循环超声提取机
一、循环超声提取技术简介循环超声提取技术是中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室的科研人员，针对我国目前在天然产物提取过程中存在的突出问题，在海洋“863”和国家“九五”科技攻关项目的支持下，研究开发出的具有自主知识产权、国内国际先进水平的专利技术，是将超声波强化提取技术运用在传统天然产物提取生产领域中的革命性技术突破。
超声波具有“空化现象”、“机械振动”以及“热效应”等特性，“空化现象”可产生瞬间几千个压力，使提取介质中的微小气泡压缩、爆裂，破碎被提取原料和细胞壁，加速天然药用成份的溶出，“机械振动”和“热效应”进一步强化了溶出成份的扩散，使药用成份在提取介质中快速达到浓度平衡，可大大缩短提取成本，提高产品质量，是当前浸出提取中最具前途的提取技术。中科院过程工程所的研究人员采用循环超声提取技术解决了超声波提取工程放大问题，攻克了超声波应用于提取生产的最大障碍。“弘祥隆”高效循环超声提取机就是在此专利技术基础上研制开发的新一代中药材及其它天然产物高效提取装置。
通过实验对比，“弘祥隆”高效循环超声提取机提取效率是常规提取的几倍到几十倍，单位物料处理量能耗较常规方法降低50%以上，并且最大限度地保持了中药材及其它天然产物中原有的各种有效成份，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、提高提取质量。这种新型提取装置可广泛适用于挥发性和非挥发性提取介质，自动化程度高、操作简便，是对提取车间进行技术改造和新建提取车间理想的装置。
同国外相关企业相比，国内企业技术落后主要表现在原材料提取、料液分离等方面，“弘祥隆”循环超声提取机的出现必将对改变中药材及其它天然产物生产提取的落后面貌，提高企业产品质量、提高经济效益、增强企业竞争力产生积极深远的影响。
二、循环超声提取设备特性“弘祥隆”新型高效超声循环提取采用了中国科学院过程工程研究所专利技术,并作了进一步开发;同国内外相关设备相比较,超声循环提取装置具有显著的特点和优势.
1.效率高
采用机械搅拌和超声循环强化提取，提取时间短（常规方法的几分之一到几十分之一），因而工作效率高。
2.能耗低
小功能超声波即可破碎提取大量物料，一般均在室温下提取，无须大功率搅拌和耗费大量加热能源。单位物料处理量能耗较常规提取方法降低50%以上。
3.提取产品质量高
由于提取温度低，最大限度保持了物料中原有的各种有效成份（特别是各种热敏性成份等），可达到提高药效，减少用量的目的。同时，由于提取时间短使提取产品中其它无用的杂组份含量减少，提高了提取产品品质，为后续分离纯化过程奠定了良好基础，可显著降低单一组份等其它高端产品的生产成本。
4.目标提取物提取率高
由于采用超声破碎提取技术，使药材中的有效成分得以充分释出，从而使目标提取物的提取率提高。
5.能耗低
节省原料、能源，缩短生产周期，提高生产率，增加经济效益。
6.适用范围广
由于可同时适用于挥发性和非挥发性提取介质，因而可适用于各种天然有效成份及天然产物的提取。适用于实验室研究、新建天然产物及农产品深加工提取车间以及改进现存提取工艺和装置以；此外，还可以用于超声分散、乳液制备、缓释药物超微胶囊和纳米胶囊制备等。
7．自动化程度高、操作简便
可进行间歇提取或多级连续提取。提取时间、提取温度、循环速度等主要参数均可设定和自动控制，减少了人为因素对产品质量的影响，有利于保证产品质量。
多级连续动态提取时，提取液和药渣在全封闭条件下连续排出，可以连接立式自动刮刀离心机进行连续自动分离，能节约大量劳动力和改善车间生产环境，还可以实现计算机控制。提取过程全封闭运行，洁净卫生，全部不锈钢，符合GMP要求。
8.产品性能价格比高
相同容量，循环超声提取装置价格仅为超临界CO2萃取的十分之一左右，化为进口产品价格的几分之一，而适用范围更广，常温常压操作，提取成本较低，提取效率较高。
三、循环超声提取技术的应用1．循环超声提取技术在粮食类精深加工中的应用
使用超声提取技术可以从米糠、麦麸、大豆、玉米胚芽等中提取高附加值成分，利用超声处理使豆乳蛋白含量提高 6.6%，豆乳干物质重量提高 11.6%。超声提取技术对于传统大豆制品及现代大豆加工新产品，如豆奶、速溶豆粉及分离蛋白、浓缩蛋白等产品的生产均具有提高蛋白含量、增加得率的效用。如用常规搅拌法从经过变压或热处理的脱脂大豆料胚中提取大豆蛋白，提取物很少能达到蛋白质含量30%，且难提出热不稳定的7S蛋白成分，而用超声提取不但能提高提取物蛋白质含量，又可提取热不稳定的7S蛋白成分。
超声在酒的加工中也有很好的作用。用超声波加高频电磁波（处理5～10min，可使酒的老熟时间缩短1/3到1/2；在啤酒作业中用800kHz、0.93W/cm2的超声，在13～18℃处理温度下照射3～4h，可节约酒花62%；超声对酒醇化处理，有较好的效果。
2．循环超声提取技术在油料精深加工中的应用
循环超声提取技术在油料深加工中亦具有诸多优势，在多种油料加工中可替代传统加工方式，降低加工成本，提高产品质量。
2.1循环超声提取在植物油提取上的应用
使用超声提取，超声波的空化作用可产生微声流，能有效打破边界层，大大加快扩散速度，有效地提高提出速度2－10倍。超声提取与传统的压榨法和有机溶剂浸取法相比，具有方法简便，出油率高，油味纯正、色泽清亮、生产周期短、不用加热、有效成份不被破坏等优点，同时还可以进行其它有用成份的综合提取，显著地提高了经济效益。在超声波的处理下，花生油的提出率可提高2.8倍；用超声波从油料种子中提取油，可使油的提出率增加8.3倍；从葵花籽中提取油脂，加入超声波可使产量提高27－28%；用乙醇提取棉籽油，使用超声波处理，在1小时内提取所得的油量提高了83%。
2.2循环超声提取在芳香油提取上的应用
我国含芳香油植物现已发现300多种，芳香油的提取目前大多采用水蒸汽蒸馏法，设备简单，容易操作，但在提取过程中芳香油易发生氧化、聚合、热解等，造成香气损失，香料提出率低，但采用超声强化提取可以显著提高芳香油提取率。从桔皮中提取桔皮精油，用超声法提取10min的提出率比直接浸泡2小时，加热蒸馏2小时，水蒸汽蒸馏2小时，索氏提取2小时的提出率均高2倍以上；此外，从橘皮中提取橙皮甙，25℃超声提取30min提取率是常规50℃浸泡3小时提取率的1.6倍。
2.3循环超声提取在动物油加工上的应用
动物油提取方法大都是将动物脂肪熔炼而提取出来的，这种方法获得的油脂易焦化并出油率低。使用超声提取方法可在极短时间内（2-10min）能使动物油脂游离出来，而且油脂内所含维生素未遭破坏，油脂清澈；如从鳕鱼肝中提取鳕鱼肝油，使用超声提取方法2-5min内能使鳕鱼肝中所含油脂全部游离出来，出油率接近原料含油率，大大高于常规提取方法（70%），而且油脂品质明显好于常规提取方法。
3．循环超声提取技术在糖料精深加工中的应用
从甜菜中提取糖，使用超声提取方法可使提取时间缩短一半，产量提高12-14%，糖份提取速度可提高78%。
4．循环超声提取技术在水果蔬菜精深加工中的应用
超声波有利于浆的进一步细化，使汁液中的果胶降解，果汁粘性降低，从而可以提高汁液的产量、质量和过滤速度，同时，由于经过超声波处理后使植物细胞被破碎，显著地提高了人体及动物对营养成份的消化吸收率。如从苹果中提取苹果汁，使用超声提取比常规提取产量增加10-15%，粘度降低28%，因此过滤速度也缩短了26%。用超声提取从胡萝卜中提取胡萝卜素产量也可以提高10%左右。
5．循环超声提取技术在茶叶精深加工中的应用
生产速溶茶时在60℃下应用超声波提取，提出率比用喷雾干燥提高近20%，而且大部分有效成分在超声波处理头10min内已被全部提取出来。如从茶叶中提取茶多酚和儿茶酚，用超声波常温处理茶叶10min，茶多酚及儿茶酚的总量比100℃水提取30min提高40%以上，所得茶多酚及儿茶酚样品的性状无差别，也不改变茶多酚及儿茶酚各组分的结构。
6．循环超声提取技术在中药材精深加工中的应用
循环超声提取技术和装置目前已经成功用于数十种中药材原料中天然产物的提取，部份结果如下：
6．1萜类、内酯类
青蒿素一般在50℃以下采用石油醚、汽油冷浸或搅拌提取，提取率60%左右，提取时间24－48小时。用HF-2B提取青蒿素，分别研究了流体循环流动基本特性、超声时间、超声强度、固/液比、提取温度、搅拌（循环）速度对青蒿提取率和石油醚损耗的影响。实验条件下，青蒿素提取率达到90%以上，较常规提取方法青蒿素回收率提高25%以上，提取时间缩短为20分钟，石油醚回收率达到90%，较常规提取方法有显著提高。
6.2黄酮
在银杏黄酮提取时，常规水煮4小时提取率为56.5%；室温下，用HF-2B提取10min，提取率为82.6%，提取30min，提取率为88.3%；40℃下，用HF-50G型循环超声提取机提取30min，提取率为91.6%，高于常规100℃水煮6小时的银杏黄酮提取率。蜂胶黄酮提取时，常规浸提48小时，提取率36%；用HF-2B室温提取30min，提取率为41.8%。30℃条件下，用50%乙醇HF-2B提取淫羊霍30分钟，黄酮提取率87%。甘草黄酮提取时，用HF-20B提取60min，80%乙醇时总黄酮得率为11.5%，85%乙醇时总黄酮得率为8.8%。
6.3生物碱
从肉苁蓉用水提取甜菜碱时，用HF-2B提取20分钟与常规浸提24小时和100℃回流6小时甜菜碱提取率相当。用HF-2B以1‰酸水为提取剂，提取砂生槐中总生物碱，室温超声提取30分钟，提取两次，提取率超过85%，三次效果更佳；比常温浸提4—6小时/次，提取三次效果更好，比渗滤24小时效果也高；以氯仿为提取剂，超声提取7次，比常规连续提取一周效果更好。
6.4甙类
从肉苁蓉用甲醇提取肉苁蓉甙类物质时，用HF-2B提取30分钟与常规浸提24小时和80℃回流5小时肉苁蓉甙提取率相当。30℃条件下，用50%乙醇HF-2B提取淫羊霍30分钟，淫羊霍甙提出率90%。
6.5多糖
从肉苁蓉用水提取多糖时，用HF-2B提取20分钟高于常规浸提24小时和100℃回流6小时多糖提取率。用HF-2B从海带中提取硫酸酯多糖时， 30℃下提取20分钟，即可达到水煮法（100℃）提取5小时相同的硫酸酯多糖提取率。
6.6茶多酚
从茶叶中提取茶多酚和儿茶酚，超声常温提取10min，茶多酚及儿茶酚的总量比100℃水提取30min提高40%以上，所得茶多酚及儿茶酚样品的性状无差别，也不改变茶多酚及儿茶酚各组分的结构。
6.7溶剂在浆萃取耦合集成提取纯化
用HF-2B进行了溶剂在浆萃取硫酸酯多糖的研究，希望实现低微含量天然活性成份浸提、过滤、浓缩、粗提、分离纯化过程的耦合集成，直接得到纯化产品，同时利用分离纯化强化浸提。在室温下，超声作用时间30分钟，萃取剂浓度7%等条件下，多糖萃取率可达92%以上，多糖中岩藻糖含量≥35%，一步达到医药用多糖（岩藻糖含量≥30%）要求，成本仅为常规提取的四分之一左右。
6.8其它
花椒用75%乙醇煮提8小时吸光度为2.274；用HF-2B室温提取30min，吸光度为1.993，提取40min，吸光度为2.053。上述试验结果说明循环超声提取装置具有良好的放大性能，而且相同的设备选择不同的工艺条件可能会有相差较大的结果。
7．循环超声提取技术在无公害农产品检测中的应用
无公害农产品检测必须提取农产品中农药残留、有害重金属物质和其它有害成份，以作为检测样品，采用常规的索氏提取法，费时、繁杂，使用超声提取法方便、快速，提取所得成份也比常规提取方法多。
8．其它
循环超声应用在花粉细胞破壁技术上，与其它现有方法比较，具有时间短，操作简单等特点，破壁率可以满足生产工艺上的要求，可极大地降低生产成本。从小牛的皱胃中提取皱胃酶，应用超声提取在40min时，可达到最高活性，同时发现超声对皱胃酶原具有一定的激活作用．果蔬浆体的乳化：食品（如巧克力、果酱、色拉油、调味品）生产中采用循环超声设备进行乳化、细化，能极大地缩短生产周期，而且口味、质量都较机械或化学方法更佳。
四、循环超声提取天然有效成份生产线本生产线适用于各种中药材、农副产品、陆地和海洋动植物、植物及微生物发酵产物等提取生物、医药、保健品、饮料、化妆品等所需各种天然产物，产品可为颗粒或提取液。有无需蒸汽供热（可省建锅炉房）和蒸汽供热两种生产线可供选择。
多项循环超声提取专利技术解决了超声提取工程放大难题，极大地提高了超声场的利用效率，保证了物料的均匀破碎、减少了局部过度破碎，充分发挥了超声波的空化效应、机械效应、热效应等多种作用在细胞破碎、促进传质、加速反应等方面的作用。
提取率比传统提取方法提高百分之五十到数倍；提取时间仅为传统提取方法的几分之一到几十分之一；提取温度可由80-100℃降到室温，同传统方法比较可节省提取能耗50%以上。
适应范围广，不受原料中成分极性、分子量大小限制，可同时适用于挥发性和非挥发性提取介质。提取液杂质少，有利于降低后续的分离、纯化成本，还可以实现在浆萃取使目标产品提取和纯化一步完成，综合经济效益显著。
提取时间、提取温度、超声功率、循环速度等多种参数均可设定和自动控制，可进行间歇提取和多级连续动态提取，提取液和药渣连续排出，自动分离，能节约大量劳动力和改善车间生产环境。手动、半自动和全自动三种控制方式，操作简单、维修方便，符合GMP要求。工艺流程及设备配套示意图如下：
组合式循环超声提取机
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