Способ микроволновой экстракции растительного сырья

 

Изобретение может быть использовано в эфиромасличной и масложировой промышленности. Сущность изобретения: способ предусматривает смешивание сырья с неполярным растворителем, подачу смеси в поле центробежных сил с образованием пленочного режима течения, обработку пленки микроволновой энергией, разделение фаз, выделение экстрактивных веществ из мисцеллы отгонкой газовой фазы растворителя и ее возврат в цикл при конденсации, осуществляемой барботированием с адиабатным расширением в пленку экстракционной смеси в процессе микроволновой обработки, причем барботирование газовой фазы растворителя осуществляют при сверхзвуковых скоростях истечения и барботирование ведут в пульсирующем режиме. 2 з. п. ф-лы.

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

Известен способ микроволновой экстракции растительного сырья, включающий смешивание сыpья с неполярным растворителем, обработку суспензии микроволновой энергией, разделение фаз, выделение экстрактивных веществ из мисцеллы отгонкой растворителя в газовой фазе и ее конденсацию с возвратом в цикл.

Недостатками этого способа являются экстенсивность процесса экстракции и высокая энергоемкость.

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстракции за счет улучшения условий контакта фаз и снижение энергоемкости за счет утилизации энергии конденсации газовой фазы растворителя.

Указанная задача решается тем, что в способе микроволновой экстракции растительного сырья, включающем смешивание сырья с неполярным растворителем, обработку смеси микроволновой энергией, разделение фаз, выделение экстрактивных веществ из мисцеллы отгонкой растворителя в газовой фазе и ее конденсацию с возвратом в цикл, согласно изобретению обработку смеси микроволновой энергией осуществляют при пленочном режиме течения в поле центробежных сил, а газовую фазу растворителя конденсируют путем барботирования с адиабатным расширением в смесь в процессе микроволновой обработки.

Это позволяет улучшить условия контакта фаз за счет ускорения обновления поверхности контакта и сократить энергоемкость за счет утилизации энергии конденсации газовой фазы растворителя на ускорение обновления поверхности контакта фаз.

В предпочтительном варианте барботирование газовой фазы растворителя осуществляют при сверхзвуковых скоростях истечения.

Это дополнительно интенсифицирует экстракцию за счет дополнительного ускорения обновления поверхности контакта фаз.

В другом предпочтительном варианте барботирование газовой фазы осуществляют при пульсирующем режиме подачи.

Это также интенсифицирует процесс экстракции за счет дополнительного ускорения обновления поверхности контакта фаз.

Способ реализуется следующим образом.

Масличное или эфиромасличное сырье смешивают с неполярным экстрагентом для обеспечения их дифференцированного нагрева при микроволновой обработке и подают в поле центробежных сил для создания пленочного режима течения смеси. На пленку смеси воздействуют микроволновой энергией, в результате чего происходит резкий разогрев полярных компонентов обрабатываемого сырья без существенного увеличения температуры неполярного растворителя с увеличением внутриклеточного давления и разрывом клеточных мембран. Рециркулируемую газовую фазу растворителя барботируют с адиабатным расширением, создаваемым путем дросселирования или увеличения скорости истечения до сверхзвуковой, предпочтительно при пульсирующем режиме подачи. В результате адиабатного расширения происходят резкое охлаждение газовой фазы растворителя и турбулентный срыв пузырьков газовой фазы с выходных отверстий барботера. Это приводит к образованию и схлопыванию кавитационных полостей с ультразвуковой частотой и особенно высокой энергоемкостью генерируемых колебаний при пульсирующей подаче паров растворителя. Далее пузырьки газовой фазы растворителя всплывают в пленке экстракционной смеси, осуществляя турбулизацию ее течения, особенно интенсивную при сверхзвуковых скоростях истечения газовой фазы, что интенсифицирует массообмен за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз. В самих же всплывающих пузырьках происходит пульсация объема в поле ультразвуковых колебаний и образование тороидальных токов, особенно интенсивных при сверхзвуковых скоростях истечения газовой фазы в поле центробежных сил. При характерных для данного процесса числах Рейнольдса, равных 10²-10³, осредненные по времени числа Нуссельта достигают значений 20-30, то есть газовая фаза растворителя охлаждается практически до температуры экстракционной смеси. Это приводит к конденсации переохлажденной газовой фазы растворителя со схлопыванием кавитационных полостей и генерированием в экстракционной смеси дополнительных ультразвуковых колебаний высокой энергоемкости. Наложение на экстракционную смесь ультразвуковых колебаний высокой энергоемкости позволяет ускорить процесс разрушения клеточных мембран, уменьшить толщину пограничного ламинарного слоя на границе контакта фаз, ускорить диффузию и интенсифицировать процесс перемешивания экстракционной смеси, что значительно ускоряет массообменные процессы. Кроме того, деструктивное действие ультразвука на клеточные мембраны обрабатываемого сырья позволяет уменьшить удельный энерговвод микроволновой энергии за счет утилизации тепловой энергии газовой фазы растворителя и снизить энергоемкость способа. Обработанная таким образом экстракционная смесь поступает далее на разделение фаз, где шрот отработанного растительного сырья отделяют от мисцеллы. Далее из мисцеллы при нагревании выделяют экстрактивные вещества отгонкой газовой фазы растворителя, которая для рециркуляции возвращается на стадию экстракции и конденсируется в экстракционной смеси с использованием переданной ей тепловой энергии на перемешивание экстракционной смеси и генерирование в ней ультразвуковых колебаний.

П р и м е р 1. Жмых семян подсолнечника смешивают с жидкой двуокисью углерода при температуре 20^оС и давлении 6,2 МПа в соотношении 1:2, подают в поле центробежных сил для образования пленочного режима течения смеси и обрабатывают микроволновой энергией при мощности источника 625 Вт, частоте 2,5 ГГц и при барботировании и конденсации в смеси дросселируемой газовой фазы двуокиси углерода с генерированием ультразвуковых колебаний частотой 16 кГц и мощностью 427 Вт в течение 16 с. Далее смесь разделяют на фазы и выделяют экстракт из мисцеллы отгонкой газовой фазы двуокиси углерода при повышении температуры до 40^оС и ее возвратом на стадию экстракции с конденсацией в экстракционной смеси. По сравнению с прототипом состав экстрактивных веществ в опытном образце идентичен, выход экстрактивных веществ близок к контрольному на величину погрешности измерений, удельные временные затраты снижены в 2 раза, удельные энергозатраты снижены в 3,2 раза.

П р и м е р 2. Лепестки розы эфиромасличной смешивают с жидкой закисью азота при температуре 18^оС и давлении 7,1 МПа в соотношении 1:3, подают в поле центробежных сил для образования пленочного режима течения смеси и обрабатывают микроволновой энергией при мощности источника 625 Вт, частоте 2,4 ГГц и при барботировании с пульсирующей подачей и сверхзвуковой скоростью истечения и конденсации в смеси рециркулируемой газовой фазы закиси азота с генерированием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц и мощностью 520 Вт в течение 12 с. Далее фазы разделяют и выделяют экстрактивные вещества из мисцеллы отгонкой газовой фазы закиси азота при повышении температуры до 40^оС и ее возвратом на стадию экстракции и конденсацией в экстракционной смеси. По сравнению с прототипом состав экстрактивных веществ идентичен, выход экстрактивных веществ практически одинаков, удельные временные затраты снижены в 3,5 раза, удельные энергозатраты снижены в 4,6 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс экстракции, что подтверждается сокращением удельных временных затрат на получение эквивалентных количеств экстрактивных веществ из эквивалентных количеств растительного сырья, а также сократить энергоемкость процесса за счет утилизации вводимой в растворитель при отгонке его газовой фазы из мисцеллы тепловой энергии на интенсификацию экстракции.

Формула изобретения

1. Способ микроволновой экстракции растительного сырья, включающий смешивание порции сырья с неполярным растворителем, обработку смеси микроволновой энергией, разделение фаз, выделение экстрактивных веществ из полученной мисцеллы отгонкой растворителя в образовавшейся газовой фазе и ее конденсацию с возвратом в цикл, отличающийся тем, что обработку смеси микроволновой энергией осуществляют при пленочном режиме течения смеси в поле центробежных сил, а газовую фазу от предыдущей порции сырья конденсируют путем барботирования с адиабатным расширением в смесь на стадии микроволновой обработки последующей порции сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барботирование газовой фазы растворителя осуществляют при сверхзвуковых скоростях истечения.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что барботирование газовой фазы растворителя осуществляют при пульсирующем режиме подачи.