Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ ЛЬНА

Изобретение относится к технологии переработки семян льна и частично обезжиренного жома льняного семени и может быть использовано в фармацевтической, пищевой, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Известен способ получения полисахаридов семян льна, включающий замачивание семян водой и настаивание полученной смеси при температуре 20°С в течение суток [Кочетков Н.К. Химия углеводов / Н.К. Кочетков. - М.: Химия, 1967. - 672 с.].

Недостатком данного способа является низкая эффективность отделения полисахаридов с поверхности семени, высокая продолжительность процесса и значительное повышение влажности семени, которое сопровождается экстрагированием водорастворимых веществ, что требует дополнительной очистки полученного экстракта полисахаридов.

Наиболее близким к изобретению является способ получения полисахаридов льна [Патент РФ 2358983, МПК С08В 37/06, A23L 1/0524. Способ получения полисахаридов льна / Ожимкова Е.В., Сульман М.Г., Сидоров А.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», заявл. 09.01.2008; бюл. №17, опубл.20.06.2009], включающий экстракцию в дистиллированной воде при воздействии ультразвука с частотой 30 кГц и интенсивностью 182-276 Вт/см² при температуре 27-32°С, время ультразвуковой обработки составляет 12-17 мин. Недостатком данного способа являются большие затраты энергии на работу установки, ускорение окисления липидов семени при обработке ультразвуком, негативное влияние на организм человека.

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстрагирования полисахаридов льна, улучшение качества получаемого продукта, снижение затрат энергии, сокращение продолжительности процесса, улучшение условий труда.

Поставленная задача достигается экстрагированием семян льна или частично обезжиренного жома льняного семени водой температурой 30±2°С при воздействии на обрабатываемую систему механических колебаний (МК), генерируемых перфорированным диском, размещенным внутри аппарата и совершающим возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости с частотой 10-20 Гц и амплитудой 3-6 мм. Время обработки составляет 14-16 мин.

Использование МК способствует разрушению экстрагируемого сырья под действием знакопеременного перепада давления, создаваемого перфорированным диском в замкнутом пространстве аппарата, созданию затопленных турбулентных струй, способствующих уменьшению толщины пограничного слоя и увеличению коэффициента массоотдачи, а также интенсивному перемешиванию макроскопических объемов жидкости, вследствие чего наблюдается выравнивание поля концентраций целевых компонентов во всем объеме экстрактора и участие в процессе массообмена всей поверхности твердых частиц. Указанные эффекты ведут к снижению продолжительности процесса при увеличении выхода целевого компонента. Массообменное оборудование, реализующее воздействие на обрабатываемую систему МК, характеризуется простотой конструкции, низкими капитальными и эксплуатационными затратами.

Эффективность извлечения полисахаридов обусловлена рациональным выбором параметров характеризующих процесс экстрагирования - частота и амплитуда колебаний перфорированного диска.

Использование МК с частотой 10-20 Гц позволяет значительно сократить время и увеличить извлечение полисахаридов семян льна. При использовании МК ниже 10 Гц выход полисахаридов снижается, использование частоты выше 20 Гц ведет к созданию гидродинамического режима, при котором продолжительность существования затопленных струй будет меньше периода колебаний перфорированного диска, вследствие чего макроскопические объемы жидкости практически не перемещаются относительно поверхности твердой частицы, и процесс массообмена затормаживается.

Использование МК с амплитудой 3-6 мм обеспечивает высокую скорость протекания процесса экстрагирования при минимальном расходе подводимой энергии. При использовании меньшей амплитуды значительно увеличивается время достижения технического результата, а увеличение амплитуды ведет к значительному повышению динамической нагрузки на привод и механической деструкции молекул полисахаридов.

Способ реализуется следующим образом.

Очищенные от примесей семена льна (частично обезжиренный жом льняного семени) загружались в аппарат под перфорированный диск. Содержимое заливалось водой, имеющей температуру 30±2°С, при соотношении твердой и жидкой фаз 1:15. Включали привод экстрактора, который обеспечивает передачу перфорированному диску гармонических колебаний в диапазоне частот 10-20 Гц, при амплитуде 3-6 мм. Продолжительность экстрагирования составляла 14-16 мин до достижения максимальной вязкости экстракта. После чего суспензия разделялась на ситах или центрифуге на жидкую (экстракт) и твердую фазы. Полученный экстракт фильтровался и высушивался под вакуумом в слое толщиной не более 2 мм в течение 4 ч при температуре не выше 60°С до влажности не более 10%. Масса извлеченных полисахаридов составляла 10,8% от массы навески семян льна и 10,6% от массы навески частично обезжиренного жома семян льна.

Пример 1

Навеску семян льна массой 0,15 кг загружали в экстрактор, выполненный в форме цилиндра диаметром 150 мм с объемом рабочей камеры 2,5 дм³. В центре рабочей камеры перпендикулярно оси аппарата установлен перфорированный диск диаметром 0,96 от диаметра аппарата, имеющий возможность возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости. Диск толщиной 2 мм перфорирован цилиндрическими отверстиями диаметром 3 мм, с площадью живого сечения 16,5%, по периметру диска закреплена отбортовка высотой 14 мм, направленная к дну аппарата. В аппарат заливалась вода температурой 30±2°С в количестве 2 кг, обеспечивая соотношение фаз 1:15. Диск совершал гармонические колебания вдоль оси аппарата с частотой 20 Гц и амплитудой 3 мм. Продолжительность процесса составляла 18 мин и оценивалась по значению коэффициента кинематической вязкости полученного экстракта (табл. 1), при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось на 16 минуте после начала процесса.

Полученная суспензия разделялась на ситах. Экстракт фильтровался на вакуум-фильтре. Полученный фильтрат высушивался в тонком слое под вакуумом, используя поток теплого воздуха температурой не выше 60°С.

Пример 2

Способ осуществляли аналогично примеру 1 при амплитуде колебаний перфорированного диска 6 мм и частоте колебаний 10 Гц.

Кинетика процесса показана в таблице 2, при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось на 14 минуте после начала процесса.

Пример 3

Способ осуществляли аналогично примеру 1 при амплитуде колебаний перфорированного диска 4,5 мм и частоте колебаний 15 Гц.

Кинетика процесса показана в таблице 3, при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось через 16 мин после начала процесса

Пример 4

Способ осуществляли аналогично примеру 1 за исключением того, что экстрагированию подвергали частично обезжиренный жом льняного семени, полученный при холодном прессовании на маслопрессе Oscar DO-1000, при амплитуде колебаний перфорированного диска 3 мм и частоте колебаний 20 Гц.

Кинетика процесса показана в таблице 4, при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось на 16 минуте после начала процесса.

Пример 5

Способ осуществляли аналогично примеру 4 при амплитуде колебаний перфорированного диска 6 мм и частоте колебаний 10 Гц.

Кинетика процесса показана в таблице 5, при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось на 14 минуте после начала процесса.

Пример 6

Способ осуществляли аналогично примеру 4 при амплитуде колебаний перфорированного диска 4,5 мм и частоте колебаний 15 Гц.

Кинетика процесса показана в таблице 6, при этом достижение максимального значения коэффициента кинематической вязкости наблюдалось через 16 мин после начала процесса.

Снижение коэффициента кинематической вязкости при обработке более 14-16 мин, в зависимости от величины вибрационного воздействия объясняется разрушением молекулярных цепей полисахаридов вследствие механического воздействия на них. Поэтому рекомендуемая продолжительность экстрагирования полисахаридов льна при использовании МК составляет 14-16 мин в зависимости от величины вибрационного воздействия.

Процессы извлечения полисахаридов льна из семян и частично обезжиренного жома не имеют значительных отличий друг от друга, за исключением общего повышения вязкости обрабатываемой системы и, как следствие, увеличения затрачиваемой энергии.

Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность процесса экстрагирования полисахаридов льна, что позволит повысить производительность линии, понизить затраты энергии и улучшить условия труда.