高压均质技术,一种新型的植物天然活性成分提取技术!
高压均质机主要由柱塞泵、均质阀、传动装置等构成,其均质过程下图所示。料液首先通过柱塞泵,柱塞泵的作用是将液体物料吸入泵体,同时对物料加压,物料再进入一级均质阀均质,一级均质阀的压力较大,主要起破碎均质作用,再进入二级均质阀均质,二级均质阀的压力较低,其压力大小直接影响到物料经过一级均质阀瞬间压力降的大小,直接关系到一级阀的加工效果,因此,二级均质阀的压力选择在总压力的10%~15%,主要起分散作用,其均质作用不明显。
在植物天然活性成分提取方面,高压均质(HPH)技术属于较新的一种提取技术。高压均质通过高频振荡、高速剪切、空穴、瞬时高压和瞬时低压等综合效应,将液体中颗粒粉碎至平均直径<1μm,极大地增加了溶剂的穿透能力,同时,高压均质处理能够破坏细胞壁的结构,减少溶质扩散的阻力,从而加速可溶物的渗透和扩散,提高了目标产物的得率。因此,将HPH技术应用于植物天然活性成分的提取中,可大大提高提取效率,且具有提取产物生理活性好、工艺操作简单、安全等优点。
高压均质是利用柱塞泵为动力传递和输送液体物料的管道,柱塞泵吸入液体物料后并对液体物料加压,在柱塞作用下液体物料以高压低流速的状态进入压力可调节的均质阀中,液体物料在高压的作用下迅速通过特定宽度的均质阀缝隙,瞬间失压的液体物料以极高的流速(1000~1500m/s)碰撞在撞击环上,产生了剪切、空穴和撞击等机械力作用。
剪切作用是指当物料通过均质阀缝隙时,其流速瞬间增加,物料随着涡流效应会产生强烈的剪切作用,使得物料颗粒被剪切成细微的小液滴;撞击效应是指被剪切粉碎的物料颗粒,通过均质阀后又强烈地撞击到碰撞环上,造成物料进一步的破碎;空穴效应是指在高压状态下,当流体离开阀门时,流体流通面积的增加会降低其速度,出口处的压力突然释放回到大气压,这个过程会使液料形成大量的汽泡,随后汽泡破裂引起空穴爆炸会导致破碎效果,同时也产生了剧烈的高频振动,从而使物料粉碎细化。
另外,当物料进入高压均质机后,高压均质机内部首先达到设定的压力,该过程可导致内部物料温度的升高,然后物料高速通过均质阀,压力会降低,由于剪切、碰撞等的机械作用力转化为热能,整个高压均质过程中物料可升温。基于这些效应可用于对植物细胞的破碎、对植物物料的粉碎细化,促进植物活性物质最大限度的溶于提取溶剂中。
高压均质提取特点:
(1)HPH技术集超声波、超高压、加热回流等效果于一体,提取效果更高效;
(2)HPH是一种非热加工技术,工作温度低,高压均质提取过程是卸压、加压交替的过程,高压容器和外界环境有着良好的热交换,在整个提取过程中基本可以维持在室温下进行,最大程度地保留了植物中生物活性物质及各种营养成分的天然结构,避免了因热效应引起的有效成分变性、损失、药理活性降低等问题,可保持提取的活性成分的原有性质;
(3)HPH技术可以使物料颗粒的大小达到纳米级,极大地破碎植物细胞组织结构,更有利于活性成分的溶出;
(4)HPH可以提取水溶性成分、脂溶性成分及溶于有机溶剂的成分;
(5)HPH设备简单,能耗低,可单独使用,提取时间短。
HPH作为一种新型的植物天然活性成分提取技术,具有提取效率高、提取产物活性强、工艺操作简单、安全等优点,均质压力,均质次数是对植物天然活性成分提取率和稳定性产生影响的关键因素。在HPH处理后,各种植物天然活性成分的稳定性能得到最大程度的保留。随着科技的进步和仪器设备的发展,高压均质技术将会在提取天然活性成分方面的应用更加广泛。
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