循环超声加速生物提取

循环超声“加速”生物提取

弘祥隆一直致力于通过开发先进的仪器装备，将超声循环提取技术应用在生物产业的不同领域。

■本报记者李惠钰 炎炎夏日，小龙虾又成了夜间大排档的抢手货，可是“生活在脏水里”、“重金属含量极高”、“使用洗虾粉”等问题，也让不少“吃货”望而却步。 如今，超声波的妙用终于给消费者吃了颗“定心丸”。 检测结果显示，经过超声波清洗过的小龙虾，微生物含量明显降低。其中，细菌总数减少了700倍，致病菌减少了150倍。 作为一种物理能量形式，频率为20kHz以上的超声波在水下定位、医学诊断与治疗、药学、食品工业、生物工程等领域均有用武之地，其高频特性更是给生物分离提取行业带来了福音。 不过，由于超声波的衰减现象严重，在一定程度上制约了其工业化大规模应用。北京弘祥隆生物技术股份有限公司（以下简称弘祥隆）开发出的循环式超声提取技术及装置，则为超声提取的工程放大觅到良方。 大规模高效提取亮新招 在天然产物提取行业，先进高效的提取分离技术是企业赢得主动权的关键。 在日前召开的2013年中国战略性新兴产业发展论坛上，弘祥隆董事长江玉龙表示，与机械搅拌等传统提取方法相比，超声技术能够使生物产品生产效率提高几倍到几十倍，能耗降低50%以上，资源利用率显著提高，生产成本也能够降低30%以上。 那么，超声波为何能够强化各种成分的提取分离？ 业内专家认为，空化作用是其主要原因。当大能量的超声波作用于介质时，介质就会被撕裂成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，并产生高达几千个大气压的瞬间压力，这就是空化现象。 江玉龙表示，超声波在介质中传播会产生无数颗“小炸弹”，空化作用会使细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成，这不仅缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用还加强了胞内物质的释放、扩散及溶解，从而提高提取效率。 与此同时，由于超声波破碎是一个物理过程，无化学反应，被浸提的物料还能够保持很好的生物活性。 不过，在江玉龙看来，超声技术虽能广泛用于生物活性组分提取及分析样品处理，但却存在超声场的范围及强度非常有限、物料不能均匀地接受超声处理等问题，更缺乏有效的工程放大的手段和方法。 为此，弘祥隆在中国科学院过程工程研究所开发的循环超声提取技术的基础上，进一步研制出适宜于各种天然产物提取的高效超声提取装置，并将其应用于大规模工业化生产中。 “我们的技术创新主要是通过循环进行放大，通过组合生产提高超声的强度和协同强化的效益，从而产生高效的工程放大的效果。”江玉龙称，循环超声提取技术的产业化应用，极大提高了超声场强度、物料对超声波的利用率以及物料接受超声波处理的均匀性，同时解决了超声波在介质中快速衰减等问题。 生物产业应用广泛 作为一家在新三板挂牌上市的国家级高新技术企业，弘祥隆一直致力于通过开发先进的仪器装备，将超声循环提取技术应用在生物产业的不同领域。 江玉龙表示，弘祥隆已开发出十大系列的近百种超声提取产品，并在国内建立了多条生产线，广泛应用于100余种原料的提取和强化的反应过程中。 中药材原料中天然产物的提取就是其中一个重要方向。 以青蒿素为例，如果在50℃以下采用石油醚、汽油冷浸或搅拌提取，提取率约为60%，提取时间为24~48小时。而如果采用循环超声提取技术装置，青蒿素提取率就能够达到90%以上，提取时间缩短为20分钟，提取效率显著提高。 正如江玉龙所说：“循环超声提取和常规方法相比较，主要就在于提取的效率快、得率高。”同样，这一优势也在生物发酵产品、生物基材料、生物基化学品以及食品和奶制品加工中均得以体现。 例如，当超声波用于木质素催化氧化（氧化铜为催化剂）制备香兰素时，产率则能够由6%~10%提高到27%，提高幅度近3倍。而在粮食类精深加工的应用中，使用循环超声提取技术还可以从米糠、麦麸、大豆、玉米胚芽等中提取出高附加值成分，使豆乳蛋白含量提高6.6%，豆乳干物质重量提高11.6%。 不仅如此，循环超声提取技术在生物柴油的深加工中亦具有诸多优势。 “在生物柴油制备方面，与机械搅拌相比，在35℃条件下反应时间从60分钟缩短至10分钟，转化率从94%提高至99%。”江玉龙说，“超声波作用还加速了酶反应过程，生物柴油产率比静态条件下的产率提高了27%~32%。” 前景光明 目前，国内提取企业技术落后主要表现在原材料提取、料液分离等方面，循环超声提取技术及装备的出现，有望改变我国中药材及其他天然产物生产提取的落后局面。 为引领整个行业的科学发展，由弘祥隆独立起草的罐式超声循环提取机国家行业标准，已在天然产物制备、制药、食品、化工、能源、农产品加工等行业的数百家单位的研究和生产中使用。 在江玉龙看来，循环超声提取技术能够带来极大的社会效益，由于提取率的提高，不仅显著节能降耗，还可促进资源分级利用继而提高资源综合利用率。同时，自动化的控制也能够减少人为因素的影响，保证产品的质量和安全。 值得一提的是，由于超声提取工程放大难题的解决，也大大拓宽了超声提取的应用范围。 江玉龙称，循环超声技术及设备不仅适用于各种天然产物提取，还可用于超声分散、缓释药物超微胶囊和纳米胶囊制备等。应用范围也扩展到生物医药、生物能源、保健品、化妆品、化工产品、冶金、纳微材料制备、农产品、食品、饮料等多个领域。 目前，弘祥隆还正在将超声浓缩、超声干燥、超声结晶等集成为低温超声提取—分离生产线。 正如江玉龙所希望的那样：“通过超声新技术、新装备的应用，促进我国生物产业的升级和转型。”

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