TW202015802A - 高效率超音波萃取設備與提升超臨界萃取效率之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種高效率超音波萃取設備與提升超臨界萃取效率之方法，該高效率超音波萃取設備係包含有至少一高壓反應槽與一超臨界流體容器、一液體原料罐、若干高壓幫浦與控制閥，該高壓反應槽之蓋體內更設置有朝內延伸之一超音波棒，用以可於超臨界流體混合液體原料進行萃取之過程中，同時對液體原料進行超音波振盪，以萃取、分離出對人體有益之營養成分，進而可提高該高壓反應槽之萃取效率、縮短萃取時間。
Description
本發明係與超臨界萃取設備有關，更詳而言之是指一種高效率超音波萃取設備與提升超臨界萃取效率之方法者。
按，習知超臨界萃取、分離天然物營養成分之製程，主要係利用超臨界狀態之二氧化碳流體於高壓、低溫條件下自天然物萃取出營養成分。而為了提升習知超臨界製程之萃取效率，有業者在進行萃取步驟前，先將液體原料(待萃取物粉碎後浸泡於酒精)進行超音波振盪，如中華民國發明第I604848號「蜂膠萃取物的萃取方法」專利所示，其係蜂膠原塊破碎浸泡酒精後以超音波振盪法進行溶解獲得一粗萃物，再將該粗萃物注入高壓超臨界萃取槽中進行萃取步驟，萃取步驟之條件為壓力範圍介於3600psi至4000psi之間，溫度範圍係介於46℃至50℃之間萃取80分鐘至120分鐘，藉以可獲得阿特比靈(artepillin C)成分，萃取效率相較於傳統超臨界製程有相當的提升。
換言之，前述專利藉由在傳統超臨界萃取步驟前先進行超音波振盪，可明顯地提升萃取之效率。不過，前
述專利之萃取時間仍需80分鐘至120分鐘，萃取效率仍有提升之空間，惟，目前為止，除了前述專利之技術外，目前並無更佳之技術。
本發明之主要目的即在提供一種高效率超音波萃取設備與提升超臨界萃取效率之方法，其係於萃取步驟中同時進行超音波振盪，且產生超音波振盪之超音波棒係直接伸入作用於液體原料，可確實有效地提升萃取效率及縮短萃取時間，結構簡單，甚具經濟價值者。
緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種高效率超音波萃取設備，包含有至少一高壓反應槽，用以可自天然物萃取、分離出對人體有益之營養成分，包含開口朝上之一槽體，該槽體底端設有一出料口，供輸出萃取液，一蓋體，蓋設於該槽體之頂端開口，一電加熱器，設置於該槽體，用以加熱進入該槽體內之液體原料，一超音波棒，設置於該蓋體內而伸入槽體；一超臨界流體容器與一液體原料罐，連接該高壓反應槽，用以分別提供超臨界流體與液體原料，該超臨界流體係超臨界狀態二氧化碳流體；若干高壓幫浦，設置於該超臨界流體容器、液體原料罐與高壓反應槽之間，用以將超臨界流體與液體原料加壓輸送至高壓反應槽；複數控制閥，分別設置於各該超臨界流體容器、液體原料罐與高壓反應槽之間，用以可分別控制超臨界流體、液體原料
及萃取液之流向。
較佳地，係包含有一第一高壓反應槽與若干第二高壓反應槽，該超臨界流體容器與液體原料罐係連接第一高壓反應槽之槽體頂端與底端，該第一高壓反應槽之槽體頂端、底端並透過二連接管合併後連接第二高壓反應槽之槽體頂端，用以可供該第一高壓反應槽內之萃取液再輸送至第二高壓反應槽進行萃取。
較佳地，該二連接管上並分別設有該控制閥。
較佳地，該超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路係合併後再連接第一高壓反應槽之槽體頂端、底端，各該輸出管路上分別設有該高壓幫浦。
較佳地，該超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路上更分別設有該控制閥，係介於各該高壓幫浦與第一高壓反應槽之槽體頂端、底端之間。
較佳地，該出料口上設有一控制閥。
較佳地，各該控制閥包含複數高壓閥、單向閥與若干背壓閥，各該高壓閥係分別設置於超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路、二連接管及各高壓反應槽之出料口，用以供控制超臨界流體容器與液體原料罐之輸出壓力、啟閉及各高壓反應槽是否輸出萃取液，各該單向閥係分別設置於超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路及連接該第一高壓反應槽之槽體底端之連接管，用以防止加壓之超臨界
流體與液體原料回流及防止該連接管內之萃取液朝第一高壓反應槽之槽體底端回流，該背壓閥係設置於連接該第一、第二高壓反應槽之槽體頂端之連接管，用以可控制該連接管所需壓力與流量。
此外，本發明更提供一種提升超臨界萃取效率之方法，主要係於超臨界流體混合液體原料進行萃取之過程中，同時對液體原料進行超音波振盪，以萃取、分離出對人體有益之營養成分，進而可提高該高壓反應槽之萃取效率、縮短萃取時間。
較佳地，係於至少一高壓反應槽內進行萃取過程，該高壓反應槽一端連接有一超臨界流體容器與一液體原料罐，供將超臨界流體與液體原料混合後輸入高壓反應槽，該高壓反應槽包含開口朝上之一槽體，該槽體底端設有一出料口，供輸出萃取液，一蓋體，蓋設於該槽體之頂端開口，一超音波棒，設置於該蓋體內而伸入槽體。
較佳地，係包含有一第一高壓反應槽與若干第二高壓反應槽，該超臨界流體容器與液體原料罐係連接第一高壓反應槽之槽體頂端與底端，該第一高壓反應槽之槽體頂端、底端並透過二連接管合併後連接第二高壓反應槽之槽體頂端，用以可供該第一高壓反應槽內之萃取液再輸送至第二高壓反應槽進行萃取、分離。
10‧‧‧高效率超音波萃取設備
12‧‧‧高壓反應槽
13‧‧‧超臨界流體容器
14‧‧‧液體原料罐
15、16‧‧‧高壓幫浦
22‧‧‧槽體
221‧‧‧出料口
24‧‧‧蓋體
26‧‧‧電加熱器
28‧‧‧超音波棒
32、42‧‧‧輸出管路
72‧‧‧高壓閥
74‧‧‧單向閥
80‧‧‧高效率超音波萃取設備
82‧‧‧高壓反應槽
84、86‧‧‧連接管
88‧‧‧背壓閥
第一圖係本發明一較佳實施例之系統圖。
第二圖係本發明另一較佳實施例之系統圖。
以下，茲舉本發明數個較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：首先，請參閱第一圖所示，本發明一較佳實施例之高效率超音波萃取設備10，係包含有一高壓反應槽12、一超臨界流體容器13、一液體原料罐14、二高壓幫浦15、16與複數控制閥。
該高壓反應槽12，具有一槽體22、一蓋體24及一電加熱器26等習知超臨界萃取槽之構件，該槽體22底端係設有一出料口221，供輸出萃取液，該電加熱器26係用以加熱進入槽體22內之液體原料，本發明更於該蓋體24內設有一超音波棒28，該超音波棒28係伸入槽體22約1/2至1/3深度，而可對該液體原料罐14輸入槽體22之液體原料進行24KHz至40KHz間頻率之振盪，本實施例採40KHz高頻的振盪，藉以可萃取、分離出對人體有益之營養成分。
該超臨界流體容器13與液體原料罐14，分別為CO2鋼瓶、用以儲存並提供超臨界CO2流體，及容納並提供液體原料，二者之輸出管路32、42係合併後再分開連接高壓反應槽12之槽體22頂端、底端。
該二高壓幫浦15、16，分別設置於該超臨界流體容器13與液體原料罐14之輸出管路32、42，用以可將該超臨界流體與液體原料加壓、計量輸送至高壓反應槽12。
各該控制閥，包含五高壓閥72與二單向閥74，各該高壓閥72係分別設置於二輸出管路32、42合併前、後位置及高壓反應槽12之出料口221，用以可供控制該超臨界流體容器13與液體原料罐14之輸出壓力、啟閉及控制高壓反應槽12是否輸出萃取液。該二單向閥74係分別設置於二輸出管路32、42合併前之位置，用以防止加壓之超臨界流體與液體原料回流。
藉此，本發明該高效率超音波萃取設備10之操作方式，係先打開該超臨界流體容器13與液體原料罐14，利用該二高壓幫浦15、16控制超臨界流體容器13與液體原料罐14之輸出壓力與劑量，再利用各該高壓閥72控制高壓反應槽12之壓力，並透過該電加熱器26控制高壓反應槽12之溫度，操作條件例如：壓力2000-4000psi、溫度40-60℃、超臨界二氧化碳流體流速6-9L/hr，詳細之萃取、分離步驟與習知超臨界流體萃取設備類似，此處不予贅述，本發明該高效率超音波萃取設備10之特色、功效係在於：該高壓反應槽12內設有直接伸入液體原料內之超音波棒28，該超音波棒28所產生之高頻振盪，可直接作用於液體原料，俾可大大地提升萃取效率(對人體有益營養成
分之含量)及縮短萃取時間。
例如，如表一與表二所示，透過本發明對蜂膠及靈芝進行萃取，與習知無超音波之超臨界萃取製程之比較，經實驗証明，本發明對同一種天然物可有效縮短萃取時間約1/3左右，且營養成分之萃取量更高，如下：
前揭對蜂膠及靈芝進行萃取時，操作條件為溫度48℃，壓力3800psi。
由上可知，本發明該高效率超音波萃取設備藉由在高壓反應槽內設置可直接伸入液體原料之超音波棒之結構，可使該超音波棒所產生之高頻振盪直接作用於液體原料，進而可有效地提升萃取效率(營養成分之萃取量更高)
及縮短萃取時間，雖然結構簡單，但甚具經濟價值。
其次，該二輸出管路32、42合併後之二高壓閥72，係可供決定超臨界流體與液體原料係分別或同時流入高壓反應槽12之槽體22頂端或底端，主要係視萃取原料之特性、萃取效果而調整。
此外，本發明可再增設若干高壓反應槽，如第二圖所示，係本發明另一較佳實施例之高效率超音波萃取設備80，其構成大體上與該高效率超音波萃取設備10相同，不同處在於：其除了前述該高壓反應槽12外(後稱第一高壓反應槽)，更包含有另一相同構造之高壓反應槽82(後稱第二高壓反應槽)，且，該第一高壓反應槽12之槽體22頂端、底端並透過二連接管84、86合併後連接第二高壓反應槽82之槽體頂端，用以可供該第一高壓反應槽12內之萃取液再輸送至第二高壓反應槽82進行萃取，此外，該連接管84上更設有一如前述之高壓閥72與一背壓閥88，該背壓閥88係可控制該連接管84所需壓力與流量，該連接管86上更設有如前述之一高壓閥72與一單向閥74。藉此，透過複數高壓反應槽12、82進行超臨界萃取，可減少萃取液中的成分種類、使萃取液之成分更為單純。
再者，由上可知，本發明更可提供一種提升超臨界萃取效率之方法，即於前述連接超臨界流體容器13與液體原料罐14之高壓反應槽12、72內設置一超音波棒28，該超音波棒28並伸入高壓反應槽12、72內，俾可於超臨界流體混合液體原料進行萃取之過程中，同時對液體原料進行
超音波振盪，以萃取、分離出對人體有益之營養成分，進而可提高該高壓反應槽之萃取效率、縮短萃取時間。
惟，以上所述僅為本發明之數個較佳實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。
10‧‧‧高效率超音波萃取設備
12‧‧‧高壓反應槽
13‧‧‧超臨界流體容器
14‧‧‧液體原料罐
15、16‧‧‧高壓幫浦
22‧‧‧槽體
221‧‧‧出料口
24‧‧‧蓋體
26‧‧‧電加熱器
28‧‧‧超音波棒
32、42‧‧‧輸出管路
72‧‧‧高壓閥
74‧‧‧單向閥
Claims (10)
- 一種高效率超音波萃取設備，包含有：至少一高壓反應槽，用以可自天然物萃取、分離出對人體有益之營養成分，包含開口朝上之一槽體，該槽體底端設有一出料口，供輸出萃取液，一蓋體，蓋設於該槽體之頂端開口，一電加熱器，設置於該槽體，用以加熱進入該槽體內之液體原料，一超音波棒，設置於該蓋體內而伸入槽體；一超臨界流體容器與一液體原料罐，連接該高壓反應槽，用以分別提供超臨界流體與液體原料，該超臨界流體係超臨界狀態二氧化碳流體；若干高壓幫浦，設置於該超臨界流體容器、液體原料罐與高壓反應槽之間，用以將超臨界流體與液體原料加壓輸送至高壓反應槽；及複數控制閥，分別設置於各該超臨界流體容器、液體原料罐與高壓反應槽之間，用以可分別控制超臨界流體、液體原料及萃取液之流向。
- 如申請專利範圍第1項所述之高效率超音波萃取設備，其中，係包含有一第一高壓反應槽與若干第二高壓反應槽，該超臨界流體容器與液體原料罐係連接第一高壓反應槽之槽體頂端與底端，該第一高壓反應槽之槽體頂端、底端並透過二連接管合併後連接第二高壓反應槽之槽體頂端，用以可供該第一高壓反應槽內之萃取液再輸送至第二高壓反應槽進行萃取。
- 如申請專利範圍第2項所述之高效率超音波萃取設備，其 中，該二連接管上並分別設有該控制閥。
- 如申請專利範圍第2項所述之高效率超音波萃取設備，其中，該超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路係合併後再連接第一高壓反應槽之槽體頂端、底端，各該輸出管路上分別設有該高壓幫浦。
- 如申請專利範圍第4項所述之高效率超音波萃取設備，其中，該超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路上更分別設有該控制閥，係介於各該高壓幫浦與第一高壓反應槽之槽體頂端、底端之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之高效率超音波萃取設備，其中，該出料口上設有一控制閥。
- 如申請專利範圍第3、4、5或6項所述之高效率超音波萃取設備，其中，各該控制閥包含複數高壓閥、單向閥與若干背壓閥，各該高壓閥係分別設置於超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路、二連接管及各高壓反應槽之出料口，用以供控制該超臨界流體容器與液體原料罐之輸出壓力、啟閉及各高壓反應槽是否輸出萃取液，各該單向閥係分別設置於超臨界流體容器與液體原料罐之輸出管路及連接該第一高壓反應槽之槽體底端之連接管，用以防止加壓之超臨界流體與液體原料回流及防止該連接管內之萃取液朝第一高壓反應槽之槽體底端回流，該背壓閥係設置於連接該第一、第二高壓反應槽之槽體頂端之連接管，用以可控制該連接管所需壓力與流量。
- 一種提升超臨界萃取效率之方法，主要係於超臨界流體混 合液體原料進行萃取之過程中，同時對液體原料進行超音波振盪，以萃取、分離出對人體有益之營養成分，進而可提高該高壓反應槽之萃取效率、縮短萃取時間。
- 如申請專利範圍第8項所述提升超臨界萃取效率之方法，其中，係於至少一高壓反應槽內進行萃取過程，該高壓反應槽一端連接有一超臨界流體容器與一液體原料罐，供將超臨界流體與液體原料混合後輸入高壓反應槽，該高壓反應槽包含開口朝上之一槽體，該槽體底端設有一出料口，供輸出萃取液，一蓋體，蓋設於該槽體之頂端開口，一超音波棒，設置於該蓋體內而伸入槽體。
- 如申請專利範圍第9項所述提升超臨界萃取效率之方法，其中，係包含有一第一高壓反應槽與若干第二高壓反應槽，該超臨界流體容器與液體原料罐係連接第一高壓反應槽之槽體頂端與底端，該第一高壓反應槽之槽體頂端、底端並透過二連接管合併後連接第二高壓反應槽之槽體頂端，用以可供該第一高壓反應槽內之萃取液再輸送至第二高壓反應槽進行萃取、分離。
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