Методы интенсификации процесса экстракции

Категория: Полуфабрикаты лекарственных трав в производстве кондитерских изделий

Из общих положений теории видно, что для интенсификации процесса экстракции необходимо увеличивать движущую силу процесса и уменьшать сопротивление его протеканию.

Главный параметр, с помощью которого можно изменять коэффициент диффузии экстрагируемого вещества в частицах растительного сырья, - температура. Однако повышение ее выше определенного уровня может привести к ухудшению качества получаемого экстракта, либо к ухудшению свойств частиц, а в результате - ухудшению условий массоотдачи и соответствующему увеличению внешнего диффузионного сопротивления, так что суммарное диффузионное сопротивление окажется в результате не меньшим, а большим.

Таким образом, температура не является существенным средством для интенсификации процесса экстракции.

Значительное влияние на внутреннее диффузионное сопротивление оказывает размер частиц. Уменьшение размера частиц, несомненно, является одним из самых мощных средств для уменьшения внутреннего сопротивления.

Очевидно, с повышением степени измельчения сырья будет увеличиваться суммарная поверхность частиц и молекулярная (внутренняя) диффузия, так как становится больше разорванных клеток сырья, экстрагент более свободно проникает в клетку и увеличивается контакт сырья с растворителем. Вслед за увеличением молекулярной диффузии должна увеличиться и наружная (конвективная), то есть диффузия от поверхности частиц сырья в экстрагент, а значит увеличится и количество проэкстрагированных веществ, т.е. повысится в целом процесс массопередачи.

Однако гидродинамические условия течения экстрагента через слой частиц по мере уменьшения их размера значительно ухудшаются. Для каждого вида сырья и условий протекания процесса существует минимальный размер частиц, при котором

суммарное внутреннее и внешнее диффузионное сопротивление является минимальным. При дальнейшем уменьшении размера частиц внешнее диффузионное сопротивление увеличивается в большей степени, чем уменьшается внутреннее.

Вопросы влияния степени измельчения лекарственного растительного сырья на динамику экстракционного процесса описаны в ряде работ. Установлено, что максимальное извлечение алкалоидов спорыньи хлороформом наблюдается при измельчении сырья до частиц размером 0,33-0,66 мм. Аналогичные данные были получены при экстракции алкалоидов из травы термопсиса.

Найдено, что при экстрагировании алкалоидов из травы красавки, листьев чая степень измельчения сырья практически не влияет на скорость экстракции.

Микроскопическое исследование экстракции гликозидов горицвета показало, что наиболее эффективным в смысле извлечения гликозидов из тканей является экстрагирование мелкоизмельченной травы.

Оптимальная измельченность при экстракции эфирного масла из травы чабреца оказалась равной 0,5-1 мм.

По Государственной Фармакопее XI издания для получения жидкого экстракта крапивы рекомендуется крупноизмельченное сырье, то есть сырье может иметь размер частиц 0,5 мм, 1 и 2 мм. Такой широкий интервал не определяет точный размер частиц.

Для интенсификации процесса экстракции необходимо уменьшение размера частиц сопровождать улучшением условий массоотдачи от поверхности частиц к экстрагенту. При этом не столь важно увеличение относительной скорости фаз, сколько обеспечение того, чтобы вся поверхность частиц участвовала в процессе. Дело в том, что по мере уменьшения размера частиц, увеличивается блокирование поверхности одних частиц другими, уменьшаются поры, по которым движется жидкость, могут возникать области, в которых жидкость не циркулирует.

На величину внешнего диффузионного сопротивления можно воздействовать с помощью низкочастотных механических колебаний, пульсаций, ультразвука, электроимпульсных воздействий или созданием режима кипящего слоя.

Создание режима кипящего слоя способствует уменьшению внешнего диффузионного сопротивления в 3-10 раз. Однако применение кипящего слоя требует усложнения конструкции установки. Необходимо такой процесс проводить вод вакуумом, так как при атмосферном давлении кипение будет происходить при температурах, неприемлемых для пищевых продуктов.

Низкочастотные механические колебания позволяют так же существенно интенсифицировать процесс экстракции.

Если в процессе противоточной экстракции участвует только 20-25 % всей внешней поверхности частиц, то благодаря низкочастотным механическим колебаниям при оптимальных параметрах активная поверхность частиц приближается к 100 %.

Изучение существующих способов переработки лекарственных растений, в основе которых лежит процесс экстрагирования, показало перспективность их использования в кондитерской промышленности.

Таким образом, актуальна разработка нового научно обоснованного способа переработки лекарственных трав. Одним из таких способов может быть получение пастообразных полуфабрикатов (паст).