高能超声提取制造技术

本发明专利技术描述了一种从固体材料中水提法提取化合物的方法和装置，其中所述固体材料被夹带在提取液相中，所述提取液相在发出径向的或聚焦的高能超声波的浸没的超声焊极周围流动。观测到提取物明显增加且提取时间明显缩短。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过使用优选地被浸没的超声焊极(sonotrode)对改 进材料中重要化学成分的液相提取。
技术介绍
木桶作为液体和食物的常用容器长期以来占有重要地位。然而，随 着材料处理方法和其他在当今条件下更实用的结构材料的发展，除了用 来进行葡萄酒和烈酒的陈酿外，木桶几乎被完全替代。橡木桶中储藏的葡萄酒和烈酒具有理想诱人的感官特性、组成和感 官品质。因此，许多精酿的餐饮红酒和白酒的生产都会使用橡木桶。全 世界用来进行酒陈酿的木桶大多具有190至500升的容积。对于餐饮酒 而言，约225升的容积最为常见。橡木含有纤维素、半纤维素、鞣质和木质素，后三者在酒与橡木接 触的过程中对酒有影响。半纤维素(无气味)的影响是间接的一一加热 桶板会使其发生化学转化，由此使其成为其他有气味的化合物的来源。 木材释放出的鞣质(不挥发)由鞣花酸和没食子酸的聚合物构成，并且 可以水解。经桶储藏后酒中鞣质的量最高可达IOO mg/L。可溶性的木 质素部分被降解为芳香醛，所述芳香醛可通过氧化作用形成相应的酚 酸。新的橡木桶的贡献主要在于提对木材组成中的挥发性酚类(鉴定出 了 200种以上)级分。通过简单扩散进入酒中的重要化合物为具有椰子样气味(对感官刺 激最重要的气味)的顺式-b-曱基辛内酯(octalactoned)和反式-b-曱基辛内酯(橡木内酯可通过糠醛改造成具有焦糖味)；醛(特别是香 草醛)；提升香草醛气味的酚酮(phenolics ketones);其他挥发性 酚酮；挥发性酚，例如丁香酚(辛辣、丁香和石竹味)；愈创木酚及其 衍生物(烟味和药味)；烘烤产生的呋喃衍生物和许多其他化合物；以 及降异戊二烯类(nor-isoprenoid)(约30种，包括B-紫罗兰酮)。烘烤能增加(i)酒中愈创木酴(烟味和药味)、4-甲基愈创木酚 (烟味和丁香样气味)、香草醛(香草气味)、丁香醛、松柏醛 (coniferaldehyde )、芥子醛(sinapaldehyde )和橡木内酉旨(木材气 味和椰子样气味)的量，和(ii)促使橡木中多糖(约50%)生成糠醛、 麦芽酚和甲基环戊烯酮(cyclotene)，从而产生焦香甜气。美国橡木含有比法国橡木更多的橡木内酯和降异戊二烯成分。在一个新的大桶(300 L)中，每渗入木头1 mm的酒提取约ll g 橡木。最初的1 mm要约l周来渗入。按每升酒的桶表面积计算，对于 200 L的桶，酒每渗入桶内1 mm提取约7. 6 g的木材提取物，对于500 L的桶，每渗入桶内1 mm提取约5. 6 g的木材提取物。一个225 L的新桶可在约两个月时被渗透至0. 5 mm深处，提供约 3.8g木材提取物。按味觉结果计算，这是在酒中产生可检测差异所需 量的约3-10倍。经过较长时间后，渗透最深可达6 mm。这表明在一个225L的桶中可提取最多至46 g木材。这是大多数酒 的最小气味检测水平的约IOO倍，或者可将桶中加满酒并倒出IOO次， 使桶以可检测水平为所有酒增添风味。当表面逐渐用尽时，橡木成分向酒中的扩散将在一定程度上发生改 变，因为较大分子扩散花费时间更长。但是能够扩散通过半透木系统的 分子最终会被提取，并且不出所料的是，甚至在桶经长期连续使用后， 它仍可为在其中储藏足够长时间的酒增添可检测水平的橡木味。通常，为酒品增添木材特性的唯一途径就是通过在橡木桶或橡木罐 中进行接触。但过去10年中，随着购买橡木桶的成本不断增加，想保 留橡木优点的酒品制造商出于经济上的考虑转向使用橡木备用品、橡木 替代品或橡冬的备选物。橡木备用品实际上可以是橡木(不被制成桶) 的任何部分。各种备选物的名称依供应商而定，但基本选择包括多种长 度和烘烤水平的狭板和插件、木块、立方块、"多米诺骨牌"、木屑、 刨花、橡木棒分支和橡木粉。这种橡木的品质媲美于橡木桶，但其成本 却不同。目前广泛采用水提法和化学提取法来从原料中提取重要组分例如 油、香料、色素、药物化合物或营养化合物。这些方法的速度和产量对 生产成本具有重要影响。农业生产中释放大量被发现含有显著量的高价值组分和膳食纤维(它们是有价值的物质)的废弃物。从食品中提取高价值组分可为生产 者提供额外的收入。常规的提取法存在许多问题，包括有机化学品消耗 高、操作时间长以及产量低等。已进行了 一些尝试通过利用超声振动促进原料和提取剂之间的接 触耒改进对某些物质的提取过程。欧洲专利583200公开了 一种用连有超声换能器的提取柱来提取月 见草油的方法。美国专利5859236公开了一种微晶纤维素的提取方法，其中对提取 液进行超声搅拌。这些现有的专利表明，在小批量环境下，产生波振动的低功率超声 技术有助于提取。但低功率超声技术无法用于连续流动过程。在这种情 况中，超声能量密度低，超声保留时间短并且体积/生产速度高。此外，现有专利中使用的技术在用于流动的流体或介质时不可能不 发生故障、过热、电力过载，原因是发生器和换能器的电/电子设计规 格并不是设计用于处理物理条件和化学条件(例如，流速、压力、温度、 气体夹带、液体蒸气压、表面张力)不断发生改变的流动流体的。低功 率超声被设计成只用于小批量体积，并且是静态的(非流动)。使用低 功率超声的经验已经表明，其成本效益在商业上没有吸引力或者在技术 上/经济上不可行。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种更加行之有效的从原料中提取化学 成分的方法。本专利技术的一个目的是克服或者至少基本改善现有技术的缺点和不足。参照附图，本专利技术的其他目的和优点将从以下描述中显而易见，其 中通过图示和举例说明公开了本专利技术的实施方案。不应认为以任何方式限制本专利技术，本专利技术提供了 一种从材料中以水 提法提取化合物的方法，其中提取液相中夹带的材料在被浸没的超声焊 极周围流动，所述超声焊极以0. Ol至1000 W/cm3(或0. 01至1000 W/cm2) 的能量强度向橡木流体介质中发出径向或聚焦的超声波，但最优选地，该过程将在0. I至IOO W/cn^或0. 1至100 W/cm'的能量强度下有效地 进行。该高能量波可在待处理介质中形成高能量空洞、机械沖击波、微流 动、高能量振动和高能量压力波。使用浸没于液相中的超声焊极可促进超声波向材料内部的穿透。这 与现有技术中将换能器钳定于/螺接到/焊接到钢制容器/室外部的情况 不同。该效应在液体中产生低能量、低效的驻波/定波，这样就只能进 行外表面提取，并且只有在停留时间非常长(>1小时)时才可行。驻 波/定波的能量强度仅在0.0001 W/cn^区域内。此外，现有技术常限于批处理而不适于连续流式提取。使用高强度的超声径向波或聚焦能量可在橡木材料表面及结构内 部产生微流效应/空化效应，从而移出/移去组分并增强水的渗透。相比 之下，使用将换能器钳定于/螺接到/焊接到钢制容器/室外部的概念的 现有超声方法在材料中产生低能、低效的驻波/定波，其不会产生增强 水渗透和组分移出的微流效应。相比之下，在液流中引入高强度超声焊 极可产生0. 01-1000 W/cn^的强度，使得可以形成高速微流效应(780 km/h)，从而增强水渗透和组分移出。本专利技术使用低频超声(16kHz-100kHz)从材料中提取物质，优选的 频率为20至30 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从固体材料中提取化合物的方法，其中所述固体材料被夹带在提取液相中，所述提取液相在浸没于其中的超声焊极周围流动，所述超声焊极以约０．１至１００Ｗ／ｃｍ↑［２］的能量强度向所述液相发出超声波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D贝茨，R麦克洛克林，A雅浦，
申请(专利权)人：卡维特斯私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]