СПОСОБ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ
EXTRACTION METHOD

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам для извлечения полезных веществ из растительного сырья.
Известен способ экстрагирования с использованием экстрактора для системы твердое тело - жидкость (Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011) включающий загрузку растительного сырья и экстрагента в корпус, их перемешивание посредством мешалки. В поле центробежных сил происходит перемешивание экстракционной смеси. По мере насыщения экстракт проходит через решетчатую перегородку, где проводится грубая фильтрация и сливается по патрубку в фильтр для отделения примесей и направляется в сборник, где отстаивается от оставшихся элементов после фильтрации. В зависимости от степени насыщения экстракта, последний направляется на рециркуляцию при помощи вакуум-насоса в полость вала перемешивающего устройства. После завершения процесса экстрагирования при работающем приводе экстракт полностью сливают из корпуса, а проэкстрагированное сырье выводят через патрубок, соединенный с разгрузочным устройством, где сырье до конца отжимается. Далее цикл работы экстрактора повторяется, а выделенный экстракт сливают из сборника.
Недостатками известного способа экстрагирования растительного сырья являются: невозможность осуществления центрифугирования (отжима) исходного растительного сырья; необходимость осуществления рециркуляции экстракта посредством вакуум-насоса во время работы установки; необходимость грубой фильтрации экстракта, что влечет за собой существенное увеличение трудоемкости и времени выполнения работ.
Известен способ экстрагирования растительного сырья (Описание изобретения к патенту RU 2434662, МПК B01D 11/02 (2006.01), заявлено 04.02.2008, опубликовано 10.08.2011), включающий экстрагирование и центрифугирование в одном устройстве. Сырье загружают в центрифугу при малых оборотах ротора, затем импульсами на малых оборотах ротора в сырье подают растворитель, после этого при малых оборотах ротора интенсифицируют перемешивание сырья и растворителя импульсами вводимого сжатого газа до завершения процесса экстрагирования. При этом растворитель с продуктом остаются в центрифуге, после чего растворитель с продуктом выводят из центрифуги при больших оборотах ротора. Устройство для экстрагирования растительного сырья содержит фильтрующий ротор с отверстиями для выхода продукта, расположенными на его наружной поверхности, и привод. Наружную поверхность ротора плотно охватывает закрепленное на нем кольцеобразное полотно из эластичного материала, перекрывающее выпускные отверстия для продукта и способное отходить от указанной наружной поверхности под воздействием центробежных сил вращения. Внутрь ротора введены патрубки загрузки сырья и выгрузки отработанного сырья, сопло импульсной подачи растворителя и сопло импульсной подачи сжатого газа. Техническим результатом является интенсификация процесса экстрагирования, снижение объема растворителей и, следовательно, снижение энергозатрат на перегонку растворителей для получения конечного продукта.
Недостатками известного способа экстрагирования растительного сырья является сложность его реализации, связанная с необходимостью импульсной подачи сжатого газа, а также сложность проведения циклического центрифугирования, так как проведение этой операции требует перекачки экстракта за пределы устройства и последующего его возвращения, что влечет за собой существенное увеличение трудоемкости и времени выполнения работ.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является известный способ получения водосодержащих пропиленгликолевых экстрактов растительного сырья с повышенной устойчивостью к микробиологическому загрязнению (Описание изобретения к патенту RU 2372132, МПК B01D 11/02 (2006.01), A61K 36/00 (2006.01), заявлено 21.08.2008, опубликовано 10.11.2009), включающий экстрагирование сырья водосодержащим пропиленгликолевым экстрагентом в роторно-пульсационном аппарате без предварительного замачивания в режиме непрерывной циркуляции с последующим отделением твердой растительной части фильтрованием. Реализуется данный способ следующим образом. В реакционную емкость загружают предварительно высушенное и измельченное растительное сырье, добавляют экстрагент. Осуществляют вращение ротора. Полученную массу выводят из реакционной емкости, фильтруют, полученный экстракт анализируют на стандартные показатели качества, содержание флавоноидов и микробиологическую чистоту.
Недостатком данного известного способа является недостаточная его эффективность, необходимость операции фильтрования для отделения твердой фазы от экстрагента, а также сложность проведения циклического центрифугирования, так как проведение этой операции требует перекачки экстракта за пределы устройства и последующего его возвращения, что влечет за собой существенное увеличение трудоемкости и времени выполнения работ.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности процесса экстрагирования.
Достигается технический результат тем, что в способе экстрагирования, включающем загрузку в реакционную емкость растительного сырья, экстрагента, вращение ротора, выведение полученной массы из реакционной емкости, ее фильтрование, анализ полученного экстракта, ротор вращают попеременно то в одну, то в другую сторону, при этом на роторе с возможностью вращения установлены пластинчатые перфорированные отверстиями ножи с одной режущей кромкой, имеющие ограничитель поворота относительно ротора, обеспечивающие при вращении ротора в одну сторону разрушение структуры растительного сырья путем его доизмельчения, при вращении ротора в противоположную сторону осуществляют перемешивание растительного сырья и экстрагента.
На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа экстрагирования при роторе, работающем в режиме перемешивания. На фиг. 2 представлено устройство для реализации способа экстрагирования при роторе, работающем в режиме разрушение структуры растительного сырья. На фиг. 3 представлен вид А устройства для реализации способа экстрагирования. На фиг. 4 представлено сечение Б-Б устройства для реализации способа экстрагирования. На фиг. 5 представлено сечение В-В устройства для реализации способа экстрагирования.
Способ экстрагирования включает загрузку в реакционную емкость растительного сырья, экстрагента, вращение ротора, выведение полученной массы из реакционной емкости, ее фильтрование, анализ полученного экстракта. Ротор вращают попеременно то в одну, то в другую сторону. На роторе с возможностью вращения установлены пластинчатые перфорированные отверстиями ножи с одной режущей кромкой, имеющие ограничитель поворота относительно ротора. При вращении ротора в одну сторону осуществляют разрушение структуры растительного сырья путем его доизмельчения. При вращении ротора в противоположную сторону осуществляют перемешивание растительного сырья и экстрагента. Данный цикл работы повторяют необходимое количество раз.
Количество циклов реверсирования движения может быть различным и зависит от вида исходного сырья, крупности его фракции, вида экстрагента, количественного соотношения исходного сырья и экстрагента и устанавливается экспериментально для каждого сочетания факторов.
Реализован описанный способ экстрагирования растительного сырья может быть с использованием установки, включающей рекреационную емкость 1 с крышкой 2, ротор 3. На роторе 3 установлены пластинчатые перфорированные отверстиями 4 ножи 5 с одной режущей кромкой 6. Ножи установлены на роторе на разной высоте и равномерно распределены по окружности описанной вокруг геометрической оси вращения ротора. Ножи ориентированы радиально по отношению к ротору и установлены на нем с возможностью их вращения относительно ротора. При этом ось 7 вращения ножей относительно ротора близка или совпадает с геометрической осью режущей кромки ножа. Ножи имеют ограничители 8 их поворота относительно ротора.
Через патрубок 9 загружают исходное сырье. Через патрубок 10 загружают экстрагент. При вращении ротора в одну сторону, согласно фиг. 1 по часовой стрелке, за счет того, что ось 7 вращения ножей относительно ротора близка или совпадает с геометрической осью режущей кромки ножа, нож будет поворачиваться вокруг геометрической оси своего крепления к полому валу до упора в ограничитель. При этом нож займет положение, при котором его широкая плоскость будет находиться под острым углом к геометрической оси вращения полого вала (фиг. 1). В таком положении ножа ротор будет обеспечивать перемешивание исходного сырья с экстрагентом. Наличие отверстий перфорации в ноже будет способствовать интенсификации данного процесса.
При реверсировании вращения ротора за счет того, что ось 7 вращения ножей относительно ротора близка или совпадает с геометрической осью режущей кромки ножа, нож будет поворачиваться вокруг геометрической оси своего крепления к полому валу до положения, при котором его режущая кромка будет находиться перпендикулярно геометрической оси вращения полого вала (фиг. 2). В этом режиме работы ротор с установленными на нем ножами будет обеспечивать разрушение структуры растительного сырья путем перерезания его волокон и тем самым обеспечивать доступ экстрагента к новой поверхности растительно сырья.
Следующее реверсирование движения позволит осуществлять интенсивное перемешивание экстрагента и исходного сырья при котором будет осуществляться интенсивный отвод экстрагируемых веществ от вновь созданных в результате разрушения структуры растительного сырья на предыдущем этапе поверхностей волокон.
По мере насыщения экстракт проходит через решетчатую перегородку 11, где проводится грубая фильтрация и сливается по патрубку 15 в фильтр 16 для отделения примесей и направляется в сборник 17, где отстаивается от оставшихся элементов после фильтрации.
После завершения процесса экстрагирования при работающем приводе 12 экстракт полностью сливают из рекреационной камеры 1, а проэкстрагированное сырье выводят через патрубок 13, соединенный с разгрузочным устройством 14, где сырье до конца отжимается.
Известно, что в основе процесса экстракции лежит диффузионный перенос извлекаемых из исходного сырья веществ в экстрагент. В результате диффузии происходит перенос из клеток через клеточные оболочки к поверхности частиц исходного сырья извлекаемых веществ, на поверхности исходного сырья образуется неподвижный диффузионный слой, толщина которого различна и зависит от скорости движения экстрагента относительно сырья. Диффузионный слой является сопротивлением для экстракции веществ, т.к. замедляет выход веществ из сырья. Преодолев диффузионный слой, извлекаемые вещества распределяются по всему объему экстрагента по законам свободной конвективной диффузии.
Действенным способом создания условий, при которых происходит интенсификация разрушения диффузионного слоя на поверхности частиц исходного сырья, является обеспечение передвижения экстрагента относительно исходного сырья путем их перемешивания в ходе процесса экстракции.
При вращении ротора в одну сторону осуществляют разрушение структуры растительного сырья путем его доизмельчения и тем самым осуществляют доступ экстрагента к новой поверхности растительного сырья.
При вращении ротора в противоположную сторону осуществляют перемешивание растительного сырья и экстрагента и тем самым осуществляют интенсивное омывание экстрагентом исходного сырья.
За счет установки на роторе пластинчатых перфорированных отверстиями ножей с одной режущей кромкой с возможностью их вращения относительно ротора и наличию ограничителя их поворота относительно ротора при вращении ротора в одну сторону обеспечивается разрушения структуры растительного сырья путем его доизмельчения и тем самым улучшаются условия доступа экстрагента к новой поверхности растительного сырья, а при вращении ротора в другую сторону - интенсификация перемешивания растительного сырья и экстрагента.
Такое сочетание процессов разрушения структуры исходного сырья и перемешивания способствует разрушению застойных зон сырья по всему объему рекреационной камеры, облегчая доступ экстрагента ко всей поверхности каждой частицы твердого тела. Все это способствует повышению эффективности процесса экстрагирования.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011.
2. Описание изобретения к патенту RU 2434662, МПК B01D 11/02 (2006.01), заявлено 04.02.2008, опубликовано 10.08.2011.
3. Описание изобретения к патенту RU 2372132, МПК B01D 11/02 (2006.01), A61K 36/00 (2006.01), заявлено 21.08.2008, опубликовано 10.11.2009.