一種適用于高粘度膠原蛋白的超聲輔助提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱敏性、高粘度物料的提取技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種適用于高粘度膠原 蛋白的超聲輔助提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲波是指頻率為2X IO4~IX 10 7Hz的聲波，可產(chǎn)生空化、微射流、熱效應(yīng)等物 理作用。空化作用是指超聲空化泡的形成、生長(zhǎng)、振蕩、崩潰等過(guò)程中所產(chǎn)生的物理、化學(xué)作 用；微射流作用主要是空化氣泡在崩潰時(shí)所伴隨產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊作用；熱效應(yīng)即介質(zhì)通過(guò) 吸收超聲波而產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)將超聲能轉(zhuǎn)換為熱能。超聲的空化作用能破壞天然物質(zhì)的細(xì) 胞膜、細(xì)胞壁，這不但能提高溶劑進(jìn)入細(xì)胞的速度，同時(shí)也能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)有效成分快速向溶 劑溶解；而微射流作用能促進(jìn)物質(zhì)的擴(kuò)散、釋放并與溶劑進(jìn)行充分混合，從而提高提取效率 及提取程度；但超聲的熱效應(yīng)會(huì)使物料組織內(nèi)部的溫度瞬間升高，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)可能會(huì) 在一定程度上破壞生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致生物活性物質(zhì)失去其原有的生理功能。
[0003] 膠原蛋白是動(dòng)物組織中的一類結(jié)構(gòu)蛋白，其具有粘度大、溶解度低、變性溫度低等 特點(diǎn)，因而膠原蛋白的傳統(tǒng)提取方法是低溫下長(zhǎng)時(shí)間浸泡或攪拌處理。但這些提取方法存 在一系列缺點(diǎn)，例如能耗大（占提取過(guò)程中總能耗的70% )、高CO2排放、耗水耗溶劑以及 產(chǎn)生大量的有害廢棄物等。超聲輔助提取是一種綠色高效的提取方法，其不僅能減少溶劑 的使用量，而且能提高物質(zhì)的提取率、縮短提取時(shí)間。但是，現(xiàn)有的超聲輔助提取設(shè)備，對(duì)于 粘度較大、熱穩(wěn)定性較低的膠原蛋白而言，超聲波所產(chǎn)生的熱能足以能將膠原蛋白的三螺 旋結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致膠原蛋白失去其特有的功能。同時(shí)，因超聲波是以縱波的形式在介質(zhì)中傳 播，超聲波在傳播的過(guò)程中會(huì)發(fā)生衰減，而吸收又是聲波衰減的主要原因，超聲能在傳播過(guò) 程中在組織中轉(zhuǎn)化為熱能，聲波發(fā)生衰減。物料的粘度越大，這種衰減的趨勢(shì)也越大。對(duì)于 粘度較大物料，超聲處理過(guò)程衰減嚴(yán)重，將致使物料超聲作用的不充分，超聲輔助提取效果 不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種適用于高粘度膠原 蛋白的超聲輔助提取方法。此超聲輔助提取方法可防止超聲波所產(chǎn)生的熱能破壞膠原蛋白 的三螺旋結(jié)構(gòu)，且提高了提取效率。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種適用于高粘度膠原蛋白的超 聲輔助提取方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0006] 1)將待提取物料浸泡于酸性溶液中，令待提取物料膨脹后，然后將浸泡有待提取 物料的酸性溶液置于儲(chǔ)料攪拌器進(jìn)行攪拌，形成均勻的混合液；
[0007] 2)通過(guò)進(jìn)料栗將混合液送入超聲反應(yīng)器中，超聲反應(yīng)器對(duì)此溶液進(jìn)行脈沖式的超 聲波處理；
[0008] 3)循環(huán)栗從超聲反應(yīng)器的底部抽出已經(jīng)進(jìn)行超聲波處理的混合液，此混合液被栗 入熱交換器進(jìn)行降溫；
[0009] 4)降溫后的混合液自熱交換器出來(lái)后，再被送回超聲反應(yīng)器中進(jìn)一步進(jìn)行超聲波 處理；
[0010] 5)重復(fù)步驟3)和步驟4)的操作，如此循環(huán)多次，從而完成膠原蛋白的提取。
[0011] 優(yōu)選的，所述超聲反應(yīng)器包括發(fā)生器、控制器、反應(yīng)容器和保溫容器，所述反應(yīng)容 器置于保溫容器中，所述發(fā)生器的一端穿過(guò)保溫容器后插入反應(yīng)容器器，所述發(fā)生器的另 一端與控制器連接；所述反應(yīng)容器的上端通過(guò)進(jìn)料栗與儲(chǔ)料攪拌器連接，所述反應(yīng)容器的 下端通過(guò)循環(huán)栗與熱交換器的熱側(cè)通道入口連接；所述熱交換器的熱側(cè)通道出口與反應(yīng)容 器的上端連接，同時(shí)，所述熱交換器的冷側(cè)通道與制冷器連接。
[0012] 優(yōu)選的，所述超聲反應(yīng)器還包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，所述 進(jìn)料栗通過(guò)第一管道與反應(yīng)容器的上端連接，所述反應(yīng)容器的下端通過(guò)第二管道與循環(huán)栗 連接，所述循環(huán)栗通過(guò)第三管道與熱交換器的熱側(cè)通道入口連接，所述熱交換器的熱側(cè)通 道出口通過(guò)第四管道與反應(yīng)容器的上端連接；所述第一管道、反應(yīng)容器和第三管道均設(shè)有 溫度傳感器。
[0013] 優(yōu)選的，位于反應(yīng)容器的混合液的體積為I. 2L~2L ;而發(fā)生器為探頭式發(fā)生器， 此探頭式發(fā)生器的探頭插入反應(yīng)容器中混合液液面的深度為I. 5cm~2. 5cm。
[0014] 優(yōu)選的，所述循環(huán)栗抽取混合液時(shí)的流量為150ml/min~3000ml/min。
[0015] 優(yōu)選的，所述第一管道、第二管道、第三管道和第四管道均包裹有保溫層。
[0016] 優(yōu)選的，所述第一管道設(shè)有流量計(jì)。
[0017] 優(yōu)選的，在步驟1)中，混合液中的待提取物料與混合液中的酸性溶液的體積比為 1 : (8 ~30) 〇
[0018] 優(yōu)選的，在步驟3)中，所述熱交換器控制混合液的溫度為-4°C~50°C。
[0019] 優(yōu)選的，所述酸性溶液為醋酸、檸檬酸、乳酸或鹽酸。
[0020] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0021] 1、本發(fā)明采用超聲輔助提取方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的在低溫下長(zhǎng)時(shí)間浸泡或攪拌提取膠 原蛋白的方法，這提高了膠原蛋白的提取效率及提高了膠原蛋白的溶出率。
[0022] 2、本發(fā)明采用超聲輔助提取方法提取膠原蛋白，其超聲輔助提取方法中使用的設(shè) 備有超聲反應(yīng)器，此超聲反應(yīng)器與熱交換器構(gòu)成一循環(huán)系統(tǒng)，這防止了超聲波中熱效應(yīng)對(duì) 膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)的破壞作用，從而避免了膠原蛋白失去其特有的生物活性功能；同 時(shí)，這一循環(huán)系統(tǒng)還降低了物料的粘度對(duì)超聲輔助提取的影響，因此可對(duì)物料進(jìn)行充分的 超聲輔助提取作用，從而進(jìn)一步提高了膠原蛋白的提取效率。
[0023] 3、當(dāng)待提取的物料的量較多時(shí)，本發(fā)明中的超聲反應(yīng)器也可增設(shè)多個(gè)，這多個(gè)超 聲反應(yīng)器串聯(lián)，且多個(gè)超聲反應(yīng)器與熱交換器形成循環(huán)系統(tǒng)，從而可保證有效的提取膠原 蛋白，且提高了膠原蛋白的提取效率。
[0024] 4、本發(fā)明不會(huì)破壞膠原蛋白的熱穩(wěn)定性及變性溫度，故不會(huì)使膠原蛋白發(fā)生性 變，保證膠原蛋白能維持原有的生物活性功能。
[0025] 5、本發(fā)明消耗的酸性溶液比傳統(tǒng)提取方法的少，減少了提取成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明提取方法所使用的設(shè)備的示意圖。
[0027] 圖2是傳統(tǒng)提取方法及本發(fā)明提取方法對(duì)膠原蛋白溶解度的性質(zhì)表征圖。
[0028] 圖3是傳統(tǒng)提取方法及本發(fā)明提取方法對(duì)膠原蛋白粘度的性質(zhì)表征圖。
[0029] 圖4是傳統(tǒng)提取方法及要發(fā)明提取方法下膠原蛋白的結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征圖。
[0030] 圖5是傳統(tǒng)提取方法及要發(fā)明提取方法下膠原蛋白的凝膠電泳圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō) 明。
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 如圖1所示，本適用于高粘度膠原蛋白的超聲輔助提取方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0034] 1)將待提取物料浸泡于酸性溶液中，令待提取物料膨脹后，然后將浸泡有待提取 物料的酸性溶液置于儲(chǔ)料攪拌器1進(jìn)行攪拌，形成均勻的混合液；
[0035] 2)通過(guò)進(jìn)料栗2將混合液送入超聲反應(yīng)器3中，超聲反應(yīng)器3對(duì)此溶液進(jìn)行脈沖 式的超聲波處理；
[0036] 3)循環(huán)栗4從超聲反應(yīng)器3的底部抽出已經(jīng)進(jìn)行超聲波處理的混合液，此混合液 被栗入熱交換器5進(jìn)行降溫；
[0037] 4)降溫后的混合液自熱交換器出5來(lái)后，再被送回超聲反應(yīng)器4中進(jìn)一步進(jìn)行超 聲波處理；
[0038] 5)重復(fù)步驟3)和步驟4)的操作，如此循環(huán)多次，從而完成膠原蛋白的提取。
[0039] 所述超聲反應(yīng)器3包括發(fā)生器301、控制器302、反應(yīng)容器303和保溫容器304,所 述反應(yīng)容器303置于保溫容器304中，所述發(fā)生器301的一端穿過(guò)保溫容器304后插入反 應(yīng)容器303,所述發(fā)生器301的另一端與控制器302連接；所述反應(yīng)容器303的上端通過(guò)進(jìn) 料栗2與儲(chǔ)料攪拌器1連接，所述反應(yīng)容器303的下端通過(guò)循環(huán)栗4與熱交換器5的熱側(cè) 通道入口連接；所述熱交換器5的熱側(cè)通道出口與反應(yīng)容器303的上端連接，同時(shí)，所述熱 交換器5的冷側(cè)通道與制冷器6連接。具體的，在儲(chǔ)料攪拌器1攪拌均勻的混合液被進(jìn)料 栗抽2取后，再通過(guò)第一管道305進(jìn)入反應(yīng)容器303,且位于反應(yīng)容器303的混合液的體積 為2L，則發(fā)生器產(chǎn)生脈沖式超聲波，從而對(duì)這些混合液進(jìn)行超聲波處理。接著，被超聲波處 理的混合液被循環(huán)栗4抽出，再通過(guò)第三管道307進(jìn)入熱交換器5的熱側(cè)通道中進(jìn)行降溫。 而降溫后的混合液自第四管道308加流到反應(yīng)容器303。
[0040] 所述超聲反應(yīng)器3還包括第一管道305、第二管道306、第三管道307和第四管道 308,所述進(jìn)料栗2通過(guò)第一管道305與反應(yīng)容器303的上端連接，所述反應(yīng)容器303的下 端通過(guò)第二管道306與循環(huán)栗4連接，所述循環(huán)栗4通過(guò)第三管道307與熱交換器5的熱 側(cè)通道入口連接，所述熱交換器5的熱側(cè)通道出口通過(guò)第四管道308與反應(yīng)容器