專利名稱：一種香精香料提取和微膠囊制備一體化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種提取香精香料并同時(shí)實(shí)現(xiàn)香精香料的微膠囊化的制備設(shè)備， 尤其是涉及用超臨界二氧化碳提取天然香精香料并在超/亞臨界二氧化碳中直接進(jìn)行香 精香料微膠囊化的設(shè)備。
背景技術(shù)：
超臨界流體介于氣體和液體之間，表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性質(zhì)(1)它具有與一般液 體近似的溶解及攜帶能力，其傳質(zhì)阻力小，從而能增加溶質(zhì)溶解的速度。(2)超臨界流體的 溶解能力可通過調(diào)整壓力和溫度進(jìn)行控制，從而提高了溶解的選擇性。(3)可通過在超臨界 流體中加入極少量有機(jī)改性劑的方法，增加流體的溶解能力，同時(shí)也提高溶解的選擇性，這 在通常液體溶劑中是不可能實(shí)現(xiàn)的。(4) 一般情況下，超臨界流體作為溶劑時(shí)操作溫度不 高，這對(duì)熱不穩(wěn)定化合物及活性物質(zhì)的提取非常有利，使其不易發(fā)生降解或熱分解。(5)分 離容易，且無(wú)溶劑殘留，這也是通常液體溶劑做不到的。(6)常用超臨界二氧化碳無(wú)毒、無(wú)污 染、操作條件溫和。國(guó)內(nèi)外用超臨界流體提出天然活性成份(含天然香精香料)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而超 臨界流體的上述特點(diǎn)，特別是后三點(diǎn)，適合香精香料的獲取。這方面國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的專利也很 多，比如超臨界二氧化碳萃取分離生姜有效成份的方法(CN1251367)，超臨界二氧化碳萃取 法脫除茶葉中的咖啡因的工藝(CN1726792)，超臨界CCV流體萃取牡丹花精油及其在卷煙加 香中的應(yīng)用(CN10113071)，利用超臨界CCV流體萃取提取花生油的方法(CN10115663)，一 種超臨界流體混合式萃取蜂膠的方法(CN1493304)，超臨界二氧化碳萃取羊胎素油脂的方 法(CN10113954)等。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)微膠囊技術(shù)缺點(diǎn)的突顯，用超臨界流體 技術(shù)制備微膠囊受到重視，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐。超臨 界流體微膠囊化技術(shù)是基于其微?；夹g(shù)發(fā)展起來(lái)的。相對(duì)于傳統(tǒng)的微膠囊制備技術(shù)， 如噴霧干燥、乳液法、表面聚合等，超臨界流體技術(shù)具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，如其制備的產(chǎn)品 純度高、幾何形狀均一、尺寸分布范圍窄、制造工藝簡(jiǎn)單。值得突出的是，傳統(tǒng)制備微膠 囊的方法一般會(huì)使用大量有機(jī)溶劑，存在有機(jī)溶劑的殘留問題；許多方法操作溫度過高， 對(duì)熱敏性、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和具有生物活性的物質(zhì)具有很大的局限性。超臨界流體(特別是 超臨界二氧化碳)具有前面介紹的獨(dú)特性質(zhì)，則能很好地解決上述問題。超臨界流體技 術(shù)的劣勢(shì)是設(shè)備投資相對(duì)較高。目前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了多種超臨界流體制備微膠囊技術(shù)，其中 研究比較深入且處于工業(yè)化階段的技術(shù)主要有三種(參見Jung J，Perrut M，Particle Design UsingSupercritical Fluids-Literature and Patent Survey, J. Supercrit. Fluids，2001，20，179-219)超臨界溶液快速膨脹(Rapid Expansion of Supercritical Solutions，RESS)，超臨界反溶劑(Supercritical Antisolvent, SAS)和氣體飽和溶液微粒 形成技術(shù)(Particles from Gas-Saturated Solutions，PGSS)。近一、兩年間，歐、美發(fā)達(dá)國(guó) 家已經(jīng)進(jìn)入超臨界流體的微粒化和微膠囊化技術(shù)的工業(yè)化時(shí)期；我國(guó)研究隊(duì)伍較小，尚沒有放大和工業(yè)化的報(bào)導(dǎo)。PGSS是超臨界流體制備微膠囊技術(shù)中較新的一種，1995年由德國(guó) ^ Weidner ^gildj ^ Φ it (Weidner Ε, Knez Ζ, Novak Ζ. Processfor Preparation of Particles or Powders，W09521688，1995)，該技術(shù)可以應(yīng)用于脂類、高分子材料的 微?；?yīng)用于食品的微膠囊化(Weidner E, BrandinG, Wendt T, et al. Innovative Solutionfor Powder Production in the Food Industry-Particles from GasSaturated Solutions. The 8th International Symposium onSupercritical Fluids, 2006)。李軍等 對(duì)PGSS的過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和模擬，并對(duì)PGSS過程建立了模型(參見Li JjRodrigues MA, Matos H A, Almeida A, Gomes de Azevedo E. Modeling of thePGSS process by Crystallization and Atomization, AIChE J，2005，51 (8)，2345-2357)，考慮了 PGSS 過程 的熔融結(jié)晶和霧化機(jī)理，對(duì)各種操作條件對(duì)微顆粒大小的影響進(jìn)行探討，結(jié)果表明可以同 時(shí)產(chǎn)生RESS機(jī)理的微粒、熔融結(jié)晶的微粒和霧化液滴對(duì)應(yīng)的微粒；它們的數(shù)量、大小和形 貌隨操作條件的不同而不同，從而能模擬出多峰粒子分布和表征不同形貌的粒子對(duì)應(yīng)的機(jī) 理，霧化產(chǎn)生球形粒子，結(jié)晶產(chǎn)生不規(guī)則晶體。根據(jù)模擬結(jié)果，提出了用氮?dú)廨o助的PGSS過 程可以控制霧化過程(參見李軍，熊開斌，蘇玉忠，王宏濤，氮?dú)廨o助微球制備技術(shù)及其裝 置，ZL200610036589. 6)，得到比較完好的球形顆粒，同時(shí)也提出了一種循環(huán)攪拌、帶有控制 高壓飽和溶液流量的流程進(jìn)行微粒的制備(參見李軍，洪瑋，蘇玉忠，王宏濤，一種以超臨 界二氧化碳飽和溶液獲取超細(xì)顆粒的方法，申請(qǐng)?zhí)?200810072107. 1)。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本實(shí)用新型目的提供一種香精香料提取和微膠 囊化制備一體化設(shè)備，其直接在超臨界流體的氣氛下得到香精香料微膠囊，保持了香精香 料的最佳自然狀態(tài)和應(yīng)用效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型技術(shù)方案為—種香精香料提取和微膠囊化制備一體化設(shè)備，其包括一萃取單元和微膠囊制備 單元，所述的萃取單元由二氧化碳儲(chǔ)罐經(jīng)一截止閥和一壓力表連接一冷凝器的入口和一回 流閥的出口 ；該冷凝器的出口經(jīng)另一截止閥和一過濾器與一氣體壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵 輸入端和一背壓閥的回流輸出端相連；該氣體壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵輸出端和背壓閥的 回流輸入端連接一預(yù)熱器，該預(yù)熱器連接有另一壓力表和一壓力傳感器；所述的預(yù)熱器出 口連接兩個(gè)以上的萃取器入口閥門；萃取器入口閥門的入口和一霧化用二氧化碳閥門的入 口連接。萃取器出口連接有萃取器出口閥門，萃取器出口閥門的出口連接一減壓閥入口，減 壓閥出口連接一分離罐。所述的微膠囊制備單元主要由一分離器組成，該分離器主要由上 述的分離罐組成，該分離罐設(shè)有壁材加入口，分離罐的頂部設(shè)有氣體出口，該氣體出口與上 述回流閥及一放空閥相接，該放空閥與一氣體流量計(jì)相接；分離罐底部設(shè)有出口，該出口連 接有一放料閥和一膠囊料泵，膠囊料泵的出口連接設(shè)置于分離罐頂部的一頂部閥的入口和 一噴嘴物料閥的入口 ；所述的噴嘴物料閥的出口與一雙通噴嘴的內(nèi)通道相連，霧化用二氧 化碳閥門的出口與該雙通噴嘴的外通道相連，該噴嘴出口與連接一微膠囊收集器。上述技術(shù)方案的有益之處在于本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是根據(jù)超臨界CO2對(duì)香精香料的選擇性，以及過程 的溫和條件對(duì)香精香料的保護(hù)作用，耦合了超臨界CO2萃取和改進(jìn)的超臨界流體制備微顆粒的方法(PGSS法，見申請(qǐng)?zhí)?00810072107. 1)，從而容易實(shí)現(xiàn)香精香料的低溫提取及其在 霧化用二氧化碳?xì)夥罩羞M(jìn)行微膠囊化，以保持香精香料的最佳自然狀態(tài)和應(yīng)用效果。

圖1是本實(shí)用新型香精香料提取和微膠囊制備一體化工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖1所示的香精香料提取和微膠囊制備一體化流程圖，其包括一萃取單元 和微膠囊制備單元。所述的萃取單元用于提取香精香料。該部分設(shè)有二氧化碳儲(chǔ)罐、冷凝器、背壓閥、 氣體壓縮機(jī)(或高壓二氧化碳泵)、萃取器和預(yù)熱器。二氧化碳儲(chǔ)罐經(jīng)一截止閥Vi和一壓 力表Pl連接一冷凝器的入口和一 回流閥V5的出口，回流的二氧化碳經(jīng)回流閥V5回流到冷 凝器。冷凝器的出口經(jīng)另一截止閥V2和一過濾器與一氣體壓縮機(jī)(或高壓二氧化碳泵)輸 入端和一背壓閥的回流輸出端相連。該氣體壓縮機(jī)(或高壓二氧化碳泵)輸出端和背壓閥 的回流輸入端連接一預(yù)熱器，該預(yù)熱器兼有緩沖罐的作用，其連接另一壓力表P2 (7-50MPa) 和一壓力傳感器，該壓力傳感器用于顯示萃取壓力(P2)和控制氣體壓縮機(jī)(或高壓二氧 化碳泵)的停開。當(dāng)用高壓二氧化碳泵時(shí)，二氧化碳儲(chǔ)罐需要的控制溫度(TO)在-5_5°C。 預(yù)熱器溫度(Tl)控制為操作溫度(31-100°C )。所述的預(yù)熱器出口連接兩個(gè)(或多個(gè))萃 取器入口閥門VI，V2，萃取器入口閥門VI，V2的入口和一夾帶劑閥門V7的出口以及一霧 化用二氧化碳閥門V9的入口連接。萃取器可以控制(夾套式或電加熱片)溫度(Tl)在常 溫-100°C。萃取器出口接萃取器出口閥門V3，V4的入口，萃取器出口閥門V3，V4的出口連 接一減壓閥入口，減壓閥出口連接一分離罐。本實(shí)用新型還包括一夾帶劑輸出裝置，其設(shè)有一夾帶劑罐，該夾帶劑罐出口連接 一夾帶劑泵的入口，該夾帶劑泵出口與一止逆閥相連，該止逆閥和一夾帶劑閥門V7相連。所述的微膠囊制備單元主要由一分離器組成，其用于將提取的香精香料和二氧 化碳分離并與壁材進(jìn)行混合，并將混合物料制備成微膠囊。所述的分離器主要包括一分 離罐、一膠囊料泵和一噴嘴，另外還設(shè)有一高壓氣體流量計(jì)。經(jīng)萃取的香精香料經(jīng)減壓閥 并通過一插底的連接管與分離罐相連。分離罐可以控制溫度T2(常溫-100°C )和壓力 P3(4-10MPa)。香精香料在分離罐底部從二氧化碳中析出或部分析出，或被分離罐中預(yù)先加 入的壁材吸附或部分吸附。分離罐設(shè)有壁材加入口，用于將壁材泵入或加入。分離罐設(shè)有 頂部氣體出口，二氧化碳經(jīng)由該氣體出口與回流閥V5及一放空閥V6相接，該放空閥V6與 一高壓氣體流量計(jì)相接。分離罐底部設(shè)有出口，該出口連接有一放料閥V8和一膠囊料泵。 所述的膠囊料泵的入口接分離罐的底部，其出口連接設(shè)置于分離罐頂部的一頂部閥Vll的 入口和一噴嘴物料閥VlO的入口，用于將香精香料和壁材的混合物從該出口泵入一微膠囊 收集室。所述的放料閥V8用于直接放出物料。所述的噴嘴物料閥VlO的出口與一雙通噴 嘴的內(nèi)通道相連，霧化用二氧化碳閥門V9的出口與該雙通噴嘴的外通道相連，該噴嘴可以 控制預(yù)膨脹溫度T3(室溫-100°C )，而預(yù)膨脹壓力即為萃取壓力(但萃取和制備微膠囊兩 個(gè)過程壓力可以不一樣也可以一樣)。該噴嘴出口與所述的微膠囊收集器相連。操作前，檢查上述裝置的氣密性、各路加熱保溫情況和儀表顯示與控制情況，確認(rèn)沒有問題后，設(shè)計(jì)和控制好冷凝器溫度、預(yù)熱溫度、萃取溫度、分離罐溫度、微膠囊化預(yù)膨脹 溫度、萃取壓力、分離罐壓力和微膠囊化預(yù)膨脹壓力。往萃取器中裝入預(yù)處理的物料，往分 離罐中裝入(或泵入)壁材物料。然后打開二氧化碳儲(chǔ)罐和截止閥VI，二氧化碳在冷凝器中冷凝成液體二氧化碳；打開截止閥V2，液體二氧化碳經(jīng)過過濾器達(dá)到氣體壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵前，用氣體 壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵將二氧化碳?jí)喝腩A(yù)熱器(用氣體壓縮機(jī)可以不必將二氧化碳冷 凝)。調(diào)節(jié)背壓閥達(dá)到控制壓力。當(dāng)預(yù)膨脹溫度和控制壓力達(dá)到要求后打開截止閥Vl和 V2(或兩者之一)。此時(shí)可以開動(dòng)夾帶劑泵(事先設(shè)定流量)，將夾帶劑輸入預(yù)熱器出口與 超臨界二氧化碳混合(夾帶劑可以根據(jù)萃取的香精香料在超臨界流體中溶解度的大小而 定，也可以不用夾帶劑)，并同時(shí)打開萃取器出口閥門V3和V4 (或兩者之一)、調(diào)節(jié)減壓閥 至適當(dāng)分離罐壓力。有夾帶劑或不含夾帶劑的超臨界二氧化碳進(jìn)入萃取器與物料充分接 觸，并萃取出其中的香精香料；香精香料與二氧化碳通過萃取器出口閥門V3和V4(或兩者 之一)和減壓閥在分離罐中進(jìn)行分離。分離出的二氧化碳經(jīng)分離罐頂部氣體出口通過放空 閥V6放空(由高壓氣體流量計(jì)計(jì)量)或經(jīng)回流閥V5回流到冷凝器。開啟膠囊料泵和頂部 閥VII，分離出的香精香料在分離罐底部與壁材一塊經(jīng)由膠囊料泵充分接觸、混合。萃取一 段時(shí)間后(需要根據(jù)香精香料的含量和萃取率以及微膠囊中香精香料需要的含量確定)， 關(guān)閉頂部閥VII、開啟噴嘴物料閥VlO和霧化用二氧化碳閥門V9，壁材和香精香料混合物料 被控制一定的流量送入噴嘴系統(tǒng)并被來(lái)自霧化用二氧化碳閥門V9的二氧化碳霧化進(jìn)入微 膠囊收集室，由于二氧化碳的降溫作用，形成固體微膠囊產(chǎn)品。實(shí)施例1 茶香棕櫚酸微膠囊檢查裝置的氣密性、各路加熱保溫情況和儀表顯示與控制情況，確認(rèn)沒有問題后， 冷凝器溫度設(shè)定為-5-5°C、預(yù)熱溫度為60°C、萃取溫度60°C、分離罐溫度60°C、微膠囊化預(yù) 膨脹溫度60°C、萃取壓力30MPa、分離罐壓力6MPa和微膠囊化預(yù)膨脹壓力lOMPa。往萃取器 2(萃取器2前后閥門關(guān)閉)中裝入鐵觀音茶500g，往分離罐中裝入棕櫚酸100g。如前所述，開啟二氧化碳儲(chǔ)罐和截止閥V1、V2，將液體二氧化碳用高壓二氧化碳泵 壓入預(yù)熱器。調(diào)節(jié)背壓閥達(dá)到控制壓力30MPa。當(dāng)預(yù)膨脹溫度和控制壓力達(dá)到要求后讓二氧 化碳進(jìn)入萃取器2。調(diào)節(jié)減壓閥至適當(dāng)分離罐壓力(6MPa)。開啟膠囊料泵和頂部閥VII，分 離出的茶香成份在分離罐底部與棕櫚酸一塊經(jīng)由膠囊料泵充分接觸、混合。分離出的二氧 化碳經(jīng)分離罐頂部出口通過放空閥V6放空(開始時(shí)用以測(cè)定二氧化碳流量，約為2L/min)， 關(guān)閉放空閥V6，二氧化碳經(jīng)回流閥V5回流到冷凝器。萃取2小時(shí)后，關(guān)閉頂部閥VII、開啟噴嘴物料閥VlO和霧化用二氧化碳閥門V9， 控制膠囊料泵泵送的棕櫚酸和茶香成份的流量lOmL/min，約IOmin后，收集微膠囊產(chǎn)品約 IlOgo經(jīng)分析，微膠囊香氣成份含量約5%。實(shí)施例2 苯乙醇的二氧化硅微膠囊檢查裝置的氣密性、各路加熱保溫情況和儀表顯示與控制情況，確認(rèn)沒有問題后， 冷凝器溫度設(shè)定為-5-5°C、預(yù)熱溫度為50°C、萃取溫度50°C、分離罐溫度50°C、萃取壓力 20MPa、分離罐壓力20MPa。往萃取器1 (萃取器1前后閥門關(guān)閉)中裝入苯乙醇50ml，往分 離罐中裝入平均粒徑10 μ m的二氧化硅100g。如前所述，開啟二氧化碳儲(chǔ)罐和截止閥V1、V2，將液體二氧化碳用高壓二氧化碳泵壓入預(yù)熱器。調(diào)節(jié)背壓閥達(dá)到控制壓力20MPa。當(dāng)預(yù)膨脹溫度和控制壓力達(dá)到要求后讓二氧化碳進(jìn)入萃取器1。調(diào)節(jié)減壓閥至分離罐壓力(20MPa)。在分離罐中超臨界二氧化碳帶 著苯乙醇快速進(jìn)入二氧化硅，經(jīng)由膠囊料泵充分接觸、混合。1小時(shí)后，關(guān)閉萃取器出口閥 門V3、開啟放空閥V6放空，待分離罐壓力為常壓時(shí)，取出微膠囊產(chǎn)品約200g。微膠囊中苯 乙醇含量約50%。
權(quán)利要求一種香精香料提取和微膠囊化制備一體化設(shè)備，特征在于其包括一萃取單元和微膠囊制備單元，所述的萃取單元其由二氧化碳儲(chǔ)罐經(jīng)一截止閥和一壓力表連接一冷凝器的入口和一回流閥的出口；該冷凝器的出口經(jīng)另一截止閥和一過濾器與一氣體壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵輸入端和一背壓閥的回流輸出端相連；該氣體壓縮機(jī)或高壓二氧化碳泵輸出端和背壓閥的回流輸入端連接一預(yù)熱器，該預(yù)熱器連接有另一壓力表和一壓力傳感器；所述的預(yù)熱器出口連接兩個(gè)以上的萃取器入口閥門；萃取器入口閥門的入口和一霧化用二氧化碳閥門的入口連接，萃取器出口連接有萃取器出口閥門，萃取器出口閥門的出口連接一減壓閥入口，減壓閥出口連接一分離罐；微膠囊制備單元主要由一分離器組成，該分離器主要由上述的分離罐組成，該分離罐設(shè)有壁材加入口，分離罐的頂部設(shè)有氣體出口，該氣體出口與上述回流閥及一放空閥相接，該放空閥與一氣體流量計(jì)相接；分離罐底部設(shè)有出口，該出口連接有一放料閥和一膠囊料泵，膠囊料泵的出口連接設(shè)置于分離罐頂部的一頂部閥的入口和一噴嘴物料閥的入口；所述的噴嘴物料閥的出口與一雙通噴嘴的內(nèi)通道相連，霧化用二氧化碳閥門的出口與該雙通噴嘴的外通道相連，該噴嘴出口連接一微膠囊收集器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種香精香料提取和微膠囊化制備一體化設(shè)備，特征在于其 還包括一夾帶劑輸出裝置，該夾帶劑輸出裝置主要包括一夾帶劑罐，該夾帶劑罐經(jīng)一夾帶 劑閥門連接萃取器入口閥門，該夾帶劑罐出口連接一夾帶劑泵的入口，該夾帶劑泵出口與 一止逆閥相連，該止逆閥和夾帶劑閥門相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種香精香料提取和微膠囊化制備一體化設(shè)備，其將含香精香料的物料放入萃取器，將微膠囊壁材放入分離器，并密封萃取器和分離器；二氧化碳從其儲(chǔ)罐經(jīng)壓縮機(jī)或高壓泵泵入萃取器，二氧化碳物料中萃取出香精香料，進(jìn)入分離器；經(jīng)萃取的香精香料與壁材在充分混合或被壁材吸附，將混合物用泵送至噴嘴，在噴嘴中的壁材和香精香料經(jīng)過高壓氣體霧化進(jìn)入微粒收集室，并形成香精香料微膠囊；二氧化碳循環(huán)回到其儲(chǔ)罐。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案耦合了超臨界CO2萃取和改進(jìn)的超臨界流體制備微顆粒的方法，從而容易實(shí)現(xiàn)香精香料的低溫提取及其在霧化用二氧化碳?xì)夥罩羞M(jìn)行微膠囊化，以保持香精香料的最佳自然狀態(tài)和應(yīng)用效果。
文檔編號(hào)B01D11/02GK201567323SQ20092018332
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者劉加增, 張峰, 蘇明亮, 藍(lán)洪橋, 陳篤建, 鹿洪亮 申請(qǐng)人:福建中煙工業(yè)公司