Determination of the influence of the sound capillary effect on the process of soaking vegetable raw materials in the acoustic extractor

Жанна Ігорівна Остапенко

doi:10.15587/2706-5448.2023.275236

Автор(и)

Жанна Ігорівна Остапенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-0949-9912

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.275236

Ключові слова:

екстрагування біологічно активних речовин, рослинна сировина, ультразвук, екстрагент, звукокапілярний ефект, капіляр, кавітація

Анотація

Об’єктом досліджень є процес руху рідини в капілярах при екстракції біологічно активних речовин (БАР) з рослинної сировини під дією звукокапілярного ефекту. Характерною особливістю рослинної сировини є велика кількість пор капілярного типу. Проникнення екстрагенту в сировину відбувається по капілярах і призводить до заповнення в ній клітин і пустот. Процес заповнення капілярів і пустот клітин екстрагентом може бути досить тривалим і суттєво збільшувати час екстрагування в цілому.

Встановлено, що на проникнення екстрагента в капіляри рослинної сировини впливають ультразвукові коливання, що викликають кавітацію. Під дією кавітації, яка виникає в ультразвуковому полі, проникнення екстрагента у вузькі порожнини та щілини прискорюється та поглиблюється. Це явище називають звукокапілярним ефектом. Аналіз літературних джерел показав, що данні про дослідження умов виникнення звукокапілярного ефекту та вплив на швидкість руху рідини в капілярах ультразвукового тиску при екстрагуванні БАР з рослинної сировини відсутні. Для дослідження руху рідини (екстрагента) в капілярах при екстракції БАР з рослинної сировини в умовах дії ультразвуку використовувалося чисельне моделювання.

В результаті виконаних досліджень знайдені умови виникнення ультразвукової кавітації в процесі екстракції БАР з рослинної сировини найбільш поширеними екстрагентами, такими як вода та розчини етанолу. Також знайдені значення амплітуди звукового тиску екстрагента, що виникає в умовах дії звукокапілярного ефекту безпосередньо біля входу в капіляр. Встановлені залежності звукокапілярного тиску від діаметру капіляру для найбільш поширених екстрагентів. Визначений вплив звукокапілярного ефекту на швидкість руху найбільш поширених екстрагентів в капілярах різного розміру.

Отримані результати досліджень дозволяють кількісно оцінити вплив звукокапілярного ефекту на рух екстрагентів в капілярах рослинної сировини, на швидкість намочування рослинної сировини та швидкість протікання масообмінних процесів при екстракції. Ці результати можуть бути використані при виборі режимів роботи існуючого та проєктуванні нового обладнання для екстракції БАР з рослинної сировини в умовах дії ультразвуку.

Біографія автора

Жанна Ігорівна Остапенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант, старший викладач

Кафедра біотехніки та інженерії

Посилання

Korobiichuk, I., Melnick, V., Ostapenko, Z., Ruzhinska, L. (2022). Investigation of heat and mass transfer processes in the extraction of vegetable raw materials under the conditions of ultrasound. 22nd SGEM International Multidisciplinary Scientific GeoConference Proceedings 2022, Energy and Clean Technologies. doi: https://doi.org/10.5593/sgem2022/4.1/s17.16
Melnyk, V. M., Ruzhynska, L. I., Andruk, M. M. (2017). Ultrazvukova dezyntehratsiia roslynnoi syrovyny v tekhnolohii otrymannia karotynoidiv. Internauka, 18.
Martínez-Patiño, J. C., Gullón, B., Romero, I., Ruiz, E., Brnčić, M., Žlabur, J. Š., Castro, E. (2019). Optimization of ultrasound-assisted extraction of biomass from olive trees using response surface methodology. Ultrasonics Sonochemistry, 51, 487–495. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.05.031
Wen, C., Zhang, J., Zhang, H., Dzah, C. S., Zandile, M., Duan, Y., Ma, H., Luo, X. (2018). Advances in ultrasound assisted extraction of bioactive compounds from cash crops – A review. Ultrasonics Sonochemistry, 48, 538–549. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.07.018
Toma, M., Vinatoru, M., Paniwnyk, L., Mason, T. J. (2001). Investigation of the effects of ultrasound on vegetal tissues during solvent extraction. Ultrasonics Sonochemistry, 8 (2), 137–142. doi: https://doi.org/10.1016/s1350-4177(00)00033-x
Arabi, M., Ghaedi, M., Ostovan, A., Tashkhourian, J., Asadallahzadeh, H. (2016). Synthesis and application of molecularly imprinted nanoparticles combined ultrasonic assisted for highly selective solid phase extraction trace amount of celecoxib from human plasma samples using design expert (DXB) software. Ultrasonics Sonochemistry, 33, 67–76. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.04.022
Yang, R.-F., Geng, L.-L., Lu, H.-Q., Fan, X.-D. (2017). Ultrasound-synergized electrostatic field extraction of total flavonoids from Hemerocallis citrina baroni. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 571–579. doi: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.06.037
Chen, L., Jin, H., Ding, L., Zhang, H., Li, J., Qu, C., Zhang, H. (2008). Dynamic microwave-assisted extraction of flavonoids from Herba Epimedii. Separation and Purification Technology, 59 (1), 50–57. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.05.025
Ponomarev, V. D. (1976). Ekstragirovanie rastitelnogo syria. Moscow: Meditcina, 204.
Minina, S. A., Kaukhova, I. E. (2009). Khimiia i tekhnologiia fitopreparatov. Moscow: GEO-TAR-Media, 560.
Dubashinskaia, N. V., Khishova, O. M. (2008). Opredelenie nabukhaniia i pogloshchaiushchei sposobnosti kornevishch s korniami siniukhi. Vestnik farmatcii, 1 (39).
Rozina, E. Iu. (2003). Kavitatcionnyi rezhim zvukokapilliarnogo effekta. Akustichnii vіsnik, 6 (1), 48–59.
Luhovskoi, A. F., Chukhraev, N. V. (2007). Ultrazvukovaia kavytatsyia v sovremennikh tekhnolohyiakh. Kyiv: Vydavnycho-polihrafichnyi tsentr – Kyivskyi universytet, 244.
Luhovskyi, O. F., Movchaniuk, A. V., Bernyk, I. M., Shulha, A. V., Hryshko, I. A. (2021). Aparatne zabezpechennia ultrazvukovykh kavitatsiinykh tekhnolohii. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho. Vydavets FOP Kushnir Yu.V., 216.
Rozina, E. Iu. (2003). O prirode sily, deistvuiushchei na kavitiruiushchuiu sredu u sreza kapilliara. Akustichnii vіsnik, 6 (3), 60–68.
Bronin, F. A. (1967). Issledovanie kavitatcionnogo razrusheniia i dispergirovaniia tverdykh tel v ultrazvukovom pole vysokoi intensivnosti. Moscow, 299.