CN102740942B - 提取材料的方法及实施其的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提取材料并涉及提取方法，包括涉及将提取剂加热，用加热的辊来初步提取原料，以真空-脉冲模式用提取剂浸渍原料和提取原料。以真空-脉冲模式浸渍和提取原料以循环来进行，所述循环包括用热的气体载热介质进行加热和在室中以快速真空-脉冲作用产生真空，其中逐级多次降压，接着保持在真空下以使混合物的温度稳定并且在该循环结束时通过输送热的气体载热介质解除真空。实施该方法的设备包括螺杆定量加料器；提取剂容器；加热的辊；一个或两个提取器，其通过管线经由阀依次连接到回流冷凝器、提取物的收集器和接收器，该接收器连接到真空泵，所述设备配备有安装在每个提取器底部并且通过管线连接到气体载热介质供给系统的鼓泡器，并且另外配备有一个或多个具有真空泵的接收器，所述真空泵与第一接收器平行安装并且通过具有快速响应阀的真空管线系统与提取器的输入端连接。本发明提高了可提取材料的收率和其品质。

Description

提取材料的方法及实施其的装置

技术领域

本发明涉及使用真空进行提取的方法，并且可用于从植物、动物、鱼、海产品和其它类型原料提取药物或其它有价值的生物活性剂用于化学、食品和化妆品行业以及医药中。

背景技术

目前使用的产生提取物的方法（专利RU 2232026A61K35/78，V01D 11/02）是通过使用结构化水作为提取剂，在真空（至多-0.3atm.）下于15-35℃将地被植物原料提取1-15天。

该方法的主要缺点是以层流扩散形式（在固相的固定床上浸泡）实施提取过程，其中接近固体颗粒的提取剂层可提取物快速饱和，这导致在饱和时间期间浓度梯度降低和提取过程的有效性下降。此外，所述方法没有提供溶剂在材料中的足够过热，这导致可提取材料收率的降低。该方法的缺点是明显长的过程持续时间（1-15天），这不排除形成各种微生物，特别是细菌、霉菌、真菌、酵母并且可导致混合物变酸。

目前使用的提取材料的方法（专利RU 2163827 V01D 11/02），包括原料的碾碎、真空处理、与溶剂接触、混合物的加热和以真空-脉冲模式的提取。在使组分接触之前，将溶剂和原料进行加热并使用真空-脉冲处理进行脱气。将组分和它们的混合物加热到不导致物质发生变性的温度。在0.1-13.3kPa的剩余压力和在达到它且卸除-0.5-1.0sec的时间下于40-80℃的温度以等于10的比率（提取剂:原料）进行提取。

所述提取方法具有若干缺点。在所提出的真空处理模式下，所述方法没有提供组分从原料的足够完全的提取。原料的提取以高的提取剂流率（比率（提取剂:原料）等于10）进行。此外，在40-80℃的温度下进行提取处理，其结果破坏许多生物活性组分，这极大地降低了所获得的提取物的品质。

目前使用的原料提取方法是(RU 2213606 В01D 11/02)。该方法包括将原料研磨和加热，将原料和提取剂脱气，将提取剂加热到5-15℃的温度，该温度低于原料加热温度。于此采用脉冲真空处理分别进行原料和提取剂的脱气，包括在每个脉冲真空处理循环后使混合物保持持续3-5分钟。在70℃的温度和1-10mm Hg的接收器中残余压力下以真空-脉冲模式进行提取。

目前使用的是实现所述提取方法的设备（专利RU 2213606 V01D11/02），其含有提取剂罐和提取器，它们通过快速反应阀用管线相互连接、并且与冷凝物接收罐、接收器以及与接收器连接的真空泵连接。安装在提取器上方的回流冷凝器保证了提取剂蒸气的冷凝，加热器和保证了将加热液体介质加热且输送到提取剂罐和提取器罐。

所述提取方法和设备具有一些缺点。在所提出的真空处理模式下，所述方法和设备没有提供从原料足够完全的组分提取。以高的提取剂流率（提取剂:原料等于10）进行原料提取。此外，在高达70℃的温度下进行所述提取方法，其结果破坏多种生物活性组分，这极大地降低了所获得的提取物品质。后种情况致使所述方法不适用于获得植物、动物原料和海鲜的高品质药物制剂。

用于生产提取物的设备（发明人证书SU№ V01D 85010811/00）其具有带转子的圆柱体，该圆柱体用径向壁分隔成室，所述室配备有铰接的底门和在溶剂接收器上部的具有关闭阀的喷射系统，用于装载和卸载固体物质的装置。所述提取器配备有闩体(bar)，其安装成包括能够往复运动，位于它们上面的是连接到关闭阀的转动装置(turner)、导引装置(guide)和杆（lever）。

这种设备的缺点包括底部表面上提高的固体物质填充，在出现搅拌器转动装置的往复运动时，其提高了固相层的流体阻力，从而降低提取过程的速度和品质。所述缺点还包括设备结构的复杂性。

应注意的是，在高于39℃的温度下经常发生材料的快速和不可逆处理，这没有直接导致变性，然而，不利地影响了所含组分的生物活性。例如，一些有机化合物可以具有从一种构型向另一种构型的转变，包括生物活性的丧失。

上述方法不适于提取容易氧化的物质。

本发明的目的是开发用于提取不同类型的生物原料的方法和实施该方法的设备，从而允许提高可提取材料的收率并且由于在较低的温度下进行处理的可能性而改善它们的品质，以及防止材料的氧化反应。

发明内容

为了解决所提出的问题，一种方法包括加热提取剂，通过提取剂以不大于2的比率（提取剂:原料）用加热辊来初步提取原料，以真空-脉冲模式用提取剂浸渍原料和提取原料，该方法允许以真空-脉冲模式循环进行原料的浸渍和提取，所述循环包括用热的气体载热介质进行加热和在室中以快速真空-脉冲作用产生真空，其中以逐级多次降压从大气压降到不超过0.01MPa的压力，然后从前面的压力降到不大于0.0001MPa的压力，接着保持在真空下以使混合物的温度稳定并且在该循环结束时通过输送热的气体载热介质解除真空，此时将原料进行加热达到不超过39℃的温度。

所述方法涉及使用蒸馏水或有机溶剂或它们的混合物作为提取剂。

如果必要，使用防止材料发生氧化反应的化学惰性气体作为气体载热介质。

为了实现所提出的提取方法，使用一种设备，该设备包括连接到提取剂罐的螺杆定量加料器；连续加热的辊，其配备有网状接收容器以收集所得压缩饼并用提取剂进行浸渍；一个或两个提取器，其通过管线经由阀连接到回流冷凝器、提取物的收集器，它们也彼此相连并连到接收器上，该接收器连接到真空泵，所述设备配备有安装在每个提取器底部并且通过管线连接到气体载热介质供给系统的鼓泡器，并且另外配备有一个或多个具有真空泵的接收器，所述真空泵与第一接收器平行安装并且通过具有快速响应阀的真空管线系统与提取器的输入端连接。

鼓泡器可以具有直径为1-6mm的多个孔用于获得较好的过程强化。

气体载热介质供给系统配备有风扇(fan)和加热装置。

此外，所述设备配备有惰性气体源以进行含有可易于氧化物质的材料提取处理。

因此，与现有技术的不同之处在于材料和提取剂之间不同的接触模式，在于为实施这种改变的设备设计的其它变化形式，即所提出的方案具有新颖性。

所提出的解决方案不仅与现有技术，而且还与本领域的其它技术解决方案的对比分析表明所提出的技术解决方案与现有技术的区别特征使得得出所述解决方案满足“创造性”标准。

所提出的方法和设备允许在低温（不超过39℃）下进行原料的有效提取，如下文所对其进行的解释。用逐级降压进行原料的真空-脉冲提取加速了提取剂随着每一级而扩散到该材料的更深结构中并且扩散到细胞内部，这伴随着强烈的传热和传质，因此产生从该原料更完全的组分提取。此外，在急剧脉冲压降下，达到饱和蒸气压，形成提取剂的空化气泡，从而在混合物中产生液力冲击，其结果是导致材料崩解和均化。降压步骤和真空脉冲的数目取决于起始材料的类型和对一些组分提取的需要。真空泄放和加热混合物通过由孔直径为1-6mm的鼓泡器向提取室输送加热的气体冷却剂进行，这在该系统中产生“沸腾中心”，提供混合物的混合和均匀化，提高传质和传热，有利于更有效的提取。所述过程伴随有在提取混合物中的强烈冲击波，这进一步破坏掉材料的多孔结构，这是因为由胞内压力和外部压力的差异变化产生的冲击负荷以及动态应力和疲劳应力的积累。因此，伴随着在每个步骤真空深度提高的原料逐级多个真空-脉冲提取与将加热的气体载热介质输送到提取室中具有协同作用。设备中与提取器平行连接的接收器的使用，提供了以真空-脉冲模式通过首先从第一接收器，然后以更深真空从第二接收器的逐级真空产生方式来进行更强烈提取过程的机会。

本发明的实践

附图（参见图1）显示了用于提取材料的设备，该设备包括螺杆定量加料器1，其将原料输送到其料斗中，并且将提取剂从提取剂罐2计量加入。在螺杆定量加料器下面，安装连续加热的辊3用于进行预提取处理。将辊3上获得的用提取剂浸渍的压缩饼收集在罐5的接收网状容器4中。为了进行提取处理，所述设备配备有提取器6（其中安装具有原始压缩饼的容器）。在提取器6上、装有回流冷凝器7，通过公共管线9的阀8降它与提取器彼此连接。提取器6配备有鼓泡器10，该鼓泡器安装在每个提取器6的底部并且通过管线11经由阀13连接到气体载热介质供给系统12。所得提取物收集在提取物接收罐14中。管线使设备的所有部分彼此连接并且连接到接收器15和16，所述接收器用真空泵17、18和19通过快速响应阀20、21和22输送真空，并通过阀23和24进行与大气的连接。设备的每个部分分别配备有阀以连接到真空管线25。

所提出的接收器15、16与真空泵17、18和19的连接方案允许使用多个逐级降压并且为以真空-脉冲模式提取材料产生更有利的条件。

气体载热介质输送装置12配备有风扇26和加热装置27。

用于提取的装置配备有惰性气体源28，其在提取容易氧化的物质时使用。

提取装置按如下进行操作：

准备原料和提取剂

洗涤和清洁原料。

在提取剂罐2中，将提取剂加热到过程操作温度。使用蒸馏水或有机溶剂或它们的混合物作为提取剂。

轧制所准备的原料

用螺杆定量加料器将所准备的原料输送到连续加热的辊3，同时以确保提取比率（提取剂:原料）应不大于2所需的量将加热的提取剂从提取剂罐2输送到螺杆定量加料器料斗中。在加热的连续辊3上，加热原料和提取剂的混合物（达到不超过39℃的温度），在剪切变形的作用下将所述材料碾碎、强烈混合和预提取。因为在剪切变形下研磨的原料吸收提取剂，所以提取过程继续进行直到开始用辊挤压原料。当用辊碾碎原料时，发生材料的纤维结构和部分膜壁的部分破坏。在接着用提取剂将原料真空-脉冲浸渍时，提取剂向材料结构内的扩散得到提高和加强从而引起可提取组分收率的提高。

材料的真空-脉冲浸渍

将具有在连续加热的辊3上获得的混合有提取剂的原始压缩饼的接收网状容器4安装在提取器6的一个中，所述提取器用快速响应阀22通过真空管线连接到接收器。在所述设备中提供两个提取器6以确保工艺连续性。当在一个提取器中进行混合物加热时，则在另一个中进行真空处理，反之亦然。然后将加热的提取剂输送到提取器中，从而使得总比率（提取剂:原料）总计不大于4。用热的气体载热介质将该混合物加热到不超过39℃的操作温度。其后通过与接收器15连接的提取器6经不大于1.0秒实施从大气压到不超过0.01MPa压力的快速降压（快速真空处理），并然后通过连接室到接收器16经不大于1.0秒实施从先前压力到不大于0.0001MPa压力的快速降压。

在实施真空处理时，提取剂部分蒸发；导致混合物温度降低，沸腾停止，和温度稳定。在真空（1-3分钟）下暴露时，将提取器6连接到气体载热介质供给系统12，此时解除真空，并且气体载热介质在穿过具有小直径(1-6mm.)孔的鼓泡器10时提供了混合物的混合和均化。在原料浸渍操作期间，将残气和蒸气从原料的表面和内层除去，提高了能够使后续真空-脉冲提取有效率的表面积。

在提取含有可易于氧化物质的原料时，在真空-脉冲浸渍之前用惰性气体进行吹洗。使用惰性气体作为气体载热介质。

材料的提取

真空-脉冲提取在不超过39℃的操作温度下进行。用通过鼓泡器10输送到提取器6中的加热的气体载热介质将混合物加热到所需温度，通过与接收器15连接的提取器6经不大于1.0秒实施从大气压到不超过0.01MPa压力的快速降压（快速真空处理），然后通过连接室到接收器16不大于1.0秒实施从先前压力到不大于0.0001MPa压力的快速降压。将混合物保持在真空下直到溶剂沸腾停止和材料温度稳定（1-3分钟），这取决于所提取的材料的类型。这伴随着混合物的强烈沸腾，此时提取剂不仅在混合物的整个体积中而且在提取材料内沸腾。在达到材料的稳定温度时，将提取器6连接到气体载热介质供给系统12，并将真空从提取器解除。将该混合物加热到操作温度（不高于39℃），此外，穿过具有小直径孔(1-6mm.)的鼓泡器的气体载热介质提供了混合物的另外混合和均化，显著提高了提取过程的强度。

当提取含有可易于氧化物质的原料时，使用从惰性气体源28供给的惰性气体作为气体载热介质。

将所获得提取物收集到提取物接收罐14。

根据所提出的处理，可由几乎所有植物（多于200种用于科学或民间医药的药用植物）、菌类、海产品和其它生物活性原料生产药物形式用于将它们进一步用于其它目的。

通过上述提及的特征获得的技术效果在低温下（至多39℃）产生明显的强化和提高的提取过程效率、低的提取剂流率、所提取组分的品质和收率的提高，从而缩短工艺时间并且降低能耗。

下面显示提取植物和动物原料的实施例。

1.沙棘籽的提取

将0.5kg沙棘籽置于螺杆定量加料器料斗中。用加热到39℃温度的提取剂（植物油）覆盖大量沙棘籽（比率1）。用螺杆定量加料器将该混合物输送到维持在38-39℃温度的加热的辊，并轧制4分钟。将来自辊的所得压缩饼放置到提取器中，将另外的热提取剂加入（比率3），用热的纯化空气加热到39℃并使其经受0.5秒的快速真空-脉冲作用，其中压力在从大气压逐级快速下降到0.009MPa的提取器中剩余压力，然后压力从0.009MPa下降到0.0001MPa的提取器剩余压力，并且在该提取器中于给定压力下保持2分钟。然后将热的纯化空气输送到该提取器中，并在真空处理过程期间冷却下来，混合物被加热到39℃。类似地，进行5个提取循环。总的提取时间共计为30分钟。其结果是，最大程度地提取出沙棘籽所有具有治疗功用性能的组分，此外，在油介质中所述籽的生物活性得以长期保持，它们以在原料（成熟度）中获得的浓度进行保存，并且所得油提取物具有高的抗炎、抗菌和抗氧化剂性能。

2.万寿菊的提取

将0.5kg万寿菊置于螺杆定量加料器料斗中。用加热到39℃温度的提取剂(二甲亚砜(dimexide))覆盖大量万寿菊（比率2）。用螺杆定量加料器将该混合物输送到维持38-39℃温度的加热辊，并轧制3分钟。用氮气吹扫提取器、提取剂罐和提取物接收罐。将来自辊的所得压缩饼放置到提取器中，加入另外的热提取剂（比率4），用热的纯化空气加热到39℃并使其经受0.5秒的快速真空-脉冲作用，其中压力从大气压逐级快速下降到0.009MPa的提取器中剩余压力，然后压力从0.009MPa下降到0.0001MPa的提取器中剩余压力，并且在该提取器中于给定压力下保持2分钟。然后将热的纯化氮气输送到该提取器中，并在真空处理过程期间冷却下来，混合物被加热到39℃。类似地，进行5个提取循环。总的提取时间共计为30分钟。之后，将所得提取物收集到提取物接收罐中并输送到实验室用于该提取物的分析。强溶剂能力的二甲亚砜(dimexidum)的使用最大程度地从原料提取生物活性有机化合物。由于具有非常高的穿过生物膜的渗透活性，以及局部麻醉性、抗菌性和抗炎性，二甲亚砜显著地加速了许多药物通过皮肤和黏液膜的吸收，从而为药物创造了理想基础。在二甲亚砜的溶液中出现生物活性化合物分子的溶剂化，这积极地影响所获得提取物的稳定性。

3.鱼残余物的提取

将1kg洗涤的鱼残余物（鲟鱼的骨头、软骨、头、皮、膀胱、鳞、鳍和肝脏）放置到螺杆定量加料器料斗中。将鱼残余物用提取剂（50%含水乙醇）覆盖，加热到30-32℃的温度（比率1）。用螺杆定量加料器将该混合物输送到维持30-32℃温度的加热辊，并轧制5分钟。将来自辊的所得仔细碾碎的物质放置到提取器中，加入另外的热提取剂（比率3），用热的纯化空气加热到30-32℃并使其经受0.5秒的快速真空-脉冲作用，其中压力从大气压逐级下降到0.01Map的提取器中剩余压力，然后压力从0.01Map下降到0.0001Map的提取器中剩余压力，并且在该提取器中于给定压力下保持2分钟。然后将热的纯化空气输送到该提取器中，并在真空处理过程期间冷却下来，混合物被加热到30-32℃。类似地，进行4个提取循环。总的提取时间共计为20分钟。所得提取物含有鱼残余物的所有营养物（脂肪、蛋白质、矿物元素和维生素）。蛋白质（包括大部分生物上重要的水溶性部分）以及氨基酸、矿物质、维生素B和鱼油、花生四烯酸、维生素A和D的完全提取产生了产品的高饲料价值。在低温下实施所述过程防止体内（天然蛋白质和脂肪、所谓的Schiff碱的化合物）不消化化学物质的形成。根据所提出的处理获得的水-醇提取物在除去乙醇（没有在图上示出）后用作动物饲料的组分，以及丰富它们的饮食的另外产品。

4.奶粉的提取

将1kg脱脂奶放置到螺杆定量加料器料斗中。将该奶粉用提取剂（65%含水乙醇）润湿（比率0.5），并用螺杆定量加料器输送到维持低于25℃的混合物温度的辊上，并轧制1分钟。用65%乙醇润湿辊上的脱脂奶致使乳糖从无定形转变为结晶态，从而极大地改善该奶的润湿。在初步提取期间，发生乳糖（大约5%）和矿物质的部分溶解，并且在奶表面上形成不溶性蛋白质的覆盖物，其则允许提取剂渗入颗粒中并溶解乳糖、盐和低分子量物质，在另一方面，没有提供通过大蛋白质分子的机会。将所得物质放置到提取器中并使其经受0.5秒的快速真空-脉冲作用，其中压力在从大气压逐级下降到0.01MPa的提取器剩余压力，然后压力从0.01MPa下降到0.0001MPa的提取器剩余压力，并且在该提取器中于给定压力下保持2分钟。然后将热的纯化空气输送到该提取器中，并在真空处理过程期间冷却下来，混合物被加热到25℃。类似地，进行2个提取循环。总的提取时间共计为10分钟。之后，将所得提取物收集到提取物接收罐中并输送去进行过滤（未示出）。分离的结果是，获得两种有价值的产品：不含乳糖的奶粉(milk base)以及与乳糖、盐和其它物质的溶液。根据该方法获得的不含乳糖的奶产品具有高品质并且可用于喂养儿童和因为乳糖部分或完全难以消化而不能够食用脱脂奶的成人。

5.阿尔泰(Altai)山鹿肝脏的提取

为了获得基于动物内脏组分（肝脏、肾、肺等）的药品，必须使用所提出的提取方法。特别有价值的是使用采用天然草作为天然食品并且在它们体内积累高价值组分的野生动物-海豹、驼鹿、马鹿等的内脏。

将1kg阿尔泰山鹿肝脏放置到螺杆定量加料器料斗中。将鹿肝脏用提取剂（20%含水乙醇）覆盖，加热到30-32℃的温度（比率2）。用螺杆定量加料器将该混合物输送到维持30-32℃温度的加热辊，并轧制5分钟。将仔细获得的碾碎物质放置到提取器中，加入另外的热提取剂（比率3），用热的纯化空气加热到30-32℃并使其经受0.5秒的快速真空-脉冲作用，其中压力从大气压逐级下降到0.01MPa的提取器剩余压力，然后压力从0.01MPa下降到0.0001MPa的提取器剩余压力，并且在该提取器中于给定压力下保持2分钟。然后将热的纯化空气输送到该提取器中，并在真空处理过程期间冷却下来，混合物被加热到30-32℃。类似地，进行4个提取循环。总的提取时间共计为20分钟。将所得提取物交付给消费者用于研究工作以获得药物制剂样品等。

Claims (7)

1.提取材料的方法，该方法包括将提取剂加热，通过提取剂以提取剂与原料的比率不大于2用加热的辊来初步提取原料，以真空-脉冲模式用提取剂浸渍原料和提取原料，其特征在于所述以真空-脉冲模式浸渍和提取原料以循环来进行，所述循环包括用热的气体载热介质进行加热和在室中以快速真空-脉冲作用产生真空，其中以逐级多次降压从大气压降到不超过0.01MPa的压力，然后从前面的压力降到不大于0.0001MPa的压力，接着保持在真空下以使混合物的温度稳定并且在该循环结束时通过输送热的气体载热介质解除真空，此时将原料进行加热达到不超过39℃的温度。

2.权利要求1的方法，其中使用蒸馏水或有机溶剂或它们的混合物作为提取剂。

3.权利要求1的方法，其中使用防止材料氧化反应的化学惰性气体作为气体载热介质。

4.用于提取材料的设备，该设备包括连接到提取剂罐的螺杆定量加料器；连续加热的辊，其配备有网状接收容器以收集所得压缩饼并用提取剂进行浸渍；一个或两个提取器，其通过管线经由阀连接到回流冷凝器、提取物的收集器，所述回流冷凝器和所述提取物的收集器也彼此相连并连到接收器上，该接收器连接到真空泵，其特征在于所述设备配备有安装在每个提取器底部并且通过管线连接到气体载热介质供给系统的鼓泡器，并且配备有一个或多个另外的接收器，所述一个或多个另外的接收器与所述接收器平行安装并且通过具有快速响应阀的真空管线系统与提取器的输入端连接，所述一个或多个另外的接收器的每一个都配备有真空泵。

5.权利要求4的设备，其中所述鼓泡器具有1-6mm直径的孔。

6.权利要求4的设备，其中所述气体载热介质供给系统配备有风扇和加热装置。

7.权利要求4的设备，其中该设备配备有惰性气体源。