一种嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的方法

本发明属于食品加工，具体涉及一种嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的方法。

背景技术：

1、果蔬作为人类食物的重要来源之一，提供了美好的食用体验和丰富的营养物质。果蔬除鲜食外，多被用于加工果蔬汁及酒类产品。果蔬加工业产生大量废弃残渣，目前果蔬废弃物大多直接或粗加工为饲料或者肥料，另有很大一部分果蔬残渣作为垃圾废料被焚烧，造成了资源浪费和环境压力。果蔬残渣中含有丰富的多酚类物质，如花青素、类黄酮、黄酮醇、酚酸等，具有抗炎、抗氧化损伤、抗癌、保护心脏、保护肝脏、改善糖尿病、增强免疫力等健康促进作用。因此，对果蔬残渣中的多酚进行纯化回收，有助于提高果蔬资源的综合利用效率。植物细胞壁的主要成分包括纤维素、半纤维素、果胶等大分子物质以及少量的蛋白质，植物细胞壁是植物细胞的重要组成部分。植物细胞破碎后，内容物随细胞液流出，剩余部分即可看作细胞壁组分。固定床分离多用于多酚粗提物的纯化，但常用的填料树脂存在用量大、价格高的缺点。细胞壁材料已被证明是可用的多酚纯化材料，作为果蔬残渣的主要成分，其来源广泛且价格优廉，具有良好的开发前景。将果蔬细胞壁材料作为固定床填料进行多酚纯化，是果蔬废弃物综合利用的新方向，有利于促进果蔬加工产业的增值。超声波是频率高于20khz的机械波，其在液态介质中传播产生的机械和空化效应，可促进加工过程中物质迁移，在不破坏有效成分的基础上提高分离纯化效率。因此，利用超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附/解吸附过程是提高多酚纯化效率的有效方式之一。

2、在现有技术中，专利cn 202222590210.3公开了一种固定床活性炭吸附器，其装置包括吸附器本体、活性炭支撑格栅、多层丝网、氧化铝球或砾石或其它陶瓷材料层、活性炭层、单层丝网、吸附器气体入口、吸附器气体出口，可避免吸附过程对固定床层的影响，但其设备只针对气体的吸附，不适用于液体及其它物质的吸附。专利cn 201980001691.8公开了一种葡萄多酚的树脂分离纯化方法，包括使用碱溶液浸提酒泥获得多酚碱提液，通过利用nka-9型或hpd600型大孔树脂吸附碱提液中的多酚成分，最后用乙醇洗脱，回收葡萄多酚。该方法虽能获得较高产量的葡萄废弃物多酚，但碱性条件不利于花色苷等多酚类物质的稳定性，且所用树脂价格较高，不适于工厂低成本大规模提取多酚类物质。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在传统方法对果蔬多酚类活性物质回收不足及果蔬细胞壁吸附功能利用不足，传统大孔树脂吸附价格高昂，以及细胞壁材料对废弃物中多酚类物质吸附效率较低等问题，本发明提供一种嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的方法技术，该方法可大批量回收果蔬多酚类活性成分，不仅提高了纯化效率，而且降低了生产运行成本及能耗。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的方法，从芹菜残渣中获得芹菜细胞壁材料，将其用作固定床设备填料，对果蔬中多酚进行吸附和解吸附，同时借助超声波直接作用于柱床，提高芹菜细胞壁的吸附和解吸附效率。

4、本发明所述的芹菜细胞壁固定床纯化多酚的方法，包括以下步骤：

5、(1)芹菜细胞壁制备：

6、将芹菜渣按料液比1:3-1:5(g/ml)与90％的乙醇水溶液混合煮沸后过滤，滤渣与料液比1:10-1：20(g/ml)的70％乙醇水溶液进行反复混合、静置、过滤，最后得到的滤渣置于40-50℃烘箱中烘干12h，得到芹菜细胞壁填料；

7、(2)果蔬多酚粗提液制备：

8、将果蔬渣或废弃物残渣按料液比1:20-1：30(g/ml)用50％的乙醇水溶液浸提6-8h，过滤滤渣，并旋转蒸发去除乙醇，所得液体为果蔬多酚粗提液；

9、(3)吸附多酚：

10、将芹菜细胞壁填料于去离子水中充分溶胀，转移入带超声设备的固定床中，使用纯净水充分平衡柱床，将步骤(2)中制备的果蔬多酚粗提液流入固定床，借助超声波强化芹菜细胞壁对果蔬多酚进行吸附；

11、(4)去除杂质：

12、吸附完成后使用纯净水冲洗，去除固定床内糖、有机酸等杂质；

13、(5)解吸附多酚：

14、去除杂质后，向固定床中流入解吸液，借助超声波强化芹菜细胞壁对果蔬多酚进行解吸附。

15、其中，步骤(2)中所述的果蔬渣及废弃物残渣为蓝莓渣、黑莓渣、葡萄渣、黑果花楸渣、桑葚渣、黑加仑渣中的一种或多种。

16、步骤(3)中所述细胞壁填料高度为15-30cm；所述果蔬多酚粗提液的进样流速为6-8ml/min，进样浓度为2-4g/l，冷却温度为20-25℃，吸附温度为20-25℃，吸附时间为20-30h。

17、步骤(4)中所述的纯净水冲洗流速为6-8ml/min，冲洗时间为1.5-3h。

18、步骤(5)中所述的解吸液为体积分数60-80％的乙醇水溶液，冲洗流速为6-8ml/min，冷却温度为20-25℃，解吸附温度为20-25℃，解吸附时间为3-5h。

19、步骤(3)和(5)中所述超声功率为8-20w/cm2，优选18w/cm2，超声波频率为20khz。

20、一种嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的装置，是在固定床式吸附解吸附设备的基础上，使用芹菜细胞壁作为填料，并在固定床层内嵌入超声波探头。

21、作为本发明的进一步优选,所述的嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的装置是在固定床式细胞壁材料吸附解吸附设备的基础上，在固定床容器壁内侧增加温度传感器，外壁增设冷却装置。

22、本发明嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质装置可以在现有的固定床设备的基础上改装得到。

23、所述的嵌入式超声耦合芹菜细胞壁固定床吸附解吸附分离纯化酚类物质的装置，其特征在于，包括超声吸附/解吸附主体设备、控制单元、循环装置和送料装置，其特征在于，所述超声吸附/解吸附主体设备由固定床式吸附/解吸附容器组成，温度传感器焊接于固定床式吸附/解吸附容器内的前后两侧；超声波探头嵌入柱床中；所述控制单元由超声发生器和温度控制器并联；所述循环装置由低温冷却循环泵和管路组成；所述送料装置由蠕动泵送料装置和管路组成；其中，超声吸附/解吸附主体设备、循环装置和送料装置依次通过管道串联，控制单元通过电路与超声吸附/解吸附主体设备连接。

24、所述嵌入式超声吸附/解吸附主体设备吸附容器内侧为温度传感器，超声波探头直接嵌入柱床中，超声波探头和温度传感器直接接触吸附液和细胞壁填料。

25、所述嵌入式超声吸附/解吸附主体设备吸附/解吸附容器外侧为装有冷却循环水的冷却管，可实时保持固定床内填料和料液温度，防止由超声波热效应带来的局部过热现象。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明将超声技术与固定床设备联合应用于芹菜细胞壁材料对果蔬多酚的吸附和解吸附过程中，在超声空化效应和机械效应的联合作用下，在吸附/解吸附过程中改变了芹菜细胞壁材料的质构，进而改变了吸附/解吸附传质参数，从而强化了芹菜细胞壁对多酚的吸附和解吸附作用，显著提高“突破”吸附量(固定床在实际应用中一般吸附至“突破”状态，即ca/ca0＝0.1)和解吸附量，并缩短解吸附时间，提高了多酚的纯度，与仅用固定床吸附/解吸附相比，可提高15-23％的“突破”吸附量，可提高17-26％的解吸附量，并节省约20-30％的解吸附时间，提高多酚纯度约65％。

28、(2)嵌入式超声辅助固定床式芹菜细胞壁材料吸附解吸附分离纯化酚类物质，在提高目标物质传质速率和回收率的同时，有效的去除了糖、酸等杂质，提高了多酚纯度，而且本方法吸附剂成本低、能耗低，操作简便，仅使用和乙醇，不使用其他有机试剂，且乙醇可回收反复使用，操作过程绿色无污染，是一种高效环保的酚类物质纯化方法。