技术领域
本发明涉及一种海藻多糖的提取装置及方法，尤其是涉及一种超声波辅助提取海藻多糖的装置及方法。
背景技术
多糖类化合物在自然界分布十分广泛，是生命有机体的重要组分，其在控制细胞分裂、调节细胞生长和维持生命正常代谢等方面具有重要作用。因此，与多糖有关的研究越来越受到人们的关注。随着海洋生物多糖的药用潜力逐渐被开发出来，海藻在海洋植物中数量和品种最多，且多糖含量占干质量的50％以上，成为目前最具有前景的一类活性物质。海藻多糖是由多个相同或不同的单糖基通过糖苷键相连而成的高分子碳水化合物，具有很高的应用价值，如琼脂、卡拉胶、褐藻酸盐已在工业上长期使用。此外，它还具有多种生物活性与药用价值，如抗病毒、免疫调节、抗肿瘤、抗氧化等。
海藻多糖是一类多组分混合物,不同提取方法从不同海藻中得到的多糖组成和活性差异较大。海藻多糖为极性大分子化合物，含有大量羟基而易溶于水。目前，国内外提取海藻粗多糖主要采用稀碱、稀酸与热水抽提的方法。其优点是工艺简单、操作方便、成本低，但也存在着提取率较低、活性损失大、过滤纯化困难等缺点，大大限制了海藻多糖大规模工业化生产。
传统提取海藻多糖的方法主要为酸提取法、碱提取法、酶提取法等。酸提取法用于提取溶于稀酸水溶液的多糖，较低的pH值可避免褐藻酸溶出；碱提取法常用于提取碱溶性多糖和海藻酸钠；酶提取法条件温和，可有效保持海藻多糖的纯天然性。但是上述这些提取方法都存在一定的缺陷：酸提取法容易造成多糖水解，碱提取法容易造成多糖生物活性降低，酶提取法耗时，工业生产需要使用的酶量大，成本高。
中国专利CN102850410A公开了一种从啤酒废酵母中提取海藻多糖的方法，属于生物技术范畴。本方法利用啤酒废酵母为原料进行海藻多糖的制备，主要工艺为啤酒废酵母预处理去杂后烘干灭酶，再采用索氏提取获得海藻多糖提取液，进一步经活性炭脱色、碱金属盐沉淀脱蛋白、离子交换除杂、浓缩、结晶干燥后获得海藻多糖，纯度达到98.5％以上，可用于医药、化妆品和食品等领域。本发明具有原料利用率高、成本低、工艺简单、方法易行、操作安全和产品纯度高等特点，易于产业化生产。但是，整个工艺所需要的时间仍然比较长，存在耗时耗力等缺陷。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供给了一种超声波辅助提取海藻多糖的装置及方法。
一种超声波辅助提取海藻多糖的装置，所述装置包括提取反应器、超声波发生器和温控装置，所述提取反应器内设有用于放置待提取物的提取管，所述提取管的管壁四周设有若干个通孔，所述超声波发生器的数量为一个以上，所述每个超声波发生器通过相应的超声波探头与提取反应器内腔相连，所述超声波探头均匀设置在提取反应器中并位于提取管之外；所述温控装置包括温度控制器、感温探头和加热管，感温探头和加热管分别与温度控制器相连，所述感温探头和加热管设置在提取管内；所述提取反应器内腔底部与泵相连。
本发明通孔的设计，使得提取液不仅能浸润待提取物，实现有效提取，而且待提取物的碎渣不至于混杂在提取液中，便于进行下一步处理。另外，有助于提取管中的液体与提取反应器中的液体实现循环交替，当提取管中的液体浓度较大时，开始向提取管外的提取反应器中流动，同时，提取管外的提取反应器中的液体进入提取管内，避免了稠度大对提取效率的影响。提取结束后，可以通过与提取反应器内腔底部相连的泵将提取液泵出去，更有利于实现自动化。
本发明一个以上超声波探头均匀设置在提取反应器中，使超声作用均匀，提取效果更好。感温探头和加热管设置在提取管内，可以更有效的控制温度。
优选地，所述装置还包括搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌器和搅拌桨，搅拌桨与搅拌器相连，所述搅拌桨由提取反应器顶部伸入并位于提取管内。进一步提高提取效率。
优选地，所述提取管的上端、下端分别与提取反应器的上端、下端之间留有间隙。使得对待提取物的超声能均匀平稳的进行，提高提取效率。
优选地，所述提取管同心位于提取反应器之中。
一种超声波辅助提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将海带、羊栖菜或裙带菜粉碎，过60目筛后，将其放置在滤纸包或纱布中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，并向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：32～46，超声波频率为20～100kHz，超声波功率为120～200W，提取温度为25～55℃，提取时间为22～28min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经喷雾干燥或冷冻干燥得到海藻多糖纯品。
优选地，步骤（2）中，料液质量比为1：35～38，超声波频率为35～60kHz，超声波功率为145～167W，提取温度为30～40℃，提取时间为23～26min。
优选地，步骤（3）中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/5～1/7，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.2～3.7。
优选地，步骤（4）中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液。
优选地，一种超声波辅助提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将海带、羊栖菜或裙带菜粉碎，过60目筛后，将其放置在滤纸包或纱布中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：35，超声波频率为60kHz，超声波功率为167W，提取温度为35℃，提取时间为26min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/5，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.5。
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经喷雾干燥或冷冻干燥得到海藻多糖纯品；其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液。
优选地，一种超声波辅助提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将海带、羊栖菜或裙带菜粉碎，过60目筛后，将其放置在滤纸包或纱布中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：32，超声波频率为35kHz，超声波功率为145W，提取温度为55℃，提取时间为23min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/5，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.7；
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经喷雾干燥或冷冻干燥得到海藻多糖纯品，其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液。
本发明步骤（2）可根据实际情况重复提取2次以上。步骤（4）中用DEAE纤维素柱层析纯化时，其洗脱速度可根据实际情况进行调节。
本发明适用于工业化生产，将其扩大化生产仍能保持良好的提取效果，不仅降低了提取温度，提高了提取率，而且大大缩短了提取时间。
超声波辅助提取法，是利用超声波高频振荡所产生的空化作用、机械作用及热学作用，在物体的内部形成局部高温、高压环境，致使动植物细胞组织变形、破裂，促进细胞内有效成分的溶出。具有活性成分损失少、提取效率高的优点。
物体受有同样能量，但频率不同的超声波作用时，结果可能不一样，当然，频率相同，而功率不同，即所含能量不同的超声波作用，其结果也是有区别的。
本发明提取得到的海藻多糖可开发饮料，口服液，胶囊等产品。
本发明方法简单，操作容易，经本发明方法提取的海藻多糖耗时短，纯度高，可达到98%以上；不仅能节约成本，降低能耗，有利于实现自动化，而且能提高提取效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
参照图1，一种超声波辅助提取海藻多糖的装置，所述装置包括提取反应器1、超声波发生器3、温控装置和搅拌装置，所述提取反应器1内设有用于放置待提取物的提取管10，所述提取管10同心位于提取反应器1之中。
所述提取管10的管壁四周设有若干个通孔11，所述超声波发生器3的数量为1个，超声波发生器3通过相应的超声波探头2与提取反应器1内腔相连，所述超声波探头2设置在提取反应器1的下部并位于提取管10之外；所述温控装置包括温度控制器4、感温探头6和蛇形加热管7，感温探头6和蛇形加热管7分别与温度控制器4相连，所述感温探头6和蛇形加热管7设置在提取管10内；所述提取反应器1内腔底部与泵9相连。
所述搅拌装置包括搅拌器5和搅拌桨8，搅拌桨8与搅拌器5相连，所述搅拌桨8由提取反应器1顶部伸入并位于提取管10内。
所述提取管10的上端、下端分别与提取反应器的上端、下端之间留有间隙。使得对待提取物的超声能均匀平稳的进行，提高提取效率。
使用时，将待提取物如海带、羊栖菜或裙带菜等粉碎后，置于提取反应器中，并加入一定体积的水，通过温度控制器调节提取所需的温度，开启超声波发生器后进行超声提取。必要时，可开启搅拌器，实现搅拌下的超声提取。提取结束后，可以通过与提取反应器底部相连的泵将混合物泵出去，进行下一步离心等操作，这样更有利于实现自动化。
实施例2
参照图2，一种超声波辅助提取海藻多糖的装置，所述装置包括提取反应器1、超声波发生器3、温控装置和搅拌装置，所述提取反应器1内设有用于放置待提取物的提取管10，所述提取管10同心位于提取反应器1之中。
所述提取管10的管壁四周设有若干个通孔11，所述超声波发生器3的数量为6个，所述每个超声波发生器3通过相应的超声波探头2与提取反应器1相连，所述超声波探头2均匀设置在提取反应器1中并位于提取管10之外；所述温控装置包括温度控制器4、感温探头6和蛇形加热管7，感温探头6和蛇形加热管7分别与温度控制器4相连，所述感温探头6和蛇形加热管7设置在提取管10内；所述提取反应器1底部与泵9相连。
所述搅拌装置包括搅拌器5和搅拌桨8，搅拌桨8与搅拌器5相连，所述搅拌桨8由提取反应器1顶部伸入并位于提取管10内。
所述提取管10的上端、下端分别与提取反应器的上端、下端之间留有间隙。使得对待提取物的超声能均匀平稳的进行，提高提取效率。
实施例3
一种采用实施例2所述装置提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将海带粉碎，过60目筛后，将其放置在纱布中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：32，超声波频率为35kHz，超声波功率为145W，提取温度为55℃，提取时间为23min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/5，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.7。
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经喷雾干燥得到海藻多糖纯品，HPLC检测产品纯度为98.5%；其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液，下流速度控制在0.2ml/min。
采用苯酚-硫酸法测多糖含量并计算多糖提取率，本实施例海带多糖提取率为13.8%。海带多糖的传统热水提取工艺的提取温度为80～90℃左右，提取时间6～8h，提取率为7.9%。
实施例4
一种采用实施例2所述装置提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将羊栖菜粉碎，过60目筛后，将其放置在滤纸包中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：35，超声波频率为60kHz，超声波功率为167W，提取温度为35℃，提取时间为26min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/6，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.5。
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经冷冻干燥得到海藻多糖纯品，HPLC检测产品纯度为99.1%；其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液。
本实施例羊栖菜多糖提取率为14.6%。
实施例5
一种实施例1所述装置提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将裙带菜粉碎，过60目筛后，取10g放置在滤纸包中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：46，超声波频率为80kHz，超声波功率为200W，提取温度为42℃，提取时间为22min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/7，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.2。
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经冷冻干燥得到海藻多糖纯品，HPLC检测产品纯度为98.1%；其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液，下流速度控制在0.5ml/min。
本实施例裙带菜多糖提取率为13.7%。传统酸提取法得率为8.7%，碱提取法得率为9.4%。
实施例6
一种采用实施例2所述装置提取海藻多糖的方法，包括下述步骤：
（1）将海带粉碎，过60目筛后，将其放置在纱布中得待提取物；
（2）将待提取物置于提取管中，向提取反应器中加入一定体积水，采用超声波破碎提取一段时间后得到提取液；其中，提取反应器中各项条件分别控制为：料液质量比为1：38，超声波频率为100kHz，超声波功率为122W，提取温度为28℃，提取时间为28min；
（3）提取液进一步经离心、浓缩、乙醇沉淀、过滤后得海藻粗多糖；其中，离心后的提取液浓缩至原体积的1/6，浓缩液与乙醇的体积比为1：3.7。
（4）利用DEAE纤维素柱层析纯化海藻粗多糖，最后经喷雾干燥得到海藻多糖纯品，HPLC检测产品纯度为98.7%；其中，洗脱液为pH7.2，0.01mol/L的NaH2PO4-NaHPO4缓冲液。
本实施例海带多糖提取率为14.1%。