一种连续作业的蒸馏法植物精油提取设备
技术领域
本专利蒸馏法提取植物精油的设备，提供了一种可以连续作业的蒸馏法提取植物精油的设备，避免了工业化大规模的蒸馏法提取植物精油时，更换提取用的植物材料时的设备罐体及提取介质的降温，可以节省提取用水降温后再升温的能源损失，也可以节省因此带来的工艺时间。
背景技术
植物精油，又称植物挥发油，是一类具有挥发性且可随水蒸气蒸馏出来的油状液体，多呈无色或淡黄色，具有特殊气味（多为香气）或辛辣味，一般在室温下可挥发，难溶于水，完全溶解于无水乙醇、乙醚、氯仿、脂肪油。植物精油是由植物花、果实合成释放的挥发性物质，一般具有一定的香气。在化学结构上主要分为萜类、烷烃、烯烃、醇类、酯类、羰基和羧基类物质。不同来源的挥发油具有较强的抗菌谱，对细菌、真菌、病毒、原核生物、昆虫等都具有一定的抑制作用。一般来说，挥发油的组成成分、结构及功能性基团决定了它们的抗菌能力大小。挥发油中含有的萜类、醇类、酚类赋予了挥发油具有较强的抗菌能力。
植物挥发油大多具有独特香味，具有杀菌、刺激、放松等效应，能使人适度兴奋、减缓疲劳及产生松弛感等，日益受到药物化学、药物学和分析化学等领域专家学者的关注。提取植物挥发油不仅对香料、食品工业、日用化妆品工业的生产具有实用价值，而且对人类保健也有十分重要的意义。在自然界，由植物合成和释放的低分子质量次生代谢物超过10万种，其中挥发性物质占很大比例。目前我国已知有 56 个科 136 属植物含有挥发油，其中又以唇形科、伞形科、菊科、樟科、姜科、芸香科等居多。大多挥发油或含挥发油的中草药在临床上具有一定的药理活性，如解热镇痛、抑菌消炎、抗过敏、抗突变等作用。
植物精油的提取方法，传统方法有：水蒸气蒸馏法（Steam distillation，SD）、溶剂萃取法（Solvent extraction，SE）、压榨法（Mechanical pressing，MP）、油脂吸收法（oiladsorption，OA）。现代方法有：酶提取法（Enzymes extraction，EE）、CO2超临界流体萃取法（CO2 supercritical fluid extraction，简称SFE）、亚临界水萃取（Sub-critical waterextraction，SWE）、超声波辅助提取法（ultrasound-assisted extraction，USE）、微波辅助萃取法（Microwave accelerated distillation，MAD）、同时蒸馏萃取法（SimultaneousDistillation Extraction，SDE）、微胶囊-双水相萃取法（Microcapsule aqueous two-phase extraction，MATPE）、固相微萃取法（Solid phase micro-extraction，SPME）。
其中水蒸气蒸馏法是一种比较简单易操作的精油提取方式，同时也是使用最古老以及最广泛的一种方式了，大部分的精油都是由蒸馏法提取出来的。该方法的设备简单，也不会造成环境污染，后续的产品也不存在溶剂残留等难题。在为数不少的植物材料的精油提取方法中，水蒸气蒸馏法的提取得率也比较高。水蒸气蒸馏提取植物精油的操作方式有：水中蒸馏、水上蒸馏、直接蒸汽蒸馏、水扩散蒸汽蒸馏等。
水蒸气蒸馏法目前的问题是，每次植物材料提取完毕之后，必须对设备及提取溶剂进行降温之后才能便于更换提取用物料的操作，，待物料重新装填好后，重新加热升温，进行后续批次的提取。这样一来，植物精油的提取批量比较小，更换物料时的热量、工艺时间等的耗损都很大，直接影响了蒸馏法提取精油的生产规模。此外，植物精油提取及收集过程中，还需要关注的问题是有效的避免分离好的精油在收集盛装入最终容器的过程中的微粒或微生物污染。
发明内容
本专利在水蒸馏法提取精油的设备技术的基础上，围绕着工业化大规模的蒸馏法植物精油提取的连续作业的要求，解决了如下的问题：①精油提取用植物物料的组织与更换。通过装载物料的篮、框或架的使用，在上批植物材料的精油提取结束后，打开精油提取设备的盖体，直接将提取完成后的上一批次的植物材料，连同其篮、框及其支架一起更换。这之间的工艺时间，与原来需要降温后再更换物料的操作方式相比，可以直接忽略，整个操作过程仅需要几分钟。并且不需要对结束迁移批次植物物料精油提取的提取溶剂（水）进行较长时间的升温，也有的是直接放掉废弃。②通过空气过滤功能的空气过滤装置的使用，实现了多次提取物料的精油收集而可能被空气中微粒或微生物污染的可能，这样一来，对同一种植物材料的精油提取，可以多次提取一次收集，减少了提取过程中精油不便于收集操作的麻烦。
本专利为蒸馏法提取植物精油的设备设计了一个装载植物物料的篮、框及其支架的结构，将用于植物精油提取的植物物料实现组织好，逐一放入装载植物材料的篮、框或架上，前一批次的植物材料提取操作结束后，精油提取用物料连同装载植物材料的装载篮、框或架一并更换掉，整个更换物料操作的工艺时间缩短为数分钟内完成，避免了物料更换的热量、水溶剂、工艺时间的耗损，对提高设备的综合利用率、生产规模有十分突出的经济技术价值。
本专利的植物精油提取设备的结构主体为有夹套的不锈钢罐，不锈钢罐的罐体夹套中可以是加热的电阻丝或其他加热的热源装置，也可以是阻热用途的保温材料，用来减少植物精油提取过程中的热量散失，也可以是镶嵌在阻热中的在靠近罐体内壁侧有热源装置。设备所采用的加热方式可以是罐体夹套中电加热罐体的水沸腾来提取植物精油，也可以是直接将制备好的水蒸汽通入到精油提取罐中，将植物材料中的精油带到冷凝器中冷凝而实现植物精油的分离提取。
本专利的植物精油提取设备的不锈钢罐主体结构的底部，设有废水排放的阀门，或者是罐底部整体可以与罐体分离。以帮助排除废水及罐体内部的清洁。为了配合植物提取材料的整体更换，在提取罐设备的下部设计一个支撑装载物料的篮、框或架的支架，这个支撑物料装载篮、框、架的支架可以是一个环，也可以是几个均匀分布在罐体内侧的焊接凸出结构。
本专利的植物精油提取设备的不锈钢罐主体结构的顶部，是可以打开的盖子结构，在盖子结构上有连接冷凝器的通道。为了便于提取精油的植物材料的整体更换，本专利的植物精油提取设备的顶盖是可以全开的结构，由于有冷凝器的连接通道，采用的罐盖体打开方式为左右旋转打开盖体的方式。
本专利的蒸馏法提取植物精油的设备中，由于装载植物物料的篮、框及其支架结构的使用，使得更换植物精油提取物料所需的工艺时间缩短为数分钟。也就使得精油提取的批次量有所增加，如果不能及时收集分离得到的植物精油，就可能会被污染。为此，本专利还通过空气过滤装置的设计引用，避免了物料更换过程中，在精油冷凝段因为温度降低，吭气倒流而可能造成的空气中的微粒或微生物污染，为精油分离器收集能力的提高奠定了技术基础，为此实现了1-99个物料批提取精油的存放而不被污染，当然，空气过滤装置对空气的有效过滤，也可以保证在提取结束后，植物精油装入最终容器内的过程中不被空气中的微粒或微生物污染。
本专利的连续作业的蒸馏法植物精油提取设备的技术收益包括有：①不需要精油提取罐冷却即可直接更换精油提取的植物材料，节省了工艺时间。②不需要精油提取罐体降温直接更换植物材料，前一批次植物材料提取的热量还可以持续使用，也就节省能源方面的不少开支，减少热量的耗费。③通过控制过滤装置的使用，保护了更换精油提取罐体内的植物材料或者植物精油收集时的空气倒流而造成的精油被空气中的微粒或微生物污染，有效的保证了植物精油的品质。
附图说明
图1是本专利的可以连续操作的蒸馏法植物精油提取设备的组成示意图。图中各个构成部件的说明如下。
①不锈钢材质的网格式的物料篮（框）或其支架，用于装载精油的提取材料，精油提取完毕后，连同提取物料一起更换掉。该植物材料的装载支架可以是一个篮子或框子，也可以是一个支架，其中均匀放置有盛放植物材料的篮子或框子。但不论是何种放置方式，装载篮、框或支架以及植物材料的放置方式均不应影响提取的介质（提取水或蒸汽）在植物材料之间自由的快速流通，以免影响精油提取的效果和收率。
②有加热夹层不锈钢材质的精油提取罐设备，可以快速升温至沸腾；途中的罐体结构包括四个部分：②A为连接罐体与精油分离收集器中冷凝器部分的通道；②B为精油提取罐的盖体结构，可以围绕某一个结合点在罐体的左右方向转动，以便于打开精油提取罐进行植物提取材料的更换；②C为精油提取罐设备的夹套，夹套内可以是加热的电阻丝或其他加热的热源装置，也可以是阻热用途的保温材料，用来减少植物精油提取过程中的热量散失，也可以是镶嵌在阻热中的在靠近罐体内壁侧有热源装置；②D是用于支撑庄寨鲸鱼提取用植物材料的篮、框或架的支架环或者均匀分布的罐体内侧凸出；②E是罐底结构，可以是在罐底设置一个阀门以便排放提取截止，也可以是将罐底整体与罐体的主体分离。
③精油分离收集器，由索氏提取器与冷凝器组合构成，利用植物精油与水密度的差异而实现精油分离和收集。精油分离器的大小可以是收集1-99个物料批次的植物物料蒸馏法所分离到的植物精油，而不被氧化或者空气中的微粒或微生物污染。
④空气过滤装置，用于空气的辅助除菌过滤，避免更换物料期间设备内部空气的轻微降温造成的空气倒流而造成的精油被空气中的微粒或微生物污染。
⑤干燥器结构，用于盛放干燥剂，预防过滤器装置被水蒸气润湿而被污染长菌。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本专利作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利内容所实现的技术均属于本专利的范围。
一、连续作业的蒸馏法植物精油提取设备的结构组成。
从构成部件上看，在常规的蒸馏法提取植物精油的提取罐设备上多了两个结构部分，一是装载植物物料的篮、框或架。二是与精油分离收集器中的冷凝器连接的空气过滤器装置（带有干燥器结构）。具体的说，本专利的连续作业的蒸馏法植物精油提取设备的结构组成包括有以下的五个部分。
①不锈钢材质的网格式的物料篮（框）或其支架，用于装载精油的提取材料，精油提取完毕后，连同提取物料一起更换掉。该植物材料的装载支架可以是一个篮子或框子，也可以是一个支架，其中均匀放置有盛放植物材料的篮子或框子。但不论是何种放置方式，装载篮、框或支架以及植物材料的放置方式均不应影响提取的介质（提取水或蒸汽）在植物材料之间自由的快速流通，以免影响精油提取的效果和收率。
②有加热夹层不锈钢材质的精油提取罐设备，可以快速升温至沸腾；途中的罐体结构包括四个部分：②A为连接罐体与精油分离收集器中冷凝器部分的通道；②B为精油提取罐的盖体结构，可以围绕某一个结合点在罐体的左右方向转动，以便于打开精油提取罐进行植物提取材料的更换；②C为精油提取罐设备的夹套，夹套内可以是加热的电阻丝或其他加热的热源装置，也可以是阻热用途的保温材料，用来减少植物精油提取过程中的热量散失，也可以是镶嵌在阻热中的在靠近罐体内壁侧有热源装置；②D是用于支撑庄寨鲸鱼提取用植物材料的篮、框或架的支架环或者均匀分布的罐体内侧凸出；②E是罐底结构，可以是在罐底设置一个阀门以便排放提取截止，也可以是将罐底整体与罐体的主体分离。
③精油分离收集器，由索氏提取器与冷凝器组合构成，利用植物精油与水密度的差异而实现精油分离和收集。精油分离器的大小可以是收集1-99个物料批次的植物物料蒸馏法所分离到的植物精油，而不被氧化或者空气中的微粒或微生物污染。
④空气过滤装置，用于空气的辅助除菌过滤，避免更换物料期间设备内部空气的轻微降温造成的空气倒流而造成的精油被空气中的微粒或微生物污染。
⑤干燥器结构，用于盛放干燥剂，预防过滤器装置被水蒸气润湿而被污染。
二、连续作业的蒸馏法植物精油提取设备的使用与维护。
1、精油提取有植物材料的准备和装载。
在植物精油提取的过程中即可准备下一批的植物材料到有网格的物料框中，然后将这些盛放物料的物料框放在物料支架上，也可以直接将植物材料装载到罐体的支架或框中。物料框可以是有序多层的放置在物料装载篮、框或架上，也可以是单层放置。整个装载物料或物料框的过程中要注意不能放得严密，确保精油的提取介质（水或蒸汽）能够在植物材料之间自由的快速流通，以免影响精油提取的效果和收率。待前一批次植物精油提取完毕，显示没有精油在冷凝器中冷凝析出，即可打开提取罐的盖体结构，将前一批次的植物材料及装载物料的篮、框及架一并取出，将准备好的装载有植物材料的物料篮、框及架一并放入，放到提取罐设备内侧的支架环或凸出位置；后重新密封罐盖体，提取植物精油。
2、植物精油的收集。
植物精油提取结束后，可以逐批收集分离得到的植物精油，也可以多个批次的植物材料分离提取完成后一并分离植物精油。根据植物精油的密度情况，去除索氏提取器的水，将植物精油收集到相应的容器中，并按有关的管理规范进行植物精油的标识，并取样进行质量检验。
3、空气过滤装置及干燥器的维护。
整个植物精油的提取过程中需要关注干燥器内的干燥剂不得完全润湿，否则不能起到应有的对过滤器的干燥保护作用。
在一定生产阶段结束后的提取植物精油的非生产期间，进行空气过滤装置及干燥器的维护，需要去除干燥器内的干燥剂进行干燥后重新装入或者直接更换新的干燥好的干燥剂，清洁空气过滤器并干燥，必要时进行灭菌处理。在安装空气过滤器装置之前应测试其完整性，完整性测试不合格的过滤器不得继续使用。
