循環超聲提取技術是中國科學院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室的科研人員，針對我國目前在天然產物提取過程中存在的突出問題，在海洋“863”和國家“九五”科技攻關項目的支持下，研究開發出的具有自主智慧財產權、國內國際先進水平的專利技術，是將超音波強化提取技術運用在傳統天然產物提取生產領域中的革命性技術突破。
基本介紹
- 中文名：循環超聲提取機
- 相關部門：中國科學院過程工程研究所
- 問題：天然產物提取過程中存在問題
- 支持：海洋“863”和國家“九五”項目
循環超聲提取技術,循環超聲提取設備特性,循環超聲提取技術的套用,循環超聲提取天然有效成份生產線,
循環超聲提取技術
超音波具有“空化現象”、“機械振動”以及“熱效應”等特性，“空化現象”可產生瞬間幾千個壓力，使提取介質中的微小氣泡壓縮、爆裂，破碎被提取原料和細胞壁，加速天然藥用成份的溶出，“機械振動”和“熱效應”進一步強化了溶出成份的擴散，使藥用成份在提取介質中快速達到濃度平衡，可大大縮短提取成本，提高產品質量，是當前浸出提取中最具前途的提取技術。中科院過程工程所的研究人員採用循環超聲提取技術解決了超音波提取工程放大問題，攻克了超音波套用於提取生產的最大障礙。“弘祥隆”高效循環超聲提取機就是在此專利技術基礎上研製開發的新一代中藥材及其它天然產物高效提取裝置。
通過實驗對比，“弘祥隆”高效循環超聲提取機提取效率是常規提取的幾倍到幾十倍，單位物料處理量能耗較常規方法降低50%以上，並且最大限度地保持了中藥材及其它天然產物中原有的各種有效成份，有效成份的提取率得到了很大的提高，可大大地降低提取的成本、提高提取質量。這種新型提取裝置可廣泛適用於揮發性和非揮發性提取介質，自動化程度高、操作簡便，是對提取車間進行技術改造和新建提取車間理想的裝置。
同國外相關企業相比，國內企業技術落後主要表現在原材料提取、料液分離等方面，“弘祥隆”循環超聲提取機的出現必將對改變中藥材及其它天然產物生產提取的落後面貌，提高企業產品質量、提高經濟效益、增強企業競爭力產生積極深遠的影響。
循環超聲提取設備特性
“弘祥隆”新型高效超聲循環提取採用了中國科學院過程工程研究所專利技術,並作了進一步開發;同國內外相關設備相比較,超聲循環提取裝置具有顯著的特點和優勢.
1. 效率高
採用機械攪拌和超聲循環強化提取，提取時間短（常規方法的幾分之一到幾十分之一），因而工作效率高。
2. 能耗低
小功能超音波即可破碎提取大量物料，一般均在室溫下提取，無須大功率攪拌和耗費大量加熱能源。單位物料處理量能耗較常規提取方法降低50%以上。
3. 提取產品質量高
由於提取溫度低，最大限度保持了物料中原有的各種有效成份（特別是各種熱敏性成份等），可達到提高藥效，減少用量的目的。同時，由於提取時間短使提取產品中其它無用的雜組份含量減少，提高了提取產品品質，為後續分離純化過程奠定了良好基礎，可顯著降低單一組份等其它高端產品的生產成本。
4. 目標提取物提取率高
由於採用超聲破碎提取技術，使藥材中的有效成分得以充分釋出，從而使目標提取物的提取率提高。
5. 能耗低
節省原料、能源，縮短生產周期，提高生產率，增加經濟效益。
6. 適用範圍廣
由於可同時適用於揮發性和非揮發性提取介質，因而可適用於各種天然有效成份及天然產物的提取。適用於實驗室研究、新建天然產物及農產品深加工提取車間以及改進現存提取工藝和裝置以；此外，還可以用於超聲分散、乳液製備、緩釋藥物超微膠囊和納米膠囊製備等。
7．自動化程度高、操作簡便
可進行間歇提取或多級連續提取。提取時間、提取溫度、循環速度等主要參數均可設定和自動控制，減少了人為因素對產品質量的影響，有利於保證產品質量。
多級連續動態提取時，提取液和藥渣在全封閉條件下連續排出，可以連線立式自動刮刀離心機進行連續自動分離，能節約大量勞動力和改善車間生產環境，還可以實現計算機控制。提取過程全封閉運行，潔淨衛生，全部不鏽鋼，符合GMP要求。
8. 產品性能價格比高
相同容量，循環超聲提取裝置價格僅為超臨界CO2萃取的十分之一左右，化為進口產品價格的幾分之一，而適用範圍更廣，常溫常壓操作，提取成本較低，提取效率較高。
循環超聲提取技術的套用
1．循環超聲提取技術在糧食類精深加工中的套用
使用超聲提取技術可以從米糠、麥麩、大豆、玉米胚芽等中提取高附加值成分，利用超聲處理使豆乳蛋白含量提高 6.6%，豆乳乾物質重量提高 11.6%。超聲提取技術對於傳統大豆製品及現代大豆加工新產品，如豆奶、速溶豆粉及分離蛋白、濃縮蛋白等產品的生產均具有提高蛋白含量、增加得率的效用。如用常規攪拌法從經過變壓或熱處理的脫脂大豆料胚中提取大豆蛋白，提取物很少能達到蛋白質含量30%，且難提出熱不穩定的7S蛋白成分，而用超聲提取不但能提高提取物蛋白質含量，又可提取熱不穩定的7S蛋白成分。
超聲在酒的加工中也有很好的作用。用超音波加高頻電磁波（處理5～10min，可使酒的老熟時間縮短1/3到1/2；在啤酒作業中用800kHz、0.93W/cm2的超聲，在13～18℃處理溫度下照射3～4h，可節約酒花62%；超聲對酒醇化處理，有較好的效果。
2．循環超聲提取技術在油料精深加工中的套用
循環超聲提取技術在油料深加工中亦具有諸多優勢，在多種油料加工中可替代傳統加工方式，降低加工成本，提高產品質量。
2.1 循環超聲提取在植物油提取上的套用
使用超聲提取，超音波的空化作用可產生微聲流，能有效打破邊界層，大大加快擴散速度，有效地提高提出速度2－10倍。超聲提取與傳統的壓榨法和有機溶劑浸取法相比，具有方法簡便，出油率高，油味純正、色澤清亮、生產周期短、不用加熱、有效成份不被破壞等優點，同時還可以進行其它有用成份的綜合提取，顯著地提高了經濟效益。在超音波的處理下，花生油的提出率可提高2.8倍；用超音波從油料種子中提取油，可使油的提出率增加8.3倍；從葵花籽中提取油脂，加入超音波可使產量提高27－28%；用乙醇提取棉籽油，使用超音波處理，在1小時內提取所得的油量提高了83%。
2.2 循環超聲提取在芳香油提取上的套用
我國含芳香油植物現已發現300多種，芳香油的提取目前大多採用水蒸汽蒸餾法，設備簡單，容易操作，但在提取過程中芳香油易發生氧化、聚合、熱解等，造成香氣損失，香料提出率低，但採用超聲強化提取可以顯著提高芳香油提取率。從桔皮中提取桔皮精油，用超聲法提取10min的提出率比直接浸泡2小時，加熱蒸餾2小時，水蒸汽蒸餾2小時，索氏提取2小時的提出率均高2倍以上；此外，從橘皮中提取橙皮甙，25℃超聲提取30min提取率是常規50℃浸泡3小時提取率的1.6倍。
2.3 循環超聲提取在動物油加工上的套用
動物油提取方法大都是將動物脂肪熔煉而提取出來的，這種方法獲得的油脂易焦化並出油率低。使用超聲提取方法可在極短時間內（2-10min）能使動物油脂游離出來，而且油脂內所含維生素未遭破壞，油脂清澈；如從鱈魚肝中提取鱈魚肝油，使用超聲提取方法2-5min內能使鱈魚肝中所含油脂全部游離出來，出油率接近原料含油率，大大高於常規提取方法（70%），而且油脂品質明顯好於常規提取方法。
3．循環超聲提取技術在糖料精深加工中的套用
從甜菜中提取糖，使用超聲提取方法可使提取時間縮短一半，產量提高12-14%，糖份提取速度可提高78%。
4．循環超聲提取技術在水果蔬菜精深加工中的套用
超音波有利於漿的進一步細化，使汁液中的果膠降解，果汁粘性降低，從而可以提高汁液的產量、質量和過濾速度，同時，由於經過超音波處理後使植物細胞被破碎，顯著地提高了人體及動物對營養成份的消化吸收率。如從蘋果中提取蘋果汁，使用超聲提取比常規提取產量增加10-15%，粘度降低28%，因此過濾速度也縮短了26%。用超聲提取從胡蘿蔔中提取胡蘿蔔素產量也可以提高10%左右。
5．循環超聲提取技術在茶葉精深加工中的套用
生產速溶茶時在60℃下套用超音波提取，提出率比用噴霧乾燥提高近20%，而且大部分有效成分在超音波處理頭10min內已被全部提取出來。如從茶葉中提取茶多酚和兒茶酚，用超音波常溫處理茶葉10min，茶多酚及兒茶酚的總量比100℃水提取30min提高40%以上，所得茶多酚及兒茶酚樣品的性狀無差別，也不改變茶多酚及兒茶酚各組分的結構。
6．循環超聲提取技術在中藥材精深加工中的套用
循環超聲提取技術和裝置目前已經成功用於數十種中藥材原料中天然產物的提取，部份結果如下：
6．1 萜類、內酯類
青蒿素一般在50℃以下採用石油醚、汽油冷浸或攪拌提取，提取率60%左右，提取時間24－48小時。用HF-2B提取青蒿素，分別研究了流體循環流動基本特性、超聲時間、超聲強度、固/液比、提取溫度、攪拌（循環）速度對青蒿提取率和石油醚損耗的影響。實驗條件下，青蒿素提取率達到90%以上，較常規提取方法青蒿素回收率提高25%以上，提取時間縮短為20分鐘，石油醚回收率達到90%，較常規提取方法有顯著提高。
6.2 黃酮
在銀杏黃酮提取時，常規水煮4小時提取率為56.5%；室溫下，用HF-2B提取10min，提取率為82.6%，提取30min，提取率為88.3%；40℃下，用HF-50G型循環超聲提取機提取30min，提取率為91.6%，高於常規100℃水煮6小時的銀杏黃酮提取率。蜂膠黃酮提取時，常規浸提48小時，提取率36%；用HF-2B室溫提取30min，提取率為41.8%。30℃條件下，用50%乙醇HF-2B提取淫羊霍30分鐘，黃酮提取率87%。甘草黃酮提取時，用HF-20B提取60min，80%乙醇時總黃酮得率為11.5%，85%乙醇時總黃酮得率為8.8%。
6.3 生物鹼
從肉蓯蓉用水提取甜菜鹼時，用HF-2B提取20分鐘與常規浸提24小時和100℃回流6小時甜菜鹼提取率相當。用HF-2B以1‰酸水為提取劑，提取砂生槐中總生物鹼，室溫超聲提取30分鐘，提取兩次，提取率超過85%，三次效果更佳；比常溫浸提4—6小時/次，提取三次效果更好，比滲濾24小時效果也高；以氯仿為提取劑，超聲提取7次，比常規連續提取一周效果更好。
6.4 甙類
從肉蓯蓉用甲醇提取肉蓯蓉甙類物質時，用HF-2B提取30分鐘與常規浸提24小時和80℃回流5小時肉蓯蓉甙提取率相當。30℃條件下，用50%乙醇HF-2B提取淫羊霍30分鐘，淫羊霍甙提出率90%。
6.5 多糖
從肉蓯蓉用水提取多糖時，用HF-2B提取20分鐘高於常規浸提24小時和100℃回流6小時多糖提取率。用HF-2B從海帶中提取硫酸酯多糖時， 30℃下提取20分鐘，即可達到水煮法（100℃）提取5小時相同的硫酸酯多糖提取率。
6.6 茶多酚
從茶葉中提取茶多酚和兒茶酚，超聲常溫提取10min，茶多酚及兒茶酚的總量比100℃水提取30min提高40%以上，所得茶多酚及兒茶酚樣品的性狀無差別，也不改變茶多酚及兒茶酚各組分的結構。
6.7 溶劑在漿萃取耦合集成提取純化
用HF-2B進行了溶劑在漿萃取硫酸酯多糖的研究，希望實現低微含量天然活性成份浸提、過濾、濃縮、粗提、分離純化過程的耦合集成，直接得到純化產品，同時利用分離純化強化浸提。在室溫下，超聲作用時間30分鐘，萃取劑濃度7%等條件下，多糖萃取率可達92%以上，多糖中岩藻糖含量≥35%，一步達到醫藥用多糖（岩藻糖含量≥30%）要求，成本僅為常規提取的四分之一左右。
6.8 其它
花椒用75%乙醇煮提8小時吸光度為2.274；用HF-2B室溫提取30min，吸光度為1.993，提取40min，吸光度為2.053。上述試驗結果說明循環超聲提取裝置具有良好的放大性能，而且相同的設備選擇不同的工藝條件可能會有相差較大的結果。
7．循環超聲提取技術在無公害農產品檢測中的套用
無公害農產品檢測必須提取農產品中農藥殘留、有害重金屬物質和其它有害成份，以作為檢測樣品，採用常規的索氏提取法，費時、繁雜，使用超聲提取法方便、快速，提取所得成份也比常規提取方法多。
8．其它
循環超聲套用在花粉細胞破壁技術上，與其它現有方法比較，具有時間短，操作簡單等特點，破壁率可以滿足生產工藝上的要求，可極大地降低生產成本。從小牛的皺胃中提取皺胃酶，套用超聲提取在40min時，可達到最高活性，同時發現超聲對皺胃酶原具有一定的激活作用．果蔬漿體的乳化：食品（如朱古力、果醬、色拉油、調味品）生產中採用循環超聲設備進行乳化、細化，能極大地縮短生產周期，而且口味、質量都較機械或化學方法更佳。
循環超聲提取天然有效成份生產線
本生產線適用於各種中藥材、農副產品、陸地和海洋動植物、植物及微生物發酵產物等提取生物、醫藥、保健品、飲料、化妝品等所需各種天然產物，產品可為顆粒或提取液。有無需蒸汽供熱（可省建鍋爐房）和蒸汽供熱兩種生產線可供選擇。
多項循環超聲提取專利技術解決了超聲提取工程放大難題，極大地提高了超聲場的利用效率，保證了物料的均勻破碎、減少了局部過度破碎，充分發揮了超音波的空化效應、機械效應、熱效應等多種作用在細胞破碎、促進傳質、加速反應等方面的作用。
提取率比傳統提取方法提高百分之五十到數倍；提取時間僅為傳統提取方法的幾分之一到幾十分之一；提取溫度可由80-100℃降到室溫，同傳統方法比較可節省提取能耗50%以上。
適應範圍廣，不受原料中成分極性、分子量大小限制，可同時適用於揮發性和非揮發性提取介質。提取液雜質少，有利於降低後續的分離、純化成本，還可以實現在漿萃取使目標產品提取和純化一步完成，綜合經濟效益顯著。
提取時間、提取溫度、超聲功率、循環速度等多種參數均可設定和自動控制，可進行間歇提取和多級連續動態提取，提取液和藥渣連續排出，自動分離，能節約大量勞動力和改善車間生產環境。手動、半自動和全自動三種控制方式，操作簡單、維修方便，符合GMP要求。工藝流程及設備配套示意圖如下：
組合式循環超聲提取機