Способ экстракции биологического сырья
Владельцы патента RU 2255788:
Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности (государственное научное учреждение) (RU)
Изобретение относится к технологии экстракции твердого биологического сырья жидкими экстрагентами. Способ экстракции биологического сырья, предусматривающий его смешивание с жидким экстрагентом, генерирование в экстракционной смеси акустических колебаний за счет образования в ней газовой фазы и разделение мисцеллы и шрота, при этом создание акустических колебаний осуществляют путем резкого понижения давления в экстракционной смеси с последующим плавным повышением его до исходного значения, причем изменение давления проводят с инфразвуковой частотой. Изобретение позволяет расширить технологические возможности и сократить удельные энергозатраты.
Изобретение относится к технологии экстракции твердого биологического сырья жидкими экстрагентами.
Известен способ экстракции биологического сырья, предусматривающий смешивание сырья с жидким экстрагентом, нагревание смеси до температуры 40-80°С, генерирование в смеси акустических колебаний за счет периодического вакуумирования с подводом теплоты для поддержания температуры на 5-15°С выше температуры кипения при давлении вакуумирования и повышения давления до исходного значения и разделение мисцеллы и шрота (SU 1286232 А1,30.01.1987).
Недостатками этого способа являются невозможность его использования для экстрагентов с критической температурой или температурой кипения при атмосферном давлении ниже 40°С, высокая энергоемкость из-за низкого КПД использования энергии фазового перехода экстрагента для разрушения клеточной структуры сырья при локализации зоны кипения на теплоподводящей поверхности.
Наиболее близким к предлагаемому является способ экстракции биологического сырья, предусматривающий его смешивание с жидким экстрагентом, генерирование в экстракционной смеси акустических колебаний за счет образования в ней газовой фазы, осуществляемое путем экзотермического взаимодействия компонентов экстрагента, или термодеструкции лабильных солей угольной кислоты, входящих в состав экстрагента, или диспергирования в экстракционной смеси сжиженных газов, и разделение мисцеллы и шрота (Квасенков О.И. Совершенствование технологии получения и применения экстрактов растительного сырья в пищевой промышленности. Дис. к.т.н. - М.: ВНИИКОП-РосЗИТЛП, 1996, с.12-22).
Недостатками этого способа являются возможность его реализации при использовании экстрагентов только заданного состава и высокая энергоемкость из-за низкого КПД использования энергии фазового перехода экстрагента для разрушения клеточной структуры сырья при равномерном распределении зон образования или схлопывания пузырьков газовой фазы по всему объему экстракционной смеси.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей и сокращение удельных энергозатрат.
Этот результат достигается тем, что в способе экстракции биологического сырья, предусматривающем его смешивание с жидким экстрагентом, генерирование в экстракционной смеси акустических колебаний за счет образования в ней газовой фазы и разделение мисцеллы и шрота, согласно изобретению создание акустических колебаний осуществляют путем резкого понижения давления в экстракционной смеси с последующим плавным повышением его до исходного значения, причем изменение давления проводят с инфразвуковой частотой.
Способ реализуется следующим образом.
Сырье растительного, животного или микробиологического происхождения смешивают с любым приемлемым жидким экстрагентом. В полученной экстракционной смеси генерируют акустические колебания при резком снижении давления до вскипания экстрагента и отводят газовую фазу за счет ее выделения из экстракционной смеси при плавном увеличении давления до исходного значения. Изменение давления осуществляют периодически с инфразвуковой частотой для обеспечения наиболее полного удаления газовой фазы экстрагента из экстракционной смеси. Этот процесс может быть реализован, например, на установке, содержащей герметичную емкость, снабженную размещенным в ее стенке приводным элементом, соединенным с приводом неравномерного возвратно-поступательного перемещения, и выхлопным патрубком со средствами его герметизации, синхронизированными с приводом возвратно-поступательного перемещения.
Резкое снижение давления в экстракционной смеси приводит к образованию пузырьков пара, каждый из которых создает ударную волну в экстракционной смеси. Образование пузырьков пара в таких условиях не зависит от состава жидкого экстрагента и происходит в основном на поверхности экстрагируемого сырья, частицы которого служат центрами парообразования.
Как известно, давление во фронте ударной волны обратно пропорционально квадрату расстояния от эпицентра. Поэтому в данном случае, когда пузырьки газовой фазы образуются неравномерно по объему экстракционной смеси, как было показано выше, разрушение клеточной структуры биологического сырья происходит более эффективно, чем в аналогах и при меньших удельных энергозатратах за счет более высокого КПД использования энергии ударных волн.
При плавном повышении давления газовая фаза экстрагента выделяется и отводится из экстракционной смеси. При этом время всплытия каждого пузырька определяется действием на него архимедовой силы при противодействии сил трения и гравитационных сил, что обосновывает возможность изменения давления только с инфразвуковой частотой, поскольку неполное удаление газовой фазы из экстракционной смеси приводит в такте снижения давления к росту объема оставшихся пузырьков газовой фазы экстрагента и к гашению акустических волн на границе раздела газовой и жидкой фазы, что снижает эффективность разрушения клеточной структуры биологического сырья, что, в свою очередь, снижает интенсивность экстрагирования.
После завершения экстрагирования экстракционную смесь разделяют на мисцеллу и шрот. При необходимости мисцеллу концентрируют известными методами.
Следует отметить, что предлагаемый способ может быть реализован при любой температуре экстракции и при использовании как многокомпонентных, так и любых однокомпонентных экстрагентов в отличие от аналогов, поскольку при резком снижении давления в экстракционной смеси возможность вскипания экстрагента определяется только величиной давления.
Пример 1.
Столовую свеклу экстрагируют питьевой водой при 80°С по предлагаемому способу и по первому аналогу при частоте пульсаций давления 1 Гц и сбросе давления за 0,1 c в предлагаемом способе. При одинаковом выходе красителя удельные энергозатраты в предлагаемом способе на 25% ниже, чем в первом аналоге. Второй аналог неприемлем для реализации этой технологии.
Пример 2.
Корни солодки голой экстрагируют водным раствором аммиака при 12°С по предлагаемому способу и по второму аналогу при частоте пульсаций давления 2 Гц и сбросе давления за 0,1 с в предлагаемом способе. При одинаковом выходе глицирризина удельные энергозатраты на его получение в предлагаемом способе на 7% ниже, чем во втором аналоге. Первый аналог неприемлем для реализации данной технологии.
Пример 3.
Отходы переработки рыбы экстрагируют серной кислотой при температуре 60°С по предлагаемому способу и по каждому из аналогов. Частота пульсаций давления в предлагаемом способе и первом аналоге 0,5 Гц, время сброса давления в предлагаемом способе 0,2 с. При одинаковом выходе сухого кормового белкового гидролизата удельные энергозатраты в предлагаемом способе в 2 раза ниже, чем в первом аналоге и на 15% ниже, чем во втором.
Пример 4.
Сухую биомассу микромицета Mortierella alpina экстрагируют жидкой двуокисью углерода при температуре 18°С, частоте пульсаций 0,75 Гц и сбросе давления за 0,2 с в предлагаемом способе. Оба названных аналога неприемлемы для получения арахидоновой кислоты по такой технологии.
Таким образом, предлагаемый способ может быть реализован на более широком спектре жидких экстрагентов при минимальных удельных энергозатратах и при неменьшей эффективности выделения экстрактивных веществ из биологического сырья, чем в известных технологиях.
Способ экстракции биологического сырья, предусматривающий его смешивание с жидким экстрагентом, генерирование в экстракционной смеси акустических колебаний за счет образования в ней газовой фазы и разделение мисцеллы и шрота, отличающийся тем, что создание акустических колебаний осуществляют путем резкого понижения давления в экстракционной смеси с последующим плавным повышением его до исходного значения, причем изменение давления проводят с инфразвуковой частотой.
