هل سبق لك أن استخدمت جهاز التجانس بالموجات فوق الصوتية للطحالب البحرية؟

هل سبق لك أن استخدمت جهاز التجانس بالموجات فوق الصوتية للطحالب البحرية؟

مقدمة لتكنولوجيا استخراج الطحالب البحرية بالموجات فوق الصوتية

I. مقدمة

الطحالب البحرية، كمورد ثمين تمنحه للبشرية من المحيط، غنية بمجموعة متنوعة من المكونات النشطة حيوياً، مثل السكريات، والبروتينات، والأحماض الدهنية، والحمائيد، والبوليفينولات والصبغات.هذه المكونات أظهرت إمكانات تطبيق كبيرة في العديد من المجالات مثل الطبعلى سبيل المثال ، يمكن استخدام بوليساكاريدات كبريتات الخلط في الطب والأطعمة الصحية ومضافات العلف المضادة للفيروسات ،التي لها أهمية كبيرة لحماية صحة الناس وتعزيز سلامة تربية الماشية والدواجنومع ذلك، كيفية استخراج هذه المكونات النشطة بيولوجيا بكفاءة وصالح للبيئة كان دائما محور اهتمام الباحثين العلميين والصناعات ذات الصلة.طرق استخراج تقليدية، مثل استخراج المذيب واستخراج الحمض والقاعدة، لديها مشاكل مثل كفاءة استخراج منخفضة، وقتا طويلا، واستهلاك الطاقة العالية، والأضرار الكبيرة للمكونات النشطة.مع التقدم المستمر للعلم والتكنولوجيا، ظهرت تكنولوجيا استخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية وظهرت تدريجيا في مجال استخراج المكون النشط من الطحالب البحرية.

مبدأ الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية

الموجات فوق الصوتية هي موجة صوتية ذات تردد أعلى من 20 كيلو هرتزوالتي هي مفتاح تحقيق استخراج الطحالب البحرية الفعال.

1تأثير التجويف: عندما تنتشر موجات الموجات فوق الصوتية في السائل، فإنها سوف تشكل تغيرات الضغط الدورية. في مرحلة الضغط السلبي،الفقاقيع الصغيرة (نواة التجويف) في السائل سوف تتوسع بسرعةفي مرحلة الضغط الإيجابي، سوف تنهار الفقاقيع بشكل حاد. هذا الانهيار الفوري للفقاقيع سوف يولد درجات حرارة عالية للغاية (حتى 5000K) وضغوط (أكثر من 100MPa) ،تشكيل موجات صدمة قوية وميكروجيتهذه الظروف القاسية يمكن أن تدمر جدار الخلية وبنية غشاء الخلية من الطحالب البحريةمما يسهل إطلاق المكونات النشطة بيولوجياً في الخلايا في محلول الاستخراجعلى سبيل المثال، عند استخراج السكريات من الطحالب البحرية،قوة الاصطدام الناتجة عن تأثير التجويف يمكن أن تكسر قيود جدار الخلية وتسمح للبوليساكاريدات بالذوبان بسرعة.

2تأثير الاهتزاز الميكانيكي: الاهتزاز عالي التردد للموجات فوق الصوتية يمكن أن يسبب اهتزازات ميكانيكية قوية للوسط السائل وجسيمات الطحالب البحرية.هذا الاهتزاز يسرع الحركة النسبية بين محلول الاستخراج وجسيمات الطحالب البحرية، يزيد من معدل اختراق المذيب في الطحالب البحرية ، وبالتالي يعزز انتشار المكونات الفعالة من الطحالب البحرية في المذيب.أخذ استخراج البروتين من الطحالب البحرية كمثال، يتيح الاهتزاز الميكانيكي أن يتم تجديد المذيب حول البروتين بسرعة ، مما يسرع من معدل حل البروتين.

3التأثير الحراري: أثناء انتشار الموجات فوق الصوتية ، سيتم امتصاص جزء من الطاقة من قبل الوسط وتحويلها إلى طاقة حرارية ، مما يؤدي إلى زيادة في درجة حرارة النظام.زيادة درجة الحرارة المناسبة يمكن أن تقلل من لزجة محلول الاستخراج، زيادة معامل الانتشار للجزيء، وتحسين المزيد من كفاءة الاستخراج.يجب ملاحظة أن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط قد تؤذي بعض المكونات النشطة الحيوية الحساسة للحرارة، لذلك يجب السيطرة على الظروف بالموجات فوق الصوتية بشكل معقول في التطبيقات العملية.التأثيرات الحرارية المناسبة يمكن أن تعزز حلها دون أن تسبب في أكسدة وتعطيل.

III - مزايا الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية في استخراج المكونات النشطة من الطحالب البحرية

بالمقارنة مع طرق الاستخراج التقليدية، تكنولوجيا الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية لديها العديد من المزايا الهامة في استخراج المكونات النشطة من الطحالب البحرية.

1. فعالة وسريعة: وقد أظهرت العديد من الدراسات أن الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية يمكن أن تقصير وقت الاستخراج بشكل كبير. على سبيل المثال، عند استخراج كيلب سلفات البوليساكاريد،يتم استخدام استخراج فوق صوتي دوري، ويمكن اختصار وقت استخراج من عدة ساعات أو حتى أطول في الطرق التقليدية إلى 30 دقيقة.ولكنه يقلل أيضا من تدهور المكونات الفعالة التي قد تكون ناتجة عن استخراج طويل الأجلعند استخراج الفوكويدان من الطحالب البنية ، يمكن استخراج المساعدة بالموجات فوق الصوتية تحقيق معدل استخراج واحد أكثر من 95٪ ، مما يحسن إلى حد كبير من معدل استخراج المكون المستهدف.

2توفير الطاقة وحماية البيئة: خلال عملية استخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يتم تقليل استهلاك الطاقة المقابلة بشكل كبير بسبب وقت استخراج أقصر.في نفس الوقت، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تقلل من استخدام المذيبات العضوية، وحتى في بعض الحالات، يمكن استخدام المذيبات الأكثر صديقة للبيئة، مثل المذيبات الطبيعية العميقة البحرية على أساس الماء. على سبيل المثال،عند استخراج البوليفينولات من الخيزران الفوكويداني المزروع تجارياً، لا يقتصر استخدام المذيبات الطبيعية الغنية بالماء (WRNADES) مع الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية على تحسين كفاءة الاستخراج ،ولكن أيضا يقلل من ضرر المذيبات العضوية للبيئة، وتعزز تطوير عمليات إنتاج صديقة للبيئة في التكرير الحيوي للطحالب البحرية.

3تحسين جودة المنتج: تأثير الموجات فوق الصوتية خفيف نسبيا، وبينما يستخرج المكونات النشطة بيولوجيا بشكل فعال، فإنه يمكن أن تحافظ بشكل أفضل على بنيتها ونشاطها.أخذ استخراج phycobilisomes كمثال، من الصعب الحصول على الفيكوبيليسومات المثالية من دراكينا عن طريق الطرق الكيميائية والميكانيكية للتحطيم.ولكن يمكن الحصول على phycobilisomes كاملة عن طريق المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع تردد 20-50kHz وجهد 60V لمدة 10 دقائقعند استخراج بعض المكونات الطبية من الطحالب البحرية ، يمكن أن يضمن الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية نشاط المكونات وتحسين قيمتها الطبية.

4مجموعة واسعة من التطبيقات: تكنولوجيا الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية مناسبة لاستخراج أنواع مختلفة من الطحالب البحرية والمكونات النشطة بيولوجيا مختلفة.الطحالب البنية أو الطحالب الحمراء، سواء كان ذلك البوليساكاريدات أو البروتينات أو البوليفينولات أو الصبغات، يمكن تحقيق استخراج فعال عن طريق تحسين ظروف الموجات فوق الصوتية.أظهرت استخراج الكاروتين β من الطحالب المالحة والبروتين من السبرولينا نتائج جيدة.