Riadenie teploty pri alkalickej extrakcii

Číslo patentu: E 7216

Dátum: 15.03.2006

Autori: Michelberger Thomas, Arnold Jochen, Frenzel Stefan

Je ešte 5 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Predkladaný vynález sa týka spôsobu extrakcie a získania zložiek z biologického materiálu, vybraného z cukrovej repy, repných plátkov alebo rezkov, čakanky a cukrovej trstiny.0002 Rastliny obvykle obsahujú zložky, predovšetkým aj vo vode rozpustné zložky, ako napriklad sacharózu, inulín alebo škrob. Tieto zložky sú uzatvorené v rastlinných bunkách a sú oddelené prostredníctvom biologických membrán, ktoré zabraňujú tomu, aby bunková šťava nevytiekla. Ako prípravný stupeň pre extrakčné spracovanie bunkového materiálu je preto potrebné tieto membrány porušiť, aby mohla bunková šťava vytiecť. Táto takzvaná denaturácia rastlinného materiálu sa uskutočňuje zvyčajne pomocou zahriatia rastlinného materiálu na teplotu nad 70 °C. Z uvedeného vyplýva, že sa rastlinný materiál najskôr zahreje a potom sa tento denaturovaný zahriaty rastlinný materiál následne podrobi extrakcii. Toto prebieha tak, že sa extrakčné činidlo vedie v protiprúde k rezkovému materiálu, pričom rezkový materiál odovzdáva cukor a extrakčný prostriedok cukor prijima. Extrakčný prostriedok je zvyčajne chladnejší ako rastlinný materiál po termickej denaturácii. Z toho vyplýva, že teplota rezkového materiálu pozdĺž extrakčnej cesty klesá,to znamená, že sa rezkový materiál pozdĺž extrakčnej cesty postupne ochladzuje. Podla známeho extrakčného postupu sa repa narezaná na rezky pokial možno čo najrýchlejšie zohreje na teploty nad 70 °C a extrahuje sa v protiprúde s extrakčným činidlom,najčastejšie vodou, napriklad čerstvou vodou alebo kondenzátom. Tým sa pozdĺž extrakčnej cesty vytvára teplotný gradient, ktorý je po zohriati rezkov pri vstupe rezkov až po výpust rezkov klesajúci.0003 Táto metóda však vyžaduje, aby sa extrakcia previedla v oblasti teplôt (65 C až 75 °C), v ktorej sa už vyskytujú zmeny v štruktúre buničiny rezkov a aj chemické zmeny rezkového materiálu. Dôsledkom toho je, že zložky neobsahujúce cukor sa z rezkového materiálu oddelia a čistota extraktu sa zníži. Podobne sa prostredníctvom vysokej teploty oslabí štruktúra rezkového materiálu. Je to dôležité, pretože zvyčajne sa ako ďalší krok spracovania uskutoční mechanické odvodnenie rezkového materiálu pomocou napriklad dvojvretenového Iisu. Oslabenie štruktúry rezkov spojené s teplotným zaťažením rezkového materiálu ovplyvňuje odvodniteľnosť rezkového materiálu.0004 Extrakcia zložiek z biologického materiálu je opísaná napríklad v dokumente FR 2334395, GB 782652, EP 1002879 a DE 19837958.0005 Technický problém, ktorý sa má riešiť predkladaným vynálezom, je teda poskytnúť spôsob, v ktorom sa pokiaľ možno úplne a veľmi selektívne z biologického materiálu,vybraného z cukrovej repy, repných rezkov alebo repy, čakanky a cukrovej trstiny odstránia želané zložky, pričom sa súčasne umožní vysoká čistota extraktu a čo možno najmenšie narušenie štruktúry rezkov pri súčasnej cenovej dostupnosti spôsobu.0006 Vynález je určený patentovými nárokmi a bude ďalej opísaný a rieši tento problém prostrednictvom poskytnutia spôsobu extrakcie zložiek, obzvlášť vo vode rozpustných zložiek, napríklad cukru, z biologického materiálu, vybraného z cukrovej repy, repných rezkov alebo repy, čakanky a cukrovej trstiny, pričom biologický materiál je v extrakčnom zariadení vystavený v časovom priebehu extrakcie rastúcemu teplotnému gradientu, to znamená, že biologický materiál sa v priebehu extrakcie od vstupu materiálu po výpust materiálu zohrieva. Vynález teda poskytuje predovšetkým spôsob extrakcie biologického materiálu, najmä repy, výhodne repných rezkov v zariadení na extrakciu repy, pričom sa teplota biologického materiálu, najmä repy alebo výhodne repných rezkov, v zariadení na extrakciu repy v priebehu extrakcie od naplnenia rezkov po výpust rezkov zvyšuje, to znamená, že sa vytvára stúpajúci alebo inverzný teplotný gradient pozdĺž extrakčnej cesty,respektívne počas extrakcie.0007 V súvislosti s predkladaným vynálezom sa pod pojmom biologický materiál rozumie taký biologický materiál, ktorý za účelom získania zložiek, obzvlášť vo vode rozpustných zložiek, môže byť podrobený extrakcii prostredníctvom extrakćných prostriedkov. Biologický materiál, rastlinný materiál, sa vyberie z cukrovej repy, repy, cukrovej trstiny a.2 čakanky, ako aj z ich častí alebo kúskov, obzvlášť z repných rezkov. Biologický materiál sa môže použit vo forme suspenzii, ako aj v pevnej forme, napríklad ako repné rezky alebo ako zmes repných rezkov a šťavy, pričom šťavou môže byt bunková šťava získaná prostredníctvom predúpravy biologického materiálu, akou je napríklad rezanie, tepelná denaturácia alebo elektroporácia.0008 V súvislosti s predkladaným vynálezom je extrakčným prostriedkom prostriedok, ktorý môže slúžiť na extrakciu zložiek z biologického materiálu, napríklad voda, obzvlášťčerstvá voda alebo aj kondenzát z cukrovaru.0009 V súvislosti s predkladaným vynálezom sa bude pod pojmom extrakcia rozumiet deliaci proces na uvoľnenie zložiek, obzvlášť cukru, z pevných alebo kvapalných zmesí látok, obzvlášť z biologického materiálu, za pomoci vhodného rozpúšťadla, pričom medzi rozpúšťadlom a rozpustnou látkou, to znamená zložkou biologického materiálu,nedochádza k žiadnej chemickej reakcii. Pri získavaní vo vode rozpustných zložiek z biologického materiálu sa, ako už bolo spomenuté, ako extrakčný prostriedok výhodne používa voda v kvapalnej fáze, napríklad pri získavaní cukru z cukrovej repy, respektíve zrepných rezkov. V jednom variante sa môžu z biologického materiálu dodatočne alebo, výlučne získavať v tuku rozpustné zložky za použitia prevažne nepolárnych a/alebo organických rozpúšťadiel.0010 Predkladaný vynález taktiež predpokladá, že biologický materiál, ktorý sa má extrahovať, sa po prípadne predúprave, napriklad po rozrezaní a/alebo elektroporácii a/alebo tepelnej denaturácii s určitou počiatočnou teplotou podrobí extrakčnému postupu,a pričom sa táto počiatočná teplota v časovom priebehu extrakcie od začiatku po koniec zvyšuje. vynález predpokladá, že sa teplota biologického materiálu počas extrakcie, alebo z hľadiska priestorového pohľadu, pozdĺž extrakčnej cesty zvyšuje, výhodne o prinajmenšom 10 °C, prinajmenšom 15 °C, prinajmenšom 20 °C, prinajmenšom 25 °C alebo výhodne prinajmenšom 30 °C. Toto sa môže udiat v obzvlášť výhodnom uskutočnení tak, že sa extrakčné činidlo privedie do procesu extrakcie, a tým aj k extrahovanému biologickému materiálu v teplejšej forme v porovnani s biologickým materiálom. Vo výhodnom spôsobe sa extrakčný prostriedok privádza k biologickému materiálu v protiprúde, takže čerstvý extrakčný prostriedok prichádza najskôr do kontaktu s biologickým materiálom nachádzajúcim sa na konci extrakčnej cesty, tu spôsobuje zohriatie extrakčného materiálu a v priebehu ďalšej extrakcie teplo v stále menšom rozsahu odovzdáva biologickému materiálu až po začiatok extrakčnej cesty. To má za následok priaznivé otočenie teplotného profilu so zvyšujúcou sa teplotou biologického materiálu pozdĺž extrakčnej cesty. Tento prístup má navyše výhodu aj v tom, že sa princíp protiprúdu nevzťahuje len na materiálové toky, ale aj na protiprúdne vedené tepelné toky. Toto umožňuje zníženie spotreby tepla extrakčného zariadenia. V obzvlášť výhodnom uskutočnení sa predpokladá, že extrakčné médium má na vstupe do extrakcie, to znamená výhodne pri vstupe do koncovej oblasti extrakcie, teplotu od 40 do 100 °C,výhodne 50 až 80 °C, pričom teplota extrakčného média v priebehu ďalšej extrakcie, ktorá sa uskutočňuje protiprúdnym spôsobom, sa znižuje prostrednictvom odovzdávania tepla extrakčnému materiálu, to znamená biologickému materiálu, a pričom sa naopak biologický materiál v rámci extrakcie ohrieva.0011 Spôsob podľa predkladaného vynálezu vedie k zlepšeniu odvodnenia repných pletiv, k zvýšeniu výťažku extrakcie a k zvýšeniu čistoty extraktu, najmä pomocou uvedeného, v rámci inverzného teplotného gradlentu dosiahnutého, jemného opracovania biologického materiálu, najmä repných pletiv, a z dôvodu efektívneho rozrušenia buniek. Zvýšená teplota na konci extrakčného procesu zaistí, aby boli vyextrahované aj posledné zvyšky cukru, pričom sa súčasne dosiahnu aj vysoká vyIisovateInosť rezkového materiálu a nízke straty cukru.0012 Vo výhodnom spôsobe vynález taktiež predpokladá, že teplota biologického materiálu, najmä materiálu z repných rezkov, je na začiatku extrakcie, to znamená na vstupe materiálu, najmä pri vložení rezkového materiálu, od O °C do 40 °C, výhodne 25 až 36 °C. Teplota sa v priebehu extrakcie zvyšuje od vstupu materiálu, najmä vstupu rezkovk výstupu materiálu, najmä výstupu rezkov z extrakčného zariadenia, a sice výhodne na teplotu od 40 do 80 °C. V obzvlášť výhodnom uskutočnení sa predpokladá, že teplota biologického materiálu, obzvlášť repných rezkov je na výstupe materiálu, obzvlášť výstupe rezkov z extrakčného zariadenia teplotou od 40 do 60 °C, výhodne 45 až 55 °C. V ďalšom výhodnom uskutočnení sa v obzvlášť výhodnom spôsobe predpokladá, že teplota biologického materiálu, obzvlášť repných rezkov na výstupe materiálu, obzvlášť výstupe rezkov z extrakčného zariadenia, vykazuje hodnotu od 60 do 80 °C, výhodne 65 až 75 °C,0013 V ďalšom výhodnom uskutočnení sa predpokladá, že použitý biologický materiál sa použije v rozdrvenej forme, napríklad vo forme repných rezkov, ktoré, ako bolo určené vyššie, budú vo výhodnom uskutočnení podrobené elektroporéze. Môže sa taktiež predpokladať, že biologický materiál použitý na extrakciu podla predkladaného vynálezu sa pred extrakciou tepelne ošetrí. V ďalšom výhodnom uskutočnení sa predpokladá, že sa k použitému bíologickému materiálu, obzvlášť k elektroporovaným repným rezkom, pridajú pomocné látky, najmä vápno a/alebo vápenné mlieko.0014 V ďalšom obzvlášť výhodnom uskutočnení je uskutočňovanou extrakciou alkalická extrakcia. Tak sa vo výhodnom uskutočnení biologický materiál extrahuje pri hodnote pH približne 7 až približne 14.0015 Vjednom výhodnom variante sa predpokladá, že sa extrakcia uskutočňuje ako alkalická extrakcia, obzvlášť za použitia alkalizačného činidla, akým je napríklad vápenné mlieko a/alebo pálené vápno. Pod pojmom alkalický sa v tejto súvislosti rozumie hodnota pH vodného média od približne pH 7 do približne pH 14 (pri teplote 20 °C). V jednom výhodnom variante sa alkalická extrakcie uskutočňuje pri pH 7,5 až pH 12, obzvlášť pri približnepH 11, napriklad pH 11,5.0016 Pri alkalickej extrakcii nie je možné vo všetkých prípadoch vylúčiť nežiaduce chemické reakcie s biologickým materiálom, obzvlášť sa môže vytvoriť časť rozpustného vysokomolekulového pektanu vápenatého. Zvyčajne sa tieto nežiaduce chemické reakcie redukujú tak, že sa uskutoční alkalizácia rastlinného materiálu vo forme predúpravy s vápenným mliekom alebo roztokom sacharanu vápenatého pri pomerne nízkych teplotách(pod 20 °C). Pri známych teplotách extrakcie od približne 70 do 75 °C sa predsa ešte vyskytujú nežiaduce chemické reakcie alkalickej extrakcie, takže sčasti sa tvori pektan vápenatý, ktorý podstatne sťažuje filtráciu zakalenej šťavy výhodne získanej v priebehu čistenia šťavy za pomoci vápna a kyseliny uhličitej. Naproti tomu znižuje výhodne alkalická extrakcia podľa predkladaného vynálezu, ktorá sa uskutočňuje pri nižších teplotách, tvorbu týchto vysokomolekulových zlúčenin, čím sa dosiahne pri filtrácií zakalenej šťavy, obzvlášť pri zakalenej šťave 1 získanej čistenim šťavy z extrakcie cukrovej repy, fíltračný koeficient nižší ako 1 cmz/sekundu.0017 Vnesenie alkality na biologický materiál, napriklad vo forme vápenného mlieka,hydroxidu vápenateho, sacharanu vápenatého alebo páleného vápna sa uskutočňuje napríklad výhodne práve bezprostredne pred alebo po pripadne sa konajúcej elektroporácii, najmä vo vyrovnávacom zásobníku pred ďalším spracovaním biologického materiálu alebo dokonca pred elektroporáciou. V ďalšom variante sa alkalita vnáša bezprostredne pred uskutočnením extrakcie. Podľa predkladaného vynálezu sa výhodne alkalita do biologického materiálu zvyčajne vnáša vo forme vodných roztokov, výhodne sa vstrekuje. V ďalšom variante sa za účelom vnesenia alkality na biologický materiál sa do procesu dodá prinajmenšom jedna alkalická látka, najmä vápno, ako napríklad pálené vápno vo forme pevnej látky, výhodne vo forme prášku.0018 Vnesením alkality na biologický materiál sa dosiahne zníženie rizika nakazenia biologického materiálu a zvýšenie mikrobiologickej stability biologického materiálu a oddelenej bunkovej šťavy počas spracovania. Mikrobiologická stabilita tak väčšinou je pri približne 10 KBE/ml.0019 Podľa predkladaného vynálezu je výhodným použiť extraktor, ktorým je vežový extraktor. V jednom variante je extraktorom dvojzávitovkový extraktor, ako DDS-extraktor. V ďalšom variante je extraktorom rotačný extraktor, ako napríklad RT-bubon.-4 0020 Z toho vyplýva, že sa spôsob podľa vynálezu obzvlášť hodí na alkalicky uskutočňovanú extrakciu rastlinného materiálu. Tu sa Vjednom výhodnom uskutočnení rezky vopred upravia za studena, pri teplote pod 20 °C vápnom alebo vápenným mliekom,taktiež alkalickým roztokom hydroxidu vápenatého alebo roztokom sacharanu vápenatého. Predúprava pri teplotách pod 20 °C stabilizuje repný pektín (látku, tvoriacu kostru) a umožňuje následnú extrakciu pri vyšších teplotách. Táto predúprava zvyšuje aj pohlcovaciu schopnost látky tvoriacej kostru pre ióny vápnika a odvodníteľnosť rezkov sa tým zreteľne zvýši. Okrem toho sa dosiahne ochrana pred mikrobiologickým metabolizovanim cukru.0021 Vjednej obzvlášť výhodnej forme predkladaného vynálezu sa predpokladá, že biologický materiál použiteľný na elektroporáciu sa pred extrakciou uskutočnenou podľa predkladaného vynálezu podrobí elektroporácii, to znamená, že sa vo vodivom médiu vystaví vysokonapäťovému polu. Môže sa predpokladať, že vysokonapäťové pole sa generuje bežným spôsobom, napríklad prostredníctvom zriadenia napätia pomocou elektród vedúcich napätie, najmä vysoké napätie, cez biologický materiál.0022 Použiť sa môžu impulz tvoriace vysokonapäťové procesy, ale taktiež periodicky premenlivé polia a polia s jednosmerným napätím. Intenzita poľa sa rovná napríklad približne 0,1 až 20 kV/cm, obzvlášť 1 až 5 kV/cm, výhodne 2 až 4 kV/cm. Vjednom variante je vodivosť média, v ktorom sa biologický materiál pri elektroporácii nachádza, tak prispôsobená vodivosti biologického materiálu, že sa dosiahne optimálny priebeh siločiar v rámci biologického materiálu, výhodne sa vodivosť rovná približne 0,2 až 10 mS/cm,obzvlášť 0,2 až 2,1 mS/cm alebo 2,6 až 6,0 mS/cm. V jednom obzvlášť výhodnom variante sa na elektroporáciu použijú celé plody, napríklad celé cukrové repy, aby sa tento materiál v prípade potreby po elektroporácii rozdrobil. Samozrejme sa v jednom výhodnom uskutočnení vynálezu taktiež predpokladá dodanie biologického materiálu na elektroporáciu aj v rozdrobenej forme, napríklad u cukrovej repy vo forme repných rezkov. 0023 V ďalšom uskutočnení sa predpokladá, že z biologického materiálu extrahovaného podľa predkladaného vynálezu, teda napríklad zo zmesi šťavy a rezkov vzniknutej po extrakcii, sú zložky čistené a získavané zvyčajným spôsobom Podľa predkladaného vynálezu bude výhodne z extraktu zlskaného extrakciou cukrovej repy opracovanej podľa predkladaného vynálezu získavať cukor v ďalšom procese vo viacstupňovom kryštalizačnom zariadeni. Extrahovaný biologický materiál, obzvlášť extrahované repné rezky, sa následne ešte mechanicky zbavia vody a napríklad sa zmiešajú s melasou a výhodne sa po tepelnom vysušení označia ako krmivo, obzvlášť ako peletované krmivo. 0024 V ďalšom výhodnom variante sa v spôsobe podľa predkladaného vynálezu privádza k biologickému materiálu pred alebo po extrakcii prinajmenšom jedna pomocná látka. V súvislosti s predkladaným vynálezom sa pod pojmom pomocná látka rozumie zmes alebo chemicky čistá látka, ktorá nemá v získanej zložke, výhodne v získanej potravine, žiadnu funkciu. Takými sú prevádzkové materiály, ako kondenzát, ale aj technologická voda, rozpúšťadlá, dezinfekčné prostriedky, ako formaldehyd alebo odpeňovacie prostriedky. Výhodne sú nimi aj flokulanty, ako napríklad katiónové alebo aniónové flokulanty, látky vnášajúce zásaditost a/alebo ióny vápnika, ako napríklad vápenné mlieko, pálené vápno, hydroxid vápenatý, sacharan vápenatý, síran vápenatý a iné soli vápnika a/alebo soli hliníka. Podla predkladaného vynálezu výhodne pridaná pomocná látka sa zvyčajne pridáva, výhodne vstrekne do biologického materiálu vo forme roztoku. V ďalšom variante sa pridáva prinajmenšom jedna pomocná látka ako pevná látka, výhodne vo forme prášku. Vnesené pomocné látky slúžia aj ako predčistenie oddelenej bunkovej šťavy.0025 Výhodným predmetom predkladaného vynálezu je aj spôsob zvýšenia vylisovateľnosti extrahovaného biologického materiálu, obzvlášť rezkov cukrovej repy, a tým aj podielu sušiny dosiahnutelného pri lisovaní, vyznačujúci sa tým, že v prvom kroku sa uskutoční elektroporácia biologického materiálu, obzvlášť cukrovej repy alebo rezkov cukrovej repy, a v ďalšom kroku sa uskutoční alkalická extrakcia elektroporovaneho biologického materiálu podľa predkladaného vynálezu s inverzným, respektívne rastúcim

MPK / Značky

MPK: A23F 3/00, C13D 1/00, A23F 5/24

Značky: riadenie, alkalickej, teploty, extrakcii

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/13-e7216-riadenie-teploty-pri-alkalickej-extrakcii.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Riadenie teploty pri alkalickej extrakcii</a>

Podobne patenty