CN115251448B - 一种高效的烟草精油提取设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的烟草精油提取设备，其包括空气压缩机（1）、样品室（2）、真空罐（3）、蒸汽发生器（4）、第一真空泵（5）、疏水阀（6）、气动阀（7）、压力表（9）、控制器（10）、样品室盖（13）、第二真空泵（14）、遥控信号阀（15）、水油分离器（16）、冷却夹套（17），其特征在于：真空罐的上端设置有样品室，样品室的下端通过气动阀与真空罐3的顶部相连通，样品室的外周壁通过管线连接有第二真空泵、蒸汽发生器，样品室的顶部通过管线连接有空气压缩机，真空罐的底端通过管线连接有水油分离器，真空罐的外周壁通过管线连接有第一真空泵。本发明能够提高烟草精油提取效率及质量，工艺流程简单，利于工业化。

Description

一种高效的烟草精油提取设备及其方法
技术领域
本发明涉及烟草生产制造技术领域，具体涉及一种高效的烟草精油提取设备及其方法。
背景技术
降低卷烟产品中的焦油含量成为烟草行业重要目标之一，但是降焦工艺的弊端在于降焦处理后烟气香味浓度会相应降低，影响卷烟感官体验。因此，为了弥补香气损失，会在烟草中再添加一些具有烟草本香的增香剂，烟草精油因其浓郁、自然的香气特点即成为首选增香剂之一。烟草精油是烟叶中的次生代谢物，具有独特的芳香气味，可添加入卷烟中提高烟气质量，使烟气更加饱满、津润。与其它天然精油不同的是，烟草精油提取于烟草本身，可最大程度保留卷烟中原始烟草香气。
目前工业上精油常用的提取设备包括蒸馏罐、索氏提取、真空提取等，单存在着耗时长、能耗高、工艺复杂或溶剂成本高等问题。因此，迫切需要开发一种工艺相对简单，而又节能高效的新型烟草精油提取设备。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高效的烟草精油提取设备及其方法，与传统的水蒸气蒸馏法需要数小时的时间相比，本发明的提取设备及其方法在非常短的时间内（如 1~4 分钟）可有效地从干燥固体中提取烟草精油。由于所需时间短，还可减少传统方法提取烟草精油时，因长时间加热时而发生的氧化降解，最大程度保留精油风味成分。原料经过瞬间降压操作后，组织发生膨化，产生微观裂纹，可以减少传质阻力从而更方便地对其进行二次提取，来获得其他目标化合物，比如烟草多糖、尼古丁等。而而且所述的设备及其方法操作简单，成本较低，容易实现工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高效的烟草精油提取设备，其包括空气压缩机（1）、样品室（2）、真空罐（3）、蒸汽发生器（4）、第一真空泵（5）、疏水阀（6）、气动阀（7）、支撑立柱（8）、压力表（9）、控制器（10）、样品室盖（13）、第二真空泵（14）、遥控信号阀（15）、水油分离器（16）、冷却夹套（17），真空罐的下部通过多个支撑立柱支撑，其特征在于：真空罐的上端设置有样品室，样品室上端盖设有样品室盖，样品室的下端通过气动阀与真空罐3的顶部相连接/连通，样品室的外周壁通过第一管线连接有第二真空泵，样品室的外周壁通过第二管线连接有蒸汽发生器，样品室的顶部通过第三管线连接有空气压缩机，第三管线上设置有遥控信号阀，真空罐的底端通过第四管线连接有水油分离器，第四管线上设置有疏水阀，真空罐的外周壁通过第五管线连接有第一真空泵，第五管线上连接有压力表，真空罐的外周面设置有冷却夹套，真空罐的外周壁设置有控制器。
进一步地，所述样品室的外周壁连接有温度传感器（12），控制器与温度传感器、压力表及各个阀电性连接，控制器可动态监测、控制样品室内温度与真空罐内的压力变化；样品室盖内圈附有密封圈（11），密封圈可提高加入样品后样品室的气密性。
进一步地，所述真空罐（3）的体积是样品室（2）的体积50-100倍，使得样品室内的高压混合相能够通过气动阀安全到达真空罐。
一种高效的烟草精油提取设备的提取方法，其特征在于，其包括以下工艺步骤：
步骤S1：打开样品室盖（13），加入粉碎的烟叶，烟叶采用40目筛过滤，压紧样品室盖；打开第二真空泵（14）将样品室（2）内空气抽出，营造初始真空的环境，确保样品与注入后的饱和蒸汽紧密接触，以改善热传递；真空度降至2.5-5kPa后，关闭第二真空泵；
步骤S2：然后打开蒸汽发生器（4），蒸汽发生器产生热蒸汽并喷射到接近真空状态的样品室中，5-10秒后样品室内随着蒸汽的不断涌入，其压强上升至常压且热蒸汽与样品充分混合，然后关闭蒸汽发生器；
步骤S3：打开空气压缩机（1）以0.05MPa/s速率将样品室内加压至1 MPa，期间密闭样品室中的样品温度随着样品室内的压强上升而上升，样品温度保持在150-180℃左右，控制器（10）通过调节空气压缩机使样品室内压力恒定为1MPa，保持1-4 min，在此期间原料与蒸汽进行充分反应，期间打开第一真空泵（5）使得真空罐（3）真空度下降至2.5-5kPa；
步骤S4：打开气动阀（7），由于气动阀连通了真空罐，所以样品室会以0.5MPa/s速率快速降压，此过程可以使样品室内烟叶样品中的水分和挥发性物质自动蒸发，从而进入带冷却夹套（17）的真空罐（3），10s后真空罐内的水油混合蒸气完全冷却液化，打开疏水阀（6）将真空罐罐底水油混合物释放至水油分离器（16），将精油层从水油分离器引出得到烟草精油，用质量分数50%的无水硫酸钠干燥后保存。
本发明的一种高效的烟草精油提取设备及其方法，与传统的水蒸气蒸馏法需要数小时的时间相比，本发明的提取设备及其方法在非常短的时间内（如 1~4 分钟）可有效地从干燥固体中提取烟草精油。由于所需时间短，还可减少传统方法提取烟草精油时，因长时间加热时而发生的氧化降解，最大程度保留精油风味成分。原料经过瞬间降压操作后，组织发生膨化，产生微观裂纹，可以减少传质阻力从而更方便地对其进行二次提取，来获得其他目标化合物，比如烟草多糖、尼古丁等。而而且所述的设备及其方法操作简单，成本较低，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明高效的烟草精油提取设备结构示意图。
图中：空气压缩机1、样品室2、真空罐3、蒸汽发生器4、第一真空泵5、疏水阀6、气动阀7、支撑立柱8、压力表9、控制器10、密封圈11、温度传感器12、样品室盖13、第二真空泵14、遥控信号阀15、水油分离器16、冷却夹套17。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种高效的烟草精油提取设备，其包括空气压缩机1、样品室2、真空罐3、蒸汽发生器4、第一真空泵5、疏水阀6、气动阀7、支撑立柱8、压力表9、控制器10、样品室盖13、第二真空泵14、遥控信号阀15、水油分离器16、冷却夹套17，真空罐3的下部通过多个支撑立柱支撑，其特征在于：真空罐3的上端设置有样品室2，样品室2上端盖设有样品室盖13，样品室2的下端通过气动阀7与真空罐3的顶部相连接/连通，样品室2的外周壁通过第一管线连接有第二真空泵14，样品室2的外周壁通过第二管线连接有蒸汽发生器4，样品室2的顶部通过第三管线连接有空气压缩机1，第三管线上设置有/连接有遥控信号阀15，真空罐3的底端通过第四管线连接有水油分离器16，第四管线上设置有疏水阀6，真空罐3的外周壁通过第五管线连接有第一真空泵5，第五管线上连接有压力表9，真空罐3的外周面设置有冷却夹套17，真空罐3的外周壁设置有控制器10。
样品室2的外周壁连接有温度传感器12，控制器10与温度传感器12、压力表9及各个阀电性连接，控制器10可动态监测、控制样品室2内温度与真空罐3内的压力变化。样品室盖13内圈附有密封圈11，密封圈11可提高加入样品后样品室2的气密性。
真空罐3的体积是样品室2的体积50-100倍，使得样品室2内的高压混合相能够通过气动阀7安全到达真空罐3。
一种高效的烟草精油提取设备的提取方法，其特征在于，其包括以下工艺步骤：
步骤S1：打开样品室盖13，加入粉碎的烟叶，烟叶采用40目筛过滤，压紧样品室盖13；打开第二真空泵14将样品室2内空气抽出，营造初始真空的环境，确保样品与注入后的饱和蒸汽紧密接触，以改善热传递；真空度降至2.5-5kPa后，关闭第二真空泵14；
步骤S2：然后打开蒸汽发生器4，蒸汽发生器4产生热蒸汽并喷射到接近真空状态的样品室2中，5-10秒后样品室2内随着蒸汽的不断涌入，其压强上升至常压且热蒸汽与样品充分混合，然后关闭蒸汽发生器4；
步骤S3：打开空气压缩机1以0.05MPa/s速率将样品室2内加压至1 MPa，期间密闭样品室2中的样品温度随着样品室2内的压强上升而上升，样品温度保持在150-180℃左右，控制器10通过调节空气压缩机1使样品室2内压力恒定为1MPa，保持1-4 min，在此期间原料与蒸汽进行充分反应，期间打开第一真空泵5使得真空罐3真空度下降至2.5-5kPa；
步骤S4：打开气动阀7，由于气动阀7连通了真空罐3，所以样品室2会以0.5MPa/s速率快速降压，此过程可以使样品室2内烟叶样品中的水分和挥发性物质自动蒸发，从而进入带冷却夹套17的真空罐3，10s后真空罐3内的水油混合蒸气完全冷却液化，打开疏水阀6将真空罐3罐底水油混合物释放至水油分离器16，将精油层从水油分离器16引出得到烟草精油，用质量分数50%的无水硫酸钠干燥后保存。
试验例1：
取一批次烤烟烟叶500 g，采用使用本发明所述的烟草精油提取设备及其提取方法进行烟草精油提取。提取试验总时长5分钟，得到的烟草精油体积为1.5 mL。
对照例1：
取与试验例1同一批次的烤烟烟叶500g，采用《中国药典》2015年版四部挥发油测定法（通则2204甲法）方法，使用常规挥发油提取器进行挥发油提取。试验提取时间设置为3小时，得到的烟草精油体积为1.4 mL。
对照试验结果：将试验例1以及对照例1试验中各试验提取所得的挥发油提取液进行对比，结果如表1所示：
表1 各试验例烟草精油提取结果统计表
试验方法 烟叶重量/kg 提取时间/h 挥发油体积/ml 挥发油得率/%
试验例1 本发明提取设备及其方法 0.5 0.028 1.5 0.30
对照例1 常规挥发油提取器 0.5 3 1.4 0.28
由试验结果可知，在原料相同的情况下，与常规挥发油提取器相比较，本发明所述的精油提取设备及其方法所需时间节约99%且精油的提取率要高7%。取两组试验所得烟草精油置于1mL的试管中进行比较，肉眼目测两组烟草精油颜色、性状基本一致。
本发明的一种高效的烟草精油提取设备及其方法，与传统的水蒸气蒸馏法需要数小时的时间相比，本发明的提取设备及其方法在非常短的时间内（如 1~4 分钟）可有效地从干燥固体中提取烟草精油。由于所需时间短，还可减少传统方法提取烟草精油时，因长时间加热时而发生的氧化降解，最大程度保留精油风味成分。原料经过瞬间降压操作后，组织发生膨化，产生微观裂纹，可以减少传质阻力从而更方便地对其进行二次提取，来获得其他目标化合物，比如烟草多糖、尼古丁等。而而且所述的设备及其方法操作简单，成本较低，容易实现工业化生产。
上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种高效的烟草精油提取设备的提取方法，其中，高效的烟草精油提取设备包括空气压缩机（1）、样品室（2）、真空罐（3）、蒸汽发生器（4）、第一真空泵（5）、疏水阀（6）、气动阀（7）、支撑立柱（8）、压力表（9）、控制器（10）、样品室盖（13）、第二真空泵（14）、遥控信号阀（15）、水油分离器（16）、冷却夹套（17），真空罐的下部通过多个支撑立柱支撑，其特征在于：真空罐的上端设置有样品室，样品室上端盖设有样品室盖，样品室的下端通过气动阀与真空罐（3）的顶部相连接/连通，样品室的外周壁通过第一管线连接有第二真空泵，样品室的外周壁通过第二管线连接有蒸汽发生器，样品室的顶部通过第三管线连接有空气压缩机，第三管线上设置有遥控信号阀，真空罐的底端通过第四管线连接有水油分离器，第四管线上设置有疏水阀，真空罐的外周壁通过第五管线连接有第一真空泵，第五管线上连接有压力表，真空罐的外周面设置有冷却夹套，真空罐的外周壁设置有控制器；所述样品室的外周壁连接有温度传感器（12），控制器与温度传感器、压力表及各个阀电性连接，控制器可动态监测、控制样品室内温度与真空罐内的压力变化；样品室盖内圈附有密封圈（11），密封圈可提高加入样品后样品室的气密性；
其特征在于，其包括以下工艺步骤：
步骤S1：打开样品室盖（13），加入粉碎的烟叶，烟叶采用40目筛过滤，压紧样品室盖；打开第二真空泵（14）将样品室（2）内空气抽出，营造初始真空的环境，确保样品与注入后的饱和蒸汽紧密接触，以改善热传递；真空度降至2.5-5kPa后，关闭第二真空泵；
步骤S2：然后打开蒸汽发生器（4），蒸汽发生器产生热蒸汽并喷射到接近真空状态的样品室中，5-10秒后样品室内随着蒸汽的不断涌入，其压强上升至常压且热蒸汽与样品充分混合，然后关闭蒸汽发生器；
步骤S3：打开空气压缩机（1）以0.05MPa/s速率将样品室内加压至1MPa，期间密闭样品室中的样品温度随着样品室内的压强上升而上升，样品温度保持在150-180℃左右，控制器（10）通过调节空气压缩机使样品室内压力恒定为1MPa，保持1-4min，在此期间原料与蒸汽进行充分反应，期间打开第一真空泵（5）使得真空罐（3）真空度下降至2.5-5kPa；
步骤S4：打开气动阀（7），由于气动阀连通了真空罐，所以样品室会以0.5MPa/s速率快速降压，此过程可以使样品室内烟叶样品中的水分和挥发性物质自动蒸发，从而进入带冷却夹套（17）的真空罐（3），10s后真空罐内的水油混合蒸汽完全冷却液化，打开疏水阀（6）将真空罐罐底水油混合物释放至水油分离器（16），将精油层从水油分离器引出得到烟草精油，用质量分数50%的无水硫酸钠干燥后保存。
2.如权利要求1所述的一种高效的烟草精油提取设备的提取方法，其特征在于，所述真空罐（3）的体积是样品室（2）的体积50-100倍，使得样品室内的高压混合相能够通过气动阀安全到达真空罐。
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