萃取装置与萃取方法
【专利摘要】本发明公开一种萃取装置与萃取方法，该萃取装置对溶液中的生物材料进行萃取，并包括萃取容器、超音波模块、温度控制模块、以及压力控制模块。萃取容器用以盛装上述溶液。超音波模块用以对上述溶液进行震荡，温度控制模块用以控制上述溶液的温度，以及压力控制模块用以控制萃取容器内的压力。
【专利说明】萃取装置与萃取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种萃取装置，尤指一种具有超音波模块、温度控制模块、以及压力控制模块的萃取装置。
【背景技术】
[0002]一般而言，针对不同特性的生物材料，而采用的萃取方式差异很大。例如，木质成分的生物材料需利用具有加热功能的萃取装置，并经由长时间高温熬煮的方式才能加以萃取，而含有多酚成分或热敏感成分的生物材料则另以低温具备超音波功能的萃取装置的方式加以萃取，以免活性成份遭受破坏。
[0003]然而，由于需利用不同的萃取装置来针对不同特性的生物材料加以萃取，缺乏可同时适用多种不同属性的萃取装置，必须单独利用不同萃取技术与装置进行不同属性原材料的萃取，因而导致工艺以及设备的成本增加。此外，已知的萃取装置所具备的功能有限，因此难以利用已知的萃取方法来进一步提升萃取量以及萃取效率。
[0004]此外，在萃取的过程后，一般需要将萃取装置内的溶液取出后，放置于浓缩装置以利用高温以及低压溶液加以浓缩。然而，溶液经由萃取装置取出并放置浓缩装置的过程中会有部分的溶液损耗以及可能受到部分的污染。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出具有多种功能的萃取装置可针对不同特性的生物材料加以萃取，并可利用同时或选择性的调整温度、压力以及加上超音波的辅助来提升萃取量以及萃取效率。此外，亦可选择利用萃取装置进行浓缩工艺。
[0006]为达上述目的，本发明提供了一种萃取装置，对一溶液中的一生物材料进行萃取。上述萃取装置包括一萃取容器、一超音波模块、一温度控制模块、以及一压力控制模块。萃取容器包括盛装上述溶液的一容置腔。超音波模块设置于上述萃取容器，用以对上述溶液进行震荡。温度控制模块设置于上述萃取容器，用以控制上述溶液到达一预定温度。压力控制模块设置于上述萃取容器，用以控制上述容置腔内的压力到达一预定压力。
[0007]本发明并提供了一种萃取方法，包括提供一萃取容器；混合一生物材料以及一溶剂以形成一溶液，并放置上述溶液于上述萃取容器的一容置腔内；通过一超音波模块震荡上述溶液；通过一温度控制模块控制上述溶液到达一预定温度，以及通过一压力控制模块控制上述容置腔内的压力到达一预定压力；以及由上述生物材料中萃取出一萃取物。此外，亦可选择针对上述已经过萃取工艺的溶液进行浓缩。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明的萃取装置的示意图；以及
[0009]图2为本发明的萃取方法的流程图。
[0010]附图标记说明[0011]萃取装置I;萃取容器10;
[0012]萃取槽11;密封盖12;
[0013]安全阀13 ;流出管道14;
[0014]控制阀15;泵16;
[0015]超音波模块20 ；超音波组件21 ；
[0016]超音波控制器22 ；温度控制模块30 ；
[0017]温度传感器31;温度控制器32;
[0018]加热组件33 ；冷却组件34 ；
[0019]冷却管35 ；压力控制模块40 ；
[0020]压力传感器41 ；压力控制器42 ；
[0021]压力调节组件43;加压组件431;
[0022]减压组件432 ;压力管44 ;
[0023]压力阀45;容置腔SI;
[0024]底部Sll;侧壁 S12。·【具体实施方式】
[0025]图1为本发明的萃取装置I的示意图。萃取装置I用以对一溶液中的一生物材料进行萃取。萃取装置I包括一萃取容器10、一超音波模块20、一温度控制模块30、以及一压力控制模块40。萃取容器10包括一萃取槽11、一密封盖12、一安全阀13、一流出管道14、一控制阀15、以及一泵16。
[0026]萃取槽11可由钢材等金属所制成。密封盖12盖于萃取槽11。当密封盖12盖于萃取槽11时，密封盖12以及萃取槽11内部形成密闭的容置腔SI，容置腔SI可用以盛装上述溶液。安全阀13用以固定上述萃取槽11以及上述密封盖12。当容置腔SI内的温度、压力改变时，密封盖12能固定于萃取槽11以确保容置腔SI为一密闭空间。
[0027]流出管道14设置于萃取槽11，与容置腔SI的内部相互连通。流出管道14的一端邻近于容置腔SI的底部S11，因此容置腔SI内的溶液可经由流出管道14流出。控制阀15设置于流出管道14上，以选择性的让容置腔SI内的溶液流出。泵16设置于流出管道14，以增加溶液由容置腔SI内流出的速度。
[0028]超音波模块20设置于萃取容器10，用以对上述溶液进行震荡。超音波模块20包括多个超音波组件21以及一超音波控制器22。超音波组件21设置于容置腔SI的底部Sll以及侧壁S12，用以对上述溶液进行震荡。上述超音波组件21的数目以及位置并不予以限制，举例而言，超音波组件21可为一个，且设置于容置腔SI的底部Sll或是顶部。
[0029]超音波组件21的振荡频率可在15KHZ~170KHZ范围之内，且功率可为800~1000W,因此可对溶液产生搅拌的功能，以使溶液内的生物材料以及溶剂混合均匀。此外，当超音波组件21对上述溶液进行震荡时，在上述溶液内可产生多个微气泡。上述微气泡的直径约为500nm以下。当微气泡爆裂时，可产生瞬间高温及强大冲击力，以加速生物材料的萃取时间以及萃取量。
[0030]超音波控制器22分别耦接于上述超音波组件21，且用以分别控制上述超音波组件21选择性地致能(enable)或禁能(disable),亦能调整超音波组件21的振荡频率以及功率。于本实施例中，用户可针对超音波控制器22设计参数(例如包括时间、振荡频率以及功率等数值)，使超音波控制器22能依据时间选择性的致能(enable)或禁能(disable) —或多个超音波组件21，且能控制各别超音波组件21的振荡频率以及功率，以对不同特性的生物材料以及萃取物进行调整。
[0031]温度控制模块30设置于萃取容器10，用以控制上述溶液到达一预定温度，举例而言，前述的预定温度可为25°C至200°C，但并不予以限制。温度控制模块30包括一温度传感器31、一温度控制器32、一加热组件33、以及一冷却组件34。温度传感器31设置于萃取容器10内的容置腔SI，用以侦测上述容置腔SI或溶液的温度，并产生一温度感测信号。
[0032]温度控制器32可设置于萃取容器10的外侧，耦接于温度传感器31，并接受上述温度感测信号。温度控制器32可包括一温度参数，且温度控制器32依据上述温度参数以及上述温度感测信号来致能或禁能上述加热组件33或是冷却组件34，前述的温度参数可为一温度的数值，例如50°C。于本实施例中，温度控制器32亦可依据时间来致能或禁能加热组件33或是冷却组件34，且调整加热组件33或是冷却组件34的输出功率。
[0033]加热组件33可为电阻式加热器等各式加热器，但并不予以限制。加热组件33可设置于容置腔SI的底部S11，用以对上述溶液加热，并耦接于温度控制器32。
[0034]冷却组件34可为冷冻机等各式冷冻装置，并不予以限制。冷却组件34用以对上述溶液冷却，并耦接于上述温度控制器32。于本实施例中，冷却组件34设置于萃取容器10的外侧，且经由冷却管35连通于容置腔SI。容置腔SI内的溶液经由冷却管35流至冷却组件34冷却后，再经由冷却管35流回容置腔SI内，以达到溶液降温的功能。
[0035]压力控制模块40设置于上述萃取容器10，用以控制上述容置腔SI内的压力到达一预定压力，举例而言，前述的预定压力可为0.05大气压至5大气压，但并不予以限制。压力控制模块40包括一压力传感器41、一压力控制器42、一压力调节组件43、一压力管44、以及一压力阀45。压力传感器41设置于上述容置腔SI，用以感测容置腔SI内的压力并产生一压力感测信号。
[0036]压力控制器42可设置于萃取容器10的外侧，耦接于上述压力传感器41，并接受上述压力感测信号。压力调节组件43耦接于压力控制器42，并用以调整容置腔SI内的压力。压力控制器42可依据压力感测信号控制压力调节组件43，由此调整容置腔SI内的压力。
[0037]于本实施例中，压力调节组件43可包括一加压组件431以及一减压组件432。加压组件431以及减压组件432耦接于压力控制器42。加压组件431可为一泵等组件，用以对容置腔SI加压，加压组件431可经由压力管44输送空气、氮气等气体至容置腔SI，以增加容置腔SI内的压力。减压组件432可为真空泵等组件，用以对容置腔SI减压，减压组件432可经由压力管44抽取容置腔SI内的气体，由此减少容置腔SI内的压力。
[0038]上述加压组件431以及减压组件432可视需求选择性地设置。压力控制器42可包括一压力参数，且压力控制器42依据上述压力参数以及上述压力感测信号来致能或禁能加压组件431及/或减压组件432，由此调整容置腔SI内的压力。
[0039]前述的压力参数可为一压力的数值，例如lOOOmmHg。于本实施例中，压力控制器42亦可依据时间来致能或禁能加压组件431及/或减压组件432，且调整加压组件431及/或减压组件432的输出功率。[0040]压力管44耦接于压力控制器42、加压组件431以及减压组件432，并与容置腔SI相互连通。压力阀45设置于压力管44上。
[0041]图2为本发明的萃取方法的流程图。可理解的是，在下列方法的各步骤中，可于各步骤之前、之后以及其间增加额外的步骤，且下列方法中的一些步骤可被置换、删除或是移动。
[0042]首先，提供一萃取容器10(步骤S101)。于步骤S103中，混合一生物材料以及一溶剂以形成一溶液。生物材料可为植物粉末、蛋白质、或是动物体等，在本实施例中，生物材料以丹参粉末(植物粉末)作为例子，丹参粉末可以丹参的根茎部干燥后研磨形成。溶剂可包括水、醇类、烷类或其组合，但并不予以限制。于本实施例中溶剂为水，并将丹参粉末以5至40重量百分比，及水以60至95重量百分比混合后，形成溶液。之后，将前述的溶液放置于萃取容器10的容置腔SI内。需注意的是，在此步骤中亦包括直接以植物粉末以及溶剂放置至容置腔SI中，再混合成溶液的方式。
[0043]于步骤S105中，通过超音波模块20震荡上述溶液持续一预定时间，例如60分钟，并可使溶液中产生微气泡，以加速萃取的时间。于步骤S107中，通过温度控制模块30控制上述溶液到达一预定温度，例如50°C，并持续一预定时间，例如60分钟。于步骤S109中，通过压力控制模块40控制上述容置腔SI内的压力到达一预定压力，例如1500mmHg，并持续一预定时间，例如60分钟。前述的步骤S105、S107、S109可同时实施，或是可以改变实施的顺序。且前述的预定时间可以相同或是不同。
[0044]于本实施例中，可于一调整时间后，例如30分钟，超音波模块20可选择性的禁能，上述温度控制模块30控制上述溶液到达另一预定温度，例如40°C，且可通过上述压力控制模块40控制上述容置腔SI内的压力到达另一预定压力，例如760mmHg。换句话说，超音波模块20的致能与禁能，且容置腔SI内的压力以及溶液的温度可随时间而变化，由此针对不同生物材料以及萃取物进行调整，已达到优选的萃取率。
[0045]于上述步骤S105、S107、S109的期间或是之后，在生物材料中会逐渐萃取出一萃取物。之后，可通过过滤网等过滤组件(图未示)将已经过萃取工艺的生物材料取出，并可选择对上述已经过萃取工艺的溶液进行浓缩等步骤(步骤SI 11)。于步骤SI 11中，可通过上述温度控制模块30对上述溶液加温，以及通过上述压力控制模块40对上述容置腔内的压力进行减压，以移除上述部分或全部溶剂，以对于溶液进行浓缩。
[0046]下列表一为本实施例中，以丹参粉末作为生物材料、水作为溶剂、且萃取物为丹酚酸以及丹参酮所作的实验数据，另于表一中的实验，超音波组件21均维持致能状态。由表一可知于实验组7的萃取条件下，丹酚酸浓度达到102490ppm，且丹酚酸与丹参酮的浓度合计最高。于实验组2的萃取条件下，丹参酮浓度达到3640ppm。
[0047]而于已知技术中丹参粉末仅以超音波进行I至4小时的萃取，仅能得到大约200ppm的丹酚酸，或是约80ppm丹参酮，均远少于本发明的萃取量以及萃取效率。因此由表一的实验数据可知，本发明的萃取装置I以及萃取方法通过同时控制温度、压力的参数，并加上超音波的辅助，可大量提升萃取量以及萃取效率。
[0048]表一:
[0049]
【权利要求】
1.一种萃取装置，对溶液中的生物材料进行萃取，且上述萃取装置包括: 萃取容器，包括盛装上述溶液的容置腔； 超音波模块，设置于上述萃取容器，用以对上述溶液进行震荡； 温度控制模块，设置于上述萃取容器，用以控制上述溶液到达一预定温度；以及 压力控制模块，设置于上述萃取容器，用以控制上述容置腔内的压力到达预定压力。
2.如权利要求1所述的萃取装置，其中上述超音波模块包括超音波组件，设置于上述容置腔的底部或侧壁，用以对上述溶液进行震荡。
3.如权利要求2所述的萃取装置，其中上述超音波模块还包括超音波控制器，耦接于上述超音波组件，且用以控制上述超音波组件启动或关闭。
4.如权利要求1所述的萃取装置，其中上述超音波模块包括多个超音波组件，分别设置于上述容置腔的底部以及侧壁，并用以对上述溶液进行震荡。
5.如权利要求4所述的萃取装置，其中上述超音波模块还包括超音波控制器，分别耦接于上述超音波组件，且用以分别控制上述超音波组件选择性地致能或禁能。
6.如权利要求1所述的萃取装置，其中上述温度控制模块包括: 温度传感器，设置于上述萃取容器，且用以产生一温度感测信号； 温度控制器，耦接于上述温度传感器，并接受上述温度感测信号； 加热组件，用以对上述溶液加热，并耦接于上述温度控制器。
7.如权利要求6所述的萃取装置，其中上述压力控制模块包括冷却组件，用以对上述溶液冷却，并耦接于上述温度控制器。
8.如权利要求7所述的萃取装置，其中上述温度控制器包括一温度参数，且上述温度控制器依据上述温度参数以及上述温度感测信号，致能或禁能上述加热组件或是冷却组件。
9.如权利要求1所述的萃取装置，其中上述压力控制模块包括: 压力传感器，设置于上述容置腔，用以感测容置腔内的压力并产生一压力感测信号； 压力控制器，耦接于上述压力传感器，并接受上述压力感测信号；以及 压力调节组件，耦接于上述压力控制器，并用以调整上述容置腔内的压力， 其中上述压力控制器依据上述压力感测信号控制上述压力调节组件，由此调整上述容置腔内的压力。
10.如权利要求9所述的萃取装置，其中上述压力调节组件包括加压组件，用以对上述容置腔加压，并耦接于上述压力控制器，其中上述压力控制器包括一压力参数，且上述压力控制器依据上述压力参数以及上述压力感测信号致能或禁能上述加压组件。
11.如权利要求10所述的萃取装置，其中上述加压组件为泵。
12.如权利要求9所述的萃取装置，其中上述压力调节组件包括减压组件，用以对上述容置腔减压，并耦接于上述压力控制器，其中上述压力控制器包括压力参数，且上述压力控制器依据上述压力参数以及上述压力感测信号致能或禁能上述减压组件。
13.如权利要求12所述的萃取装置，其上述减压组件为泵。
14.如权利要求1所述的萃取装置，其中上述萃取容器包括: 萃取槽； 密封盖，盖于上述萃取槽，其中上述密封盖以及上述萃取槽内部形成上述容置腔；以及安全阀，用以固定上述萃取槽以及上述密封盖。
15.如权利要求1所述的萃取装置，还包括流出管道，与上述容置腔的内部相互连通。
16.—种萃取方法,包括: 提供萃取容器； 混合生物材料以及溶剂以形成溶液，并放置上述溶液于上述萃取容器的容置腔内； 通过超音波模块震荡上述溶液； 通过温度控制模块控制上述溶液到达一预定温度，以及通过一压力控制模块控制上述容置腔内的压力到达一预定压力；以及由上述生物材料中萃取出一萃取物。
17.如权利要求16所述的萃取方法，其中于上述生物材料中萃取出萃取物的步骤中，还包括取出已萃取的上述生物材料。
18.如权利要求17所述的萃取方法，还包括通过上述温度控制模块对上述溶液加温，以及通过上述压力控制模块对上述容置腔内的压力进行减压，以移除上述溶剂。
19.如权利要求16所述的萃取方法，还包括于一预定时间后，上述温度控制模块控制上述溶液到达另一预定温度。
20.如权利要求16所述的萃取方法，还包括于一预定时间后，上述压力控制模块控制上述容置腔内的压力到达另一预定压力。
21.如权利要求16所述的萃取方法，其中上述生物材料为植物粉末、蛋白质、或是动物体。`
22.如权利要求16所述的萃取方法，其中上述溶剂包括水、醇类、烷类或其组合。
【文档编号】B01D11/02GK103861320SQ201310587352
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】张景辉, 胡学琳, 陈玟吟, 彭姗翎 申请人:财团法人工业技术研究院