CN110301818A - 一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备和方法，包括用于盛装待萃取固体的反应容器，用于产生含纳米气泡液体的纳米气泡发生装置，以及能量发生器，所述含纳米气泡的液体用于与所述待萃取的固体混合，所述能量发生器用于向所述反应容器中发射能量使纳米气泡爆破，增强固体在液体中被萃取的效果。

Description

一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备和方法

技术领域

本发明涉及萃取固体内成分领域，具体涉及一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备和方法。

背景技术

对于萃取固体内成分的方法，包括萃取咖啡粉、中西日式茶粉、花草茶粉等调制饮品，市面上通常的做法是，将固体粉状物放入一个容器内，再倒入适量的水，进行手工搅拌或者通过机械装置进行搅拌，再浸泡一段时间(通常12-24小时)，使固体中的维他命C、多酚类抗氧化物质、咖啡因等成分进入到水中，完成萃取过程制成含有上述成分的饮品，但这种方法通常所萃取的成分不够，导致饮品的口感不佳。

因此，现有技术有待于进一步发展和进步。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备和方法，以解决现有萃取方法中，对固体内成分的萃取度不够的问题。

本发明技术方案如下：

一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备，其中，包括用于盛装待萃取固体的反应容器，用于产生含纳米气泡液体的纳米气泡发生装置，以及能量发生器，所述含纳米气泡的液体用于与所述待萃取的固体混合，所述能量发生器用于向所述反应容器中发射能量使纳米气泡爆破。

所述的设备，其中，还包括用于将含纳米气泡的液体输送至反应容器中与所述待萃取的固体混合的输送装置，所述纳米气泡发生装置包括流体进口管和流体出口管，流体出口管与所述输送装置相连。

所述的设备，其中，还包括储液容器，所述储液容器与所述流体进口管相连。

所述的设备，其中，所述输送装置包括液体泵和导管，所述液体泵通过所述导管与反应容器相连接。

所述的设备，其中，还包括加热器，所述加热器设置在所述储液容器上、所述液体泵与所述反应容器之间、或者所述反应容器下方的任一位置。

所述的设备，其中，所述能量发生器为声波发生器或超声波发生器。

所述的设备，其中，所述能量发生器包括一发射头，设置在所述反应容器的上方，所述的反应容器上设置一用于控制溶液输出状态的第一开关阀。

所述的设备，其中，所述的反应容器底部还设置用于穿刺的第一刀头，所述第一刀头与所述第一开关阀联动。

所述的设备，其中，所述的固体为咖啡粉、蔬菜粉，所述的液体为水。

一种利用纳米气泡萃取固体內成分的方法，其中，包括如下步骤：

通过纳米气泡发生装置产生含有纳米气泡的液体；

将所述含有纳米气泡的液体送入反应容器内，与所述反应容器内的待萃取的固体混合反应；

在混合反应时，通过能量发生器向所述反应容器内进行发射能量，使纳米气泡爆破。

本发明提供的技术方案，使用了纳米气泡发生装置增加液体中纳米气泡的含量，将含有纳米气泡的液体输送到反应容器中，与固体粉状物混合，同时，启动能量发生器作用于混合液中，使得纳米气泡爆破，增强固体内成分在液体中被萃取的效果。

附图说明

图1为本发明实施例中的利用纳米气泡萃取固体内成分的设备的剖视图。

图2为本发明实施例中的利用纳米气泡萃取固体内成分的设备的立体图。

图3为本发明实施例中的反应容器的主视图。

图4为本发明实施例中的纳米气泡发生装置的示意图。

图5为本发明实施例中纳米气泡发生装置在不同温度下产生的纳米气泡效果图。

图6为在常温下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在抗氧化物质水平的效果对比图；

图7为在低于环境温度下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在抗氧化物质水平的效果对比图；

图8为在常温下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在咖啡成分的糖度水平的效果对比图；

图9为在低于环境温度下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在咖啡成分的糖度水平的效果对比图；

图10为在常温下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在咖啡成分的多酚成分的效果对比图；

图11为在低于环境温度下的冷酿法和采用本发明的设备所萃取的咖啡在咖啡成分的多酚成分的效果对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

如图1所示，一种利用纳米气泡萃取固体内成分的设备，包括纳米气泡发生装置3、反应容器2、能量发生器(图中未标示)，其中，纳米气泡发生装置3、反应容器2设置在机架上，所述能量发生器包括探头11，所述探头11设置在所述反应容器2的上方，以便向所述反应容器2内发射能量，以使纳米气泡爆破。

所述固体为固体粉末包括咖啡粉、中西日式茶粉、花草茶。所述能量发生器包括声波发生器、超声波发生器或激光发生器的任意一种。

所述的纳米气泡发生装置可以采用以下结构：

如图1和图4所示，该纳米气泡发生装置包括一气泵33、一个流体循环泵35、一个气体输送组件34、一个粗糙组件36、一个流体进口管31和一个流体出口管32，所述气体输送组件34设置成包含微孔或微狭缝，所述粗糙组件36含有微孔或者微狭缝，用以使流体中的气泡分散。

当流体通过所述气体输送组件34时，所述流体循环泵35产生高速的流体流动，流体的速度突然增大，以减小气体输送组件34表面位于微孔或者微狭缝附近的压力，微孔或者微狭缝表面上的气泡受到强分离力，并且产生微气泡甚至纳米气泡，产生的微气泡和纳米气泡被吸入流体循环泵35，并迫使其在所述粗糙组件36上分散，以便产生更均匀稳定的纳米气泡。通过控制气体流速、流体流速以及所述粗糙组件36的粗糙度，可以产生不同浓度和直径的纳米气泡。

所述气泵33的气体输送导管上设置一预滤波件，所述预滤波件设置为直径0.4微米，所述的流体循环泵35的流体流速最少1800L/H。所述气体输送组件34包括至少一个微孔，所述微孔的直径设置为30微米至40微米。所述粗糙组件36的表面平均粗糙度为5μm至50μm。

采用此结构设置的纳米气泡发生装置可以产生的纳米气泡的直径至少小于300nm，同时，纳米气泡在液体中的浓度至少为1×10⁷单位/L。

所述的纳米气泡发生装置3还可以采用申请号为2017101567342的专利所公开的在流体中产生氧化气泡的系统，，当然也可使用市面上的其它能产生纳米气泡的系统，本发明对此不作限制，只要能在液体(例如：水)中产生纳米气泡，及能使该液体流出即可。

所述的设备还包括一储液容器4，所述储液容器4设置在所述纳米气泡发生装置上方，且与所述流体进口管31连通，用于盛装液体，如水。

所述反应容器2可以设置在所述流体出口管32的下方，以便盛装从该出口管排出的液体。当然，反应容器2也可设置于纳米气泡发生装置3上方，通过液体泵泵送到反应容器中，也便于固体充分萃取后，用户通过杯子等容器取液。

优选地，本发明的利用纳米气泡萃取固体内成分的设置一个输送装置(图中未标示)，流体出口管与所述输送装置相连，以便将从所述流体出口管排出的含纳米气泡的液体输送到所述反应容器中，与所述待萃取的固体混合，所述输送装置包括液体泵和导管，所述液体泵一端与所述液体出口管32相连通，另一端与导管相连通，以将经过纳米气泡发生装置3反应的液体泵送到所述反应容器2中。

本发明的利用纳米气泡萃取固体内成分的还设置一加热器，该加热器可以设置在流体流经过程的任何一位置，比如：设置在所述储液容器上，用以加热所述储液容器内的液体，或者，设置在所述反应容器的下方、经萃取的液体排出口的下端，用以加热经萃取后的液体，或者，设置在所述反应容器和所述液体泵之间，用以加热含有纳米气泡的液体。本实施例中，所述输送装置的导管包括第一导管和第二导管，所述液体泵通过第一导管与所述加热器5的输入端52连接，所述加热器的输出端51通过第二导管与反应容器连接。当需要加热液体时，则开启所述加热器5，以便对所流经的液体进行加热，无需加热液体时，则关闭所述加热器5。

所述的反应容器2有多种设置方式，比如：第一种，设置成独立的反应容器，所述待萃取的固体及含有纳米气泡的液体直接在该容器内反应，底部设置一开关阀21，用以控制所述容器内溶液的排出，所述反应容器上方还设置一盖体，在所述盖体上设置两个通孔：第一通孔和第二通孔，以便所述探头11及所述第二导管分别穿过。

但是，上述第一种反应容器因为固体直接在里面进行萃取，萃取完成后，需要清理固体废渣，不方便，为此本发明做了如下改进设置：

设置一反应容器，在反应容器底部设置第一刀头，所述第一刀头与第一开关阀联动，当第一开关阀关闭时，所述第一刀头伸出起刺破功能，当第一开关阀开启时，所述第一刀头回缩，使反应容器中萃取的液体能够流出。

在所述反应容器上方还设置一盖体，所述盖体上设置第二刀头和第二开关阀，所述第二开关阀与第二导管相连，用于控制含有纳米气泡的液体的流量大小，所述第二刀头与第二开关阀联动，当第二开关阀关闭时，所述第二刀头伸出起刺破功能，当第二开关阀开启时，所述第二刀头回缩，使含有纳米气泡的液体流入反应容器中。

在萃取时，将咖啡胶囊放入所述反应容器中并盖上盖体，并使第一、第二开关阀关闭，此时通过所述盖体上的第二刀头刺穿该咖啡胶囊的封口，并通过第一刀头将咖啡胶囊底部刺破，之后可控制第二开关阀开启，使含有纳米气泡的液体能输送到所述咖啡胶囊中，对该胶囊中的咖啡粉进行萃取，萃取后，可控制所述第一开关阀开启，排出萃取后的咖啡溶液。

以下以萃取的为固体是咖啡粉，所用的液体为水，所使用的能量发生器为超声波发生器来说明本发明萃取固体内成分的设备工作流程如下：在反应容器中预先加入若干咖啡粉，从储液容器中输送预定量的水到纳米气泡发生装置内，经过纳米气泡发生装置作用一定的时间，产生含有纳米气泡的水，将该液体排出，通过液体泵，该液体先经过加热器，然后输送到反应容器中，使所述咖啡粉在液体中萃取，同时，启动超声波发生器，通过探头向所述咖啡混合液发射能量，在超声波的作用下，水中的纳米气泡会爆破，从而加速所述咖啡粉在液体的萃取，以及增强萃取的效果。

利用所述的设备来萃取固体内成分的方法，包括如下步骤：通过纳米气泡发生装置产生含有纳米气泡的液体；将所述含有纳米气泡的液体送入到反应容器内，与所述反应容器内的待萃取的固体混合反应；在混合反应时，通过能量发生器向所述反应容器内进行发射能量，使纳米气泡爆破。

所述的能量发生装置为超声波发生器时，其所提供的频率至少为20KHZ，强度为至少30W/in²。所述的液体采用水，可采用常温下的自来水、矿泉水或者蒸馏水，也可以采用低于环境温度的自来水、矿泉水或者蒸馏水，上述低于环境温度的水可以通过在冰箱中冰冻至等于或者小于4摄氏度而获得。

所述储液容器、所述气体输送组件、所述粗糙组件、反应容器的材料是由不锈钢、陶瓷或者任意能与食物接触的材料制成。

如图5，采用此纳米气泡发生装置，在常温22.1摄氏度下，该装置工作5分钟，在每升水中产生3.13×10⁷单元气泡，气泡的大小为187.5nm,在低于环境温度下，该装置工作5分钟，在每升水中产生2.43×10⁷单元气泡，气泡的大小为115.4nm。

在相同的时间内，采用此设备来萃取咖啡，比传统的冷酿咖啡的效果要好，比如，在相同的5分钟内，相比于传统的冷酿，采用此设备来萃取咖啡，其糖度高30％，其抗氧化活性高30％。

以下通过具体的实验说明其效果：

实验1：

如图6-7所示，在常温下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡在抗氧化物质水平上的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应1分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，相对维他命C清除自由基的水平为15mg当量/克咖啡；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应1分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，维他命C清除自由基的水平为20mg当量/克咖啡。

在低于环境温度下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡在抗氧化物质水平上(即清除自由基)的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应2分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，相对维他命C清除自由基的水平为4mg当量/克咖啡；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应2分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，相对维他命C清除自由基的水平为10mg当量/克咖啡。

实验2：

如图8-9所示在常温下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡在咖啡成分的糖度(Brix％)水平上的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应1分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，糖度水平为0.65；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应1分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，糖度水平为0.8。

在低于环境温度下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡成分的糖度(Brix％)水平上的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应2分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，糖度水平为0.25；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应2分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，糖度水平为0.55。

实验3：

如图10-11所示，在常温下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡在咖啡成分的多酚成分上的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应1分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，多酚成分为8mg鞣酸/克咖啡；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应1分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，多酚成分为10mg鞣酸/克咖啡。

在低于环境温度下，比较传统的冷酿法与采用本设备萃取的咖啡成分的多酚成分上的不同：采用传统的冷酿法，将若干重量的咖啡粉加入到自来水中，反应2分钟，检测传统的冷酿咖啡液中，多酚成分为3.8mg鞣酸/克咖啡；采用本发明的设备，将相同重量的咖啡粉加入所产生的含有纳米气泡的水中，反应2分钟，同时，启动超声波发生器，该超声波发生器振动的时间为20秒/分钟，反应后，检查萃取咖啡液中，多酚成分为7mg鞣酸/克咖啡。

综上所述，本发明使用了纳米气泡发生装置增加液体中纳米气泡的含量，将含有纳米气泡的液体输送到反应容器中，与固体粉状物混合，同时，启动能量发生器作用于混合液中，使得纳米气泡爆破，增强固体内成分在液体中被萃取的效果，有利于增加咖啡、中西日式茶、花草茶等饮品中的糖度、多酚类抗氧化物和其他提升饮品口感的物质。

应当说明的是，根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种利用纳米气泡萃取固体內成分的设备，其特征在于，包括用于盛装待萃取固体的反应容器，用于产生含纳米气泡液体的纳米气泡发生装置，以及能量发生器，所述含纳米气泡的液体用于与所述待萃取的固体混合，所述能量发生器用于向所述反应容器中发射能量使纳米气泡爆破。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于将含纳米气泡的液体输送至反应容器中与所述待萃取的固体混合的输送装置，所述纳米气泡发生装置包括流体进口管和流体出口管，流体出口管与所述输送装置相连。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括储液容器，所述储液容器与所述流体进口管相连。

4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述输送装置包括液体泵和导管，所述液体泵通过所述导管与反应容器相连接。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括加热器，所述加热器设置在所述储液容器上、所述液体泵与所述反应容器之间、或者所述反应容器下方的任一位置。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述能量发生器为声波发生器或超声波发生器。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述能量发生器包括一发射头，设置在所述反应容器的上方，所述的反应容器上设置一用于控制溶液输出状态的第一开关阀。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述的反应容器底部还设置用于穿刺的第一刀头，所述第一刀头与所述第一开关阀联动。

9.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述的固体为咖啡粉、中西日式茶粉、花草茶，所述的液体为水。

10.一种利用纳米气泡萃取固体內成分的方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过纳米气泡发生装置产生含有纳米气泡的液体；

将所述含有纳米气泡的液体送入反应容器内，与所述反应容器内的待萃取的固体混合反应；

在混合反应时，通过能量发生器向所述反应容器内进行发射能量，使纳米气泡爆破。