Результат интеллектуальной деятельности: Установка для экстракции растительного сырья

Изобретение относится к технике экстракции, а именно к эксплуатации установок для обработки эфирномасличного, лекарственного и пряно-ароматического растительного сырья жидким диоксидом углерода с целью получения CO₂-экстрактов жирорастворимых витаминов и провитаминов, фитонцидов и флавоноидов используемых в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.

Известна установка для субкритической CO₂-экстракции растительного сырья, включающая последовательно установленные и сообщенный между собой посредством запорной арматуры емкость для хранения жидкого CO₂, первый испаритель, экстрактор, две емкости для сбора экстракта, второй испаритель (Научные и практические проблемы суб- и сверхкритической CO₂-экстракции. // Г.И. Касьянов, Д.Е. Занин, М.П. Бахмет. - Научные труды КубГТУ. - №3. - 2014. - С. 1-15)

Недостатком данной установки является ограниченный ассортимент получаемых целевых продуктов, обусловленный селективными свойствами жидкого CO₂.

Прототипом изобретения является установка для комбинированной суб- и сверхкритической CO₂-экстракции растительного сырья, включающая последовательно установленные и сообщенные между собой посредством запорной арматуры сборник-конденсатор для CO₂, соединенный с первым экстрактором, оснащенным сетчатыми кассетами, который сообщен с испарителем, оснащенным паровой рубашкой, при этом первый выход испарителя сообщен со сборником экстракта, второй выход испарителя - со сборником-конденсатором для CO₂ и третий выход - со вторым экстрактором, который соединен с сепаратором, первый выход которого соединен со сборником экстракта, а второй - со сборником-конденсатором.

Недостатком данной установки является высокий расход растительного сырья и высокие потери биологически активных веществ, обусловленные проведением параллельной экстракции в отдельных экстракторах, ориентированных на селективное извлечение компонентов из растительного сырья, а также сложность технологического исполнения.

Задачей изобретения является усовершенствование установки для экстракции растительного сырья, обеспечивающее сокращение расхода растительного сырья и увеличение выхода целевых продуктов из одного объема растительного сырья.

Техническим результатом является обеспечение возможности последовательного извлечения целевых продуктов.

Технический результат достигается тем, что установка для экстракции растительного сырья включает емкость для хранения жидкого CO₂, сообщенную с первым входом первого испарителя, выход которого соединен с емкостью для сбора жидкого CO₂, при этом первый выход емкости для сбора жидкого CO₂ сообщен с входом третьего теплообменника, а второй выход - с верхней частью экстрактора, сообщенного со вторым испарителем, первый выход которого связан со вторым входом первого испарителя, второй выход связан с емкостью для сбора каротиноидов, а третий выход - с сепаратором, первый выход которого связан с емкостью для сбора флавоноидов, второй выход сепаратора связан с емкостью для модификатора, которая посредством насоса сообщена с входом третьего теплообменника, связанного с нижней частью экстрактора.

Сообщение второго выхода емкости для сбора жидкого СО₂ с верхней частью экстрактора позволяет проводить экстракцию жидким диоксидом углерода в субкритическом режиме при температуре 10-25°C и давлении 5,2-7,0 МПа, что обеспечивает селективное извлечение из растительного сырья ценных компонентов с небольшой молекулярной массой, к которым относятся каротиноиды. Соединение экстрактора со вторым испарителем позволяет обеспечить разделение мисцеллы, содержащей каротиноиды, от растворителя - жидкого CO₂, который через первый выход второго испарителя поступает на второй вход первого испарителя. Для сбора каротиноидов установлена емкость для сбора каротиноидов, сообщенная со вторым выходом второго испарителя.

Соединение входа третьего теплообменника через насос с емкостью для сбора жидкого CO₂ и емкостью для модификатора позволяет обеспечить подачу в нижнюю часть экстрактора смесь растворителей, состоящую из жидкого диоксида углерода и сорастворителя - этанола (этилового спирта). При этом количество этилового спирта составляет 5-7% от массы жидкого диоксида углерода. Проведение экстракции растительного сырья смесью, состоящей из жидкого диоксида углерода и сорастворителя - этанола, позволяет проводить экстракцию при температуре от +32 до +65°C и давлении 7,5-60 МПа, что обеспечивает селективное доизвлечение флавоноидов из растительного сырья, прошедшего субкритическую экстракцию. Соединение экстрактора со вторым испарителем позволяет обеспечить отделение мисцеллы, содержащей флавоноиды и этиловый спирт, от растворителя - жидкого CO₂, который через первый выход второго испарителя поступает на второй вход первого испарителя. А для отделения этилового спирта и сбора флавоноидов используют сепаратор, первый выход которого связан с емкостью для сбора флавоноидов, а второй выход сепаратора связан с емкостью для модификатора.

Предлагаемая установка обеспечивает возможность последовательного извлечения целевых продуктов из одного объема обрабатываемого растительного сырья, что обеспечивает сокращение потерь растительного сырья и увеличение выхода целевых продуктов.

На фиг. представлена установка для экстракции растительного сырья. Установка для экстракции растительного сырья включает емкость для хранения жидкого CO₂ 1, сообщенную с первым входом первого испарителя 2, выход которого соединен с емкостью для сбора жидкого CO₂ 3. Первый выход емкости для сбора жидкого CO₂ 3 сообщен с входом третьего теплообменника 11, а второй выход - с верхней частью экстрактора 4, сообщенного со вторым испарителем 5. Первый выход второго испарителя 5 связан со вторым входом первого испарителя 2, второй выход - связан с емкостью для сбора каротиноидов 6, а третий выход - с сепаратором 7. Первый выход сепаратора 7 связан с емкостью для сбора флавоноидов 8, второй выход сепаратора 7 связан с емкостью для модификатора 9, которая посредством насоса 10 сообщена с входом третьего теплообменника 11, связанного с нижней частью экстрактора 4.

Установка для экстракции растительного сырья работает следующим образом. Растительное сырье, предназначенное для извлечения экстракта каротиноидов и флавоноидов, помещают в герметический экстрактор 4. Из емкости для хранения жидкого CO₂ через первый испаритель 2 подают жидкий CO₂ в емкость для сбора жидкого CO₂ 3. Из емкости для сбора жидкого CO₂ 3 в герметичный экстрактор 4 подают жидкий диоксид углерода при температуре 27°C и давлении 6,7 МПа и выдерживают 10 минут. После чего осуществляют слив мисцеллы во второй испаритель 5, который оснащен водяной рубашкой с температурой рабочего агента 55-60°C, в котором происходит отделение растворителя от каротиноидов, при этом выделившийся растворитель - жидкий CO₂ поступает на второй вход первого испарителя 2, где смешивается с основным потоком жидкого диоксида углерода из емкости для хранения жидкого CO₂ 1 и затем через второй испаритель 5 поступает в емкость для сбора жидкого CO₂ 3. Полученный экстракт каротиноидов, из второго испарителя 5 поступает в емкость для сбора каротиноидов 6.

После чего из емкости для сбора жидкого CO₂ 3 подают жидкий диоксид углерода, который смешивают с этиловым спиртом, взятым в количестве 5% от массы диоксида углерода из емкости для модификатора 9 и по средством насоса высокого давления 10 осуществляют их подачу в третий теплообменник 11, который оснащен водяной рубашкой с температурой рабочего агента 65-70°C, где происходит образование смеси сверхкритического CO₂ с парами этилового спирта, которую затем подают в нижнюю часть экстрактора 4. В процессе сверхкритической экстракции в экстракторе 4 образуется мисцелла, содержащая флавоноиды и растворитель (жидкий диоксид и этиловый спирт), которая поступает на второй испаритель 5, где происходит отделение жидкого диоксида, который поступает на второй вход первого испарителя, а смесь, состоящая из экстракта флавоноидов и растворителя (этанола) поступает в сепаратор 7, где разделяется на экстракт флавоноидов., который собирают в емкости для сбора флавоноидов 8 и газовую фазу этилового спирта, которую возвращают в емкость для модификатора 9.