微波辅助的萃取方法及其设备的制作方法

专利名称：微波辅助的萃取方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改良的利用微波能从生物体中提取可溶性天然物质的方法及其设备。
现在已有多种利用微波的方法。例如加农(Gannon)在美国4，464，402号专利中叙述的方法，在用微波烘干含脂肪和油的谷物后，随后去皮提取油脂。另外，风兹勒(Ganzler)和塞格(Salgo)在1987年Z.Lebensm Unters Forsch184∶274-276页上发表的方法，这种方法利用微波加热萃取介质。在这些例子中，微波辐照主要用于加热萃取剂介质。
美国柯林斯(Collins)在专利4，554，132号中，披露了一种在用微波干燥食品后，再利用溶剂萃取，但他没有指出萃取过程。
英国专利1，209，675号叙述了利用微波辐照，使棕榈类果实的酶失去活性，并用溶剂萃取棕榈油。
赫德康普(Heitkamp)等人在加拿大987，993号专利中指出，例如烟草或茶叶等，在含有一定温度和合适的溶剂时，其组织内的气味和芳香成份能在微波作用下移动到表面。赫德康普却没有提出任何将这些气味和芳香成份提取到被萃取的介质中去的更好的方法。
另外，克拉委罗(Craveiro)等人，在《气味和芳香杂志》(Flavour and Fragrance Journal4，1989，43-44中)，讨论了将植物原料置于空气流中，然后利用微波辐照来生产挥发油的方法。
冈兹勒，塞格和瓦尔科(Valko)在《色谱法杂志》(Journal of Chromatography)371，1986，299-306页中，提出利用微波制备有机磷酸盐杀虫剂、抗营养食品(antinutrtives)和天然脂肪样品。干燥的样品原料在磨成颗粒后，悬浮于有机介质中。冈兹勒等人的这种方法在微波处理前就机械地破坏了干燥原料中的腺体和维管，从而导致了挥发油的损耗，同时，还会出现不期望获得的一些物质。这些物质的分离将花费很长时间。另外，这种方法还指出，在悬浮物冷却后，再次使用微波辐照。这样，在挥发油和萃取剂完全没有进行回收的情况下，就进行了加热。
蒸气蒸馏和溶剂萃取的方法是众所周知的，但是由于高温和危险的有机溶剂，生成物会被污染。
因此，需要有一种不受上述限制影响的微波诱导的萃取方法和设备，它既能获得最大产量，又能回收细胞生物原料中的挥发油和其他有用物质。
本发明提供一种更有选择性、更为有效的用于萃取天然产物的萃取方案。
本发明利用微波能量使与一定量无水有机溶剂相接触的生物原料的腺体或维管系统产生一个急剧温升。
本发明的一个目的在于提供了从含油脂的生物原料中提取挥发油的方法。它包括提供一种包含丰富而完整腺体系统的生物原料源，这种原料有能利用微波能量萃取挥发油的足够湿度。在本方法中，这种原料先用无水萃取剂浸渍以得到所述的挥发油。然后利用微波能量的辐照在原料和萃取剂上产生不同的温升，因此将挥发油从原料中榨取出来，同时，这些从原料中被榨取出的挥发油将被温度低的萃取剂冷却，因此，在萃取剂中油温将低于刚从原料中榨取出的油温。整个处理过程可以包括从溶剂中的所述榨取油中分离残余物以及回收所述的油脂。
本发明涉及一种用于从生物原料中萃取香精及其它物质的设备，包括至少一台微波介质加热电极(Microwave applicater);
用于混合所述的生物原料和萃取剂的混合罐;
用于将生物原料和萃取剂的第一混合物从所述的混合罐中经过所述的微波介质加热电极进处处理的供料用的泵装置;
用于从所述的处理后混合物中分离萃取出来的含萃取物液体的萃取剂的装置;
用于后续混合待处理的生物原料以形成第二混合物再循环所述的分离后的萃取剂的装置;和用于向微波介质加热电极供给所述的第二混合物的装置。
本发明还涉及一种从含挥发油的生物原料中获得挥发油的方法，包括如下步骤提供一种具完整腺体系统的生物原料源，该生物原料具有足够的水分足以允许采用微波能萃取所述的挥发油;
用无水萃取剂包围所述生物原料以提取所述的挥发油;
将所述的生物原料暴露于一微波能源以在所述的生物原料和所述的无水萃取剂之间产生差分加热，借此从所述的生物原料中榨取所述的挥发油，及将从所述的生物原料和所述的无水萃取剂中榨出的挥发油的温度降低到从生物原料中榨取挥发油的温度以下。
本发明一个较好的方法为将具有含油脂的所述细胞物质的生物原料浸入一种无水有机萃取剂中，这种原料源具有丰富而完整的腺体系统和含水量，使其保证在微波处理过程中破坏腺体系统。接着，这种原料用微波能量进行辐照，当原料温升至足够引起腺体系统破坏时，该生物材料中的挥发油就会被榨到有机萃取剂中。
经这一工序萃取的油脂将用萃取剂冷却。接着，另外的生物原料又补加至得到的萃取剂中，此时，这些萃取剂中已包含有从第一步中萃取的油脂。将原料和这种萃取剂置于微波辐照下，这时在得到的萃取剂中的原料又被升温至能够使其中的腺体系统破坏的程度，其中的油则被榨取出来并扩散到周围。这道工序可以不断重复，相应地，这些油脂可以从这样得到的萃取剂中分离出来。
这样处理的好处在于减少了通常所需的溶剂用量，同时还得到了浓缩的萃取液。
与其他方法相反，本发明使原料较之溶剂更优先地得到处理使其吸收微波能量，这样，榨出后油脂经其周围的溶剂得到冷却，从而避免了微波处理时能引起的油脂或某些敏感物质的热分解。
因此，申请者所指的加工是一个所谓“冷加工”，其中，溶剂并不吸收能量，所以，几乎所有的微波能量都被传递至被处理的原料。原料和萃取物之间温差则保证了油脂转移至萃取剂中。
有机物例如己烷或其他合适的无水脂肪类有机物都是比较好的萃取剂。通常，这些物质都是“微波透明体”，即它们由于缺少分子偶极矩而不会大量吸收微波能量。也可以使用助溶剂。这些萃取剂的静介电常数一般约在0到28之间，或者，对微波源的微波频率应该是透明的。
如果生物原料缺少水分，那么在微波处理前，在原料中加入具有纯偶极矩的溶剂，使原料再水化或再次溶入，这些具有纯偶极矩的溶剂将对于微波不透明，例如，甲醇、乙醇和这些溶剂的混合物等。
如果使用一种对于微波半透明的有机溶剂，那么，在微波处理过程中，这种溶剂的温度将低于生物原料尤其是被萃取的油脂的温度。
另外，本发明还采用萃取介质体系，例如一种单一萃取剂或两种或两种以上的合适且相溶的萃取剂溶液，分别用来得到精馏的油。
使用未粉碎的原料进行处理能得到比磨得粉碎的干的原料处理得到好得多的结果。用几乎是整个或大块的原料避免了对腺体和脉管系统的破坏，从而能得到更多和更有价值的所希望的产物。
腺体组织主要是指那些分泌各种分泌物，主要是蜜的组织器官。维管组织则指那些传输液体的通道。通常，生物中萃取出的挥发油包括腺体系统中的香精油。这种油脂带有原料的味道和芬芳，常用于做香料和调味品。正如我们所知道的那样，挥发油即香精油等与不挥发油如棉籽油、亚麻油或椰子油的主要区别就在于前者不是脂肪酸中的甘油脂。
挥发油这个概念也包括植物与动物原料中，例如香精油和其他例如类脂类，脂肪酸、脂肪油等物质，这些物质可以用本发明叙述的方法将它们从相应的动植物原料中的腺体或相似的系统中榨取出来。
本发明适用于许多种生物组织，例如用于制造香料的植物组织或其它组织，如动物组织。这些植物原料包括加拿大薄荷(Canadian Pepper mint)、海藻类如角叉菜、各种蔬菜如洋葱、大蒜和其它一些类似的植物。那些动物原料则例如肝、肾、蛋黄等或产品，如海葵、海参;有壳类动物如龙虾和其它水生贝壳类动物，温水和冷水鱼等等，均能被用于提炼颜料，油脂等等。一个非常诱人的用途是从鱼的器如肝脏中，萃取所需的油脂，这些器官做为药学和人类使用所需要的酸的来源，这些挥发油为例如Ω-3和Ω-6油及其类似物。
具体地说，本发明提供了从生物原料中萃取出香精和其它物质的设备。该设备包括至少有一个微波介质加热电极和经该电极供给生物原料与萃取剂的混合物的装置，还提供了从被处理的混合物中分离液体及从过滤后的液体中去除萃取剂的装置。
微波介质加热电极通常按已知的几个参数来工作，例如额定功率，大约在200至10，000瓦之间，频率大约在800到30，000MHz或更高一些。通常，只要原料中的某一组份对于微波频谱中的某一波长有一定程度的吸收，这个微波的波长就可以使用。只需稍微改变辐照时间来弥补吸收程度的不同。可以同时提供几种不同的微波介质加热电极。
此设备还提供与有机溶剂相互适合的材料制成的溶剂储存器以及溶剂入口和样品入口装置。可用适当的装置如泵将混和物送入或经过微波介质加热电极。为了去除残留植物材料，使混合物连续不断地进入过滤装置，如滤纸或聚四氟乙烯筛等。另外，这些设备还包括从欲处理的样品中去除水份的装置，这种装置可以包括可被加入过滤装置中做为分离阶段的，并为此目的而使用的干燥剂。
所述的材料优选是泵到分离器如旋转汽化器等，把溶剂从所述的油脂材料中分离出来。而溶剂则可以通过冷凝器以冷凝该溶剂。
使用适当的用于微波处理的连接管线，这些管线如玻璃管，聚四氟乙烯，石英或其它微波透明设备来互相连接所述的设备，另外，所述的管线包括适当的阀，例如，玻璃或聚四氟乙烯管塞等等。
下面将图示最佳实施方案，其中

图1是本发明设备的示意图;
按照本发明，通常为微波射线自由地通过微波透明的萃取介质，达到生物原料的内腺体和维管系统。(微波透明介质通常可以确定是那些静介电常数较小，亦即具有纯偶极矩的物质，如己烷的静介电常数为1.9，四氯化碳的静介电常数为2.2，液态的二氧化碳，在0℃及50atm的压力时，静介电常数为1.6。)而那些静介电常数较大的物质，例如水，静介电常数达80.4。在萃取过程中，原料吸收了一部分微波射线，而吸收系数则大大地取决于原料的含水量(或加进的吸收微波组份的多少)。在这样处理后，原料内部将产生急剧温升，这个温升在腺体和维管系统中尤为明显。这种温升将一直持续，直到细胞内的压力超过了细胞壁的扩张能力，细胞壁因此而破裂。细胞中的物质流出细胞到达周围较低温的介质中，该介质分离和溶解所述的油脂。以其它天然产物萃取所采用的相同方法，从得到的溶液中能滤出固体物质。
用于接触浸渍原料的萃取剂的用量可以在较大范围内变动。通常的用量是使之能以物理方式全部从生物材料中萃取出所有所需成份，萃取剂与所用原料之比(升/公升)可约为1∶1到20∶1。
新被萃取的植物原料在电子显微镜检查时发现，以加拿大薄荷为例，在20秒的微波诱导萃取后，其腺体的破裂程度，与2小时的常规蒸汽蒸馏和6小时的索格利特萃取(Soxhlet extractlon procsses)后的程度相当。电子显微镜还解释了相对经短时间如2至3秒萃取变化，得到萃取物的高质量情况。这样就可以根据萃取介质调整穿透力，以得到最好的效果。如果用己烷作溶剂，从薄荷中萃取香精油，短时间萃取并且原料新鲜而完整，溶剂中就不会有植物原料中的颜料及其它不期望的成份出现。常规的蒸汽蒸馏和其它萃取方法通常使用粉碎后的原料，与本发明相比，这些方法中最后使用的筛眼大小相当关键，因此，又增添了额外的步骤。直观检查证实，利用本发明所萃取的物质所含颜料成份远低于蒸汽蒸馏得到的相应物质。
本发明允许可使用萃取介质体系，该系统可以是单一的萃取剂或两种或两种以上萃取剂溶液。为了尽快获取分馏萃取物，可以在同一台设备上顺序地分步萃取。而现代工艺需要分步蒸馏工艺，但它不但费用高且费时，而且需要很多种设备，因此需要的投资量很大。本发明则使生产厂家可以在同一地点、同一设备，用比常规工艺少的时间进行一系列的萃取和精馏。
萃取所述的油脂所需的辐照时间一般随植物或其它生物材料不同而变化。典型时间在约10到100秒之间。原料的含水量不同，辐照时间也应不同。原料含水量，应在25%到90%之间。这种萃取方法能适用于批量生产，和连续生产。
固体残留物通过筛选，过滤或用适当的已知回收技术加以回收产品，用过的萃取剂相循环使用，无需再次纯化。
下面说明一些利用本发明微波诱导萃取方法的实例。其中以本文独特的方式，对于破裂各种不同原料的腺体和维管系统都进行了改进。这些包括，例如产量、萃取物的质量，诱导时间和生产费用的降低，原料费用由于减少了处理原料费用而降低，减少操作步骤，减小操作所引起的对人和设备的损坏，还有一些综合的改进。
实例一拟美国薄荷(Monarda fistulosa)是薄荷中一个新品种，也是一种新型的制造调味品和香料的起始材料的产品，它的香精油中含有比美国薄荷属的其它品种中的高得多的香叶醇。为比较起见，用这种方法提取拟美国薄荷的香精油。在本例中，30克新鲜植物原料被撕成相当大块(与蒸汽蒸馏同样的份量)，并把它放在400毫升的烧杯中，用175毫升己烷浸渍原料，记录下混合物的温度。在混合物受到15秒的微波辐照后(功率500瓦，频率2450MHz)，再记下介质的温度，最后一步是将上述步骤重复两次，不必再做进一步的温度测量(亦即，总微波辐照时间为45秒，共进行四次温度测量)。在辐照期间，数据表明植物内部温度开始升高，从而建立了所需温度梯度，这种温度梯度保证了将油脂萃取到温度较低的己烷中的萃取效率较高。由于被动的热传递，溶剂在微波辐照0，15，30，45秒时温度分别只达到15，29，44和57℃，其产率为1.49%。
植物原料由于含水，细胞内温度高达100℃左右。虽然细胞内水分会渗入己烷中引起己烷温度的细小变化，但这个变化相对于油温来说是相当之低。
在萃取剂介质和油脂的混和物冷却后，用少量的硫酸钠过滤混合物以去除微量的水份，并且用50毫升新己烷冲洗该混合物。还原萃取液，利用气相色谱偶联固体选择检测器分析萃取液及确定产率质谱数据可与图书馆的标准数据进行比较)。结果列于表Ⅰ中。
重复上面的实验直到最后过滤步骤。那一点萃取液在另外两组实验中用作萃取介质，即共萃取90克的植物原料但只使用一份己烷。(90克原料被分为三份，每份30克，每份照射三次，每次15秒)，所有的萃取液都经过少量硫酸钠的过滤，用另外50毫升的新的己烷漂洗并还原萃取液。利用上面同样方法分析含量及确定产率。在实验误差内，产率(1.54%)和样品成份与上述结论一致。表Ⅰ所总结的分析结表明，由于微波辅助萃取方法具有增加萃取物中香叶醇含量的优点，因此具有很大的商业价值。
表Ⅰ－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－成份相对浓度－－－－－－－－－－－－微波处理蒸汽蒸馏－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－辛烯－3－醇(octen-3-01) 0.23 0.28月桂烯0.59对异丙基苯甲烷0.12α－萜品烯(α－Terpinene) 0.21 0.96里那醇(Linalool) 0.37 0.62橙花醛(Neral) 0.57 0.33香叶醇(Geraniol) 98.4894.83Germacreen D 0.14 14.7－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－总含量 100.0099.20－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
重复、连续地使用微波辅助萃取，同时使用适当的溶剂，萃取液的产率将大于常规的蒸汽蒸馏单独运用时的产率(0.94%)。同时，还原和蒸干萃取液所花费的时间也只有常规工艺的三分之一。本方法不但提高了处理效率，而且减少了人力花费、能量消耗;事实上，微波萃取工艺中决定速度的关键步骤就在于溶剂的还原或蒸发。在上面的实验中，只需不到十分钟就能做完三次萃取，而要完成同样的工作，蒸汽蒸馏则需要至少8个小时。
实例二将含水量为30%的完整蒜瓣浸泡在250毫升的二氯甲烷中。将浸泡的样品在625瓦，2450MHz的微波功率下一次辐照30秒。使用相当完整的样品证实，所得到的萃取物几乎不含有不期望的那些成份，质量相当好。产物中含有22.2%的二烯丙基硫化物，28.4%的3-乙烯基-1，2-二噻-5-烯，49.4%的2-乙烯基-1，3-二噻-4-烯。这里利用这种方法得到的产品的分析结果与微波2(μ-wave2)一致。
为了比较，大蒜样品分别用下述已知工艺进行处理氢化扩散(Hydrodiffusion)(HD1);氢化蒸馏(HD2)(hydrodistillation);超临界流体的二氧化碳萃取法(CO2);采用微波1(μ-wave1)对在二氯甲烷溶剂中浸软的大蒜样品进行四次微波辐照萃取，共125秒。
表Ⅱ－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－蒜的组份
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－成份 HD1HD2CO2微波1微波2－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－烯丙基甲基硫化物12.3二甲基硫化物1.41二烯丙基硫化物 1.333.89烯丙基甲基二硫化物 3.055.325.58 8.12甲基丙－1－烯基二硫化物 5.41甲基丙－2－烯基二硫化物 1.26二甲基三硫化物1.12(接表II)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－成份 HD1HD2CO2微波1微波2－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－二烯丙基二硫化物 31.2 30.7 16.7 17.7 22.2二丙基二硫化物1.38 1.83联丙－2－烯基二硫化物4.76 6.88 1.41烯丙基甲基三硫化物 11.2 12.47.383-乙烯基－1，2二噻－5－烯 23.3 4.47 28.4 2-乙烯基1，3－二噻－4－烯 1.84 46.5 34.3 49.4二烯丙基三硫化物 33.8 22.4二丙基三硫化物 2.29
三烯丙基四硫化物 1.04二丙基四硫化物4.24 1.32－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－表中，HD1代表氢化扩散;HD2代表氢化蒸馏;CO2代表用CO2超临界流体萃取;微波1表示对浸软于二氯甲烷中的大蒜进行四次125秒的辐照;微波2表示对二氯甲烷中的完整蒜瓣进行一次30秒的微波辐照。
表Ⅱ中的数据清楚地表明，只是简单地30秒微波辐照和较冷的介质用于萃取各种成份，本发明也大大地超过了诸如氢化扩散、氢化蒸馏、超临界萃取等常规方法。更为突出的是，本发明微波萃取还优于在样品被浸软和辐照坟度时的情况。
实例三新鲜霓虹鲑鱼(Salmon galrdneri)的胸鳍、背鳍及头即做为第一次萃取的原料(38.5克)。从同一条鱼身上，将内脏部分分出，可以做为第二次萃取的原料(34.9克)。
依照本发明，每种这些原料使用同样的萃取剂，置于一系列微波萃取过程下(3×15秒)。设备与实例一中相同，使用的萃取剂是己烷(一份60毫升)，这些己烷将原料完全浸没。必须注意的是，这些原料都是未粉碎的状态。另外，萃取剂的温度不变，在此处的功能是冷却从原料中被榨出的油脂。
起始原料中榨出的油脂接着用上面的方法从己烷中分离出来，回收产品通过分析了解其脂肪酸含量。
农业手册8-15(美国农业部，1987)上公开了利用常规方法挤压霓虹鲑，使其香精油与可食用部分分开，这样大约总共能得到3.4%的类脂。通常，挤压技术相当费时。利用本发明，只用鱼鳍和少量的鱼肉为原料，所得到的香精油就与常规技术相当(3.9%)，而在常规技术中，总是以鱼的所有可食用部分为原料。另一方面，用鱼的内脏为原料时，本发明所获得香精油的含量(16.1%)几乎是普通方法(3.4%)的五倍。
图1示出了本发明所使用的设备。其中有具入口11和入口12的储存器10，其中入口11用于加入生物原料而入口12用于加入上述的溶剂，溶剂可存在于溶剂储存器13中。阀门14控制溶剂向储存罐10供料。溶剂与生物原料的混和物用搅拌器15进行搅拌。泵16将混合的溶剂和植物原料经过一个微波介质加热电极17供料，此微波介质加热电极典型的标准功率为200至10，000瓦，典型的工作频率为800到30，000MHz。泵18将处理完的原料和溶剂送入过滤装置19中。也可以将微波源装在供料管中并将它封闭在供料管内。这样就可以使用金属管(如钢管)，同时只需加强的固定套。微波直接作用在原料上后，使材料中细胞破裂从而将油脂或其他物质释放至萃取剂中去降温。可以理解，该设备的各个部分用适当的管线加以联接，这些管线可是聚四氟乙烯管，玻璃管，和其它本领域技术人员熟知的适当材料制成的管。典型的是，所述的用于联接该系统各部分的管线的直径为约1至约10cm，或更大，理想的是约为2至5cm。
本发明还涉及一种由多个微波介质加热电极组成的萃取设备，其所述的介质加热电极被以下列一种形式安置，(a)系列安置(b)平行安置，或(a)和(b)组合安置;
作用于在直径约为1至10cm的管线中流动的混合物的每个介质加热电极;
混合萃取剂和待处理的原料的装置;和将该混合物供给每个管线的装置。
具体地说，该设备包括许多微波介质加热电极17，每一个电极都分别独立控制，所述的微波加热电极17可在泵16和18之间，或者平行的一个接一个地安装，这样可组合应用。在这种形式下，来自储存罐10的大量物料可被以少增加容量的形式同时处理，或一批物料反复处理。
另外，本发明还涉及一种用于从生物原料中萃取香精和其它物质的设备，包括多个系列排列的微波介质加热电极;
借小横截面容器或管线将生物原料和萃取剂混合物经过所述的多个微波介质加热电极处理的供料用装置;和再循环所述萃取剂和处理后的生物原料的再循环装置。
特别涉及到的所述的介质加热电极17的一系列安置，它具有许多益处。倘若准备被萃取的材料含在不同的分隔空间，如囊袋，细胞，亚细胞结构，而这些空u是又被不同结构所包绕，其作用如筑成的“墙”，这些空间有如不同的介质、膜、或其它不同密度，厚度或膨胀能力的分离体，这样需连续系列处理才能萃取到所需的物质。所述的各种例子中包括水中的脂囊和蛋白(肉)，以及植物叶绿素中液泡内容物。
关于所述的分别控制的介质加热电极17的一系列安置，可以采用短时间，分别辐照以使选择的空间结构破坏，借此来萃取选择物质。这同使用单一介质加热电极17一次辐照处理不同;要得到同样的回收和所要求的选择性方面的伴随损失，一次性辐照需要时间长，微波能量大，本文公开了一个实施例以说明这种有效的安置方式，可见与同样的混合物，在同一时间，在一个介质加热电极进行比较，用泵将微波透明萃取剂和植物的混合物，经过一个小直径的管线(如，2至5cm直径)泵经三个顺序安装的微波介质加热电极17，在每个电极均进行短时间辐照(如3～6秒)，所用的植物具有两种或两种以上类型的液泡。最终将萃取得到很浓缩的理想的组份“A”。相同时间的一次辐照将导致回收率低，并带有不同的萃取组份。假如将辐照时间延迟至获得与多次辐照而产生的相同的回收，其萃取组份会大大不同，并常常不理想。这一选择性不能从其它方法中得到，而且同时用设备离心也不行。本领域普通技术人员感到庆幸地是任何一种适当的样品萃取装置可以被插入每个微波介质加热电极17之后的所述的设备内，以增加选择性，或有效地去除那些过多的难以处理的组分，从而使这些组分不会由于过量微波辐照而降解。
关于平行安置介质加热电极17，可见其优点在于例如，具有选择低流量，确定合适的停留时间，使要处理的材料流经安装在小直经管线中(大量地平行安置的)的每一个介质加热电极，在相同的温度下，影响萃取过程，从而影响萃取方法的所需产率，这是介质加热电极如此安置的直接优点。小管线的这种平行安置也避免了降低效果因素的出现，例如材料的局部过热和热量不足，当处理一次大容量时这会引起产生人工制品或降低产率。
这种安置的另一种优点包括降低制造和工作费用，减少工厂设计的复杂性等等。另外，这种安置提供了一种直接的可计量的作用效果(如，若一个系统安装10个介质加热电极，则可增产10%)，以及提供了一种在该工艺操作过程中能够加以维护的设备。
鉴于上述问题，按系列和平行安置微波介质加热电极所带来的优点，将系列和平行安置介质加热电极相互结合使用，会具有额外的效果，即在一个平行安置组件内，一个组件可以包括具综合优点的一系列的介质加热电极。
让我们再回到所述的基本设备方面来，过滤装置中安有多个过滤器，这些过滤器中可用也可不用干燥剂，并且这些过滤器作用相同。这样就可以保证在不关闭设备的情况下，定期地清除掉每个过滤器滤出的残余生物固体物。
从过滤装置19中过滤出来的溶剂和油脂用泵20输至分离装置21，或者经过阀门51和52以及管道50再循环至微波介质加热电极17中以进一步处理。分离装置21由外部加热器22加热以汽化溶剂，加热是由温度控制器23控制的。在分离装置21中遗留的物质通过控制阀门25定期地从出口24中排除出去。
汽化后的溶剂通过冷凝器26，冷凝的溶剂被送进主储存器27，接着，通过控制阀28，溶液又被送至溶剂储存器13。也可稍作变通，使冷凝的溶剂直接送至溶剂储存器13。
为了增加过滤器中的萃取，有些冷凝的溶剂也可送到过滤装置19。这是通过控制阀31和32以及管线30来实现的。为了使仪器内压力与大气压相同，还装有各种的释放阀门如33和34。
这套设备对于利用微波破碎含挥发油的腺体细胞来获取挥发油和其他物质是非常有用的。这套设备还可以与其他一些常规工艺设备相连，例如在微波介质加热电极到过滤装置19之间安装有分流阀40。按照不同使用情况，可以将生物原料和溶剂的混和物通过此阀门送至过滤装置19，这正是上面所述形情。也可以将混合物通过连接管14送至一个常规蒸汽分馏装置。而在这种情况下，所用溶剂为水，当生物原料和水的混合物在微波介质加热电极中进行处理时，水被加热。换一种方法使用的话，也可以是水在微波介质加热电极中被加热至汽化相，由于压力作用，水蒸汽通过连接管41时冷凝，并流经放在蒸汽分馏储存器中的生物原料。(氢化蒸馏和氢化扩散)阀40还可以使混合物流经连接管42到达一个固/液体萃取车间。是否处理微波介质加热电极中的原料和溶剂取决于最初填满回流工序所需时间。这种情况下回流可以直接输回至泵16进行后续的操作。
在改进的工序情况下，真空状态下操作该系统是比较理想的，特别是，因为溶剂有一个相当特殊的性质，即如果减压，只需要保持一个较低温度，溶剂就很容易被去除及汽化。连接管43和44可用于连接真空系统。
另一种优选的设备是与一个超临界流体萃取方法连在一起使用，其中，微波介质加热电极利用例如玻璃，石英等类似材料制成的连接管道系统连接或封闭于一个外层金属外管中(例如钢管)，微波设备中的微波发生器在管内沿轴向放置，而要被辐照的原料则从此管中通过。这样便可以发挥出连续生产的优势。其他安装方法也可使用如微波发生器把对微波透明的导管围起来，同时用适当材料如金属屏蔽微波发生装置。在这种情况下，聚四氟乙烯和玻璃可用于制造透明的管线。
本设备在使用中，如果要去除一些必须或最好去掉的物质来提高某种特定香精的萃取，可以不用像对溶剂进行加热的方法。
做为本文公开的所述设备的进一步的优点、样品纯度检测装置可为色谱装置，特别是气相色谱装置可被连在所述设备的任何位置，以在不同的工艺过程中控制产物，例如，在设备后续微波处理的出口处，在过滤阶段之后，或者在纯化阶段之后。这种分析装置的位置选择将取决于用户要求。纯度检测装置可以另外联接，这样，本文公开的方法能够在一个不间断的情况下连续工作，而且在所述设备的任何地方均能收集样品。
权利要求
1.用于从生物原料中萃取香精及其它物质的设备，包括至少一台微波介质加热电极；用于混合所述的生物原料和萃取剂的混合罐；用于将生物原料和萃取剂的第一混合物从所述的混合罐中经过所述的微波介质加热电极进处处理的供料用的泵装置；用于从所述的处理后混合物中分离萃取出来的含萃取物液体的萃取剂的装置；用于后续混合待处理的生物原料以形成第二混合物再循环所述的分离后的萃取剂的装置；和用于向微波介质加热电极供给所述的第二混合物的装置。
2.如权利要求1所述的设备，包括多个微波介质加热电极。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述的微波介质加热电极是一种用于含超临界液体萃取剂的微波介质加热电极。
4.如权利要求1所述的设备，包括一个在所述的装置和连接真空源装置之间连接的管线系统。
5.如权利要求1所述的设备，所述的设备进一步包括一个溶剂储存器用于控制向所述的混合罐供给萃取剂的阀门装置;为了用至少一个微波介质加热电极进一步处理的用于再循行微波处理过的混合物的再循环装置;和从微波处理后混合物中析出香精的装置。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述的析出香精的装置包括过滤所述的处理后混合物的过滤装置。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述的设备进一步包括将所述液体分离出香精和萃取剂的分离器装置。
8.由多个微波介质加热电极组成的萃取设备，其所述的介质加热电极被以下列一种形式安置，(a)系列安置(b)平行安置，或(a)和(b)组合安置;作用于在直径约为1至10cm的管线中流动的混合物的每个介质加热电极;混合萃取剂和待处理的原料的装置;和将该混合物供给每个管线的装置。
9.用于从生物原料中萃取香精和其它物质的设备，包括多个系列排列的微波介质加热电极;借小横截面容器或管线将生物原料和萃取剂混合物经过所述的多个微波介质加热电极处理的供料用装置;和再循环所述萃取剂和处理后的生物原料的再循环装置。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述的微波介质加热电极被以系列顺序安装。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述的微波介质加热电极被以平行顺序安装。
12.如权利要求9所述的设备，其中所述的微波介质加热电极被以组合形式安装，该组合形式包括以系列顺序和平行顺序，其中每个所述的平行顺序的介质加热电极包括一个系列顺序的所述的介质加热电极。
13.如权利要求9所述的设备，其中所述的多个微波介质加热电极是含有超临界液体萃取剂的介质加热电极。
14.一种从含挥发油的生物原料中获得挥发油的方法，包括如下步骤提供一种具完整腺体系统的生物原料源，该生物原料具有足够的水分足以允许采用微波能萃取所述的挥发油;用无水萃取剂包围所述生物原料以提取所述的挥发油;将所述的生物原料暴露于一微波能源以在所述的生物原料和所述的无水萃取剂之间产生差分加热，借此从所述的生物原料中榨取所述的挥发油，及将从所述的生物原料和所述的无水萃取剂中榨出的挥发油的温度降低到从生物原料中榨取挥发油的温度以下。
15.如权利要求14所述的方法，包括以下步骤将具有含所述油脂的腺体系统的生物原料浸渍在无水有机萃取剂中，所述的原料具有完整的腺体系统和水分足以使微波处理下在所述的系统内破坏油脂细胞;将所述的原料暴露于微波能源下升高所述生物原料的温度至足以破坏所述腺体系统的程度并且将生物原料中所述的挥发油榨出进入所述的有机萃取剂中;在第一萃取步骤中回收所述有机萃取剂中的所述的挥发油;用所述无水有机萃取剂使所述生物原料中萃取出的挥发油降温;向得到的萃取剂中加额外所述的生物原料源，该萃取剂含有从第一萃取步骤中萃取出的挥发油;将结合的生物原料和得到的萃取剂暴露于微波能源，足以使所述生物原料的温度升高以破坏包含在所述得到的萃取剂中的生物原料的所述腺体系统，从中榨出和分散挥发油;和从进一步得到的萃取剂中分离所述的挥发油。
16.如权利要求14或15所述的方法，进一步包括将所述的细胞原料中的所述油脂萃取进入具有与第一有机萃取剂相关的不同萃取特性的第二无水有机萃取剂中，将所述的油脂暴露于所述的微波能源以产生第二产物。
17.如上述任何权利要求所述的方法，其中所述的生物原料是植物组织。
18.如上述任何权利要求所述的方法，其中所述的汽化后的萃取剂是做为供料萃取剂而被冷凝和再循环。
19.如上述任何权利要所述的方法，其中所述的挥发油包括香精油。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述的挥发油包括脂肪酸。
21.如上述任何权利要求所述的方法，包括含萃取的挥发油的萃取剂再循环步骤，以增加萃取剂中萃取出的油脂的浓度。
22.如权利要求21所述的方法，其中采用超临界液体进行该萃取工艺。
23.一种从大蒜植物中微波萃取得到的组合物，包括大量为2-乙烯基-1，3-二噻-4-烯;少量为3-乙烯基-1，2-二噻-5-烯和二烯丙基硫化物。
24.一种从拟美国薄荷中微波萃取得到的组合物包括大量为香叶醇(Geraniol)以及少量为辛烯-3-醇(octen-3-ol)，α-萜品烯，里那醇(Linalool)，橙花醛(Neral)和Germacreen D。
全文摘要
本发明公开一种用微波能量从生物原料中萃取香精油和其它油类物质的方法及设备。这种方法利用微波能量辐照腺体系统中含油的细胞物质，在含油细胞物质的细胞破裂后，用一种合适的无水萃取剂萃取油脂。整套设备包括微波介质加热电极、溶剂和起始原料，储存装置以及为得到高质量萃取物而进行的诸多处理阶段。
文档编号C07C321/18GK1061729SQ9111068
公开日1992年6月10日 申请日期1991年11月14日 优先权日1990年11月15日
发明者乔斯林·佩尔 申请人:乔斯林·佩尔