Ультразвуковая экстракция полисахаридов льна (стр. 6 из 7)
Рисунок 10 – Зависимость массы сухого остатка от времени обработки ультразвуком (322 Вт/см2)
3.3 Определение оптимальных параметров ультразвукового воздействия
Для определения оптимальных параметров ультразвукового воздействия (время и интенсивность) воспользуемся зависимостями вязкости полученных растворов полисахаридов и массы сухого остатка от интенсивности ультразвука и от времени обработки.
Рисунок 11 – Зависимость вязкости полученных растворов полисахаридов от интенсивности ультразвука
Рисунок 12 – Зависимость массы сухого остатка от интенсивности ультразвука
Следует подчеркнуть, что увеличение вязкости в каждой серии опытов имеет экстремум. Время появления экстремума сокращается по мере увеличения интенсивности УЗ воздействия. Концентрационная зависимость экстремума не имеет, что свидетельствует о нарастании количества экстрагируемых веществ с увеличением интенсивности и времени УЗ воздействия. Сопоставление этих двух зависимостей и дает оптимальные условия: нарастание концентрации и уменьшение вязкости после оптимальной точки свидетельствует о деструкции нативных полисахаридов.
Оптимальные параметры процесса ультразвуковой экстракции полисахаридов льна: мощность 276 Вт/см2 и продолжительность 16 минут.
При данном ультразвуковом воздействии выход полисахаридов составляет 0,22 г (4,4 % по отношению к исходному сырью).
3.4 Методы анализа и контроля процесса экстракции
Как уже отмечалось выше, полученный сухой остаток повторно растворяли в объеме воды равном исходному (взятому для экстракции). При этом вязкость растворов полисахаридов полностью восстанавливается, что свидетельствует о сохранении полисахаридами нативной формы.
3.4.1 Получение контрольных экстрактов полисахаридов льна
Контрольные экстракты полисахаридов льна (кислотная и солевая формы) выделяли по стандартной методике .
Для получения кислых полисахаридов в кислотной форме 20 г чистых семян льна заливают 80 мл дистиллированной воды. Смесь оставляют на 24 часа, а затем нагревают на паровой бане до 800С, прибавляют 16 мл 12%-ной НСl и продолжают нагревание в течение 3 минут. Горячий раствор быстро фильтруют через воронку Бюхнера с несколькими слоями ткани и семена дважды промывают водой. Фильтрат немедленно прибавляют к 5 объемам спирта. Белый волокнистый осадок, который поднимается на поверхность, отделяют и помещают в новую порцию спирта. Растворитель удаляют фильтрованием на воронке Бюхнера, осадок промывают спиртом и диэтиловым эфиром и сушат [24].
Для выделения нейтральных полисахаридов в солевой форме пользуются этой же методикой, но фильтрат прибавляют к 5 объемам ацетона.
Из выделенных полисахаридов были приготовлены растворы концентрацией 0,112% (соответствует концентрации, получаемой при оптимальном ультразвуковом воздействии) и снята зависимость вязкости этих растворов от температуры. Результаты представлены в таблице 7 и на рисунках 10-11.
Зависимость вязкости полисахаридов от температуры - Таблица 8
| Температура, 0 С | Вязкость Па с  | |
| Полисахаридыв солевой форме | Полисахаридыв кислой форме | |
| 25 | 2,42 | 1,53 |
| 30 | 2,32 | 1,44 |
| 35 | 2,13 | 1,4 |
| 40 | 1,99 | 1,3 |
| 45 | 1,83 | 1,1 |
Рисунок 13 - Зависимость вязкости нейтральных полисахаридов в солевой форме от температуры.
Рисунок 14 - Зависимость вязкости кислых полисахаридов в кислой форме от температуры.
Для иллюстрации эффективности применения ультразвука с целью интенсификации процесса экстракции полисахаридов из семян льна был проведен опыт по получению полисахаридов традиционным настаиванием. Установлено, что для получения такой же вязкости и такого же сухого остатка, что и при оптимальных параметрах ультразвукового воздействия, необходимо настаивание семян льна с водой в течение 25 часов.
3.4.2 Использование методов ИК-спектроскопии
Экстракты анализировались методом ИК-спектроскопии с использованием прибора Фурье-спектрометра «ИНФРАЛЮМ ФТ» (НПФ АП «ЛЮМЭКС», 1999 г.).
Назначение. Инфракрасный фурье-спектрометр «ИНФРАЛЮМ ФТ» предназначен для регистрации спектров поглощения или пропускания жидких, твердых и газообразных веществ в средней инфракрасной области, т.е. в диапазоне 500…4500 см-1.
Подготовка образцов: сушка в вакуум-эксикаторе - 48 часов; эмульсия в вазелиновом масле; окошко – КBr [58,59].
Основные технические данные и характеристики ИНФРАЛЮМ-ФТ– Таблица 9
| Характеристика | Параметры |
| Полный спектральный диапозон | 350…6000 см-1; 1,7…28,6 мкм500…6000 см-1; 1,7…20 мкм |
| Спектральный диапозон с нормированными фотометрическими характеристиками | 550…4500 см-12,2…18 мкм |
| Спектральное разрешение | 0,25; 0,5; 1 (1,25); 2; 4; 8; 16 см-1 |
| Предел допускаемой абсолютной погрешности измерений по шкале волновых чисел | Не более ± 0,05 см-1 |
| Уровень шумов линии 100% пропускания в спектральном диапозоне 2000±50 см-1 при разрешении 4 см-1 | Не более 0,02 % пропускания |
| Скорость сканирования оптической разности хода | 2,5; 3,3; 5,0; 7,8 кГц по частоте интерферограммы синхронизирующего лазера |
| Время измерения одной интерферограммы | 2,5 с (при разрешении 1 см-1)0,3 с (при разрешении 16 см-1) |
| Тип интерферометра | Устойчивый к разъюстировкам, герметичный и осушаемый интерферометр ДКГ |
| Оптическая схема | Однолучевая |
| Светоделитель | Пластина из бромистого калия (или селенида цинка) со светоделительным покрытием из германия |
| Источник излучения Высокотемпературный керамический излучатель | |
| Детектор | Пироэлектрический (LiTaO3) |
| Синхронизация отсчетов | С помощью гелий-неонового лазера |
| Управление усилителем | автоматическое |
| Мощность, потребляемая спектрометром | Не более 0,1 кВа |
Результаты ИК-спектроскопии
Параметры регистрации спектра:
границы диапозона: нижняя 500 см-1;
верхняя 4500 см-1.
Разрешение 1 см-1
При расшифровке спектров полисахаридов льна руководствовались следующими исходными данными (таблица 10)[60].
Частоты колебаний функциональных групп полисахаридов льна – таблица 10
| Функциональная группа | Частота колебаний, см-1 |
| С-Н | 2920-2850 |
| С=0 | 1740 |
| СООН | 1598 |
ИК-спектры полисахаридов льна, полученные традиционным настаиванием и при ультразвуковой экстракции представлены на рисунке 15.
Заключение
Ультразвуковое воздействие с интенсивностью от 230 Вт/см2 до 320 Вт/см2 может быть успешно использовано для интенсификации процесса экстракции полисахаридов из семян льна.
Определены оптимальные параметры ультразвукового воздействия для достижения максимального выхода нативных полисахаридов в раствор (мощность 276 Вт/см2 и продолжительность 16 минут).
Установлено, что увеличение вязкости экстракта симбатно нарастанию мощности ультразвукового воздействия до определенного предела (оптимума). Дальнейшее увеличение мощности приводит к деградации полисахаридных цепей.
Список использованных источников
1. Гинстлинг А. М., Барам А.А. Ультразвук в процессах химической технологии.- Л.: ГОСХИМИЗДАТ, 1960.-96 с.
2. Новицкий Б. Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. –М.: Химия, 1983. –192 с.
3. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1971.- 784 с.
4. Лысянский В. М., Гребенюк С. М. Экстрагирование в пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат, 1987. – 188 с.
5. Романков П. Г., Курочкина М. И. Экстрагирование из твердых материалов. -М.: Химия, 1983. –244 с.
6. Жарова Е. Я. Применение ультразвука при кристаллизации глюкозы (Обзор).-М.: Центр НИИИиТЭИ пищ.пр-сти, 1974. –32 с.
7. Karamfilov V.K., Fileman T.W., Evans K.M., Mantoura R.F.C. Determination of Dimethoate and Fenitrothion in Estuarine Samples by C-18 Solid-Phase Extraction and High-Resolution Gas-Chromatography with NitrogenPhosphorus Detection // Anal chim acta. – 1996. – V. 335, Iss. 1-2. – P. 51-61.
8. Tikkanen K., Haataja S., Finne J. The Galactosyl-(Alpha-1-4)-Galactose-Binding Adhesin of Streptococcus-Suis - Occurrence in Strains of Different Hemagglutination Activities and Induction of Opsonic Antibodies // Infec immunity. – 1996. – V. 64, Iss. 9. - P.3659-3665.
9. Schneider R.J. Evaluation of an Extraction Method for Triazine Herbicides from Soils for Screening Purposes // Agribiol res. – 1995. – V. 48, Iss. 3-4. - P. 193-206.
10. Sawaizumi M., Maruyama Y., Onishi K., Iwahira Y. Endoscopic Extraction of Lipomas Using an Ultrasonic Suction Scalpel // Ann plastic surg. – 1996. – V. 36, Iss. 2. - P. 124-128.
11. Manoli E., Samara C. Polycyclic Aromatic-Hydrocarbons in Waste-Waters and Sewage-Sludge – Extraction and Cleanup for HPLC Analysis with Fluorescence Detection // Chromatographia. – 1996. – V. 43, Iss. 3-4. – P. 135-142.
12. Hartmann R. Polycyclic Aromatic-Hydrocarbons (PAHs) in Forest Soils - Critical-Evaluation of a New Analytical Procedure // Int j environ anal chem. – 1996. – V. 62, Iss. 2. - P. 161-173.
13. Engels W.J., Visser S. Development of Cheese Flavor from Peptides and AminoAcids by Cell-Free-Extracts of Lactococcus-Lactis Subsp Cremoris B78 in a Model System // Neth milk dairy. – 1996. – V. 50, Iss. 1. - P. 3-17.
14. Korolev S., Samko O., Eldarov M., Kalugin A. Site-Specific Endonuclease Bcuai from Bacillus-Cereus-A // Bioorg khim. – 1996. – V. 22, Iss. 7. - P. 528-531.
15. Mierzwa J., Adeloju S., Dhindsa H. Ultrasound Accelerated Solid-Liquid Extraction for the Determination of Selenium in Biological Samples by Electrothermal Atomization Atomic-Absorption Spectrometry // Anal sci. – 1997. – V. 13, Iss. 2. - P. 189-193.
16. А. с. SU 1286232 А1 В 01 D 11/02. Способ экстрагирования из твердого тела / А. А. Долинский, В. Н. Мудриков, Р. Н. Корчинский (СССР). - №3936068/31-26; Опубл. 08.08.1985, Б. И. № 22.