CN104083901B - 一种纳米级的植物全成分萃取系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及萃取技术领域，具体地说是一种纳米级的植物全成分萃取系统。一种纳米级的植物全成分萃取系统，包括胶磨机、均质机、高压泵、超声波压力腔、微波压力腔、干燥器、磁力泵、温控装置、电路控制系统。同现有技术相比，供了一种基于流体亚临界状态和高压均质的超声波微波联合萃取装置，综合了热力学、流体力学、声学、电磁学和控制系统等学科多方面的知识，可以使细胞壁的破壁率达到100%，因此对于物料的萃取率可以达到100%，可以实现植物的全成分萃取，不会存在浪费原料的问题。

Description

一种纳米级的植物全成分萃取系统

技术领域

    本发明涉及萃取技术领域，具体地说是一种纳米级的植物全成分萃取系统。

背景技术

生物萃取技术是目前是工业产业中的核心技术，广泛应用于中药产业、食品产业、化妆品产业和保健品产业。在中医药方面，中草药一直都是中医行业的物质基础，中医的所有配方都要靠中药的配伍去实现。但是传统的中医草药都是靠煎煮来实现，效率低、原料浪费、难以产业化、使用不方便。 我国的中医历史悠久，中药资源丰富，要实现中药的现代化和产业化，简单高效的萃取技术是必备条件。在食品和保健品方面，由于原始的材料颗粒度比较大，食物即使通过人体的消化系统，经过了口腔、胃、小肠、大肠等消化器官等的多次消化，其营养物质并没有被人体充分吸收，多数都变成粪便排出体外，造成很大的浪费。而利用现代的生物萃取技术，就可以解决这一问题，通过高效的萃取装置，生物的有效成分被萃取出来，以小分子的状态进入人体，能够被人体快速充分吸收。在化妆品方面，现代的日化产业，逐渐体现出绿色天然、返璞归真、天人合一的特点，利用各种中草药和天然植物制作的化妆品，体现出了人们对护肤品功能性、高效性、安全性的需求。由于天然中草药原料中大多数含有独特功能和生物活性的化合物，用于化妆品中具有温和的疗效和营养性。目前的大多数天然活性物质结构复杂，立体构型专一，目前无法人工合成，仍需依靠自然界供给，而中草药资源丰富，同时几千年来又积累了许多药效记录，所以可最大限度地满足化妆品的需求。当前，许多国家开展了对中药化妆品的研究，利用当前先进的萃取技术提取植物中的精化成分，是化妆品制作的关键技术。

植物全成分萃取是萃取技术发展的另一个新方向。中国传统的中医一直都是把中草药的全部作为药剂来煎煮的，体现了中医思想的整体观。现代医学发现，利用萃取技术提取中草药中某一种成分，开始的几年这种成分会对某些症状或细菌很有效，但是一段时间之后，这些成分对症状的治疗作用就会降低，而细菌也会产生抗体。而中草药的全成分粉碎后用于治疗则不会发生这种情况。另一方面，一些研究人员也发现，利用中草药中的某种提取成分可以治疗一些疾病，而这些成分本身是带有毒性的，吃多了对人体会有伤害作用。但是如果是植物全部成分一起作为药物食用，治疗疗效不变，同时植物中含有的其他成分会缓解这种治疗成分的毒性。在食品和保健品方面，在提取植物中某种有效成分的同时，植物中剩下的其他成分都被浪费掉了，而这些被浪费掉的成分中，也往往含有对人体有益的许多物质。因此，植物的全成分提取，是萃取技术的进一步发展，对中药产业和食品保健产业都将具有巨大的促进作用。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供了一种基于流体亚临界状态和高压均质的超声波微波联合萃取装置，综合了热力学、流体力学、声学、电磁学和控制系统等学科多方面的知识，可以使细胞壁的破壁率达到100%，因此对于物料的萃取率可以达到100%，可以实现植物的全成分萃取，不会存在浪费原料的问题。

为实现上述目的，设计一种纳米级的植物全成分萃取系统，包括胶磨机、均质机、高压泵、超声波压力腔、微波压力腔、干燥器、磁力泵、温控装置、电路控制系统，其特征在于：胶磨机的出口通过管道连接均质机的入口，均质机的出口连接高压泵的一个入口，高压泵的出口连接超声波压力腔的入口，超声波压力腔的出口连接微波压力腔的入口，微波压力腔设有3个出口，微波压力腔的一个出口连接干燥器的入口，微波压力腔的另一个出口连接液体出口，微波压力腔的第三个出口通过回收管道连接磁力泵的一端，磁力泵的另一端通过回收管道连接高压泵的另一个入口；超声波压力腔及微波压力腔分别通过线路连接温控装置；胶磨机、均质机、高压泵、超声波压力腔、微波压力腔、干燥器、磁力泵及温控装置分别通过线路连接电路控制系统。

所述的超声波压力腔内从上至下分别设有6排振子组，每排振子组由4个振子呈“十”字状连接，上下相邻两排的振子组通过挂钩连接。

位于每个振子的后端设有控制芯片。

所述的微波压力腔内从上至下分别设有3排辐射端口组，每排辐射端口组由6个辐射端口为环状依次连接，位于微波压力腔的中部设有搅拌轴，搅拌轴的下部连接搅拌扇片。

所述的辐射端口的外端通过波导管连接磁控管。

所述的胶磨机的一侧设有溶剂进口，胶磨机的上端设有物料进口。

所述的干燥器的一侧设有水分排放口，位于水分排放口上方的干燥器上设有粉料出口。

所述的液体出口的入口端设有筛网。

本发明同现有技术相比，供了一种基于流体亚临界状态和高压均质的超声波微波联合萃取装置，综合了热力学、流体力学、声学、电磁学和控制系统等学科多方面的知识，可以使细胞壁的破壁率达到100%，因此对于物料的萃取率可以达到100%，可以实现植物的全成分萃取，不会存在浪费原料的问题。

本装置可以根据需要使最终的物料颗粒直径粉碎到微米或纳米级别，产品稳定，乳化均匀，有利于人体吸收，并且产品具有某些特殊功效；可以在常温下实现对植物的萃取，不存在高温破坏植物有效成分的问题，同时本装置也可以根据需要来灵活调节温度,使少数物质在高温下萃取；萃取效率高，可以连续工作，萃取速度快，每小时可以生产1吨以上；功耗低，正常工作功率为几千瓦，适合工业生产；可以使用水或者乙醇这两种溶剂来提取，选择灵活，终端产品可以是液态，也可以是固态，满足不同的生产需求；生产过程无废料产生，绿色环保。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为均质机内部结构示意图。

图3为超声波压力腔内部结构示意图。

图4为超声波压力腔内振子放大示意图。

图5为微波压力腔内部结构示意图。

图6为微波压力腔内辐射端口放大示意图。

参见图1，1为胶磨机，11为溶剂进口，12为物料进口，2为均质机，3为高压泵，4为超声波压力腔，5为微波压力腔，51为液体出口，6为干燥器，61为水分排放口，62为粉料出口，7为磁力泵，71为回收管道，8为温控装置，9为电路控制系统。

参见图2， 22为柱塞泵，23为喷嘴，24为弹性钢片，25为过滤筛，26为稳压腔。

参见图3，图4，41为振子，42为挂钩，45为控制芯片。

参见图5，图6，52为辐射端口，54为波导管，55为磁控管，56为搅拌轴，57为搅拌扇片。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1至图6所示，胶磨机1的出口通过管道连接均质机2的入口，均质机2的出口连接高压泵3的一个入口，高压泵3的出口连接超声波压力腔4的入口，超声波压力腔4的出口连接微波压力腔5的入口，微波压力腔5设有3个出口，微波压力腔5的一个出口连接干燥器6的入口，微波压力腔5的另一个出口连接液体出口51，微波压力腔5的第三个出口通过回收管道71连接磁力泵7的一端，磁力泵7的另一端通过回收管道71连接高压泵3的另一个入口；超声波压力腔4及微波压力腔5分别通过线路连接温控装置8；胶磨机1、均质机2、高压泵3、超声波压力腔4、微波压力腔5、干燥器6、磁力泵7及温控装置8分别通过线路连接电路控制系统9。

系统使用了一种可以低成本实现植物全成分萃取的拓扑结构，该拓扑结构核心步骤是均质机2作均质处理，在高压泵3和温控装置8的控制下，使溶剂处于亚临界状态，通过超声波和微波进行萃取。

超声波压力腔4内从上至下分别设有6排振子组，每排振子组由4个振子41呈“十”字状连接，上下相邻两排的振子组通过挂钩42连接。

位于每个振子41的后端设有控制芯片45。

微波压力腔5内从上至下分别设有3排辐射端口组，每排辐射端口组由6个辐射端口52为环状依次连接，位于微波压力腔5的中部设有搅拌轴56，搅拌轴56的下部连接搅拌扇片57。

辐射端口52的外端通过波导管54连接磁控管55。

胶磨机1的一侧设有溶剂进口11，胶磨机1的上端设有物料进口12。

所述的干燥器6的一侧设有水分排放口62，位于水分排放口62上方的干燥器6上设有粉料出口61。

液体出口51的入口端设有筛网。

将物料加入至胶磨机1中，如果需要加工的是固体颗粒或块状成分，则物料从物料进口12进入，溶剂选用水或者乙醇，从溶剂进口11进入；如果需要加工的物料本来就是液体混合物，则液体混合物直接从溶剂进口11进入。

物料直接进入到了胶磨机1中，胶磨机1的作用是对物料进行初步粉碎和乳化，然后流出过滤筛，胶磨机1的工作情况由电路控制系统9通过控制线路连接到胶磨机1的接线口来控制，根据需要来控制胶磨机1的转速和功率。

物料从胶磨机1出来后进入均质机2，均质机2选用高压高速射流均质机，其工作过程是用柱塞泵22将被加工物料加压到一定的压力下，使其分成两路流出，流体以很高的速度从喷嘴23喷出，然后在一个腔体内发生对撞，对撞过程中，流体之间发生强大的剪切作用、空化作用和撞击作用，物料被均匀粉碎，对撞后的流体合成一路，以一定的流速冲向另一个间隙，在间隙里面，有一排大小不同的弹性钢片24，每个弹性钢片24的自谐振频率不同，距离高速射流的喷嘴23的距离也不同，合成一路的物料在高压下冲出，与弹性钢片24发生激烈撞击，弹性钢片24激发出超声波，由于喷嘴23到每个弹性钢片24的距离不一样，流体在与弹性钢片24碰撞时的速度也不一样，导致弹性钢片24激发的超声波频率不同，而不同频率的超声波，对应物料细胞内不同的物质组成，在机械超声波的作用下，细胞内许多成分被萃取出来。这样，在均质机2内，在高速射流均质的同时，可以实现机械超声波的萃取。流体被粉碎后先通过过滤筛25，再通过稳压腔26，然后通过出口输出。均质机2的控制通过电路控制系统9通过控制线路连接到均质机2的电路接口，控制均质机2的压力和功率。

物料从均质机2出来后经过高压泵3，然后从高压泵3流出到超声波压力腔4，其中超声波压力腔4中的压力由高压泵3来控制。高压泵3的压力状态通过电路控制系统9来实现，电路控制系统9通过控制线路连接到高压泵3的电路接口，实现对高压泵3的压力调节。

超声波压力腔4内有超声波装置，外有温控装置8，超声波压力腔4的腔体采用圆形不锈钢装置，里面分布有多个超声波振子41，超声波振子41上下共有6排，每排四个，每一排之间的振子通过挂钩42相互连接。超声波压力腔4是采用压电晶体振荡器来产生超声波的，通过控制芯片45驱动半圆形的振子41振动产生一系列超声波，超声波压力腔4产生的超声波能够在瞬间将流过压力腔的物料细胞壁粉碎，将细胞内的物质全成分提取出来，超声波压力腔4中的温度由温控装置8来控制，通过线路连接到超声波压力腔4上，可以根据萃取需要灵活调节温度，超声波压力腔4中的压力由高压泵3来控制，超声波压力腔4中的超声波产生装置由电路控制系统9通过控制线路连接到超声波压力腔4的电路接口来实现控制。

流过超声波压力腔4后的物料再进入微波压力腔5进一步萃取，微波压力腔5采用圆形不锈钢装置，在腔内，可以同时存在多个谐振模式，在微波照射的作用下，尚未破裂的细胞壁破裂，细胞质加速溶解到溶剂中来，同时，一些大颗粒物质在微波的极化振动下进一步破碎，颗粒度达到纳米级别。在这个过程中，微波照射同时也扮演了杀毒的作用，植物内的一些细菌被杀死，物料的卫生级别进一步提升，微波压力腔5腔采用磁控管55产生微波，通过波导管54来馈电，波导管54在微波压力腔5内用聚四氟乙烯密封，为了提高微波辐射效率，微波压力腔5采用多个磁控管55通过波导管54在微波压力腔5内多个位置来同时馈电，在微波压力腔5内实现均匀辐射，相当于一个功率合成装置。

微波压力腔5上下共有三排辐射端口组，每一排辐射端口组又在圆周上分6个辐射端口52，微波压力腔5内的压力保持与超声波压力腔4中压力相同，温度通过温控装置8来控制，温控装置8通过线路连接微波压力腔8的线路接口上，根据萃取的需要，来灵活调节温度，微波压力腔5由电路控制系统9通过控制线路连接到微波压力腔5的电力线路接口来实现。

物料经过微波压力腔5的萃取后，物质被全成分萃取，颗粒到了纳米级别，液体均匀稳定，然后可以根据需要流向液体出口51或者直接流进干燥器6，液体出口51可以直接接外界的罐装系统或是其他装置，输出的是完全萃取好的液体；干燥器6是超声波干燥器，干燥器6 通过电路控制系统9通过控制线路连接到干燥器6的线路接口来实现控制，干燥后的物料通过粉料出口61来输出，水分排放口62是干燥过程中的水分的排放口。

为了保证整个装置输出的都是符合要求的萃取物，在微波压力腔5的出口处安装有过滤筛，在过滤筛旁边有回流口，整个萃取装置设有回流装置，通过磁力泵7通过回收管道71把没有通过过滤筛的物料重新抽出来，然后通过回收流管道71进入高压泵3重新进行超声波和微波的粉碎，磁力泵7通过电路控制系统9的控制线路连接到线路接口来进行控制。

整个萃取系统通过电路控制系统9来统一控制，电路控制系统9通过数据接口可以接入计算机系统，实现电脑控制或者网络远程控制。

本发明提出了一种植物的全成分萃取系统，超声波压力腔中和微波压力腔中物料的萃取是在溶剂的亚临界状态下通过来实现的。亚临界状态是通过高压泵和温控装置来控制，萃取溶剂可以是水，也可以是乙醇或其他溶剂。可以在常温下萃取，也可以根据需要在高温下萃取。基于流体的亚临界状态萃取原理， 在高压均质的基础上，通过超声波和微波的辅助萃取手段，实现植物的全成分萃取。整个装置核心部件包括胶磨机、均质机、超声波萃取压力腔、微波压力腔、温度控制系统、电路控制系统等。其特征在于物料通过胶磨机粉碎后，先通过高压均质机，均质机一方面对物料产生均质作用，促成细胞壁的破壁，造成物料的微细化粉碎，另一方面，均质机内部含有多个大小不同的弹性钢片，在流体的冲击作用下可以产生出频率不同的超声波，实现对物料的萃取。物料从均质机出来后通过高压泵的作用进入超声波压力腔，通过高压泵和温控装置的作用，使超声波压力腔的溶剂处于亚临界状态，压力腔中通过压电晶体装置产生多个频率的超声波,实现对物料的进一步萃取。其中超声波压力腔中产生的超声波和均质机内部产生的超声波其频率范围覆盖了16kHz到35kHz的频率范围，能够对植物的不同组分产生作用，实现植物的全成分萃取。物料从超声波压力腔出来后进入微波压力腔，在微波的照射下，细胞壁完全破碎，植物中所有成分被萃取出来。从微波压力腔出来的物料根据需要,进入干燥器烘干或者直接输出液态成品。

Claims (8)

1.一种纳米级的植物全成分萃取系统，包括胶磨机、均质机、高压泵、超声波压力腔、微波压力腔、干燥器、磁力泵、温控装置、电路控制系统，其特征在于：胶磨机（1）的出口通过管道连接均质机（2）的入口，均质机（2）的出口连接高压泵（3）的一个入口，高压泵（3）的出口连接超声波压力腔（4）的入口，超声波压力腔（4）的出口连接微波压力腔（5）的入口，微波压力腔（5）设有3个出口，微波压力腔（5）的一个出口连接干燥器（6）的入口，微波压力腔（5）的另一个出口连接液体出口（51），微波压力腔（5）的第三个出口通过回收管道（71）连接磁力泵（7）的一端，磁力泵（7）的另一端通过回收管道（71）连接高压泵（3）的另一个入口；超声波压力腔（4）及微波压力腔（5）分别通过线路连接温控装置（8）；胶磨机（1）、均质机（2）、高压泵（3）、超声波压力腔（4）、微波压力腔（5）、干燥器（6）、磁力泵（7）及温控装置（8）分别通过线路连接电路控制系统（9）。

2.根据权利要求1所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的超声波压力腔（4）内从上至下分别设有6排振子组，每排振子组由4个振子（41）呈“十”字状连接，上下相邻两排的振子组通过挂钩（42）连接。

3.根据权利要求2所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：位于每个振子（41）的后端设有控制芯片（45）。

4.根据权利要求1所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的微波压力腔（5）内从上至下分别设有3排辐射端口组，每排辐射端口组由6个辐射端口（52）为环状依次连接，位于微波压力腔（5）的中部设有搅拌轴（56），搅拌轴（56）的下部连接搅拌扇片（57）。

5.根据权利要求4所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的辐射端口（52）的外端通过波导管（54）连接磁控管（55）。

6.根据权利要求1所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的胶磨机（1）的一侧设有溶剂进口（11），胶磨机（1）的上端设有物料进口（12）。

7.根据权利要求1所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的干燥器（6）的一侧设有水分排放口（62），位于水分排放口（62）上方的干燥器（6）上设有粉料出口（61）。

8.根据权利要求1所述的一种纳米级的植物全成分萃取系统，其特征在于：所述的液体出口（51）的入口端设有筛网。