Ультразвуковая экстракция полисахаридов льна (стр. 1 из 7)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Курсовая работа
На тему
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ЭКСТРАКЦИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ ЛЬНА
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ПРОЦЕССАХ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ
1.1 Ультразвук в химической технологии. Общий обзор
1.2 Экстрагирование в системе твердое тело - жидкость
1.2.1 Экстракция. Основные понятия
1.2.2 Экстрагирование биологически активных веществ из растительного сырья
1.2.3 Интенсификация экстракционных процессов под действием ультразвука
2 ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
2.1 Лен посевной (лен обыкновенный)
2.2 Препараты и применение в медицине
2.2.1 Льняное семя
2.2.2 Слизь семян льна
2.2.3 Лигнаны семени льна
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Оборудование и материалы
3.2 Изучение ультразвукового воздействия на процесс получения экстрактов семян льна
3.3 Определение оптимальных параметров ультразвукового воздействия
3.4 Методы анализа и контроля процесса экстракции
3.4.1 Получение контрольных экстрактов полисахаридов льна
3.4.2 Использование методов ИК-спектроскопии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Введение
Главным источником многих биологически активных соединений все еще остается натуральное сырье, как животного, так и растительного происхождения, несмотря на то, что современная химия достигла впечатляющих успехов в области синтеза большого числа таких веществ. Следовательно, особого внимания заслуживает изучение и интенсификация процесса экстрагирования разнообразных ценных компонентов из природного сырья.
К сожалению, традиционные методы экстрагирования являются достаточно длительными, трудоемкими и, что самое неприятное, довольно малоэффективными.
Сложившаяся на сегодняшний день довольно сложная экологическая обстановка диктует новые подходы к переработке природного сырья: необходимы пути его наиболее полного использования. В частности, возникает вопрос наиболее рационального выбора технологических аппаратов для осуществления процесса экстрагирования. Одним из новых и перспективных методов является использование ультразвукового воздействия в процессе экстракции разнообразных биологически активных веществ из природных материалов. Для достижения максимального выхода ценных компонентов в жидкую фазу при сохранении ими своей нативной структуры необходим индивидуальный подход к выбору оптимальных режимов ультразвуковой обработки для каждого вида сырья.
1. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ПРОЦЕССАХ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ
1.1 Ультразвук в химической технологии. Общий обзор
Применение ультразвуковых колебаний в химической технологии является весьма перспективным: во многих случаях оно обеспечивает исключительно высокую интенсивность технологического процесса, не достижимую с помощью таких широко распространенных методов как механическое перемешивание, применение высоких температур и давлений и т.п. Поэтому проблема применения ультразвука в процессах химической технологии заслуживает серьезного внимания.
Началом работ в этой области можно считать двадцатые годы прошлого столетия, когда Р. Вудом была показана возможность ультразвуковой интенсификации ряда физико-химических процессов. В настоящее время трудно назвать область химической технологии, в которой б не находил применения ультразвук [1].
Ультразвуком принято называть колебания, распространяющиеся в упругой среде со сверхзвуковой частотой, иначе говоря, с частотой, превышающей верхний порог слышимости человеческого уха – 20 000 Гц.
Ультразвуковые волны могут распространяться в любых упругих телах: жидких, твердых и газообразных.
Акустические колебания воздействуют на химико-технологические процессы через так называемые эффекты первого порядка (частота, интенсивность, скорость акустических колебаний) и эффекты второго порядка, т.е. нелинейные эффекты, развивающиеся в жидкости при распространении мощных акустических волн. К эффектам второго порядка относятся кавитация (разрыв сплошности жидкости), акустические течения (звуковой ветер), пульсация газовых пузырьков и др.[2].
Раньше полагали, что для интенсификации технологических процессов необходимы колебания высоких частот (не менее 300-500 кГц). В последнее время успешно применяют акустические колебания как средней (от долей Вт/см
до нескольких Вт/см ), так и большой (10 Вт/см и выше) интенсивности.Таким образом, современная техника практически использует упругие механические колебания весьма широкого диапазона и интенсивностей.
Сознательное изменение скорости процесса, в частности путем воздействия на него упругих колебаний, требует понимания механизма и кинетики этого процесса. Объектом воздействия должна быть, прежде всего, лимитирующая стадия процесса. Естественно, что для эффективного воздействия на нее необходимо располагать сведениями о зависимости направления и скорости этой стадии от параметров акустического поля. Поэтому, наряду с исследованием влияния ультразвука на разного рода сложные технологические процессы, необходимо глубокое изучение его влияния на «элементарные» явления, составляющие эти процессы.
В настоящее время применение ультразвуковых колебаний в химической технологии развивается в двух основных направлениях:
контроль технологических процессов и качества продукции;
интенсификация производства [1].
1.2 Экстрагирование в системе твердое тело – жидкость
1.2.1 Экстракция. Основные понятия
Экстракцией в широком смысле называют процессы извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов) [3].
Экстрагирование в системе твердое тело – жидкость - один из важнейших технологических процессов, нашедших широкое распространение в химической, химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
Движущей силой процесса экстракции является разница концентраций экстрагируемого вещества в жидкости, заполняющей поры твердого тела, и в основной массе экстрагента, находящегося в контакте с поверхностью твердых частиц. Механизм экстрагирования в общем случае включает следующие стадии:
проникновение экстрагента в поры твердого материала;
растворение целевых компонентов;
перенос экстрагируемого вещества из глубины твердой частицы к поверхности раздела фаз: в элементарных случаях с помощью молекулярной диффузии, а при осложнении этого механизма другими явлениями (растворением, набуханием) – помощью массопроводности;
перенос вещества от поверхности раздела фаз вглубь экстрагента с помощью конвективной диффузии (массоотдачи) [1].
При экстрагировании в системе твердое тело – жидкость процесс может лимитироваться следующими стадиями:
внешнедифузионной – скорость процесса определяется скоростью диффузии в объеме при условии, что концентрация растворителя в порах и на поверхности твердого материала меньше его концентрации в объеме;
внутридиффузионной – скорость процесса определяется скоростью диффузии в порах вещества;
внутренней кинетической – при условии, что пористый материал обладает относительно низкой химической активностью, а концентрация растворителя в порах равна концентрации в объеме;
внешней кинетической – реагент имеет относительно высокую химическую активность, вследствие чего реакция проходит на поверхности пористого материала при условии, что скорость реакции лимитирует скорость всего процесса (при малой пористости вещества) [4].
Эффективность процесса экстрагирования зависит от большого числа параметров, например, от формы нахождения извлекаемого компонента, характера взаимодействия твердого тела с извлекаемым компонентом, различия в избирательной способности экстрагента по отношению к компонентам, содержащимся в твердой фазе, от структуры пористого материала [5].
1.2.2 Экстрагирование биологически активных веществ из растительного сырья
Главная особенность процесса экстрагирования из пищевого и растительного сырья состоит в том, что физические свойства сырья в значительной степени изменяются в процессе экстрагирования, и это оказывает существенное влияние на все стадии процесса.
Экстрагирование БАВ – главная, но и наиболее продолжительная стадия переработки сырья. Сложность изучения процессов твердофазного экстрагирования обусловлена, во-первых, неопределенностью изменения структуры твердой фазы во время извлечения из нее целевых компонентов, во-вторых, полидисперсностью твердой фазы. Кроме того, возникают определенные трудности при выборе избирательного экстрагента [1].
На большинстве заводов экстрагирование ведется малоэффективными методами, такими как: мацерация, перколяция, выпаривание, настаивание, отваривание [4]. Мацерация представляет собой обычное вымачивание, при котором происходит разрушение клеточных стенок растительного сырья и растворение экстрагируемых веществ. Длительность процесса достигает 14 дней. При перколяции, или просачивании, растворитель просачивается через слой измельченного сырья и «вымывает» целевые компоненты. Основные физические явления, обуславливающие процесс перколяции, - гравитация, вязкость, адгезия, трение, осмос, поверхностные, капиллярные явления и растворение [5].
Но все используемые в данное время методы экстракции довольно неэкономичны, что приводит к их ограниченному применению.
1.2.3 Интенсификация экстракционных процессов под действием ультразвука