Ultrasonik o'simlik efir moyi ekstraktsiyasi nima?

Ultrasonik o'simlik efir moyi qazib olish: printsiplar, jarayonlar, afzalliklar va sanoat ilovalarining keng qamrovli tahlili

 

Ultrasonik o'simlik efir moyi ekstraktsiyasi o'simlik materiallaridan efir moylarini olish jarayonini kuchaytirish uchun ultratovushning jismoniy ta'siridan (kavitatsiya, mexanik tebranish, turbulentlik va boshqalar) foydalanadi. Bu yashil va yuqori samarali zamonaviy ekstraksiya texnologiyasi. Bug 'distillash va erituvchi ekstraktsiyasi kabi an'anaviy usullar bilan solishtirganda, u qisqaroq ekstraksiya muddati, yuqori yog' rentabelligi, kam energiya sarfi va efir moylarida faol moddalarni saqlab qolish kabi asosiy afzalliklarga ega. U parfyumeriya, kosmetika, farmatsevtika va oziq-ovqat sanoatida keng qo'llanilgan. Quyida uning tamoyillari, asosiy jarayonlari, asosiy parametrlari, uskunalarni tanlash, sanoatda qo'llanilishi va ehtiyot choralari, nazariya va amaliyotni muvozanatlashning tizimli tahlili keltirilgan.

I. Asosiy printsip: ultratovush efir moyini ekstraktsiyani qanday kuchaytiradi? Ultrasonik ekstraksiyaning mohiyati o'simlik hujayra devorining tuzilishini buzish va ultratovushning suyuq muhit bilan o'zaro ta'siri orqali efir moyining tarqalishini tezlashtirishdir. Uning asosiy mexanizmi uchta asosiy ta'sirni o'z ichiga oladi:

1. Kavitatsiya effekti (asosiy harakatlantiruvchi kuch)
Ultratovush suyuqlikda tarqalganda, u o'zgaruvchan siqilish va cho'zish davrlarini hosil qiladi. Cho'zilish intensivligi suyuqlikning molekulalararo kuchlaridan oshib ketganda, ko'plab mayda kavitatsiya pufakchalari (diametri bir necha mikrometrdan o'nlab mikrometrgacha) hosil bo'ladi. Ushbu kavitatsiya pufakchalarining tez o'sishi va qulashi juda kuchli mahalliy energiyani chiqaradi:
* Bir zumda yuqori harorat (5000K gacha): Efir yog'i tarkibiy qismlarining qattiq/suyuq holatdan tez bug'lanishiga yoki erishiga yordam beradi;
* Bir lahzali yuqori bosim (yuzlab atmosferagacha): o'simlik hujayra devorlari va hujayra membranalariga ta'sir qiluvchi zarba to'lqinlari va mikrojetlarni hosil qiladi, bu ularning yorilishi va teshilishiga olib keladi, bu esa efir moyi tarkibiy qismlarining ekstraktsiya muhiti bilan bevosita aloqa qilishiga imkon beradi;
* Mikro-aralashtiruvchi effekt: kavitatsiya pufakchalarining qulashi natijasida hosil boʻlgan turbulent oqim qattiq suyuqlik interfeysidagi kontsentratsiya gradientini buzadi, bu esa xomashyodan ekstraktga efir moylarining tarqalishini tezlashtiradi.

 

2. Mexanik tebranish va turbulentlik effektlari
Ultratovushning yuqori-chastotali tebranishlari (odatda 20kHz-1MGts) ekstrakt va o'simlik materiali zarralarini yuqori tezlikda haydab, kuchli turbulentlik va kesish kuchlarini keltirib chiqaradi:
Bu xomashyo yuzasida "diffuziya chegara qatlami" qalinligini pasaytiradi (an'anaviy ekstraktsiyada xom ashyo yuzasida statik suyuqlik plyonkasi hosil bo'lib, efir moyining tarqalishiga to'sqinlik qiladi);
Bu o'simlik to'qimasi ichidagi kapillyarlarning kengayishiga olib keladi, bu ekstraktsiya muhitining xom ashyoga osonroq kirib borishiga va ko'proq efir moylarini saqlash joylariga (masalan, o'simlik hujayralaridagi yog' qoplari va bez tuklari) etib borishiga imkon beradi.

 

3. Issiqlik effektlari (yordamchi rol)
Ultratovush muhitda tarqalayotganda, uning energiyasining bir qismi issiqlikka aylanadi, bu esa ekstraksiya tizimining haroratining biroz oshishiga olib keladi (odatda 5-15 daraja). Bu efir moyi va ekstraksiya muhiti oʻrtasidagi fazalararo taranglikni pasaytiradi va yuqori harorat taʼsirida efir moyidagi issiqlikka sezgir komponentlarning (masalan, terpenlar va fenollar) parchalanishini oldini oladi.

(1) Xom ashyoni oldindan tozalash (neft unumdorligiga ta'sir qiluvchi muhim shart)

Quritish: o'simlik materiallarini (masalan, gulbarglari, barglari, po'stlog'i va ildizpoyalari) namlik miqdori 5% -15% gacha quriting (efir moyini suyultiradigan yoki ekstraktning emulsifikatsiyasiga olib keladigan haddan tashqari namlikdan saqlaning). Tabiiy havoni quritish va issiq havo bilan quritish odatda qo'llaniladi (harorat efir moyining bug'lanishini oldini olish uchun 45 darajadan kam yoki unga teng);

Pulverizatsiya: Quritilgan xom ashyoni 20-60 meshgacha maydalang (juda mayda zarralar filtrlashni qiyinlashtiradi, juda qoʻpol zarralar esa qattiq suyuqlik bilan aloqa qilish maydonini kamaytiradi). Misol uchun, atirgul barglari 30 to'rgacha, quritilgan mandarin qobig'i esa 40 to'rgacha maydalanadi;

Nopoklanish: efir moyining tozaligiga ta'sir qilmaslik uchun xom ashyodan loy, aralashmalar va chirigan qismlarni olib tashlang. (2) Ekstraksiya tizimini tayyorlash

Ekstraksiya vositasini tanlash: Efir moyining qutbliligiga, xavfsizlik va eruvchanlikni muvozanatlashiga qarab mos vositani tanlang:

Suv (qutbli muhit): Suvda{0}}eriydigan yoki yarim{1}}suvda-eriydigan efir moylari (masalan, yalpiz moyi va lavanta yog'idagi ba'zi komponentlar) uchun javob beradi. Afzalliklar orasida ekologik toza va arzon narxlar mavjud; kamchiliklari yog'da eriydigan efir moylari uchun yomon eruvchanlik-.

Etanol (qutbli organik erituvchi): Ko'pgina efir moylari (masalan, limon yog'i, evkalipt yog'i va atirgul yog'i) uchun javob beradi. Konsentratsiya odatda 70%-95% ni tashkil qiladi (yuqoriroq etanol konsentratsiyasi yog'da eriydigan komponentlar uchun yaxshiroq eruvchanlikni ta'minlaydi, pastroq konsentratsiyalar esa suv-moy emulsatsiyasiga osonlikcha olib kelishi mumkin).

 

Boshqa vositalar: glitserin (oziq-ovqat mahsuloti, kosmetik efir moylari uchun ishlatiladi), superkritik CO₂ (o'ta kritik ekstraktsiya effektini kuchaytirish uchun ultratovush bilan birgalikda ishlatiladi).

Qattiq{0}}Suyuqlik nisbati nazorati: Xom ashyoning massa-hajmga{2}}g/mLning ekstraksiya muhitiga nisbati odatda 1:5-1:20 ni tashkil qiladi. Masalan, 800 ml 95% etanolga (qattiq{13}}suyuqlik nisbati 1:8) 100 g atirgul barglari qo'shiladi. Juda-past qattiq{15}}suyuqlik nisbati efir moyining past konsentratsiyasiga olib keladi, juda yuqori nisbat esa erituvchini isrof qiladi. (3) Ultratovush yordamida ekstraksiya (asosiy bosqich, natijalarni aniqlash parametrlari)
Uskunani tanlash: Laboratoriya odatda ultratovushli hujayra buzuvchilardan foydalanadi (quvvat 100 - 500 Vt), sanoat odatda ultratovushli ekstraksiya choynaklaridan foydalanadi (kuch 5-50 kVt, ko'p chastotali / o'zgaruvchan chastotali dizayn);
Asosiy parametr sozlamalari (xom ashyo va efir moyi turiga qarab optimallashtirishni talab qiladi):
Ultrasonik quvvat: 100-500W/L (ekstrakt hajmining birligi uchun quvvat; juda past quvvat zaif kavitatsiya ta'siriga olib keladi, juda yuqori quvvat osongina efir moyi tarkibiy qismlariga zarar etkazadigan haddan tashqari yuqori mahalliy haroratga olib keladi);
Ultratovush chastotasi: 20 - 80 kHz (past chastotali ultratovush (20-40 kHz) kuchli kavitatsiya ta'siriga ega, qattiq xom ashyolarga (masalan, ildizlar va poyalarga) mos keladi); Yuqori chastotali ultratovush (50-80 kHz) bir tekisda tebranadi, mayda materiallar uchun mos);
Ekstraksiya vaqti: 10-60 daqiqa (An'anaviy distillash vaqti 2-6 daqiqaga nisbatan) Ekstraksiya vaqti 20-60 daraja bo'lishi kerak (uskunaning haroratni nazorat qilish tizimi tomonidan boshqariladi; atirgul yog'i va romashka yog'i kabi issiqlikka sezgir efir moylari uchun, 40 darajadan kamroq yoki unga teng tavsiya etiladi); Aralashtirish usuli: Ba'zi uskunalar mexanik aralashtirish (100-300 r / min) bilan jihozlangan bo'lib, massa uzatishni yanada kuchaytirish uchun ultratovush bilan birlashtirilgan.

 

(4) Qattiq{1}}suyuqlikni ajratish
Ekstraksiyadan so‘ng ekstrakt va o‘simlik qoldig‘i filtrlash (laboratoriyada Buxner voronkasi yoki sanoat sharoitida plastinka va romli filtr press yordamida) yoki sentrifugalash (3000-8000 r/min) yo‘li bilan ajratiladi. Qoldiqni ikkinchi marta olish mumkin (yog 'hosildorligini oshirish uchun). (5) Efir moyini ajratish va tozalash

Solventni qayta tiklash: Agar etanol kabi organik erituvchilar ishlatilsa, hal qiluvchi xom efir moyini olish uchun vakuum distillash (harorat 40-60 daraja, bosim 0,05-0,08MPa) (qayta ishlanishi mumkin) orqali tiklanishi mumkin;

Demulsifikatsiya: Agar ekstraktda emulsifikatsiya sodir bo'lsa (suv{0}}yog'ning ajralishi aniq bo'lmasa), demulsifikator (masalan, natriy xlorid, suvsiz natriy sulfat), sentrifugalash yoki past haroratda cho'ktirish (0-5 gradus, 11 soat) yo'li bilan demulsifikatsiyaga erishish mumkin;

Ajratish: efir moyi suvli/erituvchi fazadan ajralib chiqqandan so'ng, efir moyi qatlami ajratuvchi huni (laboratoriya) yoki santrifuga (sanoat) yordamida ajratiladi. (6) Efir moylarini qayta ishlash va saqlash

Suvsizlanish: efir moyiga suvsiz natriy sulfat, suvsiz magniy sulfat yoki boshqa quritgichlarni (5% -10%) qo'shing, uni 2-4 soat davomida qoldiring, keyin quritgichlarni olib tashlash uchun filtrlang;

Dekolorizatsiya va deodorizatsiya: Agar efir moyi juda qorong'i bo'lsa yoki hid bo'lsa, u faollashtirilgan uglerod adsorbsiyasi (1% -3%, xona haroratida 1-2 soat tursin) yoki molekulyar distillash orqali yanada tozalanishi mumkin;

Saqlash: Qayta qilingan efir moyini jigarrang shisha idishda saqlang (yorug'lik ta'sirida oksidlanishdan saqlaning), uni yoping va salqin, quruq joyga qo'ying (harorat 5-25 daraja). 0,05% -0,1% antioksidantlarni qo'shish (masalan, E vitamini) saqlash muddatini uzaytirishi mumkin. Uskunani tanlashning asosiy ko'rsatkichlari:

Ultrasonik quvvat zichligi: quvvatning notekis taqsimlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun har bir litr ekstraksiya suyuqligi uchun 200 Vt dan ortiq yoki unga teng quvvatni ta'minlang;

Chastotani sozlash imkoniyati: turli xil xom ashyolarga moslashish uchun 20-80 kHz dan ko'p-chastotani almashtirishni qo'llab-quvvatlaydi;

Haroratni nazorat qilishning aniqligi: Haddan tashqari haroratning efir moyi tarkibiy qismlariga zarar yetkazmasligi uchun ±2 daraja;

Materiallar: Ekstraktsiya suyuqligi bilan aloqa qiladigan qismlar ifloslanishni oldini olish uchun 316L zanglamaydigan po'latdan yoki oziq-ovqat{1}}oynasidan qilingan.

 

V. Ultrasonik ekstraksiyaning afzalliklari va cheklovlari

1. Asosiy afzalliklari (an'anaviy usullar bilan solishtirganda)

Taqqoslash o'lchovlari: ultratovushli ekstraktsiya, bug' distillash, erituvchi ekstraktsiya (an'anaviy)

Ekstraksiya vaqti: 10-60 daqiqa, 2-6 soat, 1-3 soat

Yog 'hosildorligi: Yuqori (distillashdan 10%-30% yuqori), O'rta, O'rta-yuqori (lekin ko'proq aralashmalar)

Komponentni ushlab turish: yaxshi (past harorat, issiqlikka sezgir komponentlar buzilmaydi), o'rtacha (ba'zi komponentlar yuqori haroratda oson parchalanadi), o'rtacha (erituvchi qoldiqlari xavfi)

Energiya iste'moli: past (quvvat zichligi past, qisqa vaqt), yuqori (qaynatishgacha qizdirishni talab qiladi), o'rtacha (erituvchini qayta tiklash uchun energiya sarfini talab qiladi)

Atrof-muhitga ta'siri: yaxshi (suv yoki etanolni vosita sifatida ishlatish mumkin), yaxshi (erituvchi-siz), yomon (organik erituvchi bilan ifloslanish xavfi)

2. Cheklovlar va yechimlar

Emulsifikatsiya muammosi: Suv{0}}etanol tizimi emulsifikatsiyaga moyil. Yechim: Etanol konsentratsiyasini sozlang (80% dan ortiq yoki unga teng), demulsifikator qo'shing, santrifuga ajratish;

Xom ashyoning moslashuvchanligi: yuqori tolali, qattiq xom ashyolarga (masalan, yog'och, yong'oq qobig'i)-cheklangan ekstraktsiya ta'siri. Yechim: Yupqaroq zarrachalar hajmiga qadar maydalang (60... (namuna tasviri) Yuqori{3}}bosimli ultratovush (0,2-0,3MPa) bilan birgalikda; Sanoat miqyosidagi qiyinchiliklar-: Laboratoriya parametrlarini sanoat ilovalariga oʻtkazishda quvvatning notekis taqsimlanishi osonlik bilan yuzaga keladi. Yechim: Koʻp tarmoqli dizayn va quvvat segmentini ishlab chiqish, optimallashtirish. uchuvchi miqyosda sinovdan o'tkazishda zichlik: Ba'zi xom ashyo ekstraktlarida polisaxaridlar va oqsillar kabi aralashmalar mavjud.

 

VI. Sanoatda qo'llash stsenariylari va tipik holatlar

1. Asosiy qo'llash sohalari

Xushbo'y hid va lazzat sanoati: atirgul, lavanta, limon va yalpiz kabi efir moylarini parfyumeriya, aromaterapiya va aromatizatorlarda qo'llash uchun olish;

Kosmetika sanoati: terini parvarish qilish mahsulotlari, shampunlar va efir moyli sovunlarda foydalanish uchun choy daraxti yog'i, romashka yog'i va atirgul yog'ini olish;

Farmatsevtika sanoati: evkalipt yog'i, yalpiz moyi va zanjabil yog'ini yo'tal siroplari va yallig'lanishga qarshi{0}}topik malhamlarda ishlatish uchun olish;

Oziq-ovqat sanoati: oziq-ovqat qo'shimchalari va tabiiy konservantlarda foydalanish uchun tsitrus yog'i, yulduzli anis yog'i va doljin yog'ini olish.

2. Odatda sanoat misoli: Yalpiz efir moyining doimiy ultratovushli ishlab chiqarilishi

Xom ashyo: Yalpiz barglari (namlik miqdori 10% gacha quritilgan, 40 meshgacha maydalangan);

Ekstraksiya vositasi: 95% oziq-ovqat-o‘rganish darajasi, qattiq{2}}suyuqlik nisbati 1:12;

Uskunalar: 20 kVt uzluksiz ultratovushli ekstraksiya ishlab chiqarish liniyasi (3 bosqichli ekstraksiya tanki, chastotasi 40 kHz, haroratni nazorat qilish 45 daraja);

Jarayon parametrlari: Ultrasonik quvvat zichligi 300W / L, ekstraktsiya vaqti 30 minut (har bir bosqichda 10 minut), uzluksiz besleme tezligi 50kg / soat;

Natijalar: Yog 'chiqishi 2,5%-3,0% (an'anaviy distillash unumi 2,0%-2,2%), mentol miqdori 60% dan ortiq yoki unga teng, erituvchi qoldig'i 50ppm dan kam yoki unga teng (oziq-ovqat standartlariga javob beradi), ishlab chiqarish quvvati 1,2-1,5 kg efir moyi.

 

VII. Operatsion ehtiyot choralari va xavfsizlik qoidalari

Erituvchi xavfsizligi: Etanol va aseton kabi organik erituvchilardan foydalanilganda, ish tutun qopqog'ida yoki portlashdan himoyalangan ustaxonada- amalga oshirilishi kerak. Ochiq olovdan saqlaning va o't o'chirish moslamalari mavjudligiga ishonch hosil qiling.

Uskunaning ishlashi: Ultratovush uskunasi ishlayotganda, ultratovush transduseriga tegmang (yuqori harorat kuyishga olib kelishi mumkin). Muntazam ravishda transduserni bo'shashmaslik va oqish uchun tekshiring.

Xom ashyo sifati: Efir moylarining xavfsizligini taʼminlash uchun{0}}qolib va ​​pestitsid qoldiqlaridan xoli oʻsimlik asosidagi xomashyoni tanlang, organik ravishda yetishtirilgan xomashyoga ustunlik bering.

Solventni qayta tiklash: sanoat ishlab chiqarishi erituvchidan foydalanishni yaxshilash va atrof-muhit ifloslanishini kamaytirish uchun{0}}yopiq halqali erituvchini qayta tiklash tizimi bilan jihozlangan bo'lishi kerak.

Sifat sinovi: Tayyor efir moylari xushbo'yligi, komponent tarkibi (GC-MS tahlili), namlik (0,5% dan kam yoki unga teng) va erituvchi qoldig'i (50ppm dan kam yoki teng) kabi asosiy ko'rsatkichlar uchun sinovdan o'tkazilishi kerak. VIII. Texnologik rivojlanish tendentsiyalari

Kombinatsiyalangan texnologiyalar: ultratovushli ekstraksiya + superkritik CO₂ ekstraktsiyasi, ultratovushli ekstraktsiya + mikroto'lqinli ekstraksiya, ultratovushli ekstraksiya + fermentativ gidroliz (avval o'simlik hujayra devorlarini parchalash uchun tsellyulazdan foydalanish, keyin ultratovush ekstraktsiyasi) yog 'hosildorligi va tozaligini yanada yaxshilash uchun;
Intelligent Control: Sanoat uskunalari real vaqtda quvvat, harorat va ekstraksiya vaqti kabi parametrlarni kuzatish, avtomatlashtirilgan ishlab chiqarishga erishish uchun PLC boshqaruv tizimini birlashtiradi;
Yashil ommaviy axborot vositalarini qo'llash: an'anaviy organik erituvchilarni almashtirish uchun ionli suyuqliklar va chuqur evtektik erituvchilar kabi yashil erituvchilardan foydalanish, ekologik xavflarni kamaytirish;
Yuqori qiymatli-Qo'shimcha mahsulot ishlab chiqish: ekstraksiya jarayonida o'simliklardan flavonoidlar va polifenollar kabi faol moddalarni bir vaqtning o'zida qaytarib olish, xom ashyolardan to'liq foydalanishga erishish (masalan, atirgul efir moyini ajratib olingandan so'ng, qoldiq atirgul flavonoidlarini olish uchun ishlatiladi).

 

Yuqori samaradorlik, ekologik toza va past haroratning afzalliklari bilan ultratovushli o'simlik efir moyini olish texnologiyasi zamonaviy efir moylarini ishlab chiqarishda asosiy texnologiyalardan biriga aylandi. Amaliy qo'llanmalarda texnologik afzalliklarni maksimal darajada oshirish va yuqori{1}}tozalik, yuqori-sifatli efir moyi mahsulotlarini ishlab chiqarish uchun asbob-uskunalarni xomashyo xususiyatlariga ko'ra optimallashtirish, jarayon parametrlarini optimallashtirish kerak. Muayyan o'simlik xom ashyosi (masalan, lavanta, choy daraxti va quritilgan mandarin qobig'i) uchun batafsil texnologik sxemalar uchun talablarni batafsil tahlil qilish kerak.