簡介
超聲波萃取利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化應(yīng)效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高的加速度、乳化、擴(kuò)散、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng),增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度,增加溶劑穿透力,從而加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑,促進(jìn)提取的進(jìn)行。
原理
超聲波是一種彈性機(jī)械振動(dòng)波,與電磁波本質(zhì)上不同。因?yàn)殡姶挪ㄔ谡婵罩袀鞑?,而超聲波必須在介質(zhì)中傳播,穿過介質(zhì)時(shí),形成膨脹和壓縮的全過程。
在液體中,膨脹過程形成負(fù)壓。如果超聲波能量足夠強(qiáng),膨脹過程會(huì)在液體中生成氣泡或?qū)⒁后w撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間閉合,閉合時(shí)產(chǎn)生高達(dá)3000mpa 的瞬間壓力,稱為空化作用,整個(gè)過程在400μs 內(nèi)完成。
空化作用細(xì)化物質(zhì)以及制造乳液,加速目標(biāo)成分進(jìn)入溶劑,提高提取率。除空化作用外,超聲波的許多次級(jí)效應(yīng)也都利于目標(biāo)成分的轉(zhuǎn)移和提取。
成穴現(xiàn)象的重要意義在于氣泡破裂時(shí)發(fā)生的反應(yīng)。一些點(diǎn)位,氣泡不再吸收超聲波能量,而產(chǎn)生內(nèi)爆。氣泡或空穴里的氣體和蒸汽快速絕熱壓縮,產(chǎn)生的溫度和壓力 。
氣泡體積相對液體總體積來說極微,因此產(chǎn)生的熱量瞬間散失,對環(huán)境條件不會(huì)產(chǎn)生明顯影響,空穴泡破裂后的冷卻速度估計(jì)約為10℃/s 。
超聲空穴提供能量和物質(zhì)間的相互作用,產(chǎn)生的高溫高壓能導(dǎo)致游離基和其它組份的形成。
純液體中,空穴破裂時(shí),由于周圍條件相同,因此總保持球形;然而緊靠固體邊界處,空穴的破裂是非均勻的,產(chǎn)生高速液體噴流,使膨脹氣泡的勢能轉(zhuǎn)化成液體噴流的動(dòng)能,在氣泡中運(yùn)動(dòng)并穿透氣泡壁。
噴射流在固體表面的沖擊力非常強(qiáng),能對沖擊區(qū)造成極大的破壞,從而產(chǎn)生高活性的新鮮表面。破裂氣泡形變在表面上產(chǎn)生的沖擊力比氣泡諧振產(chǎn)生的沖擊力要大數(shù)倍。
超聲波的上述效應(yīng),從不同類型的樣品中提取各種目標(biāo)成份是非常有效的。
施加超聲波,在有機(jī)溶劑和固體基質(zhì)接觸面上產(chǎn)生的高溫、高壓,加之超聲波分解產(chǎn)生的游離基的氧化能等,從而提供了高的萃取能。
特點(diǎn)
1.同常規(guī)萃取方法相比,超聲波萃取技術(shù)萃取效率高、萃取時(shí)間短;
2.超聲波萃取不容易受使用溶劑的限制,允許添加共萃取劑,以進(jìn)一步增大液相的極性,提高萃取效率;
3.與超臨界co2萃取和超高壓萃取相比,超聲波萃取設(shè)備簡單,萃取成本低;
4.大多數(shù)情況下超聲波萃取操作步驟少,萃取過程簡單,不易對萃取物造成污染,萃取溫度較低,適合熱敏目標(biāo)成分的萃取。
優(yōu)點(diǎn)
超聲波萃取和常規(guī)萃取技術(shù)相比,超聲波輔助萃取快速、價(jià)廉、高效。
超聲波萃取與水煮、醇沉工藝相比,超聲波萃取具有如下突出特點(diǎn):
1.無需高溫;
2.常壓萃取,安全性好,操作簡單易行,維護(hù)保養(yǎng)方便;
3.萃取效率高;
4.具有廣譜性。適用性廣,絕大多數(shù)的中藥材各類成份均可超聲萃??;
5.超聲波萃取對溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)關(guān)系小;
6.減少能耗;
7.藥材原料處理量大,成倍或數(shù)倍提高,且雜質(zhì)少,有效成分易于分離、凈化;
8.萃取工藝成本低,綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。
在蛋白質(zhì)提取中的應(yīng)用
超聲波提取蛋白質(zhì)方面也有顯著效果,如用常規(guī)攪拌法從處理過的脫脂大豆料胚中提取大豆蛋白質(zhì),很少能達(dá)到蛋白質(zhì)總含量的30%,又很難提取出熱不穩(wěn)定的7s蛋白成分,但用超聲波既能將上述料胚在水中將其蛋白質(zhì)粉碎,也可將80%的蛋白質(zhì)液化,還可提取熱不穩(wěn)定的7s蛋白成分。梁漢華等通過對不同濃度大豆?jié){體、磨前經(jīng)熱處理大豆?jié){體及其分離出的豆渣進(jìn)行超聲波處理等一系列試驗(yàn)。結(jié)果表明,經(jīng)超聲波處理過的大豆?jié){體,與不經(jīng)處理的比較,其豆奶中蛋白質(zhì)含量均有顯著的提高,提高的幅度在12%~20%,這說明超聲波處理確實(shí)有提高蛋白質(zhì)萃取率的作用。超聲波處理還可提高漿體的分離溫度,降低漿體粘度,可用于直接生產(chǎn)高濃度(高蛋白)的豆奶產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:萃取設(shè)備
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