Ультразвуковая экстракция

 

Исследования, начавшиеся еще в 50-х годах, показали пригодность для интенсификации мацерационного процесса также ультразвуковых колебаний. Рассмотрим вкратце основные положения, без которых трудно будет понять ускорение диффузии с помощью ультразвука. В среде распространения звуковых волн наблюдается частотное равнопеременное чередование зон сжатия и разрежения, равных по величине амплитуды - звуковое давление. В колебательное движение вовлекаются не только молекулы и объемы жидкости, через которую проходит волна, но и частицы вещества, находящиеся в ней в различном физико-химическом состоянии. Все они испытывают постоянное давление в сторону от излучателя. Таким образом, компоненты систем типа жидкость - твердое тело (а также жидкость - жидкость) не только колеблются около положения равновесия, но и смещаются в одну сторону («звуковой ветер»). При этом появляются сильные турбулентные течения, гидродинамические микропотоки, способствующие переносу масс, растворению веществ и т. д. Такое явление отмечается как снаружи твердых частиц, так и внутри них (например, набухшей клетки). Вследствие различной инертности частиц фаз их собственные колебания не совпадут с таковыми. основной массы жидкости. В результате этого в местах трения произойдут локальные повышения температуры, уменьшение вязкости жидкости, увеличение турбулентности, нарушение структуры прилегающих слоев и как основное следствие этого пограничный слой, имеющийся около частиц, истончится или же будет иметь предельную толщину, значительно меньшую, чем в спокойном состоянии фаз. О механизме образования кавитации и ее свойствах говорилось выше. Отметим, что главным ее положительным качеством является способность к диспергированию, т. е. увеличению межфазной поверхности.

Таким образом, физический механизм действия упругих колебаний сводится к интенсивному перемешиванию даже там, где этого достичь другими способами невозможно (например, внутри клетки); локальному нагреву частиц, отличному от теплового переноса, так как твердое тело, нагреваясь, само отдает тепло жидкости, а не наоборот, что важно при экстракции; и, наконец, проявлению диспергирования звуком в стадии кавитации.

Следует, однако, помнить, что состояние твердой фазы, физико-механическая структура ее определяет степень интенсификации процесса экстракции. Поэтому наибольший эффект от воздействия ультразвуком проявляется тогда, когда растительная или животная клетка хорошо-пропитана проводящим ультразвук экстрагентом. В некоторых случаях такое воздействие приписывается, и его нельзя отрицать, действию-кавитации. Это скорее можно объяснить резонансными упругими колебаниями стенок клеток, разбивающими в определенной степени пограничный диффузионный слой. А в результате появления турбулентного перемешивания как внутри, так и снаружи клеток молекулярно-кинетическое движение заменяется конвективным, что позволяет держать на высоком уровне разность концентраций в зоне соприкосновения фаз.

27.06.2015