Способ получения мальтола из растительного сырья

 

Изобретение относится к эфиромасличной промышленности. Сущность: при выделении мальтола, включающем перевод мальтола в водную фазу, выпаривание, кристаллизацию и очистку, перевод мальтола в водную фазу проводят последовательно после удаления из сырья внутриклеточной воды с легколетучими компонентами путем постепенного снижения давления при температуре не ниже 90^oС, подачи инертного носителя и конденсации.1 табл.,2 ил.

Изобретение относится к области переработки растительного сырья и может быть использовано в лесохимической и пищевой промышленности.

Заявляемое решение направлено на обеспечение комплексного использования сырья за счет увеличения степени извлечения мальтола и упрощения технологии его дальнейшей очистки от сопутствующих примесей.

Известен способ выделения мальтола из смолы, получаемой при пиролизе древесины в процессе перегонки, включающий обработку смолы водой, упаривание водной фазы и дальнейшую очистку (Darren T. Le Blanc and Hugh H. Akers Maltol and Ethyl maltol: From the larch thee to successful food additive, Food Technology, 1989, v.43, april, p.80).

Из-за высоких требований к очистке мальтола от сопутствующих примесей и низкого выхода мальтола из древесины использование способа не нашло широкого промышленного применения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ выделения мальтола из растительного сырья, включающий экстракцию органических веществ водой, упаривание водной фазы, кристаллизацию и очистку мальтола сублимацией (Darren T. Le Blanc and Hugh H. Akers Maltol and Ethyl maltol: From the larch thee to successful food additive, Food Technology,1989, v.43, april, p.78).

Прототип и заявляемый способ имеют общие существенные признаки операции перевода мальтола в водную фазу, упаривания, кристаллизации и очистки с выделением товарной формы мальтола.

Недостатками прототипа являются низкая степень извлечения мальтола в водную фазу и невысокая селективность процесса, что приводит к высоким затратам на концентрирование и очистку мальтола от сопутствующих примесей. Кроме того, применение прототипа ограниченно высокими требованиями к конструкционным материалам оборудования, обусловленными каталитическим разложением мальтола и химическим взаимодействием органических веществ с металлами.

Цель изобретения увеличение степени извлечения мальтола в водную фазу, снижения объемов переработки технологических растворов и улучшение качества получаемой водной фазы.

Указанная цель достигается тем, что перевод мальтола в водную фазу проводят последовательно после удаления из сырья внутриклеточной воды с легколетучими компонентами путем постепенного снижения давления при температуре не ниже 90^oС, подачи инертного носителя и конденсации.

В результате удаления внутриклеточной воды водорастворимые вещества, в том числе и мальтол, транспортируются и концентрируются на высокоразвитой поверхности растительной матрицы. При этом легколетучие компоненты (эфирные масла) удаляются вместе с парами внутриклеточной воды. Последующая температурная обработка при постепенном снижении давления способствует дополнительному выделению связанной воды, повышению парциального давления мальтола в парогазовой фазе при одновременном снижении парциального давления паров воды. Транспортировка инертным носителем и конденсация парогазовой фазы обеспечивают увеличение степени извлечения мальтола и его концентрирование в водной фазе, в результате достигается существенное снижение объемов переработки водных растворов и повышение очистки от нелетучих водорастворимых примесей.

Отличительной особенностью заявляемого способа от прототипа является операция перевода мальтола в водную фазу. В прототипе транспортировка мальтола в водную фазу ограничена диффузионными процессами, которые дополнительно осложняются хромотографией и сорбционными явлениями в присутствии внутриклеточной воды. В заявляемом способе предварительное удаление внутриклеточной воды приводит к существенному увеличению поверхности за счет увеличения пористости и разрушения мембран клеток. Увеличение поверхности способствует удержанию мальтола в растительном сырье в процессе удаления внутриклеточной воды и кристаллизации мальтола на поверхности. Последующее вакуумирование приводит к разрыхлению и диспергированию осадки. Применение инертного носителя улучшает условия массопереноса. Идея заявленного способа заключается не столько в удалении внутриклеточной воды как таковой, а в сочетании процессов вакуумной отгонки мальтола, его транспортировки, а также в использовании парогазовой смеси, выделяющейся в процессе, в качестве инертного газа носителя для транспортировки мальтола.

Внутриклеточную воду предварительно удаляют, потому что указанное сочетание реализуется только в том случае, если сырье будет содержать ограниченное количество легколетучих веществ (связанной воды и компонентов эфирного масла).

Концентрация мальтола в парогазовой фазе зависит от температуры и от суммарных парциальных давлений сопутствующих компонентов. Наилучшие результаты достигаются лишь в том случае, когда удалены легколетучие компоненты, большую часть которых составляет внутриклеточная вода (свыше 90%).

Остаточное содержание связанной воды и компонентов эфирного масла в сырье вполне допустимо, так как этим обеспечивается присутствие газа-носителя и транспортировка с ним мальтола из аппарата.

Для осуществления заявляемого способа сырье нагревают, выдерживают в заданном интервале температуры и проводят отгонку мальтола в токе инертного носителя, например, паров воды, при постепенном снижении давления.

Парогазовую фазу конденсируют, водную фазу упаривают, из упаренного концентрата выкристаллизовывают мальтол, который в дальнейшем подвергают дополнительной очистке. Способ осуществим при оптимальной температуре отгонки мальтола не ниже 90^oС. Предел ограничен низким выходом мальтола в парогазовую фазу, сложностью технического осуществления из-за конденсации и образования отложений на внутренних поверхностях оборудования.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого способа, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению заявителя, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения в принципе может быть многократно использована в лесохимической и пищевой промышленности с достижением поставленных целей, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Предлагаемый способ выделения мальтола может быть реализован в промышленных условиях на существующем оборудовании лесохимической промышленности для выделения эфирных масел из растительного сырья.

На фиг. 1 приведена схема способа выделения мальтола из растительного сырья по прототипу; на фиг.2 по предлагаемому изобретению, согласно которой процесс выделения мальтола состоит из следующих операций: загрузки сырья 1, удаления внутриклеточной воды и легколетучих компонентов 2, вакуумной отгонки 3, концентрации парогазовой фазы 4, выгрузки сырья 5, отстоя и разделения водной и органической фаз 6, сбора органической фазы 7, упаривание водной фазы 8, кристаллизации мальтола из упаренной водной фазы 9, дополнительной очистки мальтола 10 и сбора его товарной формы 11.

На предприятии в полупромышленных условиях проведен предлагаемый способ выделения мальтола из древесной зелени пихты.

Пихтовую зелень 1 загружают в аппарат, представляющий собой сосуд с рабочим давлением 0-0,2 МПа, который снабжен рубашкой и штуцерами для подачи инертного носителя, отвода парогазовой фазы. После загрузки из сырья удаляют внутриклеточную воду и легколетучие компоненты 2 путем подачи водяного пара в рубашку, нагрева сырья до температуры 100-120^oС и выдерживания его при указанной температуре до прекращения выхода из сырья воды и легколетучих компонентов. По окончании процесса проводят вакуумную отгонку 3 при температуре 80-200^oС и постепенном снижении давления до 1 КПа с последующей подачей водяного пара, используемого в качестве инертного носителя. Образующуюся парогазовую фазу конденсируют в холодильнике. Конденсат направляют в сборник для отстоя и разделения водяной и органической фаз 6. По окончании отгонки отработанное сырье выгружают из аппарата 5 после разгерметизации системы. Органическую фазу, представляющую собой пихтовое масло, собирают в отдельный сборник 7. Водную фазу упаривают в 5-20 раз 8, из упаренного концентрата проводят кристаллизацию мальтола 9 при температуре 0-20°С. Полученный мальтол подвергают дальнейшей очистке 10 (перекристаллизацией или возгонкой) до товарной формы 11.

Технологические показатели заявляемого способа в конкретных примерах, проведенных при различных температурах перевода мальтола из сырья в водную фазу, представлены в таблице.

Во всех примерах: загрузка сырья 10 кг, влажность сырья 50% содержание мальтола 0,4% Удаление из сырья внутриклеточной воды и легколетучих компонентов проводили в течении 2-х часов при температуре 120^oС.

Объем выделившейся водной фазы в опытах 2 6 составлял 4 л, а эфирных масел (легколетучих компонентов) 0, 05л.

По окончании отгонки внутриклеточной воды и легколетучих компонентов устанавливали заданную температуру процесса выделения мальтола и постепенно в течение 1 часа снижали давление в аппарате до 1 кПа. Затем в аппарат подавали водяной пар с расходом 100 г/ч в течение 10 часов. Парогазовую фазу конденсировали в холодильнике при температуре 10^oC и собирали в отдельный сборник. Выделившиеся водную и органическую фазы разделяли, причем объем органической фазы составлял 0,1 л, а водной 2 л, а водную фазу упаривали до концентрации мальтола 80 г/л. Из упаренного концентрата при температуре 10^oС выкристаллизовывали мальтол, выход которого составлял более 90% Дополнительная очистка мальтола (перекристаллизация мальтола в этиловом спирте или его сублимация) обеспечивает получение мальтола с чистотой 99,9% товарного продукта.

В прототипе (пример 1, фиг.1) степень извлечения мальтола при переводе его в водную фазу (экстракции 2) не превышает 19% Получаемая водная фаза 3 низкого качества из-за большого содержания водорастворимых примесей и малого содержания мальтола. Мальтол перед дополнительной очисткой 8, полученный после упаривания 5, кристаллизации 6 и возгонки 7 содержит не менее 8% примесей на 100 г мальтола.

Заявляемый способ (примеры 2 6) позволяет существенно снизить объем водной фазы, подлежащей переработке, повысить качество водной фазы и снизить содержание примесей в осадке мальтола перед его дополнительной очисткой.

В приведенных примерах показано влияние температуры процесса на степень перевода мальтола в водную фазу. В последуемом интервале температур 80-200^oС приемлемая степень извлечения мальтола достигается при температуре не менее 90^oС.

В примере 2 степень извлечения ниже, чем в прототипе, из-за низкого парциального давления паров мальтола. С ростом температуры (примеры 3 4) резко возрастает степени извлечения мальтола в водную фазу при одновременном снижении содержания примесей в водной фазе.

В примерах 5 6, проведенных при более высоких температурах 180 и 200^oС, соответственно степень извлечения выше, однако качество водной фазы и осадка заметно ухудшаются, что обусловлено пиролитическим эффектом и отгонкой высокомолекулярных органических полярных соединений.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом характеризуется высокими технологическими параметрами, более экономичен и может быть реализован в широком промышленном масштабе на любой пихтоваренной установке без ухудшения качества основного выделяемого продукта пихтового масла.

Формула изобретения

Способ выделения мальтола из растительного сырья, включающий перевод мальтола в водную фазу, выпаривание, кристаллизацию и очистку, отличающийся тем, что перевод мальтола в водную фазу проводят последовательно после удаления из сырья внутриклеточной воды с легколетучими компонентами путем постепенного снижения давления при температуре не ниже 90^oC, подачи инертного носителя и конденсации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3