ПРОМЫШЛЕННЫЙ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОСФОЛИПИДОВ И ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕЦИТИНА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КОНЦЕНТРАТА СОЕВОГО БЕЛКА
INDUSTRIAL METHOD OF REDUCING PHOSPHOLIPIDS AND PRODUCING LECITHIN FROM SOYA BEAN CONCENTRATE PRODUCTION WASTES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к области производства пищевых смесей, полученных из видов растений, подлежащих переработке, а именно, к способу, в дальнейшем представленному продуктами технологического процесса для получения пигментов из растительного сырья.
[0002] Более конкретно, настоящее изобретение раскрывает восстановление лецитина из мицеллы и/или соевой мелассы, то есть, остатка, полученного в процессе получения концентрата соевого белка (СБК). В первом аспекте настоящее изобретение раскрывает способ экстракции фосфолипидов совместно с экстракцией растворимых сахаров во время промышленного процесса получения СБК. Экстракция фосфолипидов не производится намеренно, поскольку целью технологического процесса СБК является извлечение растворимых сахаров из соевой муки.
[0003] В другом аспекте настоящее изобретение раскрывает промышленный способ извлечения и/или удаления таких фосфолипидов из соевой мицеллы или соевой мелассы, очистки фосфолипидов и использования их для производства соевого лецитина. Кроме того, как хорошо известно, в обычном технологическом процессе производства соевого лецитина всегда использовалось неочищенное соевое масло, и никогда не существовало какого-либо процесса на основе соевой мелассы/мицеллы (производственный остаток при производстве СБК). УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0004] В резервуарах с мицеллой установки по производству концентрата соевого белка наблюдалось осаждение загрязненной фосфолипидной эмульсии. Эту загрязненную фосфолипидную эмульсию доставили в лабораторию, где были проведены анализы и эксперименты по удалению примесей в попытке идентифицировать ее. После двух дней исследований было обнаружено, что эта фосфолипидная эмульсия представляет собой смесь фосфолипидов, основного сырья для производства соевого лецитина. Это открытие было удивительным, так как до сих пор считалось, что лецитин может быть получен только из неочищенного соевого масла с выходом до 1%, и это значение все еще изменяется в диапазоне 0,4-1,0% в расчете на сою с влажностью 14%.
[0005] Таким образом, были изучены различные процессы очистки и ректификации этой загрязненной фосфолипидной эмульсии, после чего была проведена оценка посредством опроса для выявления продуктов, необходимых для производства лецитина, а также различных типов сушки и охлаждения. После завершения всех исследований был разработан предлагаемый промышленный процесс переработки мицеллы/мелассы для производства соевого лецитина. Новый способ может обеспечить выход лецитина, на основе сои, в диапазоне 2-4% при использовании соевых бобов с влажностью 14%.
[0006] Существует ряд известных и запатентованных способов производства соевого лецитина, однако все они отличаются тем, что в их начале используется неочищенное соевое масло. Ни в одном из процессов не используется меласса или отделенная мицелла (остаток от производства СБК); или обезжиренная соевая мука (остаток от производства соевого масла), как в промышленном процессе, который раскрыт здесь.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0007] Патентный документ Бразилии P10704760-6 A2 раскрывает промышленный процесс производства соевой муки и соевой мелассы. Этот технологический процесс состоит в извлечении сахаров из отрубей, полученных после экстракции соевого масла, посредством промывания отрубей водой и этиловым спиртом, при этом указанные отруби имеют концентрацию белка в сухом состоянии от 60 до 75%.
[0008] Патентный документ Бразилии P10704513A2 раскрывает способ получения соевой муки с использованием системы регенерации растворителя, основанной на определенном низком расходе пара на литр восстановленного растворителя. Таким образом, процесс, который модифицирует стадии производства отрубей, улучшает как эффективность, так и выход в цепочке продукции в целом.
[0009] Патентный документ Бразилии P10704513A2 раскрывает промышленный процесс производства этилового спирта, основанный на ферментации соевой мелассы, которая производится посредством экстракции сахаров, полученных в процессе концентрирования соевого белка. Этот технологический процесс направлен на получение этанола или этилового спирта из сои в промышленных масштабах для производства топлива и других производных.
[0010] Патентный документ Бразилии P1090036-0 раскрывает процесс
сжигания остатков, полученных из промышленных установок, в котором парогенераторный котел использует теплотворную способность отходов растительного происхождения для выработки энергии, создавая, тем самым, менее загрязняющую систему для окружающей среды. В этом технологическом процессе используется контроль вязкости отходов, что позволяет полностью их сжигать, кроме того, генерируемый пар используется для выработки энергии с помощью генератора.
[0011] Патентный документ Бразилии P10900363-0 A2 раскрывает процесс сжигания остатков, полученных из промышленных установок, в котором парогенераторный котел использует теплотворную способность отходов растительного происхождения для выработки энергии, создавая таким образом систему, менее загрязняющую окружающую среду. В этом технологическом процессе используется контроль вязкости отходов, что позволяет полностью их сжигать, кроме того, генерируемый пар используется для выработки энергии с помощью генератора.
[0012] Патентный документ Бразилии P10215504-4 A2 раскрывает способ производства соевых сахаров, в котором указывается соевая меласса как источник соевых сахаров, которые имеют высокое содержание олигосахаридов, что является важной характеристикой для конечного продукта. Таким образом, в изобретении раскрыт способ очистки соевой мелассы, в котором в конечном продукте речь идет об очищенной мелассе с концентрацией 90% по массе сахаров, высушенной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Настоящее изобретение раскрывает способ извлечения соевого лецитина из остатка производства концентрата соевого белка, в котором указанными остатками являются мицелла или меласса. Соевую мицеллу (М1) или (М2), все еще представляющую собой смесь мелассы и этанола, затем направляют в теплообменник (ТС-01) для получения температуры (Ti между 10 и 90°С, затем направляют в (СТ-01) или с помощью фильтр-пресса или отстойника с вращающимся корзинным фильтром, где получают два потока: поток (11), состоящий из примесей плюс очень мелкие отруби, и другой центрифугированный поток мицеллы (МС). Центрифугированную мицеллу (МС) затем направляют в другой теплообменник (ТС-02) для получения температуры (Т2) между 10 и 90°С, затем направляют в теплообменник (ТС-03) для получения температуры (T3) в диапазоне от 10 до 90°C с последующим центрифугированием (CT-02), посредством которого получают три выходных потока: чистую фосфолипидную эмульсию (GL), содержащую раствор этанола, дегуммированную мицеллу (MD) и примеси плюс отруби, содержащие раствор (12) этанола. Таким образом, очищенную фосфолипидную эмульсию (GL) направляют в смесительный резервуар (TM-02), эту смесь (MT) гомогенизируют в смесительном резервуаре (TM-01) и направляют к осушителю (SL (GH)) лецитина непрерывного или периодического действия, в котором поток (GH) формируется во время осушки смеси (MT), после чего обеспечивают выход влагопоглотителя (SL-01) и теплого лецитина (RL-01), в котором должна быть достигнута температура (T6) от 10°C до 60°C. Затем холодный алектин (LF) направляют в другой смесительный резервуар (TM-02), в котором выполняют окончательную корректировку параметров качества готового лецитина, и после указанного окончательного изменения качества псевдоожиженного соевого лецитина, полученного из мелассы, получают продукт, готовый к отправке в резервуары для хранения лецитина (TQ-01), (TQ-02), (TQ-03), (TQ-04).
КРАТКОЕ РАСКРЫТИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0014] Фиг. 1 представляет блок-схему процесса производства лецитина из мелассы/мицеллы.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Производство обычного соевого лецитина всегда было связано с производством неочищенного соевого масла. Чаще всего в коммерческом производстве используются способы экстракции соевого масла, основанные на экстракции растворителем или экстракции прессом. В обоих технологических процессах, когда экстрагируется неочищенное соевое масло, оно содержит большие доли фосфолипидов, основного сырья для производства лецитинов.
[0016] Первоначально соевый лецитин рассматривался как нежелательное вещество, которое необходимо извлекать из неочищенного масла (дегуммирование). Причиной необходимости дегуммирования неочищенного масла является то, что при хранении содержащиеся в нем эмульсии гидратируются и осаждаются, связывая и абсорбируя масло, что вызывает образование осадка на дне резервуаров. Эти гидратированные эмульсии создают проблему гидролиза масла и, следовательно, повышения кислотности, мутности неочищенного масла и увеличения потерь. За прошедшие годы были разработаны различные способы применения этого вещества, и соевый лецитин стал незаменимым продуктом для производства конфет, красок и выпечки, что делает его продуктом с высокой добавленной стоимостью.
[0017] Обычно дегуммирование включает в себя добавление горячей воды к экстрагированному неочищенному маслу с последующим периодом контакта от 10 до 120 минут для гидратации фосфолипидов. После этого периода увеличивается образование эмульсии, которую обычно называют фосфолипидной эмульсией, и ее можно отделить центрифугированием и затем подвергнуть осушке. Осушку фосфолипидной эмульсии осуществляют в вакууме (при абсолютном давлении от 10 до 300 мм рт.ст.) при температуре 40°С - 130°С, в сушилках непрерывного или периодического действия, с временем пребывания 1-4 минуты или 60-240 минут соответственно.
[0018] После осушки теплый лецитин направляют в холодильник и получают готовый продукт. Выход измельченного соевого лецитина, полученного посредством традиционного способа, представленного выше, исторически колеблется от 0,4% до 1,0% в расчете на соевые бобы с влажностью 14%.
[0019] Настоящее изобретение делает возможным: увеличение производства соевого лецитина по меньшей мере на 100% без увеличения потребности в соевых бобах или неочищенном соевом масле, то есть сырье, используемом при обычном производстве соевого лецитина. Это увеличение производства связано с использованием лецитина, который в настоящее время выбрасывается вместе с соевой мелассой в дробилках, которые используются в процессе производства СБК. Предполагается повысить уже известный выход продукта 1,0% до значений 2-4%, более предпочтительно, до значений выше 2,5%, на основе использования соевых бобов с влажностью 14% в соевых дробилках, которые используются в процессе экстракции масла и производства СБК.
[0020] Как было показано ранее, промышленный процесс по настоящему изобретению основан на остатке от производства концентрата соевого белка, называемого мелассой и/или мицеллой соевых бобов. Наиболее широко используемый процесс производства СБК – экстракция посредством смеси воды и этанола. См. документы: P10704760-6A2 и P10704513-1A2, упомянутые в разделе «Уровень техники». Упомянутые патентные документы предусматривают подачу обезжиренной соевой муки (содержание белка от 40 до 55%, влажность 12,5%) и последовательных ванн с горячим водным этанолом для экстракции растворимых сахаров. Основная цель заключается в извлечении растворимых сахаров, но водный этанол в конечном итоге экстрагирует в небольших количествах другие вторичные соединения. Удаление растворимых сахаров влияет на концентрацию оставшегося белка в соевом шроте, обеспечивает получение в качестве единственного и основного продукта концентрата соевого белка (содержание белка 60-70%, влажность 7,5%), и в качестве остатка этого процесса получают соевую мелассу.
[0021] Меласса в основном состоит из соевых сахаров и соединений, которые были растворены горячим водным раствором этанола. Таким образом, она называется мицеллой, смесью сахаров и вторичных соединений плюс этанол и вода, а мелассой называют смесь сахаров и соединений, добавляемых в воду. То есть мицелла – это меласса, в которой еще присутствует этанол. Существующие технологические процессы для производства СБК не используют мицеллу/мелассу для производства соевого лецитина.
[0022] В настоящее время в отраслях промышленности, в которых есть производство СБК, как внутри страны, так и за ее пределами, используется технология извлечения растворимых сахаров посредством спиртового раствора из обезжиренной соевой муки с получением СБК в качестве единственного продукта и технологического остатка, в котором преобладает соевая меласса. Следовательно, настоящая предложенная технология позволит лучше использовать соевую мелассу, что позволит получить два основных продукта: СБК и соевый лецитин и, в качестве остатка, соевую мелассу (с таким же количеством обезжиренной соевой муки).
[0023] В данной области техники приведены три патентных документа, в которых раскрывается использование соевой мелассы в качестве сырья, но нет ни одного для производства соевого лецитина. См. патентный документ P10800592-0 A2, который раскрывает использование мелассы для производства пара и энергии при сжигании в котле. Наконец, патентный документ P10215504-4, который предназначен для раскрытия очистки и концентрирования сахаров из соевой мелассы в виде порошка.
[0024] Основной целью настоящего изобретения является раскрытие и защита промышленного способа получения лецитина из мицеллы соевой мелассы. Промышленный процесс показан на Фиг. 1. Начало предлагаемого технологического процесса основано на жидкой части, спиртовой мицелле, полученной из промышленной установки по производству концентрата соевого белка (СБК). Эта мицелла может быть помещена в закрытую тару и отправлена в технологический процесс по настоящему изобретению в любой точке технологического процесса производства СБК, причем вариант 1 соответствует случаю, когда мицелла покидает экстрактор M1 установки по производству СБК с содержанием от 2% до 10% твердых веществ, и вариант 2 соответствует случаю, когда мицелла выходит из первого набора испарителей M2 из установки по производству СБК с содержанием от 5% до 20% твердых веществ.
[0025] Использование мицеллы по варианту 1 обеспечивает более высокий выход осадков по сравнению со вторым вариантом производства. Однако можно использовать как спиртовую мицеллу, покидающую установку экстракции М1 (2-10% твердых веществ), так и мицеллу, покидающую установку испарения М2 (5-20% твердых веществ). Затем мицеллу направляют в теплообменник (ТС-01) для получения температуры Ti в диапазоне 10-90°С и затем направляют на центрифугирование (СТ-01) для удаления примесей в ходе процесса. Это удаление примесей также может быть выполнено посредством фильтра любого типа (пресс, вращающаяся корзина и др.), а также в отстойнике или любом другом оборудовании, способном удалять твердые частицы из этого жидкого материала. При центрифугировании (CT-01) будут получены два потока: поток (11), состоящий из примесей плюс мелкие отруби, и другой центрифугированный поток мицеллы (MC). Поток (11), состоящий из примесей плюс мелкие отруби, является остатком при очистке мицеллы и может быть отправлен обратно в процесс по производству СБК. Поскольку этот остаток содержит этанол, поток (11) более предпочтительно должен и может дозироваться в экстракторе, прессах, концентраторах – для удаления растворителя, или на любом из конвейеров, которые питают любое оборудование из упомянутого. Таким образом, этот остаток будет смешан с самим концентратом соевого белка, который в любой из вышеуказанных точек также все еще содержит этанол, причем оба продукта (11) и СБК направляют совместно для увеличения концентрации и удаления растворителя. Концентратор представляет собой оборудование промышленной установки для производства СБК, которое выполняет функцию удаления этанола из СБК. Центрифугированную мицеллу (МС) затем направляют в другой теплообменник (ТС-02) для получения температуры Т2 в диапазоне 10-90°С и направляют в теплообменник (ТС-03) для получения температуры 13 в диапазоне 10-90°С. После того, как мицелла проходит через два упомянутых теплообменника, ее направляют на стадию центрифугирования (CT-02). На стадии центрифугирования (СТ-02) фосфолипидная эмульсия, обогащенная соевыми фосфолипидами, является основным сырьем для производства соевого лецитина. В это время на (CT-02) происходит формирование трех выходных потоков: чистый раствор этанола, содержащий фосфолипидную эмульсию (GL), дегуммированную мицеллу (MD), то есть без фосфолипидной эмульсии, и поток (12) – примеси плюс мелкие отруби, содержащие раствор этанола. Таким образом, замедленный поток мицеллы обменивается теплом в (ТС-2), чтобы получить температуру Т4 в диапазоне от 10°С до 90°С, и теперь он может быть направлен к нормальному процессу для производства СБК, после его нормального потока дистилляции или в другое место по выбору компании-производителя. Поток примесей, с небольшими ответвлениями потока (12), наряду с потоком примесей плюс небольшие ответвления потока (11), которые можно дозировать в любой части процесса производства СБК, до процесса повышения концентрации, как раскрыто выше. Основной поток фосфолипидной эмульсии (GL) этого процесса направляют в смесительный резервуар. (TM-01) с содержанием от 1 до 20 % жирной кислоты (AG) из резервуара (TQ-3) и с содержанием от 1 до 40% соевого масла (OS) из резервуара (TQ-02). Эту смесь гомогенизируют в смесительном резервуаре (ТМ-01). Смесь (MT) покидает смесительный резервуар (TM-01) и поступает в сушилку (SL-01) лецитина непрерывного или периодического действия в зависимости от предпочтений инвестора. Такая осушка предназначена для снижения влажности смеси фосфолипидной эмульсии плюс жирная кислота и соевой смеси (МТ) от уровня приблизительно от 40% до 60% до уровня ниже 1,0%, чаще всего, в диапазоне от 0,2% до 0,5% влажности.
[0026] Осушку смеси (МТ) проводят в вакууме при абсолютном давлении от 10 до 300 мм рт.ст., при температуре от 40 до 130°С в сушилках непрерывного или периодического действия с временем пребывания 1-4 минуты или 6-240 минут соответственно.
[0027] Газовый поток (GH) в виде смеси воды и спирта образуется при осушке смеси (MT). Этот газовый поток (GH) направляют в набор из трех последовательно соединенных конденсаторов (CD-01, 02, 03), в которых происходит изменение фазы газового потока (GH) на поток (LH) жидкости. Поток (LH) жидкости поступает в резервуар (TQ-01). Поток (LH), хранящийся в резервуаре (TQ-01), формируется исключительно этанолом и водой, и может быть возвращен в процесс производства СБК для использования в качестве замещающего этанола в процессе экстракции сахара. После выхода из сушилки (SL-01) горячий лецитин (LQ) с температурой T5 в диапазоне 50-100°C направляется в охладитель (RL-01) лецитина, где он должен получить температуру 16 в диапазоне от 10°C до 60°С.
[0028] Холодный лецитин (LE) направляют в другой смесительный резервуар (TM-02), где теперь будет выполняться окончательная корректировка параметров качества готового лецитина. Эта окончательная корректировка качества выполняется посредством добавления жирных кислот (AG) и соевого масла (OS) в необходимых количествах. Количество добавляемой жирной кислоты и соевого масла зависит единственно и исключительно от анализа качества продукта, который следует провести в лаборатории. После окончательной корректировки качества жидкий соевый лецитин (LA), относящийся к мелассе, готов для направления в резервуары (TO-01, 02, 03 и 04) для хранения лецитина.
[0029] Параметры качества мелассы лецитина и обычного соевого лецитина представлены в следующей таблице:
<b>СРАВНЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛЕЦИТИНОВ</b>
ПОЗ.
АНАЛИЗ
ЛЕЦИТИН,ПОЛУЧЕННЫЙ
ЛЕЦИТИН,ПОЛУЧЕННЫЙНОВОЙ
РЫНОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1
НЕРАСТВОРИВЫЙ АЦЕТОН
62
62
МИН.62
2
ВЛАЖНОСТЬ
0,41
0,2
МАКС.0,5
3
НЕРАСТВОРИВЫЙ ГЕКСАН
0,09
0,03
МАКС.0,1
4
УРОВЕНЬ КИСЛОТНОСТИ
30
30
МАКС. 30
5
КИСЛОТНОСТЬ
15
15
МАКС. 15
6
ЦВЕТ ПО ШКАЛЕ
9,6
7
МАКС.10
7
ИНДЕКС ПЕРИДОКСИДА
0,7
0,7
МАКС.3,00
8
ВЯЗКОСТЬ
110
97
МАКС.120
9
ЖЕЛЕЗО
49,25
11
МАКС.110
10
ВСЕГО ФОСПОЛИПИДОВ
41,2
48,26
11
Фосфалитидовая
3,2
4,55
12
Фосфатидилэтаноламин
7,12
8,08
13
Фосфатидилхолин
13,12
18,33
14
Фосфатидилинозитол
9,79
14,55
15
Другие фосфатиды
7,97
4,74
[0030] Наконец, стоит упомянуть, что очищенный поток фосфолипидной эмульсии (GL) произвел жидкий соевый лецитин в качестве конечного продукта, полученного вышеуказанным способом, и с параметрами качества, приведенными в таблице в предыдущем абзаце. Тот же раскрытый процесс очистки, восстановления/удаления до получения чистой фосфолипидной эмульсии (GL) может быть использован для производства порошка лецитина вместо жидкого лецитина, причем для производства порошка лецитина экстрагированный очищенный поток фосфолипидной эмульсии (GL), полученный после центрифугирования (CT-02), может сопровождаться экстракцией липидов посредством ацетона. В другом случае конечный жидкий лецитин (LA), полученный способом, раскрытом в настоящем патенте, также может быть использован для экстракции липидов посредством ацетона с образованием порошка лецитина. Оба технологических процесса могут использовать чистую фосфолипидную эмульсию (GL) или жидкий лецитин (LA) для производства порошкообразного лецитина.
[0031] Заявленный технологический процесс извлечения соевого лецитина может также использоваться компаниями, которые не производят концентрат соевого белка, но желают покупать соевую фосфолипидную эмульсию на рынке и способ, раскрытый в настоящем патенте. Для этого будет необходимо вначале добавить стадию разбавления соевой фосфолипидной эмульсии в раскрытый технологический процесс. Эта стадия должна включать в себя разбавление раствором этилового спирта в воде, в течение которой меласса, закупленная в виде соевой мицеллы М1 или М2, раскрытой в настоящем патенте, будет обработана таким образом, чтобы можно было применять раскрытый технологический процесс. Целью этого разбавления является превращение коммерчески доступной соевой фосфолипидной эмульсии (с содержанием 60-90% твердых веществ) в мицеллу с концентрацией этанола от 30% до 90%, и достижение концентрации твердых веществ в мицелле от 2% до 20% сухих веществ.
[0032] Также должно быть ясно, что как растворимые сахара, экстрагированные растворами виды и спирта в запатентованных технологических процессах производства СБК, так и фосфолипиды извлекаются из обезжиренной соевой муки. Растворимые сахара и фосфолипиды присутствовали в обезжиренной соевой муке и экстрагировались спиртовым раствором, а затем задерживались в соевой мицелле и, следовательно, в соевой мелассе. Это означает, что можно утверждать, что настоящий патент также касается приготовления соевого лецитина из обезжиренной соевой муки. Обе формулировки выражают один и тот же технологический процесс, но с разных точек зрения.