[发明专利]具有反压系统的过热水萃取装置及其方法

说明书

本发明公开了一种装置，通过加热到高温的水(称为过热水，SHW)构成的萃取流体，在萃取流体中萃取存在于物质的成分。根据本发明，加热器中的水被加热到次临界点并被注入萃取器，物质和萃取流体之间会发生接触，使得成分被溶解在流体中。然后在冷却器中冷却离开萃取器的流体。上述的过程在氮气罐提供的恒定反压下进行。挥发性成分的分离在一级或多级逆流液‑液系统中进行，所述液‑液系统可使用任何具有适当成分溶解度的挥发性溶剂或在蒸馏塔中进行。

该非临时申请案根据35 U.S.C.§119(a)主张于2016年12月31日在美国提出申请的临时申请案号62/441273的优先权，其全部内容通过引用方式结合在本案。

技术领域

本发明有关于一种基于水的萃取系统及方法，其使用过热水取代萃取流体在物质中萃取出至少一种成分。

背景技术

萃取植物材料的过程是指某些成分移往液体溶剂的质量交换过程。物质通过量的类型，取决于所选择使用的溶剂。由“类似物质溶解在类似溶剂中”的原理定义，如在类似的物质和溶剂具有相似的介电常数值。基于该原理，例如使用水作为溶剂时的介电常数为80.4，仅能萃取接近该介电常数的水溶性物质。使用醇作为溶剂的介电常数为25.0，仅能萃取接近该介电常数的醇溶性成分，而使得介电常数为2.0的己烷进行萃取时，仅能萃取具有相似介电常数的油溶性物质。

请参阅图1，显示了在20,40,50,60和80％温度下的乙醇的介电常数(纵轴)对水-醇浓度％(横轴)(自上而下的图表)。趋势是介电常数会随着温度及浓度的提高而降低。

参照表1，依欲取得的萃取物所需的组成及质量，需要选择合适类型的溶剂。可发现溶剂介电常数明显取决于温度。因此，水在20℃的介电常数为80.4，在100℃时为55.4，在200℃时介电常数降低至34.6。由此可知170℃的纯水的介电常数等于67％的水-醇溶液在20℃时的介电常数，为39.9。

加热至260℃的水的介电常数为25.30。由此可知纯水在260℃的介电常数等于100％醇在20℃的介电常数。这允许溶剂被在压力作用下及温度为100-300℃范围内的水取代，并可用以获得来自植物材料的油溶性和醇溶性成分。

请参阅图2，随着温度的升高，萃取时间将会缩短。在200℃时进行萃取，萃取时间只需要70秒便足够，而在140℃时，萃取时间为10分钟，在100℃时，萃取时间则为35分钟。

表1

发明内容

本发明的目的在于提供一种萃取系统。可以在相对低或中压下萃取一物质的至少一成分，且在萃取过程中不需要改变压力。使用过热水作为溶剂，使得用户可以以合理的成本进行萃取。

为了达到上述目的，本发明提供了一种萃取设备，其引入过热水作为萃取流体。萃取设备包括一萃取器、一冷却器、一气槽及一加热器。萃取装置通过压力和温度，萃取物质中的至少一种成分，藉由将一成分(或多种成分)溶解在萃取流体中，然后冷却萃取流体及溶解在萃取流体中的一成分(或多种组分)，并通过各种方式分离所述液体及所述成分。藉此，将可以分离一成分(多种或组分)及萃取流体。

第一级分离在冷却器/滗析器(2)中进行，其中油性成分将在顶部分离，因为他们的质量较轻，而剩余的流体则会被保留。非挥发性颗粒及聚合性的混合物称为油水混合物。非挥发性颗粒可以用其他方法分离，例如使用其他食品级或有机溶剂进行液-液萃取。

这些制程通常在12bar左右的恒定低压下以及在170℃左右的高温下进行，使萃取流体经由介电常数变化匹配待萃取的目标成分的常数，并分离萃取的成分(萃取物)。

在本发明中，用语“萃取流体”是指在上述温度和压力条件下的次临界流体或加压液体，亦称为溶剂。用语“物质”是指材料源，而用“萃取的成分”为物质中的目标萃取物质或简称为萃取物。用语“油水混合物”是指稀少的溶剂/萃取物与一种或多种物质的混合。