一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置，其特征之一在于：利用由多片壓電陶瓷組成的高能換能器（1），并用螺絲桿（2）將后蓋板（4）和聲波傳導組件（3）及聲發(fā)射體（5）緊密固定；超聲波發(fā)射體位于不銹鋼外殼（6）的內(nèi)部正中央，形成空間聲功率密度適用于植物活性成分高效提取的超聲場：超聲頻率為25±5kHz，超聲波發(fā)射體前端的面聲功率密度為5~18.6W/cm2，空間聲功率密度為0.4~1.5W/cm3；不銹鋼外殼右上方是藥-液混合物的進料管道（7）；右下方是出料管道（8）；植物藥材在裝置內(nèi)部經(jīng)歷劇烈的超聲生物效應過程，即可實現(xiàn)藥物活性成分高效提取。
【專利說明】一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于制藥【技術領域】，涉及一種植物藥提取裝置，具體涉及一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置。
【背景技術】
[0002]至今，國內(nèi)外利用大功率超聲技術進行中藥提取的工藝和設備屢見不鮮。然而，由于相關技術和設備涉及不同專業(yè)知識和行業(yè)背景，往往存在這樣那樣的缺陷和不足。事實上，導致其技術水平難以提高的技術瓶頸主要為:(1)理論和學術認識誤區(qū):一些技術人員簡單認為超聲設備的功率越大，其提取能力就越強，而不完全了解“空間超聲能量”與生物材料相互作用的真正機制和控制技術；(2)實驗研究與工程應用的差異:不少學者熱衷于超聲植物藥提取的研究。然而，他們進行的大量實驗，卻是借用常規(guī)“超聲波清洗機”來完成的實驗研究。因此，對于產(chǎn)業(yè)化推廣，就難以設計制造出性能卓越的專用裝置；(3)工藝參數(shù)設計不盡科學:由于在學術認識和設備設計方面存在缺陷，就難以對超聲提取的工藝參數(shù)進行科學地合理設置。因此，難以有效利用超聲能量、充分發(fā)揮超聲空化效應等作用機制，導致其產(chǎn)業(yè)化應用的技術水平不高、規(guī)模不大。
[0003]本實用新型專利僅針對瓶頸(I)、(2)反映的裝置設計問題。針對瓶頸(3)涉及的有關問題將反映在另一項發(fā)明專利“一種植物藥活性成分聚能型超聲高效提取工藝”中。
[0004]中藥提取工藝是中藥制劑加工流程的首要環(huán)節(jié)。我國目前制藥行業(yè)在中藥提取生產(chǎn)中，仍然在沿用幾十年一貫制的水煮提取罐一類的落后裝置。煎煮時間長、多種活性成分受高溫而損失、提取率不足、效率低、能耗高等弊端，極大地浪費了資源、降低了藥效。
[0005]我國在制定了中藥現(xiàn)代化十二五發(fā)展規(guī)劃以來，超聲、超臨界提取等非傳統(tǒng)提取技術的研究應用越來越受到重視。其中，超聲提取的高效性、安全性和廣譜性，已逐步應用于植物藥提取研究。《中華人民共和國藥典》2008年版已有100多種藥材和制劑使用了超聲提取。顯然，超聲提取工藝取代傳統(tǒng)提取工藝，將納入中藥現(xiàn)代化進程。
[0006]國外，特別是日本和東南亞中草藥市場占有率較高的國家，由于其節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢，超聲強化提純中草藥的研究和應用已很普遍。國外學者發(fā)布的超聲提取技術研究成果多具地域特色，亦有借鑒價值。
[0007]國內(nèi)，有關超聲技術提取裝置設計方面仍存在某些技術瓶頸，使其在制藥產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧萌匀皇艿街萍s。當前實際應用的中藥超聲提取裝置，基本屬于如下幾類:(1)超聲提取罐類:對傳統(tǒng)的立式煎煮提取罐進行改造，在罐內(nèi)分布安裝多組超聲換能器(包括中間放置柱狀換能器、四周放置換能器或者分散安裝換能器等)。這類改造型的超聲提取罐，不同程度存在超聲能量不足、分布不均勻等問題，影響超聲提取效率，難以保證藥用活性成分得到充分提??；(2)超聲提取管類:這類水平或傾斜放置的提取管，其直徑遠小于立式提取罐，內(nèi)徑約35?40cm左右，換能器分布在管道的四壁，超聲波向管道中心方向發(fā)射。溶液和藥材分別從管道的不同入口注入，并連續(xù)沿某方向流動，也可以混合流入。該提取工藝的主要優(yōu)點是實現(xiàn)了連續(xù)性提取，效率略高于提取罐類。但管道提取的主要缺點是，管道內(nèi)部需要螺旋推動器、結(jié)構(gòu)復雜，成本高，故障率高。
[0008] 申請人:2010年獲得授權(quán)的實用新型“集束型超聲生物成分快速提取器”，其主要技術特點是將幾十個超聲換能器組裝在提取管的外壁上，以便在提取罐內(nèi)部產(chǎn)生高強度超聲場。該項新型技術可以與逆流提取技術緊密結(jié)合，以提高生物成分的提取效率。該提取器的優(yōu)點是工作效率高，但所需朗之萬型超聲換能器的數(shù)量大，成本偏高。
[0009]本次申請的實用新型，是針對上述幾類超聲提取設備機電結(jié)構(gòu)的一些缺陷，采用了國內(nèi)最新推出的高能換能器，研發(fā)出一種新型設計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本專利的發(fā)明目的:為了克服當前中藥超聲提取設備在結(jié)構(gòu)設計方面的技術瓶頸，提出一種植物藥活性成分新型超聲高效提取裝置的設計方法；利用該項新型設計，可實現(xiàn)植物藥活性成分提取的高效性和實用性，為工程化應用提供技術支撐。
[0011]本專利的發(fā)明原理:不同超聲能量作用于生物組織，會產(chǎn)生不同的超聲生物效應，包括酶激活、細胞破壁、組織凋亡、碳化等。不同的生物效應用于不同的生物工程，如分別應用于超聲透皮、聲催化、癌細胞切除、體外碎石等。理論研究與實驗表明，不同超聲生物效應的物化機制(包括熱學、動力學及聲空化機制)，受制于聲場物理條件。當超聲能量被控制在合理范圍內(nèi)時，其生物效應僅限于細胞破壁，胞內(nèi)活性成分無損轉(zhuǎn)移到溶媒，此乃植物藥活性成分的高效提取的理想機制。然而，現(xiàn)有超聲提取設備往往未能滿足理想條件，難以實現(xiàn)高效提取。本專利基 本原理:通過對超聲提取裝置機電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，在裝置內(nèi)部建立合理的空間聲場能量分布，以實現(xiàn)植物活性成分高效無損提取。
[0012]本專利的
【發(fā)明內(nèi)容】
:根據(jù)上述發(fā)明目的和原理，本專利發(fā)明了新型超聲提取裝置，其機電構(gòu)造原理如圖1所示。
[0013]該裝置采用的高能超聲換能器I由多片壓電陶瓷組成，用螺絲桿2和后蓋板4與聲波傳導組件3和超聲聲波發(fā)射體5緊密固定；
[0014]所述超聲波發(fā)射體5為合金梯形圓柱體，并經(jīng)聲波傳導組件3固定在裝置的不銹鋼外殼6底部；超聲波發(fā)射體5整體處于不銹鋼外殼6的內(nèi)部正中央；
[0015]所述不銹鋼外殼6內(nèi)腔是聚能型超聲空間，該空間聲學參數(shù)的合理設置是本專利的核心。該空間的超聲能量作用于植物材料，實現(xiàn)植物藥活性成分高效提取。
[0016]所述不銹鋼外殼6右上方與藥-液混合物的進料管道7連接相通；與不銹鋼外殼6右下方連接相通的是出料管道8 ；
[0017]所述進料管道7用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進料管道7與不銹鋼外殼6的連接處外側(cè)，安裝有閥門9，控制藥-液混合物流入；
[0018]所述出料管道8用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，進入過濾分離流程；出料管道8與不銹鋼外殼6的連接處外側(cè)安裝有閥門10，控制藥渣-藥液混合物流出。
[0019]本專利主要技術參數(shù):采用發(fā)射功率大于常規(guī)換能器15倍以上的高能超聲換能器，其發(fā)射體的面聲功率密度可達5~18.6W/cm2，超聲場的空間聲功率密度為0.1~1.5 ff/cm3，超聲頻率為25 ± 5kHz。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型超聲裝置的中剖面圖；[0022]圖2為本超聲裝置的外側(cè)斜視圖。
[0023]【具體實施方式】
[0024]本實用新型的機電結(jié)構(gòu):參考圖1和圖2。采用由多片壓電陶瓷組成的高能換能器1，并用螺絲桿2、后蓋板4和工業(yè)膠與聲波傳導組件3和超聲聲波發(fā)射體5緊密固定；超聲波發(fā)射體5為摻有稀土材料的合金梯形圓柱體，通過聲波傳導組件3固定在裝置的不銹鋼外殼6底部；超聲波發(fā)射體5整體處于不銹鋼外殼6的內(nèi)部正中央,在不銹鋼外殼6內(nèi)腔形成聚能型超聲場；與不銹鋼外殼6右上方連接相通的是藥-液混合物的進料管道7 ;與不銹鋼外殼6右下方連接相通的是出料管道8 ;進料管道7用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲場；出料管道8用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，推入外接的過濾器；所述進料管道7與不銹鋼外殼6的連接處外側(cè)，安裝有閥門9，控制預制的藥-液混合物流入；出料管道與不銹鋼外殼6的連接處外側(cè)安裝有閥門10，控制藥渣-藥液混合物流出。
[0025]超聲場參數(shù)設置實例:采用前端面半徑5.5cm、頻率為25±5kHz、聲功率1200W的新型高能超聲發(fā)射體，發(fā)射面聲功率密度約為12.6ff/cm2 ;裝置的不銹鋼腔體內(nèi)部實用空間設計為半徑8cm、長Ilcm的圓柱形空腔，則空間聲功率密度達到0.55W/cm3，符合上述發(fā)明工藝條件對超聲場參數(shù)的設置要求；以此測算，裝置不銹鋼外殼的機械結(jié)構(gòu)尺寸不改變，僅將高能超聲發(fā)射體的半徑提高到7.5cm，頻率不變、發(fā)射聲功率在880W?3300W范圍連續(xù)調(diào)整，即滿足本發(fā)明權(quán)利要求的參數(shù)范圍:發(fā)射面聲功率密度為5?18.6ff/cm2,空間聲功率密度為0.r1.5W/cm3，均能連續(xù)調(diào)整。
[0026]為加大植物藥提取的處理量，針對具體實施案例1，將裝置的不銹鋼腔體內(nèi)實際空間擴大到案例I容積的4倍。在該腔體內(nèi)均勻安置4只同類型超聲發(fā)射體，同時發(fā)射880W?3300W超聲波，同樣達到本發(fā)明權(quán)利要求的聲學參數(shù)范圍:面聲功率密度為5?18.6W/cm2,空間聲功率密度為0.r1.5W/cm3。
[0027]本實用新型的實施效果:為了與常規(guī)超聲提取裝置性能對比，選3種植物藥材各Ikg,洗凈晾干,粉碎成30目，用10倍水浸泡40min,完成藥-液混合物預制；然后,混合物通過進料管道送入“【具體實施方式】”所述新型超聲提取裝置，裝滿容量90% (留10%空間)；在30°C條件下，聲功率1200W，空間聲功率密度為0.55ff/cm3,對藥-液混合物強化萃取12min ；處理過的藥渣-藥液混合物通過出料管道進入離心過濾器；過濾后的藥液經(jīng)大孔樹脂吸附、酒精洗脫后，再經(jīng)干燥，得到植物藥活性成分提取物；然后，利用HPLC對提取物的藥用活性成分進行含量檢驗；同時，利用聲功率固定為1000W的常規(guī)超聲器進行提取實驗，浸泡時間、藥液比及溫度與聚能型超聲提取工藝一致，提取時間取25min ;過濾所得藥液經(jīng)樹脂吸附純化，得到相應藥用活性成分提取物，并用HPLC進行檢驗。
[0028]最后，對兩類超聲提取裝置的實驗數(shù)據(jù)進行對照，得出如下結(jié)論:①實驗數(shù)據(jù)表明，在所得提取純化物基本相同的前提下，本專利技術是常規(guī)超聲提取技術工效的1.7倍；②節(jié)能比較:聚能型超聲提取與常規(guī)超聲提取工藝節(jié)能比約0.57。
[0029]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，本實用新型的保護范圍不限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員，在本實用新型披露的技術范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置，其特征在于，該超聲裝置內(nèi)部安裝了由多片壓電陶瓷組成的高能換能器(1)，并利用螺絲桿(2)、后蓋板(4)和聲波傳導組件(3)與超聲波發(fā)射體(5)緊密固定；在該裝置內(nèi)部可形成空間聲功率密度適用于植物活性成分聞效提取的超聲場； 所述超聲波發(fā)射體(5)為合金梯形圓柱體，并經(jīng)聲波傳導組件(3)固定在不銹鋼外殼(6)底部；超聲波發(fā)射體(5)整體處于不銹鋼外殼(6)的內(nèi)部正中央； 所述不銹鋼外殼(6)內(nèi)腔是用于植物藥活性成分提取的聚能型超聲空間；與不銹鋼外殼(6)右上方連接相通的是藥-液混合物的進料管道(7);與不銹鋼外殼(6)右下方連接相通的是出料管道(8); 所述進料管道(7)用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進料管道(7)與不銹鋼外殼(6)的連接處外側(cè)有閥門(9)，控制預制的藥-液混合物流入； 所述出料管道(8 )用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，進入過濾分離流程；出料管道(8)與不銹鋼外殼(6)的連接處外側(cè)安裝有閥門(10)，控制藥渣-溶液混合物流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物藥活性成分高效提取的新型超聲裝置，其特征在于，所述超聲高效提取裝置內(nèi)部的聲學條件為:超聲頻率為25±5kHz，發(fā)射的面聲功率密度為5~18.6ff/cm2,空間聲功率密度為0.4^1.5 W/cm3。
【文檔編號】B01J19/10GK203750207SQ201320260431
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】王保強, 楊磊, 李永紅 申請人:成都信息工程學院