СПОСОБ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
VEGETABLE RAW MATERIAL 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 и упрощении процесса центробежной экстракции.
Достигается технический результат тем, что в способе экстрагирования растительного сырья, включающем загрузку растительного сырья и экстрагента, вращение ротора, вывод экстракта, экстрагент загружают внутрь корпуса, растительное сырье помещают в полые капсулы с перфорированными отверстиями, при этом размер отверстий перфорации выполнен меньшим, чем размер фракции сырья, заполненные сырьем капсулы устанавливают посредством резьбового соединения в глухие отверстия ротора, затем размещают ротор в корпусе таким образом, чтобы капсулы были погружены в среду экстрагента, осуществляют вращение ротора, после чего ротор вместе с установленными на нем капсулами выводят из среды экстрагента, центрифугируют, при необходимости цикл повторяют, после чего осуществляют вывод экстракта из корпуса.
На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа экстрагирования растительного сырья при роторе погруженном в среду экстрагента. На фиг. 2 представлено сечение А-А устройства для реализации способа экстрагирования растительного сырья. На фиг. 3 представлено устройство для реализации способа экстрагирования растительного сырья при роторе выведенном из среды экстрагента.
Способ экстрагирования растительного сырья включает загрузку растительного сырья и экстрагента, вращение ротора, вывод экстракта. Экстрагент загружают внутрь корпуса, растительное сырье помещают в полые капсулы с перфорированными отверстиями. Размер отверстий перфорации выполнен меньшим, чем размер фракции сырья. Заполненные сырьем капсулы устанавливают посредством резьбового соединения в глухие отверстия ротора. Затем ротор размещают в корпусе таким образом, чтобы капсулы были погружены в среду экстрагента. Работу осуществляют по циклу: вращают ротор, погруженный в экстрагент, выводят ротор вместе с установленными на нем капсулами из среды экстрагента, центрифугируют ротор. Данный цикл повторяет необходимое количество раз. Выводят экстракт из корпуса.
Реализован способ экстрагирования растительного сырья может быть с использованием установки, включающей корпус 1 с крышкой 2, приводной вал 3, на котором установлен ротор 4. В роторе 4 выполнены глухие отверстия 5 с внутренней резьбой. В глухих отверстиях 5 посредством резьбового соединения установлены полые капсулы 8 с перфорированными отверстиями 9 боковой стенкой и днищем.
Размер отверстий перфорации выполнен меньшим, чем размер фракции экстрагируемого исходного сырья. В крышке 2 установлен патрубок 6, служащий для введения экстрагента во внутреннее пространство корпуса 1. В нижней части корпуса установлен патрубок 7 слива экстракта.
При реализации способа экстрагирования растительного сырья с использованием данной установки в корпус 1 заливают экстрагент 10. В полые капсулы 8 помещают экстрагируемое сырье. Заполненные экстрагируемым сырьем капсулы 8 устанавливают в отверстия 5 ротора 4 и крепят посредством резьбового соединения. Благодаря тому, что отверстия в диске перемешивающего устройства выполнены глухими предотвращается утечка экстрагируемого сырья через горлышко капсул 8. Помещают ротор 4 с в корпус 1, таким образом, чтобы капсулы 8 были погружены в среду экстрагента. Осуществляют вращение ротора 4. Во время вращения ротора 4 через отверстия 5 перфорации капсул 8 обеспечивается взаимодействие экстрагента с исходным сырьем путем его омовения, при этом благодаря размеру отверстий перфорации исходное сырье не выходит за пределы капсул, что исключает смешивание исходного сырья и экстрагента. Затем ротор 4 поднимают вверх и выводят его вместе с установленными на нем капсулами 8 из среды экстрагента. Центрифугируют ротор 4, т.е. вращают его с высокой скоростью. При этом обеспечивается отжим исходного сырья. Вся удаляемая из исходного сырья жидкая фракция остается внутри корпуса 1 и смешивается с экстрагентом, увеличивая концентрацию в нем извлекаемых из исходного сырья экстрактивных веществ. При необходимости цикл повторяют.
После окончания экстрагирования через патрубок 7 осуществляют слив экстракта из корпуса А.
Циклы перемешивания и центрифугирования могут повторяться многократно. Это позволяет в лабораторных условиях подбирать различные режимы экстрагирования при различном сочетании видов и концентраций исходного сырья и экстрагента.
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
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 процесса экстракции является использование центробежной силы, под действием которой влага вместе с ценными экстрактивными веществами удаляется из массы исходного сырья.
Во время процесса перемешивания экстрагент, проходя через отверстия перфорации, попадает внутрь капсул, расположенных на вращающемся роторе, омывает, находящееся в них исходное сырье, и проникает в межклеточное поровое пространство исходного растительного сырья, где смешивается с ценными экстрактивными веществами. Во время процесса центрифугирования под действием центробежной силы происходит удаление насытившего исходное сырье экстрагента вместе с ценными экстрактивными веществами. При следующем цикле во время перемешивании вновь происходит насыщение межклеточного порового пространства исходного растительного сырья экстрагентом и его смешивание с ценными экстрактивными веществами, затем при центрифугировании вновь происходит удаление насытившего исходное сырье экстрагента вместе с ценными экстрактивными веществами. В результате в способе экстрагирования растительного сырья обеспечивается повышение эффективности процесса экстрагирования за счет обеспечения циклического повторения операций перемешивания и центрифугирования, которые выполняются без перекачки (удаления) экстрагента из корпуса до окончания процесса.
В аналогах для осуществления процесса центрифугирования требуется осуществлять операцию перекачки экстрагента, т.е. его выведение за пределы корпуса установки и последующее возвращение. Во-первых, данная операция требует определенного времени на выведение экстрагента за пределы корпуса и последующее его возвращение, во-вторых, во время операций по перекачке экстрагента может произойти потеря части ценных экстрактивных веществ.
Многократное циклическое повторение операций вращения ротора с размещенным на нем исходным сырьем, погруженного в экстрагент, и центрифугирования в одной установке при выведении ротора с размещенными на нем исходным сырьем из среды экстрагента без перекачки (удалении) экстрагента позволяет повысить эффективность процесса экстрагирования.
Благодаря тому, что отсутствует необходимость в перекачке (удалении) экстрагента при переходе между режимами вращения ротора с размещенным на нем исходным сырьем, погруженного в экстрагент, и центрифугирования упрощается процесс центробежной экстракции.