Введение к работе
Актуальность проблемы и состояние вопроса. Процесс экстрагирования в системе твердое тело - жидкость является одним из наиболее широко распространенных процессов, применяемых в пищевой промышленности. Метолами экстракции пользуются при извлечении масел из маслосодержащих семян, сахара из свеклы, ферментов из культур плесневых грибов. Экстрагирование также применяют в производстве вина, пива, растворимого кофе, чая и др.'
В ликерно-водочной. медицинской и парфюмерной промышленности широкое применение нашел процесс экстрагирования ароматических и лекарственных веществ из растительного сырья с применением различных экстрагентов.
Наметившаяся в последние годы тенденция роста выпускаемых ликерно-водочной промышленностью горьких и сладких настоек, наливок и ликеров с широким спектром применяемых для их изготовления экстрактов обуславливает возросшую потребность производства различных видоз настоев (экстрактов) с повышенной концентрацией ароматических веществ. Высокие требования, предъявляемые ликерно-водочной промышленностью к качеству применяемых экстрактов, могут быть удовлетворены только в условиях разработки новых интенсивных технологий экстракционных процессов, позволяющих обеспечить высокую эффективность получения качественных экстрактов с повышенной степенью концентрации содержащихся в них ароматических веществ.
В настоящее время в ликерно-водочной промышленности используются два способа экстракции: двукратное настаивание с одноразовым ежедневным перемешиванием к настаиванием в специальной экстракционной установке при многократном перемешивании.
Наибольшее распространение в условиях ликерно-водочных производств нашел способ двукратного настаивания при двух последовательных заливах растительного сырья зкстрагентом (I и П ели-
- г -
вы). Указанный способ длительный, требует большого числа емкостей, значительных производственных площадей и связан с повышенными тратами спирта.
Ведение процесса экстракции на специальной экстракционной установке осуществляется в более оптимальных условиях. Однако, в целом процесс идет медленно. Это является следствием того, что существующие способы экстрагирования не позволяют существенно снизить.диффузионное сопротивление в пограничном слое, что препятствует увеличению градиента концентраций внутри частиц твердого тела и уменьшает коэффициент внутренней диффузии.
Преимуществом специальных экстракционных установок можно считать возможность с их помощью интенсифицировать процесс извлечения компонентов из растительного сырья за счет различных способов физического воздействия (механическое перемешивание, наложение силовых полей и др.).
Эти способы часто позволяют заметно увеличить скорость процесса экстракции, но одновременно могут существенно снизить качество экстрактов за счет появления в них нежелательных примесей, помутнений и пр. Кроме того, практически все применяемые экстракционные способы позволяют получать одинаково низкую .концентрацию экстрактов, так как требуют для своего применения больших объемов экстрагента.
В настоящей работе предложен новый способ извлечения целевых компонентов из растительного сырья с применением процессов экстракции и последующего испарения под вакуумом пленки жидкости с поверхности частиц твердой фазы. Его основным преимуществом является возможность значительно сократить время экстрагирования и при малых объемах экстрагента получить экстракты более высокой концентрации целевых компонентов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка нового способа экстрагирования целевых компонентов из растительного сырья, изучение .условий наиболее эффективного ведения отдельных этапов процесса, разработка рекомендаций по оптимизации режимов проведения отдельных стадий извлечения компонентов, разработка технологии и технологической схемы получения экстрактов с повышенным содержанием целевых компонентов.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработаны рекомендации по подбору экстрагента для проведения процесса экстракции;
исследованы условия смачивания частиц растительного сырья и способы интенсификации этого процесса;
проведены теоретические и экспериментальные исследования по отработке режимов экстракции, вакуумирования и испарения жидкой пленки с поверхности растительного сырья;
отработан технологический процесс экстрагирования целевых компонентов, включающий последовательные стадии вакуумирования, смачивания, создания высококонцентрированной пленки жидкости на поверхности частиц растительного сырья, испарения этой пленки в условиях вакуума и конденсирования паров экстракта, содержащего повышенные концентрации целевых компонентов;
разработаны рекомендации, обеспечивающие более высокую степень извлечения целевых компонентов из растительного сырья, чем по существующим способам экстрагирования;
разработана блок-схема процесса математического моделирования технологии извлечения целевых компонентов по новому методу при переходе на новые виды растительного сырья.
Научная новизна. Разработан новый эффективный способ извлечения целевых компонентов из растительного сырья на базе совмещения процессов экстракции и испарения пленки жидкости под вакуумом. На основании теоретических и экспериментальных исследований впервые решен вопрос получения высококонцентрированных экстрактов непосредственно в экстракционной установке.
Проведено теоретическое обоснование способа, сущность которого заключается в том. что после смачивания и насыщения растительного сырья экстрагентом все его излишки удаляются, и при испарении под вакуумом пленки жидкости, образуемой остатками экс-трагента на поверхности частиц растительного сырья, достигается возможность вывода из экстрактора паров экстракта с высоким содержанием целевых компонентов.
Способ защищен авторским свидетельством АС 1325066.
Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований разработана технология экстракции целевых компонентов из растительного сырья, позволяющая осуществлять более глубокое (на 0,5*0,6%) экстрагирование, в 3-4 раза сократить продолжительность экстрагирования по сравнению с действующей технологией. Создан экспериментальный образец установки приготовления экстрактов двух фракций: с повышенной концентрацией целевых компонентов (конденсат паров из пленки с поверхности частиц) и нормальной концентрацией.
Реализация результатов исследования. Результаты проведенных исследований дают возможность проектировать технологию и аппаратурное оформление процесса приготовления экстрактов с повышенной концентрацией целевых компонентов.
Экспериментальная установка испытывалась на Тульском заводе "Кристалл", результаты работы внедрены на Московском ликерно-во-
дочном заводе "Кристалл". Полученная экономическая эффективность от внедрения способа на этом предприятии составила около 25 тыс. руб. (в ценах 1987 года).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на заседании Ученого совета Всероссийского научно-исследовательского института пищевой биотехнологии (БНИКПБТ). на ведущих предприятиях отрасли - Тульском, Орловском. Санкт-Петербургском.
Публикации. По материалам диссертации опубликсвано 6 работ, в том числе 2 авторских свидетельства.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 121 странице машинописного текста, содержит 10 таблиц и 12 рисунков, состоит из введения, семи глав, выводов, списка использованной литературы (79 источников) и 3 приложений.