Устройство для получения растительных экстрактов и гидролатов под воздействием СВЧ-энергии Российский патент 2025 года по МПК C11B1/10 C11B9/02 B01D11/02 

Изобретение относится к пищевой и эфиромасличной промышленности, а именно к устройствам для избирательного извлечения полезных веществ из растительного сырья, в том числе эфирных масел, под воздействием СВЧ-энергии.

Известно устройство, относящееся к области создания промышленных устройств для экстракции ценных веществ, содержащихся в естественном состоянии в свежесобранном растительном сырье, в едином процессе с помощью только СВЧ-энергии и без дополнительной очистки или обработки экстракта [Патент на полезную модель №63357], которое включает цилиндрическую камеру из нержавеющей стали, по поверхности которой в заданной последовательности расположены двенадцать магнетронных источников СВЧ-энергии, по ее оси располагается мешок-контейнер из диэлектрического материала с отверстиями для выхода экстракта и водного раствора солей, содержащихся в растительном сырье. Экстрагируемые пары конденсируются на охлаждаемых стенках камеры, стекают вниз и собираются на дне и попадают в сосуд-сборник. Благодаря вращению контейнера с регулируемой скоростью обеспечивается полное поглощение подводимой энергии в заданном объеме камеры. В данном устройстве предусмотрена возможность проведения процесса экстракции при более низких температурах за счет уменьшения давления в рабочем объеме.

К недостаткам данного устройства можно отнести его низкую производительность вследствие периодической организации рабочего процесса, а также то, что для выгрузки из аппарата отработанной твердой фазы съемный мешок контейнер из диэлектрического материала необходимо извлекать из аппарата, что весьма трудоемко.

Отметим, что для различных отраслей промышленности, в частности пищевой, уже предложены эффективные устройства СВЧ-обработки растительного сырья с целью избирательного извлечения из него экстрактивных веществ при использовании различных экстрагентов и его сушки [Копысова, Т.С. Разработка технологии СВЧ-экстрагирования компонентов растительного сырья: специальность 05.20.02 «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук /Копысова Татьяна Сергеевна. - Ижевск, 2013. - 171 с; Патент на полезную модель №121683], однако если воздействие поля СВЧ проводится на эфиромасличное растительное сырье, например, с целью его обезвоживания, то удаленная из него и впоследствии сконденсированная жидкость будет включать и эфирные масла, таким образом СВЧ-воздействие будет способствовать выделению из растительного эфиромасличного сырья эфирных составляющих, и можно будет использовать такое устройство напрямую для получения гидролатов.

Самым близким по технической сути решением является промышленное устройство включающее металлическую камеру и источники СВЧ-излучения, при этом в металлической камере размещена цилиндрическая камера из диэлектрического материала, предназначенная для закладки сырья [Патент RU №2216575]. Вдоль металлической камеры размещено не менее шести расположенных в два ряда источников СВЧ-энергии. Устройство дополнительно содержит антенную систему для равномерного облучения сырья, обеспечивающую полное поглощение подводимой СВЧ-энергии. При этом диэлектрическая камера с помещенным в нее цилиндрическим контейнером вращается со скоростью от 2 до 10 об/мин. Металлическая камера изготавливается герметичной и имеет патрубок для подключения средств создания либо разреженного, либо повышенного давления.

К недостаткам данного устройства также можно отнести его низкую производительность вследствие периодической организации рабочего процесса, отсутствие возможности проведения процесса экстракции в среде экстрагента, а также то, что загрузка диэлектрической камеры сырьем производится путем помещения в нее цилиндрического мешка из сетчатого диэлектрического материала, заранее заполненного растительным сырьем, которое по окончании процесса извлекают из камеры, что приводит к дополнительным временным и ресурсным затратам. К тому же, в случае организации процесса экстрагирования ценных компонентов из растительного сырья в среде растворителя, что вполне можно реализовать в данном устройстве, он осложнится тем, что отработанный материал будет иметь высокую влажность после длительно взаимодействия с экстрагентом, при этом, если экстрагент представляет ценность с экономической точки зрения (например, этиловый спирт), при такой разгрузке будут наблюдаться значительные его потери. Следует отметить, что в некоторых технологиях пищевой, фармацевтической промышленности ценность представляет и отработанное растительное сырье в виде жмыха, шрота и т.п.(например, пищевые волокна), которое при использовании конструкции СВЧ-устройства по прототипу необходимо будет перерабатывать далее для удаления влаги и экстрагента.

Технической задачей изобретения является создание устройства непрерывного действия для получения растительных экстрактов или гидролатов под воздействием СВЧ-энергии из растительного сырья с возможностью получать сухой продукт в виде остатка твердой фазы отработанного материала после экстрагирования с низкой влажностью.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности устройства для получения растительных экстрактов или гидролатов за счет обеспечения непрерывного процесса экстракции.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата устройство для получения растительных экстрактов и гидролатов под воздействием СВЧ-энергии, содержащем цилиндрический корпус экстрактора с источниками СВЧ-излучения, внутри которого установлена диэлектрическая цилиндрическая камера для исходного сырья, дополнительно снабжено приемным бункером, входной патрубок которого оснащен распределительным шнеком и жестко соединен с диэлектрической цилиндрической камерой, при этом камера выполнена перфорированной и снабжена соосно установленным диэлектрическим шнеком, кроме того, нижняя часть цилиндрического корпуса экстрактора оснащена патрубком, обеспечивающим ввод экстрагента и отвод гидролата, в верхней части смонтирован выводной канал для отработанного растительного сырья.

Устройство обеспечивает поступательное движение исходного сырья вдоль диэлектрической камеры, обеспечивая более равномерный его нагрев, что позволяет сократить время проведения процесса экстракции, как с использованием экстрагентов, так и без них. За счет непрерывной организации рабочего процесса производительность экстрактора увеличивается в несколько раз, при этом на выходе отработанное растительное сырье превращается в обезвоженный и измельченный, практически в сухой продукт с низкой влажностью.

Предлагаемое устройство представлено на чертежах.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства;

на фиг. 2 устройство, разрез по А-А.

Устройство включает: приемный бункер 1; металлический распределительный шнек 2; входной патрубок 3; диэлектрическую цилиндрическую перфорированную камеру 4; соосно расположенный диэлектрический шнек 5; цилиндрический корпус экстрактора 6; патрубок 7 для ввода экстрагента и отвода гидролата; сливного патрубка 8; приводные станции 9, 10; генераторы СВЧ-энергии 11, 12; волноводные излучатели 13; выводной канал 14.

Устройство работает следующим образом.

Пример 1. Получение экстракта.

Растительное сырье, подвергаемое экстракции, помещается в приемный бункер 1 в котором посредством металлического распределительного шнека 2 оно транспортируется до входного патрубка 3, жестко соединенного с диэлектрической цилиндрической перфорированной камерой 4. Растительное сырье, поступившее в патрубок 3 и поддавливаемое металлическим распределительным шнеком 2, транспортируется до нижнего уровня диэлектрической цилиндрической перфорированной камеры 4, в котором посредством диэлектрического шнека 5 оно подхватывается и перемещается вверх. В момент, когда растительное сырье поступает на нижний уровень диэлектрической цилиндрической камеры 4, через патрубок 7 в цилиндрический корпус экстрактора 6 подается экстрагент, который заполняет все рабочее пространство экстрактора, включая и пространство диэлектрической цилиндрической камеры 4 за счет имеющихся в ней множества отверстий перфорации, при этом смешиваясь с растительным сырьем, до уровня сливного патрубка 8. При достижении экстрагентом уровня сливного патрубка 8 начинается процесс экстракции. Поступающий жидкий экстрагент должен иметь на входе в рабочую камеру напор, соответствующий или выше определенного давлению, оказываемого столбом жидкости на основание рабочей камеры экстрактора 6. Регулирование длительности нахождения экстрагента в рабочей камере экстрактора 6, до достижения им уровня сливного патрубка 8, через который осуществляется самопроизвольное стекание экстракта под действием сил тяжести, осуществляется изменением расхода экстрагента. Регулирование объема поступающего сырья на экстракцию в приемном бункере 1 осуществляется изменением угловой скорости вращения металлического распределительного шнека 2, который связан с приводной станцией 9. Регулирование длительности нахождения сырья во внутреннем рабочем объеме камеры экстрактора 6 осуществляется регулированием угловой скорости диэлектрического шнека 5, который связан с приводной станцией 10. На верхней поверхности рабочей камеры экстрактора 6 имеется шесть герметически уплотненных вакуумных окон, в которых герметично располагаются генераторы СВЧ-энергии 11 и 12, размещенных вдоль камеры на двух уровнях, угол между которыми в поперечной плоскости сечения камеры составляет 90° (фиг. 2). Каждый из шести магнетронов, расположенных на разных уровнях, генерирующих на частоте 2450 МГц, мощностью 1 кВт, через коаксиальный переход подключен к своему волноводному излучателю 13, который представляет собой уголок, срезанный под углом 25° и в широкой стенке которого имеется окно, через которое излучается СВЧ-энергия. Диаграмма направленности каждого излучателя в плоскости, содержащей ось цилиндра, по отношению к образующей цилиндра диэлектрической камеры имеет угол наклона примерно 70°, как это показано пунктиром для одного из излучателей на фиг. 1. Два соседних магнетрона в этом ряду имеют излучатели с такой же диаграммой направленности. При проведении только процедуры экстракции целевых компонентов из растительного сырья генераторы СВЧ-энергии 12 не подключаются. Полученный экстракт самотеком, под действием сил тяжести, сливается в специальный сборник через патрубок 8, а сухой продукт, посредством диэлектрического шнека 5, выводится через выводной канал 14.

Пример 2. Получение экстракта и сухого продукта

Устройство работает, как и в примере 1, только помимо генераторов СВЧ-энергии 11 в данном случае одновременно подключаются и генераторы СВЧ-энергии 12, вследствие чего, влажной растительное сырье, проходя сквозь СВЧ-воздействие, организованное этими генераторами СВЧ-энергии 12, теряет влагу до необходимых значений. Далее остаток твердой фазы отработанного материала после экстрагирования с низкой влажностью, посредством диэлектрического шнека 5, который дополнительно отжимает жидкую фазу на выходе диэлектрической цилиндрической перфорированной камеры 4, выводится через выводной канал 14.

Пример 3. Получение гидролата

Эфиромасличное растительное сырье, подвергаемое СВЧ-обработке, помещается в приемный бункер 1 в котором посредством металлического распределительного шнека 2 оно транспортируется до входного патрубка 3, жестко соединенного с диэлектрической цилиндрической перфорированной камерой 4, и с приемным бункером 1. Эфиромасличное растительное сырье, поступившее в патрубок 3 и поддавливаемое металлическим распределительным шнеком 2, транспортируется до нижнего уровня диэлектрической цилиндрической перфорированной камеры 4, в котором посредством диэлектрического шнека 5 оно подхватывается и перемещается вверх. В момент, когда эфиромасличное растительное сырье поступило на нижний уровень диэлектрической цилиндрической камеры 4 на верхней поверхности рабочей камеры экстрактора 6 включаются генераторы СВЧ-энергии 11 и 12, размещенные вдоль камеры на двух уровнях. Эфиромасличное растительное сырье проходя сквозь зону СВЧ излучения, под его воздействием теряет через перфорацию цилиндрической перфорированной камеры 4 в виде паровой смеси не только влагу, но и эфирные масла, которые конденсируясь, в том числе и за счет контакта с относительно холодной поверхностью рабочей камеры экстрактора 6, начинают накапливаться в ней на нижнем уровне в виде жидкого гидролата, который через патрубок 7 сливается в приемник-разделитель (на схеме не показан), предназначенный для последующего отделения эфирных масел. Далее остаток твердой фазы отработанного материала после экстрагирования с низкой влажностью, посредством диэлектрического шнека 5, который дополнительно отжимает жидкую фазу на выходе диэлектрической цилиндрической перфорированной камеры 4, выводится через выводной канал 14.

Таким образом, повышение производительности избирательного извлечения полезных веществ из растительного сырья, в том числе эфирных масел, под воздействием СВЧ энергии в предлагаемом устройстве достигается путем реализации в нем непрерывного процесса за счет встраивания в его конструкцию транспортирующих шнеков, как на этапе загрузки и доставки сырья в рабочую камеру экстрактора, так и непосредственно при реализации его основных функций, при этом с возможностью получать сухой продукт в виде остатка твердой фазы отработанного растительного материала с низкой влажностью.

Положительный эффект - предлагаемое устройство по сравнению с известными позволяет не только эффективно проводить процесс экстрагирования из измельченного твердого растительного сырья, но и получать отработанный твердый материал в обезвоженном и измельченном виде. Процесс экстрагирования и обезвоживания происходят в одном аппарате непрерывно, что значительно повышает производительность, технологичность и снижает потери сырья. Влажность готового продукта (отработанного растительного сырья) составляет не более 10%, что позволяет хранить его длительное время и использовать в отдельных технологиях пищевой промышленности.

Выводы. По сравнению с прототипом предложенное устройство дает возможность повысить производительность устройства для получения растительных экстрактов или гидролатов.

Список источников, принятых во внимание:

1. Патент на полезную модель №63357 U1 Российская Федерация, МПК С11В 1/10. Промышленный СВЧ-экстрактор: №2006146410/22: заявл. 27.12.2006: опубл. 27.05.2007 / Н.И. Малых, А.И. Марколия, Л.Г. Голубчиков и др.

2. Копысова Т.С. Разработка технологии СВЧ-экстрагирования компонентов растительного сырья: специальность 05.20.02 «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Копысова Татьяна Сергеевна. - Ижевск, 2013. - 171 с.

3. Патент на полезную модель №121683 U1 Российская Федерация, МПК Н05В 6/64. сушильная СВЧ-печь конвейерного типа: №2012102760/07: заявл. 26.01.2012: опубл. 27.10.2012 / Р.В. Антонов, Ф.А. Новожилов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромская государственная сельскохозяйственная академия».

4. Патент на изобретение №2216575 С2 Российская Федерация, МПК С11В 1/10. Промышленное устройство для экстракции ценных веществ из растительного сырья с помощью СВЧ-энергии: №2002100237/13, заявл. 11.01.2002: опубл. 20.11.2003 / А.И. Марколия, Н.И. Малых, Л.Г. Голубчиков и др.

Изобретение относится к пищевой и эфиромасличной промышленности. Раскрыто устройство для получения растительных экстрактов и гидролатов под воздействием СВЧ-энергии, содержащее цилиндрический корпус экстрактора с источниками СВЧ-излучения, внутри корпуса экстрактора установлена диэлектрическая цилиндрическая камера для исходного сырья. Устройство дополнительно снабжено приемным бункером, входной патрубок которого оснащен распределительным шнеком и жестко соединен с диэлектрической цилиндрической камерой, при этом камера выполнена перфорированной и снабжена соосно установленным диэлектрическим шнеком, обеспечивая непрерывный процесс экстракции, кроме того, нижняя часть цилиндрического корпуса экстрактора оснащена патрубком, обеспечивающим ввод экстрагента и отвод гидролата, устройство также включает сливной патрубок для слива экстракта, а в верхней части устройства смонтирован выводной канал для отработанного растительного сырья. Изобретение обеспечивает повышение производительности экстракции за счет непрерывного процесса экстракции. 2 ил., 3 пр.

Устройство для получения растительных экстрактов и гидролатов под воздействием СВЧ-энергии, содержащее цилиндрический корпус экстрактора с источниками СВЧ-излучения, внутри корпуса экстрактора установлена диэлектрическая цилиндрическая камера для исходного сырья, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено приемным бункером, входной патрубок которого оснащен распределительным шнеком и жестко соединен с диэлектрической цилиндрической камерой, при этом камера выполнена перфорированной и снабжена соосно установленным диэлектрическим шнеком, обеспечивая непрерывный процесс экстракции, кроме того, нижняя часть цилиндрического корпуса экстрактора оснащена патрубком, обеспечивающим ввод экстрагента и отвод гидролата, устройство также включает сливной патрубок для слива экстракта, а в верхней части устройства смонтирован выводной канал для отработанного растительного сырья.