Экстрагирование растительного масла
Владельцы патента RU 2585054:
КОММОНВЕЛТ САЙНТИФИК ЭНД ИНДАСТРИЭЛ РИСЕРЧ ОРГАНИЗЭЙШН (AU)
Изобретения относятся к экстрагированию масла из растительных источников, в частности пальмового масла. Способ экстрагирования масла из предварительно мацерированного маслосодержащего материала включает стадии: a) подвергания предварительно мацерированного маслосодержащего материала по меньшей мере одной стадии обработки ультразвуком, на которой используют по меньшей мере один пластинчатый преобразователь, излучающий ультразвук с частотой по меньшей мере 400 кГц, так чтобы создать в мацерированном материале стоячую волну; b) разделения компонентов с получением первой масляной фазы и фазы оставшегося материала; c) удаления первой масляной фазы; d) если требуется, подвергания фазы оставшегося материала по меньшей мере второй стадии обработки ультразвуком и удаления второй масляной фазы. Масло, полученное данным способом. Изобретения позволяют повысить выход масла. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил., 6 табл., 3 пр.
Настоящая заявка имеет приоритет предварительной патентной заявки Австралии 2011902275 от 9 июня 2011 года и предварительной патентной заявки Австралии 2012900749 от 27 февраля 2012 года, содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к экстрагированию масла из растительных источников, в частности пальмового масла. В частности, это изобретение направлено на извлечение масла и жирорастворимых компонентов в операциях помола пальмового масла.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Различные перспективные технологии обработки продуктов питания, в частности ультразвуковую обработку, обработку высоким давлением и микроволновую технологию, все больше исследуют и используют при извлечении масла и растительных питательных веществ и в операциях обработки продуктов питания. Существует потенциал для применения перспективных технологий обработки продуктов питания в отрасли, связанной с пальмовым маслом. Возможные применения в операциях помола пальмы включают: микроволновое экстрагирование пальмового масла, ультразвуковое экстрагирование и извлечение пальмового масла и растительных питательных веществ пальмы и обработку высоким давлением для масла и эмульгированных продуктов. По мере развития отрасли, связанной с пальмовым маслом, также возникает необходимость в улучшении рационального природопользования при обработке пальмового масла и снижении углеродного следа и энергетических требований совокупных процессов.
Традиционно ультразвуковую технологию представляют в качестве возможного технологического вмешательства для того, чтобы способствовать экстрагированию, микробной инактивации, эмульсификаци или гомогенизации и деэмульсификации. Проводили исследования ультразвукового экстрагирования различных овощных материалов. Например, ультразвук может способствовать экстрагированию биологически активных компонентов из растений в лабораторном и крупном масштабе. Механизм ультразвукового экстрагирования основан на эффекте обработки ультразвуком при разрушении растительных клеток и улучшении диффузии и капиллярных процессов. Ультразвук посредством механических эффектов разрушает растительные клетки. Это способствует проникновению экстрагирующего вещества в растительную клеточную массу, увеличению переноса массы (Mason TJ, Paniwnjk L, Lorimer JP. The uses of ultrasound in food technology. Ultrasonics Sonochem 1996; 3:S253-26).
Это может вести к повышению эффективности экстрагирования, а также скорости экстрагирования.
Кроме того, ультразвук может оказывать эффект на повышение набухания растительной ткани, содействуя разрушению клеточной стенки и высвобождая внутриклеточные компоненты в воду во время обработки ультразвуком. Улучшение экстрагирования посредством ультразвука приписывают распространению волн давления ультразвука и возникающему феномену кавитации.
Ультразвуковое разделение ингредиентов продуктов питания имеет очевидные преимущества над стандартными способами, такими как фильтрование и естественное осаждение.
Большинство примеров на данный момент содержит использование ультразвука в комбинации с органическими растворителями для улучшения экстрагирования масла и жирорастворимых компонентов. Примеры включают экстрагирование соевого масла (Li H., Pordesima L., Weiss J. High intensity ultrasound-assisted extraction of oil from soybeans. Food Res Int 2004; 37:731-738), и изофлавонов сои (Rostango M.A., Palma M., Barroso C.G. Ultrasound-assisted extraction of soy isoflavones. J Chromatog A 2003; 1012: 119-128).
В патенте GB 2097014 раскрыт способ экстракции растворителем с использованием гексана, в котором ультразвуковое перемешивание происходит при 20-60 кГц в течение времени пребывания от 5 до 30 с. В европейском патенте 243220 раскрыт схожий процесс для извлечения масла из семян с использованием ультразвуковых частот от 10 до 50 кГц на семенах, суспендированных в растворителе.
Также существуют способы ультразвукового экстрагирования в отсутствие органических растворителей. В WO 2010138254 раскрыто использование ультразвукового экстрагирования масла из выходящего потока мельницы для пальмового масла, где цель состоит в том, чтобы повысить извлечение масла и снизить биохимический и химический кислород выходящего потока мельницы для пальмового масла.
Ультразвуковое разделение ингредиентов продуктов питания имеет очевидные преимущества над стандартными способами, такими как фильтрование и естественное осаждение. Несмотря на то, что изложенные выше предпосылки относятся к экстрагированию, тема, представленная здесь, относится к разделению после расщепления и или мацерации. Принятый способ основан на принципе полей стоячих волн.
В этом изобретении авторы искали, как использовать стоячие волны при высоких ультразвуковых частотах, типично больших, чем 400 кГц, для того, чтобы содействовать отделению масла от растительных твердых веществ. Ограничение существующих конструкций ультразвукового оборудования и ограничения материалов состоят в том, что при частотах выше 100 кГц невозможно использовать какую-либо форму ультразвукового горна для того, чтобы распространять ультразвук. Существующие конструкции ультразвуковых горнов, в целом, делают возможной работу между 20 и 24 кГц. Это обозначает, что в отличие от стопок пьезоэлектрических пластин, используемых для того, чтобы приводить в действие преобразователи горнов, однопластинчатые пьезоэлектрические преобразователи, связанные с поверхностями пластин, необходимы для достижения частот выше 100 кГц. Пластинчатые преобразователи работают на конкретных амплитудах значительно ниже тех, которых достигают посредством преобразователей горнов.
На частотах больше чем 400 кГц практично получать большие области стоячих волн с низкими амплитудами. Pangu & Feke, 2007 и Nii et al., 2009 раскрывают, что стоячие волны выполняют разделение фаз, основываясь на относительных удельных плотностях фаз. Поэтому когда масло диспергировано в воде, первичные акустические силы будут отделять масло на пучностях волн. В работе, которую цитируют, двухфазные системы из масла и воды изучали с частотой ультразвука 2 МГц. Кроме того, эти исследования показали, что для того чтобы достичь коалесценции масла, необходимо вторичные акустические силы, которые перпендикулярны плоскости стоячих волн, создавать как результат волнового поля, ограниченного стенками, перпендикулярными плоскости волн. Минимальная температура, при которой стоячие волны можно использовать для того, чтобы отделять масло от воды, ограничена повышением вязкости масла по мере снижения температуры. Идеально для триглицеридных растительных масел температура должна быть настолько низкой, насколько это практично, чтобы минимизировать потенциальный гидролиз свободных жирных кислот, окисление ненасыщенных жирных кислот и разрушение чувствительных фитохимических соединений, присущих маслам. Настоящее изобретение может быть направлено на вопрос снижения температуры существующих способов отделения растительного масла на основе воды и, следовательно, дает повышенное качество.
В ситуации, когда происходит отделение масла от растительного материала, суспендированного в воде, имеет место трехфазная система. В такой системе масло имеет более низкую удельную плотность, чем другие фазы, и будет смещаться к пучностям, а остальной растительный материал, который имеет более высокую удельную плотность, чем вода, будет смещаться к узлам. В этой ситуации относительный радиус растительных частиц по сравнению с половиной длины волны стоячей волны должен быть меньше; иначе полное отделение масла от растительного материала не будет происходить. Снижение частоты стоячей волны будет увеличивать длину волны и делать возможным отделение масла от более крупных растительных частиц, однако происходит увеличение времени разделения и становится более сложным поддерживать стабильное поле стоячих волн. В ситуации, когда обработку осуществляют при сниженных температурах, ферменты, такие как целлюлаза и полигалактуроназа, можно вводить в систему для того, чтобы содействовать немеханическому разрушению растительного материала (Priego-Capote & Luque de Castro, 2007), что в свою очередь буде делать возможным применение стоячих волн более высокой частоты.
Стандартный способ экстрагирования пальмового масла заключается в использовании пресса, такого как винтового пресса, для того чтобы экстрагировать маслосодержащую жидкость, и затем предоставлении маслу возможности отделяться и сборе масла. В настоящее время способ экстрагирования и извлечения пальмового масла включает (a) стерилизацию свежих фруктовых гроздей, (b) отделение фрукта от грозди с помощью механического средства, (c) погружение фрукта в горячу воду с последующим механическим отжимом масла, типично с использованием винтового пресса, (d) осаждение смеси масла, воды и твердых остатков в осадительном баке. Масло, которое поднимается в верхнюю часть осадительного бака, снимают, осветляют и сушат. Осадок (т.е. нижний поток из осадительного бака) центрифугируют для того, чтобы собрать дополнительное масло, которое возвращают в осадительный бак. Осадок (из центрифуги) также содержит некоторое количество оставшегося масла (Berger K, Production of palm oil from fruit. JAOCS 60(2), 206-210, 1983). Способ изображен на Фиг.1.
Экономические аспекты экстрагирования пальмового масла таковы, что увеличение выхода масла на 1% является экономически значимым.
Желательно повышать выход способа экстрагирования масла.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект относится к способу извлечения масла из предварительно мацерированного маслосодержащего материала, включающий стадии:
a) подвергания предварительно мацерированного маслосодержащего материала по меньшей мере одной стадии обработки ультразвуком, на которой используют по меньшей мере один пластинчатый преобразователь, излучающий ультразвук с частотой по меньшей мере 400 кГц, так чтобы создать в мацерированном материале стоячую волну;
b) разделения компонентов с получением первой масляной фазы и фазы оставшегося материала;
c) удаления первой масляной фазы;
d) если требуется, подверганиия фазы оставшегося материала по меньшей мере второй стадии обработки ультразвуком и удаления второй масляной фазы.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере два пластинчатых преобразователя используют во время стадии обработки ультразвуком. В одном из вариантов осуществления по меньшей мере два пластинчатых преобразователя излучают ультразвук с разными частотами, предпочтительно используют две частоты обработки ультразвуком, одна из которых составляет до 1 МГц, и друга другая составляет выше 1 МГц.
В некоторых вариантах осуществления во время стадии (a) предварительно мацерированный материал нагревают до температуры между 0°C и 90°C, предпочтительно между 40 и 85°C и в некоторых вариантах осуществления между 55 и 65°C.
Настоящее изобретение дополнительно может включать стадию подвергания фазы оставшегося материала разделению центрифугированием для того, чтобы достигать дополнительного выхода масла.
Предварительно мацерированный маслосодержащий материал выбирают из группы, состоящей из фруктов, овощей, зерновых, травянистых растений, семян и их смесей. В некоторых вариантах осуществления фрукт извлекают из дерева масличной пальмы.
В некоторых вариантах осуществления способы по настоящему изобретению выполнены с возможностью осуществления непрерывным образом.
Дополнительный выход масла можно получать посредством повторения стадии (d).
Обработку ультразвуком можно применять на многих этапах в процессе помола, в том числе в момент загрузки свежих фруктовых гроздей в клетки; перед автоклавом; после винтового пресса; в осадительном баке перед центрифугой для осадка и для обработки выходящего потока осадка.
Предпочтительно сырой овощной материал пропускают через винтовой пресс и получаемый материал нагревают и подвергают ультразвуковой обработке и затем позволяют отстаиваться в течение предварительно определяемого периода перед сбором слоя масла. Предпочтительно используют две частоты выше 400 кГц. Предпочтительно одна ниже 1 МГц, а вторая выше 1 МГц. Предпочтительно пластинчатые преобразователи используют для того, чтобы создавать стоячие волны. Уровень звукового давления, прикладываемого к предварительно мацерированному маслосодержащему материалу, составляет от около 1 дБ до около 260 дБ по отношению к эталонной амплитуде звукового давления 10-6 Па. Предпочтительно уровень звукового давления составляет от 180 до 240 дБ. Для получения стоячих волн возможно множество потенциальных расположений преобразователей.
Применение ультразвука повышает эффективность и извлечение масла (и, возможно, пальмовых растительных питательных веществ в выбранных потоках) на мельнице для пальмового масла.
Акустическое разделение посредством стоячих волн происходит, в принципе, достаточно быстро, разделяя частицы до субмикронного размера за секунды. Обработка ультразвуком также может снижать высоту давления, необходимого для того, чтобы прокачивать жидкость, и минимизирует засорение и вытекающие эксплуатационные расходы.
Акустическое разделение предлагает средство дополнительной сегрегации частиц, основываясь на их плотности и сжимаемости. Кроме того, ультразвуковые волны обладают способностью изменять взаимодействие между жировыми шариками посредством акустического давления и в подходящих условиях могут вызывать агрегирование жировых шариков/мелких частиц, что затем предрасполагает к разделению и извлечению этих частиц.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описан далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - блок-схема стадий традиционного способа экстрагирования пальмового масла, как описано в (Berger KG 1983, Production of Palm Oil from Fruit, JAOCS, том 60, № 2).
Фиг.2 - блок-схема стадий предлагаемого способа экстрагирования пальмового масла с ультразвуковым воздействием.
Фиг.3 - блок-схема стадий, показанных в примерах, где US1-US5 представляют собой отдельные воздействия на выбранных частотах.
Фиг.4 - блок-схема стадий, показанных в примере 3, где US6-US9 представляют собой отдельные воздействия на выбранных частотах.
Фиг.5,а,б - схематичные виды двух ультразвуковых лабораторных систем, где (a) представляет собой схематичное продольное сечение потока через сонотродного преобразовательного горна, и (b) представляет собой схематичное продольное сечение водяной бани, содержащей осадительную трубу (D) и три преобразователя. Трубу помещают между двумя перпендикулярными пластинчатыми преобразователями (A и C) и третий преобразователь (B) помещают под трубой.
Фиг.6 - схематичные виды трех ультразвуковых производственных систем, где (a) представляет собой схематичное продольное сечение бака с двумя пластинчатыми преобразователями, вертикально расположенными в перпендикулярных плоскостях на раздельных уровнях бака; (b) представляет собой схематичное продольное сечение бака с двумя пластинчатыми преобразователями, вертикально расположенными в перпендикулярных плоскостях на одном и том же уровне, и третьим преобразователем; и (c) представляет собой схематичное продольное сечение бака с пластинчатым преобразователем, горизонтально расположенным на дне бака.
Фиг.7, 8 и 9 - диаграммы, на которых проиллюстрирована процентная доля масла, отделенного (высота масла относительно общей высоты бака) во время осаждения в конфигурациях, изображенных на фиг.6a,b,c соответственно, с работающими (ультразвук включен) и неработающими (ультразвук выключен) пластинчатыми преобразователями. Применяли ультразвук 400 кГц и 230 дБ посредством использования конфигурации на фиг.6,a.
Фиг.10 - виды в перспективе двух ультразвуковых систем пилотного масштаба, где преобразователь установлен за пределами бака так, что активная область преобразователей сохраняет непосредственный контакт с образцом через вырезанную секцию в баке.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ
Изобретение проиллюстрировано с помощью следующих неограничивающих примеров:
Пример 1: Испытания с непрямой обработкой ультразвуком высокой частоты с использованием ультразвуковых лабораторных систем
В приведенных ниже испытаниях выбраны три точки воздействия, чтобы продемонстрировать описываемое в заявке изобретение, а именно (1) после винтового пресса (точка 3 на фиг.2); (2) осадок нижнего потока (точка 5 на фиг.2); и (3) осадок выходящего потока (осадок после центрифуги) (точка 6 на фиг.2).
Три ультразвуковых способах выбирали для того, чтобы обрабатывать выбранные образцы: ультразвук 1 (US1) с использованием длинного стержневого титанового сонотрода или короткого стержневого титанового сонотрода, ультразвук 2 (US2) и двухстадийный способ (US1 и US2). После смешивания и предварительного нагревания до 70°C образцы прокачивали через ультразвуковую систему. Смесь рециркулировали через систему US1. Система US2: преобразователи помещали в водяную баню при 70°C и опосредованно испускали звук через стенки пластмассой пробирки для центрифуги, содержащей пальмовый масляный материал.
• US1l получали посредством длинного стержневого титанового сонотрода с использованием частоты 20 кГц и мощности 238 дБ
• US1s получали посредством короткого стержневого титанового сонотрода с использованием частоты 20 кГц и мощности 238 дБ
• US2 использует частоты 400 кГц и 1,6 МГц и мощность 231 дБ.
На фиг.2 точки 1-5 представляют собой отдельные воздействия на выбранных частотах.
Поток через сонотродный горн, который использовали для US1 на частоте 20 кГц, облегчает разрушение растительной ткани и несущих масло клеток и коалесценции высвобождаемого масла способствует применение более высоких частот. Ультразвуковые частоты (400 кГц - 2 МГц), получаемые с использованием пластинчатых преобразователей (US2), не смешивают/разделяют масляную эмульсию через коалесценцию и отгонку масла из твердых поверхностей раздела в виде частиц посредством разделения потоков. Декантатор (также называемый осветлителем) предлагает статическую систему, где невозмущенное ультразвуковое поле позволяет возникать коалесценции. Увеличенная коалесценция способствует разделению, снижая концентрацию масла в осадке нижнего потока на дне декантатора, следовательно, снижая время пребывания. Трехмерную установку преобразователя можно устраивать для того, чтобы приводить частицы масла вместе в определенную точку и усиливать коалесценцию. Кроме того, коалесценцию можно получать посредством импульсов.
Обработанные ультразвуком и необработанные образцы помещали в осадительную трубу и оставляли стоять на водяной бане при 85°C в течение 1 часа. Измеряли высоту масла от верхнего слоя и отделенное масло удаляли посредством пипетирования. Затем остающийся осадок центрифугировали при 1000 G и измеряли высоту отделенного масла. Результаты выражены в виде % объема масла, отделенного от образца на основе подаваемого объема.
В таблицах 1, 2 и 3 кратко изложено разделение масла после различных комбинаций ультразвуковой обработки масла после винтового пресса и осадка после центрифуги после обработки ультразвуком. Три предусмотренных ультразвуковых способа US1l, US2 и US1l+US2 повышали выход в подаваемом образце после винтового пресса (таблица 1). Это частично обусловлено увеличенным разделением во время осаждения. Наиболее заметным случаем является тот, когда использовали пластинчатые преобразователи (US2) с 25% увеличением относительно статичного контроля во время осаждения, что также указывает на более высокую скорость разделения. Однако ультразвуковой способ US1S вызывал эмульсификацю масла и снижал отделение масла (таблица 2).
Однако единственным способом, который значительно увеличивал отделение масла в осадке нижнего потока из осадительного бака, был US2, который показывал дополнительное 7% удаление масла после декантирования и дополнительное удаление масла 4% относительно статичного контроля.
Результаты показывают преимущество использования отдельно пластинчатых преобразователей в противоположность тому, когда осадок обрабатывали потоком через низкочастотные сонотроды. Комбинация обеих пластин и преобразователей сонотродного типа также обеспечивала отрицательные результаты.
| Таблица 1 | |||
| Общее извлечение масла в подаваемом веществе после винтового пресса после обработки ультразвуком. US1l получали посредством длинного стержневого сонотрода. Процентная доля отражает мл декантируемого масла исходя из 100 мл подаваемого вещества | |||
| Обработка | Объем масла после осаждения в течение 1 часа при 85°С | Объем масла после удаления верхнего слоя и центрифугирования при 1000 G (%) | Всего масла удалено (%) |
| Контроль (статический) | 18±2 | 26±1 | 44 |
| Контроль (прокачанный) | 19±1 | 33±1 | 52 |
| US1ı | 19±1 | 35±1 | 54 |
| US2 | 29±2 | 25±5 | 54 |
| US1ı+US2 | 21±1 | 35±4 | 56 |
| Таблица 2 | |||
| Общее извлечение масла в подаваемом веществе после винтового пресса после обработки ультразвуком. US1S получали посредством короткого стержневого сонотрода. Процентная доля указывает мл декантируемого масла исходя из 100 мл подаваемого вещества | |||
| Обработка | Объем масла после осаждения в течение 1 часа при 85°С | Объем масла после удаления верхнего слоя и центрифугирования при 1000 G (%) | Всего масла удалено (%) |
| Контроль (статический) | 26±2 | 12±1 | 38 |
| Контроль (прокачанный) | 24±1 | 17±4 | 41 |
| US1ѕ | 3±1 | 23±1 | 26 |
| US2 | 35±2 | 11±2 | 46 |
| US1ѕ+US2 | 30±1 | 16±4 | 46 |
| Таблица 3 | |||
| Общее извлечение масла в осадке нижнего потока из осадительного бака после обработки ультразвуком. US1l получали посредством фокусного сонотрода. Процентная доля показывает мл декантируемого масла исходя из 100 мл подаваемого вещества | |||
| Обработка | Объем масла после осаждения в течении 1 часа при 85°С | Объем масла после удаления верхнего слоя и центрифугирования при 1000 G (%) | Всего масла удалено (%) |
| Контроль (статический) | 2±1 | 17±1 | 19 |
| Контроль (прокачанный) | 3±1 | 17±1 | 20 |
| US1ı | 0 | 15±1 | 15 |
| US2 | 9±1 | 14±1 | 23 |
| US1ı+US2 | 0 | 14±1 | 14 |
Пример 2: Испытания в пилотном масштабе с пластинчатыми преобразователями, погруженными внутри сосуда
Испытания в пилотном масштабе дополнительно показывают другие условия ультразвуковой обработки для усиленного экстрагирования масла в различных конфигурациях пластинчатых преобразователей и с отдельными частотами или комбинациями множества частот. Ультразвук применяли к подаваемому веществу после винтового пресса (точка 3 на фиг.2): ультразвук 3 (US3), ультразвук 4 (US4) и ультразвук 5 (US5); конфигурации на фиг.6,a,b,c соответственно). Свежие образцы получали непосредственно с фабричной производственной линии при 85°C и обрабатывали непосредственно в ультразвуковом сосуде для каждой конфигурации. Во всех случаях преобразователи поддерживали вертикально или горизонтально внутри сосуда и они непосредственно испускали звук в пальмовый масляный материал.
• US3 использует частоту 400 кГц и мощность между 222 и 227 дБ с двумя вертикальными пластинчатыми преобразователями, расположенными перпендикулярно в двух различных плоскостях;
• US4 использует частоты 400 кГц (только), или 400 кГц и 1 МГц, или 400 кГц и 2 МГц и мощность от 224 до 226 дБ; два вертикальных 400 кГц пластинчатых преобразователя перпендикулярно располагали для того, чтобы работать с более высокочастотными преобразователями, горизонтально расположенными на дне; и
• US5 использует частоты 400 кГц или 1 МГц или 2 МГц и мощность 221 дБ с преобразователями, размещенными горизонтально на дне бака.
Отделение масла во время осаждения проходило в двух идентичных баках с тем же подаваемым веществом после винтового пресса. Осаждение в одном из баков происходило при работе преобразователей (ультразвук включен), тогда как другой бак не имел работающих преобразователей (ультразвук выключен). Высоту слоя масла в каждом баке измеряли в конце цикла. Результаты выражены в виде % отделения масла от образцов. Образцы брали на различных высотах бака, центрифугировали при 1000 G и измеряли объем отделенного масла. Масло, остающееся в осадке после центрифугирования и содержание масла в исходном подаваемом веществе, анализировали с использованием способа Сокслета.
В таблице 4 кратко изложено количество отделения масла в различных комбинациях ультразвуковой обработки в масле после винтового пресса, и фиг.7, 8 и 9 представляют повышенную скорость разделения, которую достигали с использованием ультразвука. Три ультразвуковых способа US3, US4 и US5 обеспечивали повышенное удаление масла в образце масла после винтового пресса (таблица 4). Более быстрое отделение масла наблюдали, когда воздействовали всем конфигурациями преобразователей. Наиболее заметным случаем является US3 с 700% увеличением отделения масла по сравнению с соответствующим статичным контролем. Анализ Сокслета также показывал 44% снижение масла, остающегося в осадке после центрифугирования.
| Таблица 4 | |||
| Общее извлечение масла в подаваемом веществе после винтового пресса после обработки ультразвуком с использованием преобразователей, погруженных в сосуд. Процентная доля показывает L декантируемого масла исходя из 100 л подаваемого вещества | |||
| Обработка | Объем масла при 85°С (%)а | Объем масле после центрифугирования 1000 G (%) | Общее удаленное масло (%) |
| Контроль 3 | 20±0 | 35±3 | 37 |
| US3 | 11±5 | 43±3 | 54 |
| Контроль 4 | 1±2 | 40±4 | 41 |
| US4 | 8±4 | 42±6 | 50 |
| Контроль 5 | 1±1 | 43 | 44 |
| US5 | 3±1 | 40 | 43 |
Из приведенного выше можно видеть, что данное изобретение относится к значительному улучшению выхода масла для конкретных расположений пластинчатых преобразователей. В частности, эффекты можно видеть от использования одного пластинчатого преобразователя в вертикальной форме и его комбинаций с другой вертикальной пластиной, расположенной на перпендикулярной плоскости, или на том же или на других уровнях осадительного бака. Важно заменить, что даже несмотря на то, что более быстрое отделение масла получали с использованием горизонтальных пластинчатых преобразователей, это не может обеспечить дополнительный выход масла. Тем не менее, ускорение удаления масла ведет к значительным эффектам в отношении снижения времени получения.
Пример 3: Испытания в пилотном масштабе с преобразователями, установленными снаружи сосуда (с активной поверхностью в непосредственном контакте с образцом)
Дополнительные испытания в пилотном масштабе демонстрируют, что высокие частоты эффективны при усилении экстрагирования масла, когда используют преобразователи, установленные снаружи на предварительно изготовленные окна (или вырезы) в стенке сосуда. Этот прототип (фиг.10) имеет такое преимущество, что только активная область преобразователей находится в непосредственном контакте с образцом, тем самым снижая тепловую нагрузку на преобразователь и повышая его срок службы. Системы пилотного масштаба на фиг.10,a и 10,b разработаны для того, чтобы вмещать 600 кГц и 400 кГц преобразователи соответственно. Частям системы присвоены номера, указывающие следующее: (1) запасная крышка выреза, (2) удерживающая прижимная планка, (3) сборочный винт, (4) опорная рамка выреза, (5) охлаждающий порт преобразователя, (6) порт сигнала преобразователя, (7) 600 кГц пластинчатый преобразователь, (8) боковое окно, (9) съемные крышки, (10) донный порт для проб, (11) поверхностный порт для проб, (12) верхний порт для проб, (13) нижний порт для проб и (14) 400 кГц пластинчатый преобразователь.
Ультразвук применяли к подаваемому веществу после винтового пресса (точка 3 на Фиг.2): ультразвук 6 (US6), ультразвук 7 (US7) и ультразвук 8 (US8); конфигурации на Фиг.10). Образцы получали непосредственно с фабричной производственной линии при 85°C и обрабатывали непосредственно в ультразвуковом сосуде для каждого звукового условия.
• US6 использует частоту 600 кГц и мощность 230 дБ с одним пластинчатым преобразователем, установленным внешне напротив боковой стенки сосуда с вырезанным окном;
• US7 использует частоту 400 кГц и мощность 220 дБ с одним пластинчатым преобразователем, установленным внешне напротив боковой стенки сосуда с вырезанным окном;
• US8 и US9 используют частоту 600 кГц и мощность 220 и 224 дБ соответственно с одним пластинчатым преобразователем, установленным внешне напротив боковой стенки сосуда с вырезанным окном.
В таблице 5 кратко изложено количество отделения масла при отдельных обработках при одной и той же частоте в масле после винтового пресса. Три одинаковых цикла с использованием US6 обеспечивали повышенное удаление масла по сравнению со статичным контролем в образце масла после винтового пресса после осаждения (таблица 5) и также повышение общего удаления декантируемого масла (таблица 5).
В таблице 6 кратко изложено количество отделения масла в масле после винтового пресса из параллельных обработок в двух сосудах с использованием одного и того же подаваемого вещества при двух частотах 400 кГц и 600 кГц. Это сравнение показывает, что более высокие частоты (600 кГц) также эффективны, как обработка на 400 кГц.
| Таблица 5 | |||
| Общее извлечение масла в подаваемом веществе после винтового пресса в осадительном баке после обработки ультразвуком с использованием преобразователей, расположенных снаружи сосуда. Процентная доля показывает кг декантируемого масла исходя из 100 кг основания | |||
| Обработка | Масса масла после 1 ч при 85°С (%) | Масса масла после удаления верхнего слоя и центрифугирования 1000 G (%)а | Всего удалено масла (%) |
| Цикл 1 | |||
| Контроль 6 | 11 | 20 | 31 |
| US6 | 22 | 10 | 32 |
| Цикл 2 | |||
| Контроль 6 | 1 | 31 | 32 |
| US6 | 19 | 14 | 33 |
| Цикл 3 | |||
| Контроль 6 | 0,3 | 32 | 32 |
| US6 | 22 | 12 | 34 |
| Таблица 6 | |||
| Общее извлечение масла в подаваемом веществе после винтового пресса в осадительном баке после обработки ультразвуком с использованием преобразователей, расположенных снаружи сосуда. Процентная доля показывает кг декантируемого масла исходя из 100 кг основания | |||
| Обработка | Масса масла после 1 ч при 85°С (%) | Масса масла после удаления верхнего слоя и центрифугирования 1000 G (%)а | Всего удалено масла (%) |
| Цикл 1 | |||
| US7 | 17 | 25 | 42 |
| US8 | 14 | 27 | 41 |
| Цикл 2 | |||
| US7 | 18 | 37 | 55 |
| US9 | 21 | 41 | 62 |
Из приведенного выше можно видеть, что данное изобретение относится к значительному улучшению выхода масла для конкретных расположений пластинчатых преобразователей. В частности, эффекты можно видеть от использования одного пластинчатого преобразователя в вертикальной форме и его комбинаций с другой вертикальной пластиной, размещенной в перпендикулярной плоскости, или на том же или на других уровнях осадительного бака. Важно отметить, что даже несмотря на то, что более быстрое разделение масла получали с использованием горизонтальных пластинчатых преобразователей, это не могло обеспечивать дополнительный выход масла. Тем не менее, ускорение удаления масла ведет к значительным эффектам в снижении времени получения.
Специалисты в данной области поймут, что это изобретение можно реализовать в вариантах осуществления, отличных от описанных. Другие схожие точки воздействия показаны на фиг.2.
На всем протяжении этого описания слово «содержать» или вариации, такие как «содержит» или «содержащий», понимают как подразумевающие включение указанного элемента, целого или стадии, или группы элементов, целых или стадий, но не исключение какого-либо другого элемента, целого или стадии, или группы элементов, целых или стадий.
Какое-либо обсуждение документов, действий, материалов, устройств, статей или тому подобного, которые включены в настоящее описание, приведено исключительно с целью предоставления контекста настоящего изобретения. Их не следует воспринимать как допущение того, что какие-либо или все эти объекты образуют часть основания известного уровня техники или были обычным общим знанием в области, имеющей отношение к настоящему изобретению, поскольку они существовали до даты приоритета любого пункта формулы изобретения этой заявки.
Специалисту в данной области будут понятны многие вариации и/или модификации изобретения, как показано в конкретных вариантах осуществления, без выхода из объема изобретения. Следовательно, настоящие варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные и неограничивающие.
1. Способ экстрагирования масла из предварительно мацерированного маслосодержащего материала, включающий стадии:
a) подвергания предварительно мацерированного маслосодержащего материала по меньшей мере одной стадии обработки ультразвуком, на которой используют по меньшей мере один пластинчатый преобразователь, излучающий ультразвук с частотой по меньшей мере 400 кГц, так чтобы создать в мацерированном материале стоячую волну;
b) разделения компонентов с получением первой масляной фазы и фазы оставшегося материала;
c) удаления первой масляной фазы;
d) если требуется, подвергания фазы оставшегося материала по меньшей мере второй стадии обработки ультразвуком и удаления второй масляной фазы.
2. Способ по п.1, в котором по меньшей мере два пластинчатых преобразователя используют во время стадии обработки ультразвуком.
3. Способ по п.2, в котором по меньшей мере два пластинчатых преобразователя излучают ультразвук с разными частотами.
4. Способ по п.3, в котором используют две частоты обработки ультразвуком, одна из которых составляет до 1 МГц, а другая составляет более 1 МГц.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором во время стадии (a) предварительно мацерированный материал нагревают до температуры между 0°C и 90°C.
6. Способ по п.5, в котором во время стадии (a) предварительно мацерированный материал нагревают до температуры между 40 и 85°C.
7. Способ по п.5, в котором во время стадии (a) предварительно мацерированный материал нагревают до температуры между 55 и 65°C.
8. Способ по любому из пп.1-4, 6-7, дополнительно включающий стадию подвергания фазы оставшегося материала разделению центрифугированием, чтобы достигать дополнительного выхода масла.
9. Способ по любому из пп.1-4, 6-7, в котором предварительно мацерированный материал выбирают из группы, состоящей из фруктов, овощей, зерновых, травянистых растений, семян и их смесей.
10. Способ по п.9, в котором фрукты извлекают из дерева масличной пальмы.
11. Способ по любому из пп.1-4, 6-7, 10, представляющий собой непрерывный способ.
12. Способ по любому пп.1-4, 6-7, 10, в котором уровень звукового давления, прикладываемого к предварительно мацерированному маслосодержащему материалу, составляет от около 1 до около 260 дБ.
13. Способ по п.12, в котором уровень звукового давления составляет от 180 до 240 дБ (по отношению к эталонной амплитуде звукового давления 10-6 Па).
14. Способ по п.4, в котором высокочастотные пластинчатые преобразователи устанавливают снаружи сосуда с активной поверхностью в контакте с масляным материалом.
15. Масло, полученное способом по любому предшествующему пункту.
