一种多级连续高温高压提取植物中天然成分的方法与流程

本发明涉及天然产物提取，具体涉及一种多级连续高温高压提取植物中天然成分的方法。

背景技术：

1、水被誉为“生命之源”，是一种取之不尽、用之不竭的自然资源，也是一种优良的溶剂，可以稳定和长期保存物质的活性和稳定性，从而成为生命科学、农业科学、工业科学等领域的重要技术条件。

2、根据物质的介电常数可以判别它的极性大小。通常，相对介电常数大于3.6f/m的物质为极性物质；相对介电常数在2.8～3.6f/m范围内的物质为弱极性物质；相对介电常数小于2.8f/m为非极性物质。常温、常压下，水是强极性化合物，其介电常数是78.36f/m；例如，压力0.505mpa、温度50℃至300℃(水由常态变化为亚临界状态)，随着温度的升高、水的介电常数会急剧下降至1。由此可以看出，在亚临界状态下，水会变成非极性流体。因此通过控制水的压力和温度，使水由常态过渡到亚临界状态，水的极性性质会由强极性渐变为非极性，可将各类化学成分按极性由高到低提取出来。在温度和压力都较低的条件下，水的极性较高，可以提取极性成分；在温度和压力都较高的条件下、水的极性降低，可以提取非极性成分。因此针对不同的原料，可以通过控制水的温度和压力，使其达到恰当的极性，即可以浸出在常态下原本可溶于水的极性成分，又可浸出在常态下难溶于水的非极性成分，从而可以大大提高原料中化学成分浸出的种类和数量。

3、在天然产物生产加工领域，很多植物提取物的提取溶剂都是水。以水为溶剂的提取方法或技术，有传统分次加热提取、微波辅助提取、超声提取、渗漉提取、索氏提取、逆流提取、打浆提取等等。然而，上述提取方法都不同程度的存在提取率不高、用水量偏大、提取液浓度偏低等缺点。

4、发明人在前的专利cn116496339a一种无农残罗汉果提取物的工业化生产方法，其中在提取时通入了过热水，过热水在密闭的管道中确实是属于亚临界状态。但是，该专利中过热水打浆提取过程是发生在过热水由亚临界转化至常态的瞬间，是利用过热水的高温、以及过热水压力释放为常压、瞬间产生的能量和热量，完成热传递和浸提过程，因此不是严格意义上的亚临界提取。

5、现有技术中还有利用亚临界萃取法提取天然产物的报道，但是往往提取效率低，液料比高，造成大量的溶剂浪费。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中提取植物中天然产物成分存在的各种缺陷，提供一种多级连续高温高压提取植物中天然成分的方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种多级连续高温高压提取植物中天然成分的方法，包括以下步骤：

3、(1)将植物原料同时投入多个串联的高温高压提取罐，将高压过热水进入第一高温高压提取罐s1；从s1流出的提取液进入第二高温高压提取罐s2，之后每个高温高压提取罐流出的提取液依次进入在后的高温高压提取罐，直到第n个高温高压提取罐sn，从第n个高温高压提取罐sn收集第一提取液；待第一高温高压提取罐s1中植物原料的天然成分充分浸提后，完成第一轮高温高压提取；

4、(2)第一高温高压提取罐s1泄压、排渣，重新投入植物原料，高压过热水进入第二高温高压提取罐s2，再依次进入在后的高温高压提取罐，直到第n个高温高压提取罐sn，第n个高温高压提取罐sn流出的提取液进入第一高温高压提取罐s1，从第一高温高压提取罐s1收集第二提取液，此时第二高温高压提取罐s2中植物原料的天然成分充分浸提，完成第二轮高温高压提取；

5、(3)反复循环操作，每轮高温高压提取时，过热水进入重新投入植物原料的高温高压提取罐的下一个高温高压提取罐，之后依次进入在后的高温高压提取罐，直至重新投入植物原料的高温高压提取罐，收集提取液；如此循环操作，直至全部的植物原料投料完毕，收集并合并提取液，完成植物中天然成分的提取。

6、优选地，所述植物原料包括但不局限于罗汉果、甜茶、甜叶菊、茶叶。

7、优选地，所述的高压过热水的温度为大于100至250℃，所述高压过热水所处环境压力为0.2-22.0mpa。所述高温高压提取罐有蒸汽夹套保温装置，可以进行热量补充，维持温度。

8、更优选地，所述的高压过热水的温度为105-200℃，所述高压过热水所处环境压力为为1-5mpa。

9、进一步优选地，所述的高压过热水的温度为110-150℃，所述高压过热水所处环境压力为2-3mpa。

10、优选地，第一轮高温高压提取时，液料比为1-5:1，优选1.5-2:1，液料比即过热水的总体积用量和串联的高温高压提取罐中植物原料总质量比例，即1-5l：1kg，优选为1.5-2l：1kg。第一轮之后的每轮高温高压提取中，保持基本相同的液料比，即注入的过热水体积用量和新加入的植物原料质量比为1-5l:1kg，优选1.5-2l:1kg。并且每轮高温高压提取时，液料比相差不超过10％，优选不超过5％，更优选不超过2％。以罗汉果为例，本发明采用高压过热水的反复循环套用，在液料比为1.5:1时，即可高效、快速并且高收率得到罗汉果提取物，并且除罗汉果苷v外，由于亚临界提取的特性，还能得到包括但不限于山奈酚、山奈苷、β-谷甾醇、亚油酸、角鲨烯的有益活性成分。这些成分，在以往的罗汉果提取工艺中，往往在废液或者废渣中浪费了。研究发现，角鲨烯、β-谷甾醇、亚油酸等对人体健康都有不同的生理活性，同样是罗汉果资源中具有经济价值的活性成分。现有公开文献中，有关罗汉果渣中含有这些的低极性活性成分(比如角鲨烯、β-谷甾醇、亚油酸等)的提取，都是更换有机溶剂、对罗汉果渣重新提取，如此必定会增加生产的成本。现有技术也有针对多种活性成分进行提取的，但是工艺复杂，需要使用不同的各类设备和溶剂。本发明设备仅使用串联的高温高压提取罐，供料系统以及提取液收集系统，即可完成连续化操作的同时提取植物中多种活性成分的目的。

11、除第一轮高温高压提取，之后每轮提取过程中，每次新注入的高压过热水为单个高温高压提取罐容积的100-150％，优选100-120％，且每次新注入的高压过热水为全部串联的多个高温高压提取罐容积的6-30％，优选10-15％，比如11％、12％、12.5％、13％、14％。举例而言，对于6l的提取罐，除第一轮高温高压提取外，之后的每轮高温高温高压提取过程中，新注入的高压过热水为6-9l，优选6-7l。

12、优选地，每个高温高压提取罐中，植物原料的投料质量和提取罐溶剂之比为1kg：1-2l，比如1kg：1.5l。

13、优选地，多个串联的高温高压提取罐n的数量为5-15个，比如5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个提取罐。提取罐的容积，和提取罐的数量，以及提取罐中植物投料用量满足以下要求：每个提取罐累计通过多个串联的提取罐的总容积的液相(套用循环的提取液新以及补充的高压过热水)后，提取罐中植物原料能够完成充分提取。

14、按照本发明上述步骤，所用的溶剂，即高压过热水和植物原料的液料比为1-5:1，优选实施例方式可以达到1.5-2：1。一般现有技术中亚临界萃取时为了达到满意的提取效率和收率，一般液料比为10-30：1，造成了溶剂的极大浪费，也增加了处理成本和设备占地。本发明利用循环的高温高压提取技术，每轮高温高压提取后，下一轮的高压过热水从上一轮提取时重新投入植物原料的提取罐的下一个提取罐进入，流出液再依次进入在后串联的提取罐，直至上一轮提取时重新投入植物原料的提取罐，如此完成一次循环，反复进行上述高温高压提取的循环，直至植物原料全部投料。本发明通过使每轮高温高压提取的液料比保持一致，并且每一轮过热水注入重新投入植物原料的提取罐的后一个提取罐。

15、优选的，高压过热水连续通过高温高压提取罐的相对流速为每小时0.1-5.0l/kg原料，优选为2-3l/kg原料，即每小时的流速为原料重量的2-3倍(体积/质量比，l/kg)。

16、本发明中，高压过热水及提取液在各个提取罐的流向，根据原料的性质，可以选择底部进、顶部出，也可以选择顶部进、底部出；也可以从侧边进入，另一侧边出。从防止细碎的提取渣堵塞底部筛网、保持液体物料流动畅通角度考虑，优选为底部进、顶部出的方式。

17、本发明工艺的设计原理是，通过串联的多个提取罐，前一个提取罐的提取液进入下一个提取罐继续提取，可以连续化的进行操作，提取液浓度逐渐升高，由于前端的提取罐进水量(或者是套用的提取液的量)最多，因此会最先提取充分，最先排出已经充分完成提取的植物原料，投加新的植物原料；同时重新补充原料以后，按照“先投料先排渣、后投料后排渣”的顺序，如此循环，每个提取罐都通过固定体积的液相(套用的提取罐中的液相和新补加的高压过热水)，直至植物原料全部完成提取。按照本发明方法，可以显著减少液料比，不仅节省溶剂，减少设备运行负荷，设备运行体积小，设备少，操作简单；同时可以一次性得到富含多种活性成分的提取液，克服了以往提取方法仅针对主要提取目标，副产物被浪费掉的缺陷。

18、在本发明一个优选技术方案中，提供了一种多级连续高温高压提取罗汉果的方法，包括以下步骤：

19、(t1)第一轮投料：将破碎后的罗汉果原料同时投入多个串联的高温高压提取罐；

20、(t2)第一轮多级高温高压提取：将高压过热水从第一高温高压提取罐s1的底部进入，顶部流出；s1顶部流出提取液从第二高温高压提取罐s2的底部进入，顶部流出，之后每个提取罐顶部流出的提取液通过下一个提取罐的底部进入提取罐，直至最后一个高温高压提取罐sn，提取液从sn顶部流出，得到第一提取液，收集，待用；

21、(t3)第一轮排渣及第二轮投料：待高温高压提取罐s1累计高压过热水通入量达到多个串联提取罐容积总和时，高温高压提取罐s1内原料已充分完成浸提过程，关闭高温高压提取罐s1顶部和底部的阀门，泄压、排渣，并重新投入罗汉果原料；

22、(t4)第二轮多级高温高压提取：高压过热水从高温高压提取罐s2的底部进入，顶部流出；s2顶部流出提取液从第三高温高压提取罐s3的底部进入，顶部流出；之后每个提取罐顶部流出的提取液通过下一个提取罐的底部进入提取罐；按照此方式，高温高压提取罐sn的提取液从顶部流出之后，从高温高压提取罐s1的底部进入、顶部流出，得到第二提取液，收集，待用；

23、(t5)第二轮排渣及第三轮投料：关闭高温高压提取罐s2顶部和底部的阀门，泄压、排渣，并重新投入罗汉果原料；

24、(t6)连续循环排渣、投料、高温高压提取，每轮高温高压提取时，高压过热水从重新投料的提取罐的下一个提取罐底部进入，顶部流出，流出液依次进入下一个提取罐，直至进入重新投入植物原料的高温高压提取罐，反复次操作，直至罗汉果原料全部投料，收集并合并提取液，完成罗汉果的高温高压提取。

25、进一步地，所述多个串联的高温高压提取罐数量n为5至15的整数。比如提取罐数量为6个、7个、8个、9个、10个。

26、进一步地，每个提取罐中，罗汉果原料投料质量和提取罐容积的比例为1kg：1-2l，优选为1kg：1.5-2l。

27、进一步地，所述多级连续高温高压提取罗汉果的方法中，第一轮高温高压提取中，所加入总的高压过热水的体积用量和罗汉果原料总的投料质量之比为1-2l：1kg，优选为1.5-2l：1kg；之后的每轮高温高压提取中，所新补充的高压过热水体积用量和新补充罗汉果原料质量之比为1-2l：1kg，优选为1.5-2l：1kg，并且每轮高温高压提取时，液料比差异不超过10％，优选不超过5％，更优选不超过2％。如此操作，基本使每轮高温高压提取的液料比接近，为1-2:1，优选为1.5-2:1。

28、进一步地，步骤(t2)中，高压过热水的总体积用量是多个串联的高温高压提取罐的容积总和的100％-110％；步骤(t4)中，新注入的高压过热水的体积用量为单个高温高压提取罐容积的100-120％，且每次新注入的高压过热水为全部串联的多个高温高压提取罐容积的10-15％，比如11％、12％、12.5％、13％、14％。

29、本发明方法的原理是：

30、通过控制水的压力和温度，使水由常态过渡到亚临界状态，水的极性性质会由强极性渐变为非极性，可将各类化学成分按极性由高到低提取出来。在温度和压力都较低的条件下，水的极性较高，可以提取极性成分；在温度和压力都较高的条件下、水的极性降低，可以提取非极性成分。因此针对不同的原料，可以通过控制水的温度和压力，使其达到恰当的极性，即可以浸出在常态下原本可溶于水的极性成分，又可浸出在常态下难溶于水的非极性成分，从而可以大大提高原料中化学成分浸出的种类和数量。

31、本发明方法的有益效果如下：

32、(1)本发明方法可明显降低液料比、减少溶剂用量，提高提取率；减少设备占地，简化设备和工艺流程；只需要多个串联的高温高压提取设备即可。

33、(2)由于用水量减少、提取率提高，本方法所得的提取液浓度得到了大幅度的提高，由此为植物提取物加工的后续工序减少了处理量、提供了便利。

34、(3)提取收率高，而且能够同时提取得到富含多种活性成分的植物提取物。

35、(4)得到的提取液的浓度高，可以较少后续物料的浓缩量和处理量；节约水量的同时，也减少了生产污水的排放量，环保；提取低极性活性天然成分的同时，不需要使用易燃易爆的有机溶剂，绿色安全。