Способ производства экстрактов из биологического сырья

Способ производства экстрактов из биологического сырья

Реферат

Изобретение относится к технологии экстракции в системе жидкость – твердое тело.

Известен способ экстрагирования растительного сырья, предусматривающий смешивание сырья с жидким экстрагентом, нагревание смеси до температуры 40-80°С, периодическое вакуумирование экстракционной смеси с подводом теплоты для поддержания ее температуры на 5-15°С выше температуры кипения при давлении вакуумирования и повышение давления до исходного значения с последующим отделением экстракта (SU 1286232 А1, 30.01.1987).

Недостатком данного способа является невозможность выделения из сырья химически связанных веществ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ производства экстрактов из биологического сырья, предусматривающий его экстрагирование жидким экстрагентом в присутствии ферментов и разделение фаз (SU 664967, 30.05.1979).

Данный способ позволяет извлекать химически связанные вещества, но обладает высокой продолжительностью технологического цикла, а извлекаемый целевой продукт содержит большое количество сопутствующих веществ, представляющих собой продукты глубокого ферментолиза исходного сырья.

Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности технологического цикла и повышение качества целевого продукта.

Этот результат достигается тем, что в способе производства экстрактов из биологического сырья, предусматривающем его экстрагирование жидким экстрагентом в присутствии ферментов и разделение фаз, согласно изобретению, в процессе экстрагирования давление в экстракционной смеси периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения.

Способ реализуется следующим образом.

Биологическое сырье после характерной для его вида традиционной подготовки смешивают с жидким экстрагентом, содержащим ферменты. В полученной реакционной смеси давление периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения, соответствующего давлению насыщенных паров жидкого экстрагента при температуре ферментолиза. После завершения ферментолиза-экстрагирования фазы разделяют.

Экстрагирование в присутствии ферментов, как правило, осуществляют для перевода в жидкую фазу веществ, связанных со структурообразующими веществами биологического сырья и/или находящихся исключительно внутри клеток и не переходящих в экстракт через клеточные мембраны экстрагируемого сырья. Активность используемых ферментов выбирают таким образом, чтобы они обеспечивали разрушение связи экстрагируемых веществ со структурообразующими веществами клеток обрабатываемого биологического сырья и/или разрушение клеточных мембран. То есть, независимо от вида экстрагируемых веществ, используемые ферменты обеспечивают химическое разрушение структуры обрабатываемого сырья.

При сбросе давления образование каждого пузырька газовой фазы в экстракционной смеси сопровождается созданием ударной волны, разрушающей структуру биологического сырья, что приводит к падению его диффузионного сопротивления и развитию поверхности контакта фаз. Испарение жидкости всегда связано с поглощением теплоты, поэтому после каждого цикла изменения давления температура реакционной смеси несколько падает, что приводит к необходимости увеличения сброса давления для обеспечения вскипания жидкой фазы в каждом последующем цикле. Подвод теплоты для термостатирования реакционной смеси, как это предусмотрено в указанном первом аналоге, в данном случае является нежелательным из-за возможности инактивации ферментов в зоне контакта с теплоподводящей поверхностью.

Количество циклов сброса давления задают, как правило, в количестве 3-15 за цикл экстрагирования или рассчитывают по максимальной эффективности воздействия перепадов давления на обрабатываемое сырье по известным зависимостям (Ломачинский В.А., Высокоэффективные технологии переработки растительного сырья. - М.: Русские технологии, 1996, с.54-56).

Следует отметить, что обработка ферментами и перепадами давления, сопровождающимися вскипанием экстрагента, при обработке биологического сырья обладают синергизмом, что объясняется следующим. Ферменты разрушают структуру биологического сырья за счет химического воздействия на структурообразующие вещества по мере диффузии внутрь частиц обрабатываемого сырья. То есть, интенсификация экстрагирования под их действием обусловлена, помимо активности ферментов, скоростью их диффузии внутрь обрабатываемого сырья. Периодическое изменение давления со вскипанием экстрагента не оказывают влияния на активность ферментных систем, но ускоряют их диффузию внутрь обрабатываемого сырья.

Ударные волны, сопровождающие образование каждого пузырька газовой фазы в экстракционной смеси, разрушают клеточную структуру сырья за счет динамических и усталостных нагрузок. При этом следует отметить, что в предлагаемом способе при отсутствии внешнего подвода теплоты частицы твердой фазы обрабатываемого сырья служат центрами парообразования, и пузырьки газовой фазы образуются непосредственно на их поверхности, а в первом аналоге при подводе теплоты пузырьки пара образуются на теплоподводящей поверхности на некотором расстоянии от частиц твердой фазы. Поскольку действие ударных волн, сопровождающих образование каждого пузырька газовой фазы в жидкой, ослабевает пропорционально квадрату расстояния от зоны возникновения пузырька, удельные энергозатраты на разрушение клеточной структуры в первом аналоге будут всегда выше, чем в предлагаемом способе, из-за более низкого КПД использования энергии ударных волн при фазовом переходе экстрагента. Воздействие ферментов на структурообразующие вещества биологического сырья снижает как динамическую, так и усталостную прочность клеточных мембран, что ускоряет их разрушение под действием ударных волн.

Перечисленные выше процессы не только ускоряют выделение целевого продукта из обрабатываемого сырья, но и повышают равномерность воздействия ферментов на сырье, что позволяет не только сократить время цикла экстрагирования, но и уменьшить вероятность глубокого ферментолиза сырья. Это в результате приводит к сокращению содержания сопутствующих веществ в экстракте и повышению качества целевого продукта.

Пример 1.

В производстве кормового белкового гидролизата термообработанные отходы переработки рыбы подвергают ферментолизу комплексом протеолитических ферментов при нейтральном значении рН и температуре 38°С по стандартной технологии в течение 4 часов и по предлагаемому способу в течение 3 часов при 10-кратном сбросе давления в процессе ферментолиза. Выход сухого белкового гидролизата по предлагаемому способу на 4% выше, чем по традиционной технологии, за счет сокращения необратимых потерь белка в результате глубокого ферментолиза.

Пример 2.

В производстве пектина цитрусовые выжимки подвергают ферментолизу ферментным препаратом, выделенным из биомассы Trichoderma longibrachiatum Rifai ВКМ F-2911 при рН 6,2 и температуре 26°С по стандартной технологии в течение 52 часов и по предлагаемому способу в течение 8 часов при 5-кратном сбросе давления в процессе ферментолиза. Выход пектина по предлагаемому способу на 7% выше, чем по стандартному, содержание пектина в экстракте по предлагаемому способу составляет - 65% в пересчете на сухие вещества, в стандартном способе 65%, средняя молекулярная масса пектина составила по предлагаемому способу 2·10⁵, по стандартной технологии - 1,8·10⁵.

Пример 3.

В производстве хитозана отпрессованную и проэкстрагированную гексаном биомассу Mortierella alpina подвергают ферментолизу комплексом протеолитических ферментов при нейтральном значении рН и температуре 40°С по стандартной технологии в течение 4 часов и по предлагаемому способу в течение 40 минут при 3-кратном сбросе давления. При одинаковом выходе хитозана степень его чистоты по предлагаемому способу составила 78%, по традиционной технологии - 65%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность технологического цикла за счет интенсификации разрушения клеточной структуры биологического сырья при синергетическом воздействии на него ударных волн и ферментов и повысить качество целевого продукта за счет сокращения содержания в нем сопутствующих веществ или снижения его глубокого ферментолиза.

Способ производства экстрактов из биологического сырья, предусматривающий его экстрагирование жидким экстрагентом в присутствии ферментов и разделение фаз, отличающийся тем, что в процессе экстрагирования давление в экстракционной смеси периодически сбрасывают до значения, обеспечивающего вскипание экстрагента, и повышают до исходного значения.