СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АРОМАТНЫХ И ЖИРНЫХ МАСЕЛ Российский патент 2005 года по МПК C11B1/10 C11B9/02 

Изобретение относится к технологии экстракционного извлечения ароматных и жирных масел из растительного сырья.

Известен способ экстрагирования растительного сырья, предусматривающий смешивание сырья с жидким экстрагентом, нагревание смеси до температуры 40-80°С, периодическое вакуумирование экстракционной смеси с подводом теплоты для поддержания ее температуры на 5-15°С выше температуры кипения при давлении вакуумирования и повышение давления до исходного значения с последующим отделением экстракта (SU 1286232 А1, 30.01.1987).

Данный способ может быть реализован с использованием неполярных экстрагентов, жидких при нормальных условиях, и неприемлем для экстрагирования с использованием неполярных сжиженных газов, которые не допускают предварительного нагрева, а рекомендуемый температурный режим превосходит их критическую температуру, что исключает их существование в жидком фазовом состоянии и возможность кипения при любых параметрах давления. Помимо того, данный способ неприемлем для извлечения ароматных масел, которые теряются в процессе предварительного нагрева экстракционной смеси и при ее вакуумировании с одновременным подводом теплоты.

Известен способ экстрагирования растительного сырья неполярными сжиженными газами, предусматривающий проведение экстрагирования в несколько стадий, между которыми осуществляют слив мисцеллы, сброс давления над сырьем и возврат мисцеллы с последующим разделением фаз и выделением целевого продукта из мисцеллы (SU 1018639 А, 20.05.1983).

Данный способ исключает потерю ароматных масел и предназначен для экстрагирования только сжиженными газами, но по сравнению с предыдущим способом данный способ имеет меньшую интенсивность массообмена, что объясняется следующим.

При вскипании экстрагента в составе экстракционной смеси происходит разрушение клеточной структуры растительного сырья ударными волнами, возникающими при образовании каждого пузырька газовой фазы в жидкой. Это приводит к развитию поверхности контакта фаз и падению диффузионного сопротивления сырья. Всплывающие под действием архимедовой силы в экстракционной смеси пузырьки газовой фазы осуществляют ее перемешивание, что ускоряет процесс обновления поверхности контакта фаз. Все перечисленные явления интенсифицируют массообмен в процессе экстрагирования по первому аналогу. При сбросе давления над сырьем после слива газожидкостной мисцеллы происходит вскипание только впитанной сырьем части экстрагента. В результате также происходит разрушение клеточной структуры сырья и, как следствие, увеличение его свободной поверхности и снижение диффузионного сопротивления, но перемешивание экстракционной смеси в этом варианте исключено из-за отсутствия жидкой фазы в процессе вскипания части экстрагента. То есть во втором аналоге интенсивность массообмена всегда будет ниже, чем в первом за счет меньшего значения критерия Био.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства ароматных и жирных масел, предусматривающий смешивание растительного сырья с неполярным экстрагентом, обработку экстракционной смеси микроволновой энергией, разделение фаз и выделение целевого продукта из мисцеллы (CN 1061729 А, 10.06.1992).

Данный способ приемлем для использования в нем любых неполярных экстрагентов, но недостатками этого способа являются длительность технологического цикла из-за экстенсивности массообмена и высокая энергоемкость процесса.

Техническим результатом изобретения является сокращение длительности технологического цикла и снижение энергозатрат.

Этот результат достигается тем, что в способе производства эфирных и жирных масел, предусматривающем смешивание растительного сырья с неполярным экстрагентом, обработку экстракционной смеси микроволновой энергией, разделение фаз и выделение целевого продукта из мисцеллы, согласно изобретению обработку экстракционной смеси микроволновой энергией осуществляют в осциллирующем режиме, в процессе воздействия на экстракционную смеси микроволновой энергии давление в ней сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, а одновременно с прекращением действия микроволн на экстракционную смесь давление в ней повышают до исходного значения.

Способ реализуется следующим образом.

Масличное или эфиромасличное растительное сырье после соответствующей подготовки смешивают с неполярным экстрагентом. Полученную экстракционную смесь обрабатывают микроволновой энергией в осциллирующем режиме. Давление в экстракционной смеси в процессе воздействия на нее микроволн сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения, соответствующего давлению насыщенных паров экстрагента при температуре экстрагирования, в момент прекращения действия микроволн на экстракционную смесь. Параметры осциллирующего режима выбирают из условия максимальной эффективности воздействия пульсаций давления на экстрагируемое сырье по известным зависимостям (Ломачинский В.А. Высокоэффективные технологии переработки растительного сырья, - М.: Русские технологии, 1996, с.54-56). Затем осуществляют разделение фаз и выделение целевого продукта из мисцеллы.

Как известно, обработка микроволновой энергией приводит к неравномерному нагреву экстракционной смеси и интенсивному экстрагированию полярных компонентов масел из межклеточных капилляров обрабатываемого сырья. Помимо того, происходит разогрев внутреннего содержимого клеток, что приводит к возрастанию внутриклеточного давления и некоторому ускорению диффузии через клеточные мембраны обрабатываемого сырья за счет разницы давлений. При сбросе давления до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, образование каждого пузырька газовой фазы в экстракционной смеси сопровождается созданием ударной волны, действие которой ослабевает пропорционально квадрату расстояния от эпицентра. Следует отметить, что в данном способе в отличие от указанного первым аналога при отсутствии внешнего подвода теплоты частицы твердой фазы в экстракционной смеси служат центрами парообразования, и большинство пузырьков образуется на поверхности обрабатываемого сырья, а не на теплоподводящей поверхности, как в первом аналоге, поэтому обрабатываемое сырье испытывает максимальное действие ударных волн. Это приводит к разрушению клеточной структуры сырья за счет ударных нагрузок и накопления усталостных и термических напряжений, возникающих в результате циклического изменения разницы внутриклеточного и внешнего давления и температуры под действием осциллирующего подвода микроволновой энергии. Следует отметить, что в первом аналоге накопление в частицах твердой фазы термических напряжений исключено термостатированием экстракционной смеси. В результате удельные энергозатраты в нем на разрушение клеточной структуры сырья, то есть на обеспечение одинаковой с предлагаемым способом интенсивности массообмена, всегда будут выше, чем в предлагаемом способе. С прекращением действия микроволн в экстракционной смеси возникают конвективные потоки, выравнивающие поле температур. Одновременное повышение давления до исходного значения в сочетании с охлаждением растительного сырья приводит к ускорению диффузии экстрагента внутрь клеток.

Разрушение клеточной структуры растительного сырья начинается с незначительных изменений, но их скорость нарастает с каждым циклом изменения давления. Это приводит к постоянному увеличению с нарастающей скоростью поверхности контакта фаз, ее ускоренному обновлению и ускорению в процессе экстрагирования. В итоге разрушенные клеточные мембраны растительного сырья уже не оказывают сопротивления высокоэффективному экстрагированию масел под действием микроволн, а интенсивность массообмена многократно возрастает по сравнению с наиболее близким аналогом.

Опытным путем установлено, что по сравнению с наиболее близким аналогом предлагаемый способ при одинаковых параметрах микроволн позволяет сократить продолжительность технологического цикла, по меньшей мере, в 6 раз и снизить удельные энергозатраты, по меньшей мере, в 4 раза, а по сравнению с первым аналогом при одинаковой интенсивности массообмена сократить удельные энергозатраты, по меньшей мере, в 2 раза.

Проводят экстрагирование растительного сырья неполярным экстрагентом. Экстракционную смесь обрабатывают микроволновой энергией в осциллирующем режиме. В процессе воздействия на экстракционную смесь микроволн давление в ней сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают его до исходного значения в момент прекращения действия микроволн. После завершения экстрагирования разделяют фазы и выделяют целевой продукт из мисцеллы. Изобретение позволяет сократить энергозатраты и продолжительность процесса.

Способ производства эфирных и жирных масел, предусматривающий смешивание растительного сырья с неполярным экстрагентом, обработку экстракционной смеси микроволновой энергией, разделение фаз и выделение целевого продукта из мисцеллы, отличающийся тем, что обработку экстракционной смеси микроволновой энергией осуществляют в осциллирующем режиме, в процессе воздействия на экстракционную смесь микроволновой энергии давление в ней сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, а одновременно с прекращением действия микроволн на экстракционную смесь давление в ней повышают до исходного значения.