多级连续动态逆流超声提取工艺研究

2014-12-02刘思成王海蓉徐永超

黑龙江科学 2014年12期

刘思成，王海蓉，徐永超

（1.黑龙江省计算中心，哈尔滨150028；2.哈尔滨申宜科技有限公司，哈尔滨150028）

天然成分提取分离技术是随着近十几年间兴起的“绿色产品”生产加工的生物工程行业应运而生。近年来，人们对天然成分的价值深入了解，全世界范围内掀起了研究天然成分的热潮。天然成分性状复杂，种类繁多，而每种含量甚微，附加值高，药用及营养价值丰富。对这些天然成分的提取分离一直是该领域的一项艰巨的任务，科研工作者在对这些天然成分性质研究的同时，研究改进传统提取技术，发展新技术。提取分离方法不同，其有效成分含量乃至功能也会相差很大，可能会影响到其在医疗、保健作用中的功效。因此，为了有效、合理地利用天然成分，对天然成分提取分离技术研究就显得十分必要。

对天然成分提取最常用的是溶剂萃取的方法，依靠天然成分在溶剂中的溶解性，相似相溶特性进行提取。而天然成分主要包埋在细胞壁或者液泡内，植物的细胞壁主要是纤维素构成，具有一定的硬度，是天然成分提取的主要障碍。

目前，对天然成分提取普遍采用的工艺为连续动态逆流提取工艺。工业上的逆流提取设备大多为单级连续动态逆流提取设备，为达到某一提取效率时往往设计设备较长，占地面积大，然而生产能力及生产效率比较低，大设备操作复杂，自动化程度也低。因此，单位凭借多年在该领域的经验，潜心研究一种多级连续动态逆流超声提取工艺，该工艺结合了逆流提取技术和新兴的提取技术——超声强化提取技术——整合两种技术优点，优化完善，最大化发挥两种技术优势。

1 多级连续动态逆流超声提取技术原理

多级连续动态逆流超声提取技术结合连续动态逆流提取技术和超声强化提取技术，以菲克(Fick)的扩散定律为理论基础，固体物料与溶剂分别从浸出器两端加入，并分别从另一端流出浸出液和排出料渣，形成逆向相对运动。由于浓度差的存在，物料中的溶质扩散至周围溶剂中，物料在运动的过程中不断改变与溶剂的接触情况，在螺旋搅拌下得到充分混合，增大了固、液相接触和浓度梯度，同时获得了很高的效率和浸出液浓度，出渣和出液连续分离，实现连续提取。提取过程中增加超声强化提取装置，利用超声波产生的强烈的空化效应、机械振动，破坏植物的细胞壁，增大物质分子运动频率和速度，从而加速有效成分浸出。采用单、双螺旋结构推进器作为实现载体，克服了现有仅有单螺旋结构浸出器内部原料推进不平稳、不均匀、侧靠等弊端，并且可以更有效地减少设备长度，提高提取效率。

多级连续动态逆流超声提取设备主要由：单螺旋连续动态逆流提取设备、单螺旋排渣机、双螺旋连续动态逆流提取设备、双螺旋排渣机组成。经过预处理的物料从进料口加入，先进行单螺旋提取，单螺旋提取后物料由单螺旋排渣机输送到双螺旋连续动态逆流提取设备中进行提取，由最终的双螺旋排渣机排出，进入后一道工序。超声波强化装置安装在单螺旋管道外，在进行单螺旋提取的同时，加入超声强化提取。单、双螺旋设备采用图示结构摆放，不仅节约占地面积，而且大大提高了提取效率。

2 多级连续动态逆流超声提取工艺流程

多级连续动态逆流超声提取工艺流程如图1所示，由预浸器、多级连续动态逆流超声提取设备、挤压机、溶剂罐、储罐、管路等组成。物料通过预浸器的浸泡，吸收大量的溶剂，为提取做准备。从预浸器的排渣机，将物料输送到多级连续动态逆流超声提取设备里，先进行单螺旋连续动态逆流提取，通过螺旋推送，使物料充分与溶剂混合，再进行双螺旋连续动态逆流提取，使提取过程更加平稳充分。提取后的物料含有一定的溶剂，输送到挤压机挤干，并回收溶剂，减少浪费和污染。这种连续动态逆流提取工艺系统，可以大幅度提高提取效率，降低溶剂的消耗，减少设备的占地面积，提高自动化程度，溶剂能有效地回收利用，减少对环境的污染，降低成本。