一种植物提取液浓缩装置及方法与流程

本发明涉及植物加工技术领域，尤其涉及一种植物提取液浓缩装置及方法。

背景技术：

植物中含有丰富的营养成分和医药成分，对植物中有效成分进行提取，得到植物提取液，可进一步制备饮料或食品等产品。但是，在对植物进行提取时，通常需要较大用量的提取剂，因此，为了便于运输、包装等，通常需要将植物提取液进行浓缩。现有技术中采用传统的三效浓缩蒸发器、单效蒸发器、降膜或升膜式蒸发器等对植物提取液进行浓缩，但是，这些方法都属于反复或循环浓缩，浓缩物受热时间较长，植物中活性物质及热敏性物质容易在长时间高温条件下被破坏而造成损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种植物提取液浓缩装置及方法，本发明提供的植物提取液浓缩装置结构设计合理，能够实现植物提取液的低温瞬时浓缩。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种植物提取液浓缩装置，包括原液罐1、蒸发浓缩系统和真空泵机组6；

所述蒸发浓缩系统包括离心蒸发器2、一级换热器3-1、二级换热器3-2、浓缩液成品罐和蒸馏液成品罐5；其中：

所述原液罐1的出液口分别与离心蒸发器2的进液口和一级换热器3-1的原液进口连通，所述一级换热器3-1的原液出口与所述离心蒸发器2的进液口连通；

所述离心蒸发器2的蒸汽出口与一级换热器3-1的蒸汽进口连通，所述一级换热器3-1的冷凝液出口与二级换热器3-2的冷凝液进口连通，所述二级换热器3-2的蒸馏液出口与蒸馏液成品罐5连通；所述离心蒸发器2的浓缩液出口与浓缩液成品罐连通；

所述真空泵机组6与蒸馏液成品罐5连通，为蒸发浓缩系统提供真空环境。

优选地，还包括冷水机7，所述冷水机7与二级换热器3-2双向连通。

优选地，还包括换热器8、常温水罐9和热水罐10；其中，所述换热器8与冷水机7双向连通；所述换热器8的常温水进口与常温水罐9连通，所述换热器8的热水出口与热水罐10连通。

优选地，还包括酸水罐11、碱水罐12和纯水罐13，所述酸水罐11、碱水罐12和纯水罐13的出液口均与原液罐1、浓缩液成品罐、离心蒸发器2和蒸馏液成品罐5连通。

优选地，所述浓缩液成品罐包括浓缩液成品罐4-1和浓缩液成品罐4-2，所述离心蒸发器2的浓缩液出口与浓缩液成品罐4-1或浓缩液成品罐4-2连通。

优选地，所述真空泵机组6包括串联连通的罗茨真空泵和水环式真空泵。

本发明提供了采用上述技术方案所述植物提取液浓缩装置对植物提取液进行浓缩的方法，包括以下步骤：

利用真空泵机组6为蒸发浓缩系统提供真空环境，盛放于原液罐1中的植物提取液被抽吸至离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，待产生二次蒸汽后，控制原液罐1中的植物提取液经一级换热器3-1进入离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，蒸发浓缩所得浓缩液收集于浓缩液成品罐中；其中，所述二次蒸汽与植物提取液在一级换热器3-1中进行一级热交换，所得冷凝液在二级换热器3-2中进行二级热交换，得到的蒸馏液收集于蒸馏液成品罐5中。

优选地，所述蒸发浓缩系统的真空度为0.09395～0.10709mpa；所述蒸发浓缩的温度为30～40℃，时间为1～3s。

优选地，所述蒸发浓缩的过程中，离心蒸发器2的转速为300～800r/min。

优选地，所述二级热交换采用的媒介为冷水机7提供的压缩机冷冻水，所述压缩机冷冻水的温度为1～10℃。

本发明提供了一种植物提取液浓缩装置，包括原液罐1、蒸发浓缩系统和真空泵机组6；所述蒸发浓缩系统包括离心蒸发器2、一级换热器3-1、二级换热器3-2、浓缩液成品罐和蒸馏液成品罐5；其中：所述原液罐1的出液口分别与离心蒸发器2的进液口和一级换热器3-1的原液进口连通，所述一级换热器3-1的原液出口与所述离心蒸发器2的进液口连通；所述离心蒸发器2的蒸汽出口与一级换热器3-1的蒸汽进口连通，所述一级换热器3-1的冷凝液出口与二级换热器3-2的冷凝液进口连通，所述二级换热器3-2的蒸馏液出口与蒸馏液成品罐5连通；所述离心蒸发器2的浓缩液出口与浓缩液成品罐连通；所述真空泵机组6与蒸馏液成品罐5连通，为蒸发浓缩系统提供真空环境。本发明提供的植物提取液浓缩装置结构设计合理，能够实现植物提取液的低温瞬时浓缩，很好的保持植物原有的自然风味和香气，且植物提取液经蒸发浓缩后汤色变化小，活性功效成分不易受损，特别适合茶饮料及其它功能性植物饮料浓缩液的生产使用。

附图说明

图1为本发明提供的植物提取液浓缩装置的结构示意图，图中，1为原液罐，2为离心蒸发器，3-1为一级换热器，3-2为二级换热器，4-1为浓缩液成品罐，4-2为浓缩液成品罐，5为蒸馏液成品罐，6为真空泵机组，7为冷水机，8为换热器，9为常温水罐，10为热水罐，11为酸水罐，12为碱水罐，13为纯水罐。

具体实施方式

本发明提供了一种植物提取液浓缩装置，包括原液罐1、蒸发浓缩系统和真空泵机组6；

所述蒸发浓缩系统包括离心蒸发器2、一级换热器3-1、二级换热器3-2、浓缩液成品罐和蒸馏液成品罐5；其中：

所述原液罐1的出液口分别与离心蒸发器2的进液口和一级换热器3-1的原液进口连通，所述一级换热器3-1的原液出口与所述离心蒸发器2的进液口连通；

所述离心蒸发器2的蒸汽出口与一级换热器3-1的蒸汽进口连通，所述一级换热器3-1的冷凝液出口与二级换热器3-2的冷凝液进口连通，所述二级换热器3-2的蒸馏液出口与蒸馏液成品罐5连通；所述离心蒸发器2的浓缩液出口与浓缩液成品罐连通；

所述真空泵机组6与蒸馏液成品罐5连通，为蒸发浓缩系统提供真空环境。

本发明提供的植物提取液浓缩装置包括原液罐1；在本发明中，所述原液罐1用于盛放待处理植物提取液。本发明对于所述原液罐1的尺寸及材质没有特殊的限定，根据实际需要选择即可。

本发明提供的植物提取液浓缩装置包括蒸发浓缩系统，所述蒸发浓缩系统包括离心蒸发器2、一级换热器3-1、二级换热器3-2、浓缩液成品罐和蒸馏液成品罐5。

在本发明中，具体是在所述离心蒸发器2中对植物提取液进行蒸发浓缩。作为本发明的一个实施例，所述离心蒸发器2的腔体中包括圆锥型蒸汽夹套内胆，在实际处理过程中，在一定真空度条件下，植物提取液被吸入到圆锥型蒸汽夹套内胆的顶端，在其转动产生的离心力作用下，植物提取液形成薄膜向锥体边缘流动，在蒸汽加热(利用蒸汽作为离心蒸发器2的热源)和真空条件下，植物提取液开始进行蒸发浓缩。

在本发明中，所述原液罐1的出液口分别与离心蒸发器2的进液口和一级换热器3-1的原液进口连通，所述一级换热器3-1的原液出口与所述离心蒸发器2的进液口连通。作为本发明的一个实施例，所述原液罐1的出液口经阀门控制，实现与离心蒸发器2的进液口连通或与一级换热器3-1的进液口连通。作为本发明的一个实施例，所述原液罐1的出液口处设置有调节阀，以调节植物提取液流速。在本发明中，在开始运行时，将原液罐1的出液口与离心蒸发器2的进液口连通，即原液罐1中的植物提取液直接在离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，待产生二次蒸汽后，将原液罐1的出液口与一级换热器3-1的原液进口连通，即原液罐1中植物提取液经一级换热器3-1进入离心蒸发器2中进行蒸发浓缩。

在本发明中，所述离心蒸发器2的蒸汽出口与一级换热器3-1的蒸汽进口连通，所述一级换热器3-1的冷凝液出口和二级换热器3-2的冷凝液进口连通，所述二级换热器3-2的蒸馏液出口与蒸馏液成品罐5连通。在本发明中，所述一级换热器3-1用于将离心蒸发器2中产生的二次蒸汽与植物提取液进行一级热交换，使二次蒸汽初步冷凝形成冷凝液，同时使植物提取液的温度提高10～15℃；所述二级换热器3-2用于进行二级热交换，将冷凝液进一步降温至低于20℃，得到蒸馏液；所述浓缩液成品罐用于收集蒸发浓缩后所得浓缩液；所述蒸馏液成品罐5用于收集二级热交换后所得蒸馏液。

作为本发明的一个实施例，所述浓缩液成品罐包括浓缩液成品罐4-1和浓缩液成品罐4-2，所述离心蒸发器2的浓缩液出口与浓缩液成品罐4-1或浓缩液成品罐4-2连通，在实际运行过程中，所述浓缩液成品罐4-1和浓缩液成品罐4-2交替使用来收集浓缩液。作为本发明的一个实施例，所述浓缩液成品罐4-1和浓缩液成品罐4-2采用夹套通冷冻水低温冷却装置，使浓缩液降温至10～20℃，以避免产生二次蒸发。

作为本发明的一个实施例，所述植物提取液浓缩装置还包括冷水机7，所述冷水机7与二级换热器3-2双向连通。在本发明中，所述冷水机7用于提供压缩机冷冻水，所述压缩机冷冻水作为媒介用于二级热交换中，具体的，冷水机7输出的压缩机冷冻水进入二级换热器3-2中与冷凝液进行二级热交换，压缩机冷冻水升温后得到的热水回流到冷水机7中。

作为本发明的一个实施例，所述植物提取液浓缩装置还包括换热器8、常温水罐9和热水罐10；其中，所述换热器8与冷水机7双向连通；所述换热器8的常温水进口与常温水罐9连通，所述换热器8的热水出口与热水罐10连通。在本发明中，所述换热器8、常温水罐9和热水罐10能够充分利用冷水机7运行产生的热量，具体的，冷水机7运行产生的热量(以纯水为媒介)进入换热器8进行热交换，所述换热器8中进行热交换采用的媒介为常温水罐9中的常温水，在换热器8中进行热交换后所得热水收集于热水罐10中(可以作为提取用水)，热交换后所得常温水回流到冷水机7中，吸收热量后再次循环上述热交换过程，以实现热量的充分利用。

本发明提供的植物提取液浓缩装置包括真空泵机组6，所述真空泵机组6与蒸馏液成品罐5连通，为蒸发浓缩系统提供真空环境。作为本发明的一个实施例，所述真空泵机组6包括串联连通的罗茨真空泵和水环式真空泵。

作为本发明的一个实施例，所述植物提取液浓缩装置还包括酸水罐11、碱水罐12和纯水罐13，所述酸水罐11、碱水罐12和纯水罐13的出液口均与原液罐1、浓缩液成品罐4-1、浓缩液成品罐4-2、离心蒸发器2和蒸馏液成品罐5连通，以实现对原液罐1、浓缩液成品罐4-1、浓缩液成品罐4-2、离心蒸发器2和蒸馏液成品罐5的清洗。

本发明提供了采用上述技术方案所述植物提取液浓缩装置对植物提取液进行浓缩的方法，包括以下步骤：

利用真空泵机组6为蒸发浓缩系统提供真空环境，盛放于原液罐1中的植物提取液被抽吸至离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，待产生二次蒸汽后，控制原液罐1中的植物提取液经一级换热器3-1进入离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，蒸发浓缩所得浓缩液收集于浓缩液成品罐中；其中，所述二次蒸汽与植物提取液在一级换热器3-1中进行一级热交换，所得冷凝液在二级换热器3-2中进行二级热交换，得到的蒸馏液收集于蒸馏液成品罐5中。

本发明对所述植物提取液的来源没有特殊的限定，具体是将待处理植物与提取剂混合后提取得到；本发明对于待处理植物的种类以及部位没有特殊的限定，具体如茶叶、菊花、草莓、蓝莓、葛根、人参或桑叶；所述提取剂优选包括水或乙醇水溶液，所述乙醇水溶液的体积浓度优选为10～80％，更优选为30～50％；所述待处理植物与提取剂的体积比优选为1：(10～20)，更优选为1：(12～17)；所述提取的温度优选为30～90℃，更优选为60～90℃；本发明优选采用动态提取罐提取或逆流提取。完成所述提取后，本发明优选将所得提取物料过滤去除滤渣，所得滤液冷却后采用微滤膜进一步过滤，之后将所得植物提取液泵入原液罐1中进行后续处理。

在本发明中，所述蒸发浓缩系统的真空度优选为0.09395～0.10709mpa；所述蒸发浓缩的温度优选为30～40℃，时间优选为1～3s。

在本发明中，所述蒸发浓缩的过程中，植物提取液的流速优选为200～500l/h；具体的，可以根据实际需要，在蒸发浓缩的初始阶段，采用较小的流速，待运行稳定逐渐增加流速。

在本发明中，所述蒸发浓缩的过程中，离心蒸发器2的转速优选为300～800r/min，更优选为500～600r/min。

在本发明中，所述二级热交换采用的媒介优选为冷水机7提供的压缩机冷冻水，所述压缩机冷冻水的温度优选为1～10℃。

在本发明中，所述蒸发浓缩完成后，优选采用酸水罐11中的酸水、碱水罐12中的碱水和纯水罐13中的纯水对原液罐1、浓缩液成品罐4-1、浓缩液成品罐4-2、离心蒸发器2和蒸馏液成品罐5进行清洗。在本发明中，所述酸水的ph值优选为3，碱水的ph值优选为12；所述清洗的程序优选依次包括：酸水清洗30min-纯水清洗10min-碱水清洗30min-纯水清洗至与纯水ph值一致。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将200kg红茶原料置于动态提取罐中，加入90℃的热水2000kg，搅拌提取40min，经过动态提取罐底部100目的滤网过滤后出液；继续向动态提取罐中加入90℃的热水1000kg，在搅拌条件下对红茶料渣进行提取40min，经过动态提取罐底部100目的滤网过滤后出液；将两次提取所得茶汤合并，降温后再经过0.2μm孔径的微滤膜过滤，获得澄清度较好的茶汤滤液2500kg，浓度为：brix2.1，所述茶汤滤液作为红茶提取液，采用图1所示植物提取液浓缩装置对红茶提取液进行蒸发浓缩，具体如下：

将红茶提取液泵入原液罐1；开启离心蒸发浓缩器2，控制转速为600r/min，开启真空泵机组6使真空度达到0.1mpa，开启冷水机7，然后开启原液罐1出液口与离心蒸发浓缩器2之间的调节阀，使红茶提取液以200l/h的流速吸入到离心蒸发浓缩器2中圆锥型蒸汽夹套内胆的顶端，在其转动产生的离心力作用下，红茶提取液形成薄膜向锥体边缘流动，在蒸汽加热和真空度为0.09709mpa条件下，红茶提取液开始进行蒸发浓缩，蒸发浓缩的温度为31℃(每消耗1m³蒸汽可以蒸发掉红茶提取液中0.9m³水分)；蒸发浓缩过程产生二次蒸汽并进入一级换热器3-1中，将原液罐1的出液口转换为与一级换热器3-1连通，使原液罐1中红茶提取液经一级换热器3-1进入离心蒸发器2中进行蒸发浓缩，蒸发浓缩所得浓缩液收集于浓缩液成品罐4-1或浓缩液成品罐4-2(浓缩液成品罐4-1和浓缩液成品罐4-2采用夹套通冷冻水低温冷却装置，使浓缩液降温至10～20℃，以避免产生二次蒸发)中，红茶提取液从进入离心蒸发浓缩器2到蒸发浓缩后进入浓缩液成品罐所用的受热时间为2s；其中，所述二次蒸汽与红茶提取液在一级换热器3-1中进行一级热交换，使红茶提取液的温度提高10～15℃，二次蒸汽经降温冷凝形成冷凝液，所述冷凝液进入二级换热器3-2中，与冷水机7提供的压缩机冷冻水(温度为1～10℃)进行二级热交换，得到温度低于20℃的蒸馏液，收集于蒸馏液成品罐5中；所述冷水机7运行过程中产生的热量(以纯水为媒介)与常温水罐9中的常温纯水在换热器8进行热交换，热交换后所得热纯水收集于热水罐10中(可以作为提取用水)，热交换后所得常温纯水回流至冷水机7中，吸收热量后再次循环上述热交换过程；

随着设备的正常运行逐渐加大红茶提取液的流速至500l/h，最终得到95kg浓缩液和2250kg蒸馏液；蒸发浓缩完成后，采用酸水罐11中的酸水、碱水罐12中的碱水和纯水罐13中的纯水对原液罐1、浓缩液成品罐4-1、浓缩液成品罐4-2、离心蒸发器2和蒸馏液成品罐5进行清洗；所述清洗的程序依次包括：ph值为3的酸水清洗30min-纯水清洗10min-ph值为12的碱水清洗30min-纯水清洗至与纯水ph值一致。

本实施例所得浓缩液的浓度为brix50，适合茶饮料及功能性植物饮料浓缩液的生产使用；所得蒸馏液中成分包括水和红茶原料中的一些挥发性物质，如精油、香气等，可以作为香气成分提供给饮料或食品公司使用。

实施例2

将蓝莓鲜果500kg洗净后用胶体磨匀浆，反复匀浆3次后采用离心机离心去渣，所得蓝莓果汁的浓度为brix7，将所述蓝莓果汁作为蓝莓提取液泵入原液罐1，然后按照实施例1的方法进行蒸发浓缩，最终得到98kg浓度为brix35的浓缩液和380kg蒸馏液。

方法比较

将500kg绿茶原料置于动态提取罐中，加入80℃的热水7500kg，搅拌提取30min，经过动态提取罐底部100目的滤网过滤后出液，降温后再经过0.2μm孔径的微滤膜过滤，获得澄清度较好的绿茶茶汤7000l，浓度为brix2.3，将所述绿茶茶汤分为两份，每份3500l，分别进行如下处理：

一、按照实施例1的方法采用图1所示植物提取液浓缩装置对3500l绿茶茶汤进行蒸发浓缩，不同之处在于，绿茶茶汤的流速保持在500l/h，蒸发浓缩的温度为30℃；经过7h的连续运行，最后获得浓缩液269kg，浓度为brix30。

经高效液相色谱仪检测，所得浓缩液中表没食子儿茶素没食子酸酯(egcg)的含量为3104.44μg/ml。

二、采用传统三效浓缩蒸发器对另外3500l茶汤滤液进行蒸发浓缩，其中，三效蒸发器中一级蒸发器真空度为0.07818mpa，蒸发浓缩温度为80℃；二级蒸发器真空度为0.08017mpa，蒸发浓缩温度为75℃；三级蒸发器真空度为0.08395mpa，蒸发浓缩温度为65℃；茶汤在浓缩罐内的循环浓缩受热时间为60min；三效浓缩蒸发器的规格大，绿茶茶汤的流速为1000l/h，经过220min的连续运行，最后得到270kg浓缩液，浓度brix30。

经高效液相色谱仪检测，所得浓缩液中表没食子儿茶素没食子酸酯(egcg)的含量为2363.88μg/ml。

由以上实施例可知，本发明提供的植物提取液浓缩装置结构设计合理，能够实现植物提取液的低温瞬时浓缩，很好的保持植物原有的自然风味和香气，且植物提取液经蒸发浓缩后汤色变化小，活性功效成分不易受损，特别适合茶饮料及其它功能性植物饮料浓缩液的生产使用；此外，植物提取液经过一级换热器3-1交换加入离心蒸发器2中、冷水机组通过换热器8交换使纯水加热，均属于热能回收再利用，可以节约能耗20～30％左右。

与传统的三效浓缩蒸发器相比，采用本发明提供的植物提取液浓缩装置对植物提取液进行蒸发浓缩，植物提取液蒸发受热时间短、温度低，生产过程中对植物活性物质及热敏性物质的损失少；以茶叶中的抗氧化活性物质成分egcg为例，针对同一原料，采用本发明中植物提取液浓缩装置处理后，所得浓缩液中egcg含量为3104.44μg/ml，而传统三效浓缩蒸发器所得浓缩液中egcg含量为2363.88μg/ml，说明本发明中植物提取液浓缩装置在功效成分保留方面与传统三效浓缩蒸发器有明显的优势。另外，从感观审评也可以判定本发明中植物提取液浓缩装置处理后所得浓缩液的香气和汤色均优于传统三效浓缩蒸发器的浓缩效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。