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(dǎo)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(jìn)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(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于制藥【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]至今，國內(nèi)外利用大功率超聲技術(shù)進(jìn)行中藥提取的工藝和設(shè)備屢見不鮮。然而，由于相關(guān)技術(shù)和設(shè)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(dǎo)致其技術(shù)水平難以提高的技術(shù)瓶頸主要為:(1)理論和學(xué)術(shù)認(rèn)識誤區(qū):一些技術(shù)人員簡單認(rèn)為超聲設(shè)備的功率越大，其提取能力就越強(qiáng)，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(jī)制和控制技術(shù)；(2)實驗研究與工程應(yīng)用的差異:不少學(xué)者熱衷于超聲植物藥提取的研究。然而，他們進(jìn)行的大量實驗，卻是借用常規(guī)“超聲波清洗機(jī)”來完成的實驗研究。因此，對于產(chǎn)業(yè)化推廣，就難以設(shè)計制造出性能卓越的專用裝置；(3)工藝參數(shù)設(shè)計不盡科學(xué):由于在學(xué)術(shù)認(rèn)識和設(shè)備設(shè)計方面存在缺陷，就難以對超聲提取的工藝參數(shù)進(jìn)行科學(xué)地合理設(shè)置。因此，難以有效利用超聲能量、充分發(fā)揮超聲空化效應(yīng)等作用機(jī)制，導(dǎo)致其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)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(shè)計問題。針對瓶頸(3)涉及的有關(guān)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(shù)的研究應(yīng)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(yīng)用于植物藥提取研究?！吨腥A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(jìn)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(qiáng)化提純中草藥的研究和應(yīng)用已很普遍。國外學(xué)者發(fā)布的超聲提取技術(shù)研究成果多具地域特色，亦有借鑒價值。
[0007]國內(nèi)，有關(guān)超聲技術(shù)提取裝置設(shè)計方面仍存在某些技術(shù)瓶頸，使其在制藥產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍然受到制約。當(dāng)前實際應(yīng)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(jìn)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(yuǎn)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(fù)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(shù)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(qiáng)度超聲場。該項新型技術(shù)可以與逆流提取技術(shù)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(shè)備機(jī)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(shè)計方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本專利的發(fā)明目的:為了克服當(dāng)前中藥超聲提取設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的技術(shù)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(shè)計方法；利用該項新型設(shè)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(yīng)用提供技術(shù)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(yīng)，包括酶激活、細(xì)胞破壁、組織凋亡、碳化等。不同的生物效應(yīng)用于不同的生物工程，如分別應(yīng)用于超聲透皮、聲催化、癌細(xì)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(yīng)的物化機(jī)制(包括熱學(xué)、動力學(xué)及聲空化機(jī)制)，受制于聲場物理條件。當(dāng)超聲能量被控制在合理范圍內(nèi)時，其生物效應(yīng)僅限于細(xì)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(jī)制。然而，現(xiàn)有超聲提取設(shè)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(jī)電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)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(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)參數(shù)的合理設(shè)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(jìn)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(jìn)料管道7用于將預(yù)制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進(jìn)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(jìn)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(shù)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(dá)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(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)料管道7用于將預(yù)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(jìn)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(yù)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(shè)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(shè)計為半徑8cm、長Ilcm的圓柱形空腔，則空間聲功率密度達(dá)到0.55W/cm3，符合上述發(fā)明工藝條件對超聲場參數(shù)的設(shè)置要求；以此測算，裝置不銹鋼外殼的機(jī)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(kuò)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(dá)到本發(fā)明權(quán)利要求的聲學(xué)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(yù)制；然后,混合物通過進(jìn)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(qiáng)化萃取12min ；處理過的藥渣-藥液混合物通過出料管道進(jìn)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(jìn)行含量檢驗；同時，利用聲功率固定為1000W的常規(guī)超聲器進(jìn)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(yīng)藥用活性成分提取物，并用HPLC進(jìn)行檢驗。
[0028]最后，對兩類超聲提取裝置的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)是常規(guī)超聲提取技術(shù)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(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護(hù)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)料管道(7)用于將預(yù)制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進(jìn)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(yù)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(jìn)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(xué)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(qiáng), 楊磊, 李永紅 申請人:成都信息工程學(xué)院