extracției este îmbunătățită.
De preferinţă, tubul de extracţie este amplasat concentric în reactorul de extracţie.
O metodă de extracție asistată cu ultrasunete a polizaharidelor de alge marine cuprinde următoarele etape:
(1) zdrobirea varecul, hijiki sau wakame, trecerea printr-o sită cu ochiuri de 60 de ochiuri și introducerea varecul într-o pungă de hârtie de filtru sau tifon pentru a obține un extract;
(2) introducerea extractului într-un tub de extracție, adăugarea unui anumit volum de apă într-un reactor de extracție și extragerea prin zdrobire ultrasonică pentru o perioadă de timp pentru a obține un extract; în care diferitele condiții din reactorul de extracție sunt, respectiv, controlate după cum urmează: un raport material-masă lichid de 1:32-46, o frecvență ultrasonică de 20-100 kHz, o putere ultrasonică de 120-200 W, o temperatură de extracție de 25-55°C și un timp de extracție de 22-28 min;
(3) extractul este în continuare centrifugat, concentrat, precipitat cu etanol și filtrat pentru a obține polizaharide brute de alge marine;
(4) purificarea polizaharidelor brute de alge marine prin cromatografie pe coloană de celuloză DEAE și, în final, uscare prin pulverizare sau liofilizare pentru a obține polizaharide pure de alge marine.
De preferință, în pasul (2), raportul material-masă lichid este de 1:35-38, frecvența ultrasonică este de 35-60kHz, puterea ultrasonică este de 145-167W, temperatura de extracție este de 30-40°C și timpul de extracție este de 23-26min.
De preferinţă, în etapa (3), extractul după centrifugare este concentrat la 1/5-1/7 din volumul iniţial, iar raportul de volum al concentratului la etanol este 1:3,2-3,7.
De preferinţă, în etapa (4), eluentul este un tampon cu pH 7,2, 0,01 mol/L NaH2PO4-NaHP04.
Etapa (2) din prezenta invenţie poate fi extrasă în mod repetat de mai mult de 2 ori conform condiţiilor reale. Când cromatografia pe coloană cu DEAE celuloză este utilizată pentru purificare în etapa (4), rata de eluare poate fi ajustată în funcție de condițiile reale.
Prezenta invenție este potrivită pentru producția industrială, iar producția sa extinsă poate menține în continuare un efect de extracție bun, care nu numai că reduce temperatura de extracție și îmbunătățește rata de extracție, dar și scurtează foarte mult timpul de extracție.
Extracția asistată cu ultrasunete utilizează cavitația, efectele mecanice și termice generate de oscilația de înaltă frecvență a ultrasunetelor pentru a forma un mediu local de temperatură ridicată și presiune înaltă în interiorul obiectului, provocând deformarea și ruperea țesuturilor celulare vegetale și animale și promovând dizolvarea ingredientelor eficiente în celule. Are avantajele unei pierderi mai mici de ingrediente active și o eficiență ridicată de extracție.
Când un obiect este acționat de ultrasunete cu aceeași energie, dar cu frecvențe diferite, rezultatele pot fi diferite. Desigur, rezultatele ultrasunetelor cu aceeași frecvență, dar cu puteri diferite, adică energii diferite, sunt și ele diferite.
Polizaharidele de alge marine extrase prin prezenta invenție pot fi dezvoltate în băuturi, lichide orale, capsule și alte produse.
Metoda prezentei invenţii este simplă şi uşor de utilizat. Polizaharidele de alge marine extrase prin metoda prezentei invenţii sunt scurte în timp şi cu puritate ridicată, care pot ajunge la peste 98%; nu numai că poate economisi costuri, reduce consumul de energie și poate facilita automatizarea, dar poate și îmbunătăți eficiența extracției.
