一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置，其特征之一在于：利用由多片压电陶瓷组成的高能换能器（1），并用螺丝杆（2）将后盖板（4）和声波传导组件（3）及声发射体（5）紧密固定；超声波发射体位于不锈钢外壳（6）的内部正中央，形成空间声功率密度适用于植物活性成分高效提取的超声场：超声频率为25±5kHz，超声波发射体前端的面声功率密度为5~18.6W/cm2，空间声功率密度为0.4~1.5W/cm3；不锈钢外壳右上方是药-液混合物的进料管道（7）；右下方是出料管道（8）；植物药材在装置内部经历剧烈的超声生物效应过程，即可实现药物活性成分高效提取。
【专利说明】一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于制药【技术领域】，涉及一种植物药提取装置，具体涉及一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置。
【背景技术】
[0002]至今，国内外利用大功率超声技术进行中药提取的工艺和设备屡见不鲜。然而，由于相关技术和设备涉及不同专业知识和行业背景，往往存在这样那样的缺陷和不足。事实上，导致其技术水平难以提高的技术瓶颈主要为:(1)理论和学术认识误区:一些技术人员简单认为超声设备的功率越大，其提取能力就越强，而不完全了解“空间超声能量”与生物材料相互作用的真正机制和控制技术；(2)实验研究与工程应用的差异:不少学者热衷于超声植物药提取的研究。然而，他们进行的大量实验，却是借用常规“超声波清洗机”来完成的实验研究。因此，对于产业化推广，就难以设计制造出性能卓越的专用装置；(3)工艺参数设计不尽科学:由于在学术认识和设备设计方面存在缺陷，就难以对超声提取的工艺参数进行科学地合理设置。因此，难以有效利用超声能量、充分发挥超声空化效应等作用机制，导致其产业化应用的技术水平不高、规模不大。
[0003]本实用新型专利仅针对瓶颈(I)、(2)反映的装置设计问题。针对瓶颈(3)涉及的有关问题将反映在另一项发明专利“一种植物药活性成分聚能型超声高效提取工艺”中。
[0004]中药提取工艺是中药制剂加工流程的首要环节。我国目前制药行业在中药提取生产中，仍然在沿用几十年一贯制的水煮提取罐一类的落后装置。煎煮时间长、多种活性成分受高温而损失、提取率不足、效率低、能耗高等弊端，极大地浪费了资源、降低了药效。
[0005]我国在制定了中药现代化十二五发展规划以来，超声、超临界提取等非传统提取技术的研究应用越来越受到重视。其中，超声提取的高效性、安全性和广谱性，已逐步应用于植物药提取研究。《中华人民共和国药典》2008年版已有100多种药材和制剂使用了超声提取。显然，超声提取工艺取代传统提取工艺，将纳入中药现代化进程。
[0006]国外，特别是日本和东南亚中草药市场占有率较高的国家，由于其节能和环保的优势，超声强化提纯中草药的研究和应用已很普遍。国外学者发布的超声提取技术研究成果多具地域特色，亦有借鉴价值。
[0007]国内，有关超声技术提取装置设计方面仍存在某些技术瓶颈，使其在制药产业的规模化应用仍然受到制约。当前实际应用的中药超声提取装置，基本属于如下几类:(1)超声提取罐类:对传统的立式煎煮提取罐进行改造，在罐内分布安装多组超声换能器(包括中间放置柱状换能器、四周放置换能器或者分散安装换能器等)。这类改造型的超声提取罐，不同程度存在超声能量不足、分布不均匀等问题，影响超声提取效率，难以保证药用活性成分得到充分提取；(2)超声提取管类:这类水平或倾斜放置的提取管，其直径远小于立式提取罐，内径约35?40cm左右，换能器分布在管道的四壁，超声波向管道中心方向发射。溶液和药材分别从管道的不同入口注入，并连续沿某方向流动，也可以混合流入。该提取工艺的主要优点是实现了连续性提取，效率略高于提取罐类。但管道提取的主要缺点是，管道内部需要螺旋推动器、结构复杂，成本高，故障率高。
[0008] 申请人:2010年获得授权的实用新型“集束型超声生物成分快速提取器”，其主要技术特点是将几十个超声换能器组装在提取管的外壁上，以便在提取罐内部产生高强度超声场。该项新型技术可以与逆流提取技术紧密结合，以提高生物成分的提取效率。该提取器的优点是工作效率高，但所需朗之万型超声换能器的数量大，成本偏高。
[0009]本次申请的实用新型，是针对上述几类超声提取设备机电结构的一些缺陷，采用了国内最新推出的高能换能器，研发出一种新型设计方案。
【发明内容】
[0010]本专利的发明目的:为了克服当前中药超声提取设备在结构设计方面的技术瓶颈，提出一种植物药活性成分新型超声高效提取装置的设计方法；利用该项新型设计，可实现植物药活性成分提取的高效性和实用性，为工程化应用提供技术支撑。
[0011]本专利的发明原理:不同超声能量作用于生物组织，会产生不同的超声生物效应，包括酶激活、细胞破壁、组织凋亡、碳化等。不同的生物效应用于不同的生物工程，如分别应用于超声透皮、声催化、癌细胞切除、体外碎石等。理论研究与实验表明，不同超声生物效应的物化机制(包括热学、动力学及声空化机制)，受制于声场物理条件。当超声能量被控制在合理范围内时，其生物效应仅限于细胞破壁，胞内活性成分无损转移到溶媒，此乃植物药活性成分的高效提取的理想机制。然而，现有超声提取设备往往未能满足理想条件，难以实现高效提取。本专利基 本原理:通过对超声提取装置机电结构的优化设计，在装置内部建立合理的空间声场能量分布，以实现植物活性成分高效无损提取。
[0012]本专利的
【发明内容】
:根据上述发明目的和原理，本专利发明了新型超声提取装置，其机电构造原理如图1所示。
[0013]该装置采用的高能超声换能器I由多片压电陶瓷组成，用螺丝杆2和后盖板4与声波传导组件3和超声声波发射体5紧密固定；
[0014]所述超声波发射体5为合金梯形圆柱体，并经声波传导组件3固定在装置的不锈钢外壳6底部；超声波发射体5整体处于不锈钢外壳6的内部正中央；
[0015]所述不锈钢外壳6内腔是聚能型超声空间，该空间声学参数的合理设置是本专利的核心。该空间的超声能量作用于植物材料，实现植物药活性成分高效提取。
[0016]所述不锈钢外壳6右上方与药-液混合物的进料管道7连接相通；与不锈钢外壳6右下方连接相通的是出料管道8 ；
[0017]所述进料管道7用于将预制的药-液混合物送入聚能型超声空间；进料管道7与不锈钢外壳6的连接处外侧，安装有阀门9，控制药-液混合物流入；
[0018]所述出料管道8用于将超声萃取后的药渣-药液混合物送出，进入过滤分离流程；出料管道8与不锈钢外壳6的连接处外侧安装有阀门10，控制药渣-药液混合物流出。
[0019]本专利主要技术参数:采用发射功率大于常规换能器15倍以上的高能超声换能器，其发射体的面声功率密度可达5~18.6W/cm2，超声场的空间声功率密度为0.1~1.5 ff/cm3，超声频率为25 ± 5kHz。
[0020]【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型超声装置的中剖面图；[0022]图2为本超声装置的外侧斜视图。
[0023]【具体实施方式】
[0024]本实用新型的机电结构:参考图1和图2。采用由多片压电陶瓷组成的高能换能器1，并用螺丝杆2、后盖板4和工业胶与声波传导组件3和超声声波发射体5紧密固定；超声波发射体5为掺有稀土材料的合金梯形圆柱体，通过声波传导组件3固定在装置的不锈钢外壳6底部；超声波发射体5整体处于不锈钢外壳6的内部正中央,在不锈钢外壳6内腔形成聚能型超声场；与不锈钢外壳6右上方连接相通的是药-液混合物的进料管道7 ;与不锈钢外壳6右下方连接相通的是出料管道8 ;进料管道7用于将预制的药-液混合物送入聚能型超声场；出料管道8用于将超声萃取后的药渣-药液混合物送出，推入外接的过滤器；所述进料管道7与不锈钢外壳6的连接处外侧，安装有阀门9，控制预制的药-液混合物流入；出料管道与不锈钢外壳6的连接处外侧安装有阀门10，控制药渣-药液混合物流出。
[0025]超声场参数设置实例:采用前端面半径5.5cm、频率为25±5kHz、声功率1200W的新型高能超声发射体，发射面声功率密度约为12.6ff/cm2 ;装置的不锈钢腔体内部实用空间设计为半径8cm、长Ilcm的圆柱形空腔，则空间声功率密度达到0.55W/cm3，符合上述发明工艺条件对超声场参数的设置要求；以此测算，装置不锈钢外壳的机械结构尺寸不改变，仅将高能超声发射体的半径提高到7.5cm，频率不变、发射声功率在880W?3300W范围连续调整，即满足本发明权利要求的参数范围:发射面声功率密度为5?18.6ff/cm2,空间声功率密度为0.r1.5W/cm3，均能连续调整。
[0026]为加大植物药提取的处理量，针对具体实施案例1，将装置的不锈钢腔体内实际空间扩大到案例I容积的4倍。在该腔体内均匀安置4只同类型超声发射体，同时发射880W?3300W超声波，同样达到本发明权利要求的声学参数范围:面声功率密度为5?18.6W/cm2,空间声功率密度为0.r1.5W/cm3。
[0027]本实用新型的实施效果:为了与常规超声提取装置性能对比，选3种植物药材各Ikg,洗净晾干,粉碎成30目，用10倍水浸泡40min,完成药-液混合物预制；然后,混合物通过进料管道送入“【具体实施方式】”所述新型超声提取装置，装满容量90% (留10%空间)；在30°C条件下，声功率1200W，空间声功率密度为0.55ff/cm3,对药-液混合物强化萃取12min ；处理过的药渣-药液混合物通过出料管道进入离心过滤器；过滤后的药液经大孔树脂吸附、酒精洗脱后，再经干燥，得到植物药活性成分提取物；然后，利用HPLC对提取物的药用活性成分进行含量检验；同时，利用声功率固定为1000W的常规超声器进行提取实验，浸泡时间、药液比及温度与聚能型超声提取工艺一致，提取时间取25min ;过滤所得药液经树脂吸附纯化，得到相应药用活性成分提取物，并用HPLC进行检验。
[0028]最后，对两类超声提取装置的实验数据进行对照，得出如下结论:①实验数据表明，在所得提取纯化物基本相同的前提下，本专利技术是常规超声提取技术工效的1.7倍；②节能比较:聚能型超声提取与常规超声提取工艺节能比约0.57。
[0029]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员，在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置，其特征在于，该超声装置内部安装了由多片压电陶瓷组成的高能换能器(1)，并利用螺丝杆(2)、后盖板(4)和声波传导组件(3)与超声波发射体(5)紧密固定；在该装置内部可形成空间声功率密度适用于植物活性成分闻效提取的超声场； 所述超声波发射体(5)为合金梯形圆柱体，并经声波传导组件(3)固定在不锈钢外壳(6)底部；超声波发射体(5)整体处于不锈钢外壳(6)的内部正中央； 所述不锈钢外壳(6)内腔是用于植物药活性成分提取的聚能型超声空间；与不锈钢外壳(6)右上方连接相通的是药-液混合物的进料管道(7);与不锈钢外壳(6)右下方连接相通的是出料管道(8); 所述进料管道(7)用于将预制的药-液混合物送入聚能型超声空间；进料管道(7)与不锈钢外壳(6)的连接处外侧有阀门(9)，控制预制的药-液混合物流入； 所述出料管道(8 )用于将超声萃取后的药渣-药液混合物送出，进入过滤分离流程；出料管道(8)与不锈钢外壳(6)的连接处外侧安装有阀门(10)，控制药渣-溶液混合物流出。
2.根据权利要求1所述的一种植物药活性成分高效提取的新型超声装置，其特征在于，所述超声高效提取装置内部的声学条件为:超声频率为25±5kHz，发射的面声功率密度为5~18.6ff/cm2,空间声功率密度为0.4^1.5 W/cm3。
【文档编号】B01J19/10GK203750207SQ201320260431
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】王保强, 杨磊, 李永红 申请人:成都信息工程学院