Способ обработки компонентов растения одуванчик - RU2741106C2
Код документа: RU2741106C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу обработки компонентов растения одуванчик, более конкретно компонентов растения одуванчик вида Taraxacum kok-saghyz, в котором достигается получение эластомера, более конкретно каучука, в качестве первого ценного продукта.
В контексте настоящего изобретения подразумевается, что каучук означает в частности так называемый одуванчиковый каучук, как уже было описано во многих публикациях, в том числе в Kern, Timo:
Получение каучука из Кок-сагыза и его обработка, например, для получения шин, является темой обсуждения, которая уже по существу известна и которая в последнее время вновь пересматривается.
В US 2399156 А описан способ получения каучука. Указанный каучук может быть получен из компонентов растения Кок-сагыз. В данном способе одуванчик обрабатывают горячим гидроксидом щелочного металла, и добавляют не растворимую в воде жирную кислоту для омыления гидроксидов. Затем, полученный каучук промывают и сушат. Указанный способ нацелен исключительно на получение каучука и, как оказалось, является несостоятельным ввиду, помимо прочего, применения химических реагентов и возникающих в результате расходов на утилизацию отходов.
В US 9346924 В2 описан способ получения каучука и инулин-содержащей фазы. В данном способе растительные волокна подвергают разложению путем применения ферментов целлюлазы и/или гемицеллюлазы. Для создания оптимальных условий для усиления ферментов, раствор выдерживают при температуре от 40 до 70°С. Имеет место биологическое разрушение. Однако применение ферментов имеет множество недостатков. Во-первых, применение ферментов является дорогостоящим и требует много времени. Во-вторых, биологическое загрязнение инулин-содержащей водной фазы является очень высоким. Сточные воды, которые возникают, таким образом, должны быть отдельно утилизированы надлежащим образом.
Исходя из этого предшествующего уровня техники, цель настоящего изобретения в настоящее время заключается в обеспечении способа, который бы обещал более высокую рентабельность.
Данная цель достигается способом, имеющим признаки по п. 1.
Способ по изобретению относится к обработке компонентов растения одуванчик, более конкретно компонентов растения одуванчик вида Taraxacum kok-saghyz.
Посредством данного способа получают каучук в качестве первого ценного продукта. Указанный каучук может представлять собой сырой каучук или очищенный каучук. Термин «каучук» охватывает в частности так называемый одуванчиковый каучук.
В отличие от US 9346924 В2, разложение осуществляется специально так, чтобы избежать биологическое разложение растительных компонентов под действием ферментов. Температуру обработки подбирают соответствующим образом.
Способ включает по меньшей мере следующие стадии:
А) измельчение и/или отжим компонентов растения одуванчик предпочтительно с добавлением воды с образованием суспензии;
Измельчение или отжим компонентов растения одуванчик можно предпочтительно осуществлять с добавлением дополнительной воды. Измельчение и/или отжим можно, равным образом предпочтительно, разбить на множество стадий. Образованная суспензия предпочтительно представляет собой суспензию, состоящую из воды, в которой твердая фаза измельченных компонентов растения одуванчик находится во взвешенном состоянии.
Компоненты одуванчика, используемые для обработки в соответствии со способом по изобретению, могут представлять собой либо целое растение, либо особенно предпочтительно только корень и гипокотиль, то есть самую нижнюю часть стебля растения. Посредством предшествующей обработки они могут быть очищены от песка и других прилипших к поверхности веществ, таких как, например, почва или глина.
После образования суспензии, из-за ферментов в одуванчике может происходить ферментация, при которой происходит разложение дополнительных ценных продуктов, таких как инулин и фруктоза. Для того чтобы это в идеале предотвратить, обработку на следующих стадиях можно осуществлять очень быстро. Кроме того, могут быть приняты меры для замедления ферментации.
Образованная суспензия может иметь предпочтительную степень разведения 1 часть корня на от 10 до 20 частей воды.
После образования суспензии ее дополнительно обрабатывают на стадии В), которая описана ниже.
В) первое разделение суспензии на по меньшей мере одну фазу с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука и по меньшей мере одну фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина, где фаза с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина образует первый ценный продукт, или первый ценный продукт получают из фазы с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина.
Разделение суспензии можно, например, осуществлять посредством просеивания, фильтрации и/или особенно предпочтительно посредством разделения центрифугированием. В этой связи, разделение можно осуществлять за одну стадию на три фазы (каучуковая, водная и инулиновая фаза) или за две стадии посредством удаления воды или сначала с каучуковой, или альтернативно сначала с инулиновой фазой, или еще с распределением на обе фазы, то есть каучуковую и инулиновую фазу. Если фазу каучук-вода отделяют от инулиновой фазы, каучук можно отсеивать от воды в виде гранул. Если фазу инулин-вода отделяют от каучуковой фазы, разделение водной фазы и инулиновой фазы можно осуществлять посредством центрифугирования, в как можно более холодных условиях и как можно быстрее, для того, чтобы избежать ферментативное разложение инулина с образованием фруктозы. Таким образом, упомянутая выше инулиновая фаза может все еще содержать от 5 до 15 мас. % воды даже после удаления водной фазы. Кроме того, упомянутая выше инулиновая фаза содержит приблизительно 10% сухого вещества.
Таким образом, каучук в качестве первого ценного продукта может быть использован непосредственно после разделения, имея в виду фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина. В контексте настоящего изобретения такой каучук также называют «сырым каучуком». Однако целесообразно дополнительно очищать указанный сырой каучук, например, посредством промывания без нагревания или с нагреванием, предпочтительно до температуры от 70 до 100°С. В качестве дополнения или альтернативы, на данной стадии способа возможно использовать ферменты, которые приводят к разложению загрязняющих веществ, например, целлюлазу, пектиназу. Таким образом, получают очищенный каучук, который также может являться первым ценным продуктом.
Само по себе получение каучука из одуванчика уже известно. Однако указанный каучук получают не посредством легкого отжима, но посредством температурной обработки. В этой связи инулин, присутствующий в растениях, превращается с образованием фруктозы. По существу лучший, в частности экономически выгодный, способ возникает тогда, когда инулин в идеале не превращается во фруктозу до отделения каучука.
Другие преимущественные варианты осуществления изобретения являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения.
C) Нагревание фазы с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука до температуры, при которой по меньшей мере некоторое количество инулина превращается во фруктозу;
Для получения второго ценного продукта фазу с высоким содержанием инулина можно предпочтительно нагревать. Температура должна по меньшей мере находиться на таком уровне, чтобы полисахаридные цепи инулина расщеплялись с образованием фруктозы, которая растворима в водной фазе.
В случае высокой концентрации фруктозы в водной фазе расщепление инулина может также происходить только частично или не происходить вовсе; напротив, сам по себе инулин может переходить в раствор и может быть отделен в качестве ценного продукта от водной фазы посредством фракционированного осаждения или фракционированной кристаллизации.
Дополнительные органические твердые вещества, например, целлюлоза, которые находятся в фазе с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука, не переходят в раствор в случае данной обработки, но могут быть отделены в виде твердой фазы суспензионного типа.
Это предпочтительно осуществляют на стадии D посредством второго разделения:
D) Второе разделение фазы с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука на фазу с высоким содержанием фруктозы, более конкретно на водную фазу с высоким содержанием фруктозы, и на твердую фазу с низким содержанием фруктозы, где фаза с высоким содержанием фруктозы представляет собой второй ценный продукт, или второй ценный продукт получают из фазы с высоким содержанием фруктозы.
Таким образом, второй ценный продукт представляет собой фруктозу или инулин, или смесь и того и другого в растворенной форме или в виде твердой фазы.
Способ, ввиду получения второго ценного продукта, является существенно более экономичным и подходящим для массового производства.
Согласно изобретению по меньшей мере стадию А), но предпочтительно также и стадию В), проводят при температуре ниже 40°С.
Это предотвращает, насколько это возможно, разложение инулина под действием растительных эндогенных ферментов.
В частности, обработку компонентов растения в соответствии со стадией А) и разделение в соответствии со стадией В) осуществляют без добавления ферментов. Без добавления ферментов означает, что, несмотря на неизбежное присутствие растительных эндогенных ферментов, дополнительные ферменты не добавляют для разрушения растений.
В результате также предотвращается разложение инулина в неподходящее время, и данная форма разрушения является также менее загрязняющей в отношении сточных вод, то есть как выжатой воды, так и воды, возникающей в другой момент в данном способе.
Кроме добавления воды и/или неорганической соли, более конкретно хлорида натрия, стадии А) и В) предпочтительно осуществляют исключительно механическими средствами. Таким образом, также используют органические химические реагенты, что означает, что вода, которая появляется, только слегка загрязнена химически или биологически.
Предпочтительно суспензия сохраняет в этой связи жидкую консистенцию и не является замороженной. Соответственно, температура, то есть температура обработки, должна быть подобрана таким образом, чтобы суспензия оставалась текучей. Разделение текучей суспензии, таким образом, осуществляется на стадии В).
Измельчение и дополнительный отжим компонентов растения одуванчик можно преимущественно осуществлять таким образом, чтобы частицы каучука высвобождались из компонентов растения одуванчик, и чтобы инулин преимущественно оставался в растительных клетках компонентов растения одуванчик.
Для этого не следует проводить измельчение на излишне мелкие кусочки, но проводить достаточно тщательно для высвобождения каучука в виде частиц каучука, которые плавают на поверхности суспензии. Чрезмерно сильное измельчение будет затруднять получение каучука.
Измельчение компонентов растения одуванчик может преимущественно охватывать растирание с образованием суспензии, более конкретно суспензии, в которой компоненты растения одуванчик, имеющие средний диаметр от 2 до 10 мм, предпочтительно от 3 до 6 мм, суспендированы в воде. Добавление воды можно осуществлять до, во время и/или после измельчения и/или отжима.
Кроме того, измельчение компонентов растения одуванчик может преимущественно охватывать по меньшей мере одно предварительное измельчение, которое проводят перед растиранием, и при котором компоненты растения одуванчик измельчают до среднего диаметра от 9 до 21 мм.
Предварительное измельчение и последующее растирание и/или раздавливание обеспечивают большую однородность измельченных растительных компонентов в суспензии. Растирание и/или раздавливание можно обычно осуществлять с помощью бисерной мельницы или шаровой мельницы.
Особенно предпочтительно для предварительного измельчения и/или для растирания и/или раздавливания можно использовать одну или более молотковую мельницу. Особенно предпочтительно комбинацию одной или более молотковой мельницы и одной или более молотковой мельницы используют для двух упомянутых выше стадий способа.
Воду можно преимущественно добавлять при растирании и/или отжиме и/или при предварительном измельчении. Особенно предпочтительно воду добавляют к растительным компонентам в соотношении от 1 к 10 до 1 к 20.
В случае указанного добавления воды, вода может преимущественно иметь нейтральный рН или особенно предпочтительно кислотный рН, более конкретно рН от 3 до 7.
Для уменьшения склонности к ферментации, например, из-за эндогенных ферментов растения, добавленная вода может содержать по меньшей мере одно сульфидное соединение и/или одно монохлораминовое соединение. Предпочтительная концентрация сульфидного соединения и/или монохлораминового соединения в добавленной воде составляет от 0,01 до 0,1 моль/л.
В качестве альтернативы или дополнительно возможно осуществлять вышеупомянутую обработку в состоянии, в котором полностью или по существу отсутствует ферментация, посредством физических способов. Помимо удаления диспергированной твердой фазы посредством фильтров или центрифуг указанные физические способы также охватывают обработку озоном и/или УФ (ультрафиолетовым) излучением.
Таким образом, суспензию и/или фазу с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука можно преимущественно обрабатывать озоном или УФ-излучением, более конкретно с помощью УФ-излучения в диапазоне нормального давления или диапазоне среднего давления для снижения склонности суспензии или фазы с высоким содержанием инулина к ферментации.
В первом разделении суспензии согласно стадии В может быть преимущественно образована водная фаза, содержащая, например, воду, добавленную при растирании и/или предварительном измельчении, и дополнительно другие растворенные вещества растения одуванчик.
Указанная водная фаза может быть удалена:
i) вместе с фазой с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука;
ii) вместе с фазой с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина; или
iii) отдельно от данных фаз, например, после обработки в трехфазном декантере.
Упомянутая выше удаленная водная фаза может быть предпочтительно повторно использована, более конкретно повторная использована для образования суспензии на стадии А).
В зависимости от того, до какой степени развилась ферментация, вышеупомянутая водная фаза может также уже содержать долю фруктозы. Однако инулин появляется главным образом или даже по существу полностью в фазе с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука, которая обычно тяжелее, чем водная фаза, и состоит в основном или полностью из органической твердой фазы.
Первое разделение суспензии можно преимущественно осуществлять в виде однократного или многократного разделения центрифугированием, предпочтительно в центрифуге со сплошным ротором.
Если водную фазу удаляют вместе с фазой с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина, разделение данных двух фаз можно преимущественно осуществлять посредством просеивания, в результате чего водную фазу и фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина удаляют по отдельности.
Если водную фазу удаляют вместе с фазой с низким содержанием каучука и высоким содержанием инулина, для разделения данных двух фаз можно преимущественно осуществлять третье разделение, которое с точки зрения времени происходит до второго разделения, где указанное третье разделение охватывает однократное или многократное разделение, предпочтительно с помощью сита, в результате чего водную фазу и фазу с низким содержанием каучука и высоким содержанием инулина удаляют по отдельности.
Отдельно удаленная водная фаза, которая появляется при трехфазном разделении при первом разделении или при просеивании, или после третьего разделения, может быть преимущественно повторно использована для добавления к компонентам растения одуванчик при измельчении, более конкретно при предварительном измельчении и/или при растирании. Это избавляет от применения химических реагентов для стабилизации воды и снижает уровень отходов, подлежащих утилизации.
Вязкая фаза с высоким содержанием инулина должна быть еще раз разбавлена водой до или во время нагревания на стадии С). Указанная вода также должна иметь нейтральный рН или предпочтительно кислотный рН. Благодаря добавленной воде, фруктоза, полученная из инулина, может быть более эффективно отделена от оставшейся твердой фазы и перенесена в водную фазу.
Водная фаза может быть преимущественно повторно использована. Более конкретно, она может быть повторно использована на стадии А).
Способ, вплоть до и включая стадию В), обычно осуществляют при температурах ниже или равных температуре окружающей среды или комнатной температуре. Преимущественным является то, когда вязкую фазу с высоким содержанием инулина нагревают по меньшей мере до 55°С, предпочтительно до 60-100°С, в случае нагревания на стадии С).
Первый ценный продукт может быть преимущественно получен в виде очищенного каучука из фазы с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина посредством промывания водой, без нагревания или с нагреванием, более конкретно до температуры от 70 до 100°С.
Второй ценный продукт может быть получен из фазы с высоким содержанием фруктозы посредством кристаллизации, где второй ценный продукт представляет собой инулин и/или фруктозу.
Для предотвращения ферментации под действием ферментов обработку после образования суспензии на стадии А) следует проводить относительно быстро.
Первое разделение согласно стадии В) можно преимущественно осуществлять в пределах менее 30 минут, более конкретно в пределах менее 10 минут после завершения стадии А).
Первое разделение согласно стадии В) и нагревание согласно стадии С) можно преимущественно осуществлять в пределах менее 40 минут, более конкретно в пределах менее 15 минут после завершения стадии А).
Особенно преимущественным является случай, когда первое разделение согласно стадии В), нагревание согласно стадии С) и второе разделение согласно стадии D) осуществляют в пределах менее 50 минут, более конкретно в пределах менее 20 минут после завершения стадии А), то есть образования суспензии.
Преимущественно воду можно добавлять до или после предварительного измельчения и/или растирания и/или раздавливания компонентов растения одуванчик, и воду можно выжимать перед первым разделением для получения инулинового сиропа.
Остающуюся после выжимания твердую фазу предпочтительно можно ресуспендировать посредством добавления воды с образованием суспензии.
Во время образования суспензии согласно стадии А) или после образования суспензии, но перед первым разделением, соль, более конкретно хлорид натрия, можно преимущественно добавлять в виде твердого вещества или раствора для агломерации частиц каучука.
Воду можно добавлять до или после предварительного измельчения и/или растирания и/или раздавливания компонентов растения одуванчик, и воду можно выжимать перед первым разделением с получением инулинового сиропа и/или выжатой воды с инулином.
Остающаяся после выжимания твердая фаза может быть ресуспендирована посредством добавления воды с образованием суспензии.
Способ будет более конкретно освещен ниже на основе многочисленных иллюстративных вариантов осуществлений и с помощью прилагаемых графических материалов, где:
На Фиг. 1 показан первый вариант способа по изобретению, где каучук в качестве первого ценного продукта и инулин или фруктозу в качестве второго ценного продукта получают из одуванчика;
На Фиг. 2 показан второй вариант способа по изобретению для получения каучука и дополнительного ценного продукта из одуванчика;
На Фиг. 3 показан третий вариант способа по изобретению для получения каучука и дополнительного ценного продукта из одуванчика; и
На Фиг. 4 показан четвертый вариант способа по изобретению для получения каучука и дополнительного ценного продукта из одуванчика.
На Фиг. 1 показан первый вариант способа по изобретению. Одним из полученных ценных продуктов является каучук, который также известен как одуванчиковый каучук. Другим ценным продуктом является либо инулин, либо фруктоза. Указанный ценный продукт может находиться в растворенном в воде состоянии, например в виде мелассового сахара, или в виде твердого вещества.
Способ по изобретению начинается с компонентов растения, более конкретно, с корней одуванчика 10 вида «Taraxacum kok-saghyz». Корни уже очищены от песка посредством подготовительных стадий, таких как промывание и обработка кистью.
На первой стадии обработки происходит предварительное измельчение 20. С этой целью можно предоставить молотковую мельницу или несколько последовательно соединенных молотковых мельниц и по меньшей мере в каждом случае одну перфорированную пластину и/или по меньшей мере одно сито, имеющее предварительно заданный диаметр отверстий или предварительно заданный размер ячеек. Компоненты растения продавливают через перфорированную пластину и/или сито посредством молотковой мельницы. При использовании молотковой мельницы гранулометрическое распределение частиц, которые прошли, соответствует приблизительно нормальному распределению Гаусса. После данного первого этапа на первой стадии средний диаметр частиц компонентов растения предпочтительно составляет от 1 до 5 см, предпочтительно от 2 до 3 см. Чрезмерно маленькие компоненты растений приводят к маленьким частицам каучука, имеющим излишне низкую степень полимеризации. Также возможна рубка, и она может использоваться как часть предварительного измельчения.
Далее на второй стадии происходит тонкое растирание и/или раздавливание 50 измельченных компонентов растения. На второй стадии измельчения можно аналогичным образом добавить воду 30. По сравнению с предварительным измельчением, указанное растирание и/или раздавливание больше соответствует отжиму компонентов растения. В контексте настоящего изобретения это также называется раздавливанием-растиранием. Данное раздавливание-растирание можно, например, осуществлять в шаровой мельнице или бисерной мельнице, более конкретно с применением дополнительных перфорированных пластин и/или сит. Они предпочтительно имеют меньшую ширину отверстий или размер ячеек, чем перфорированные пластины и/или сита, которые используют при предварительном измельчении 20. Средний диаметр частиц органических компонентов растения, не содержащих каучук, суспендированных в суспензии, составляет в данном случае от 0,2 до 1,0 см, более конкретно от 0,3 до 0,6 см.
Так как образованные частицы или растительные частицы представляют собой неровно образованные частицы, то средний диаметр частиц охватывает среднее значение всех диаметров, которые проходят через центр тяжести частицы. В таком случае, все указанные средние значения для соответствующих частиц в конкретном сегменте объема складывают и делят на число частиц в конкретном сегменте объема. Отсюда получают средний диаметр частиц. Данное значение можно определять посредством оптических способов измерения.
Вода, которую добавляют на первой стадии 20 и на второй стадии 50, выраженная в мас. %, предпочтительно в от 5 до 20 раз превышает количество нарезанных компонентов растений.
Добавляемая вода может предпочтительно быть стабилизирована сульфидами или монохлорамином для поддержания отсутствия ферментации. В качестве альтернативы или дополнительно стабилизация также может быть достигнута посредством физического способа. Помимо удаления диспергированной твердой фазы с помощью фильтров и центрифуг, такой физический способ может также включать обработку озоном или ультрафиолетовым излучением суспензии 60, образованной посредством измельчения, или отделенной от нее фазы с высоким содержанием инулина 80 или 80'. УФ-излучение предпочтительно используют в диапазоне нормального или среднего давления при интенсивности по меньшей мере 0,5 ватт на литр жидкости.
Аналогично, добавляемая вода может иметь содержание сахара, более конкретно исходное содержание фруктозы более 1 мас. %, особенно когда вода рециркулирует.
В результате растирания и/или раздавливания компоненты растения можно измельчить только до такой степени, чтобы каучук высвобождался из компонентов растения, и большая часть инулина оставалась в растительных клетках. Таким образом, образованная суспензия 60 содержит диспергированную в воде органическую твердую фазу, которая может осаждаться, и частицы каучука или гранулы каучука, которые плавают на поверхности воды.
Предпочтительно растирание и/или раздавливание 50 и/или предварительное измельчение 20 осуществляют при температурах ниже 30°С, предпочтительно ниже 25°С.
Аналогично предпочтительно смесь компоненты растения/вода в случае предварительного измельчения 20 и/или растирания и/или раздавливания 50 имеет нейтральный/или кислотный рН.
Затем на третьей стадии варианта способа, описанного на Фиг. 1, суспензию 60 делят посредством первого разделения 70 на фазу с низким содержанием каучука и высоким содержанием инулина 80, на фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина 90 и на водную фазу с низким содержанием инулина и низким содержанием каучука 100.
Фаза с низким содержанием каучука и высоким содержанием инулина 80 по существу представляет собой органическую твердую фазу, которая тяжелее, чем водная фаза 100.
Упомянутая выше фаза с низким содержанием каучука и высоким содержанием инулина имеет содержание сухого вещества предпочтительно от 8 до 12%.
Фаза с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина 90 по существу представляет собой твердую фазу каучукового типа, которая легче, чем водная фаза 100.
Первое разделение 70 можно, например и предпочтительно, осуществлять посредством трехфазного декантера с перемещением фазы с высоким содержанием инулина 80 в первом направлении, а второй фазы с высоким содержанием каучука 90 во втором направлении.
Полученная водная фаза 100 обычно имеет определенную долю фруктозы и может быть повторно использована в качестве воды 30 для добавления к компонентам растения в способе, обычно в предварительном измельчении 20 и/или растирании 50.
Фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина и/или низким содержанием фруктозы 90 можно продавать как есть в качестве первого ценного продукта, в качестве так называемого сырого каучука.
Однако также возможно нагревать фазу с высоким содержанием каучука 90, в том числе после ферментативной промежуточной обработки для разложения органических соединений, с или без добавления дополнительной воды на дополнительной стадии «нагревания» 110, более конкретно при температурах от 70 до 100°С, и в таком случае удалять воду, например, посредством просеивания. В конечном итоге получают очищенный каучук 120 в качестве ценного продукта.
Фазу с высоким содержанием инулина 80 нагревают, с или без добавления воды 131. Указанную фазу 80 предпочтительно разбавляют водой до содержания сухого вещества приблизительно от 5 до 15 мас. %, предпочтительно от 8 до 12 мас. %.
Фазу с высоким содержанием инулина 80 нагревают до температуры предпочтительно от 60 до 100°С. В результате нагревания 130 большая часть инулина превращается во фруктозу и, таким образом, переходит в раствор, тогда как другие органические составляющие, например, целлюлоза или белки, остаются в виде твердой фазы.
Фаза с высоким содержанием инулина и/или высоким содержанием фруктозы 80 в связи с этим является рН-нейтральной или кислотной.
За нагреванием следует второе разделение 140, например, посредством фильтрации или разделения центрифугированием.
Нагревание 130 фазы с высоким содержанием инулина или высоким содержанием фруктозы 80 и второе разделение 140 могут непосредственно следовать за первым разделением 70 и могут предпочтительно быть инициированы в пределах менее 30 минут, особенно предпочтительно в пределах менее 10 минут после первого разделения 70. Это предупреждает ферментативное разложение как часть ферментации.
Особенно предпочтительно две стадии «нагревание» и «разделение» 130 и 140 завершаются в пределах менее 30 минут, более предпочтительно в пределах 10 минут.
После разделения 140 присутствует органическая твердая фаза с низким содержанием фруктозы 150, содержащая, например, целлюлозу и дополнительно слабо водорастворимые растительные ингредиенты.
Кроме того, существует водная фаза с высоким содержанием фруктозы 160. Ее можно продавать как есть в качестве второго ценного продукта, в качестве сахарного раствора без отдельного выделения фруктозы. Данный сахарный раствор может кроме того также содержать дополнительные моносахариды или дисахариды, например, глюкозу. Однако массовая доля данных сахаридов в растворе по сравнению с долей фруктозы преимущественно составляет менее 10%, предпочтительно менее 5%. В качестве альтернативы, также можно, возможно после дополнительных стадий очистки, выделять фруктозу из сахарного раствора в виде твердого вещества, например, выпариванием и кристаллизацией, и получать ее в качестве второго ценного продукта.
Фруктоза представляет собой распространенный заменитель сахарозы и может быть использована в целом ряде направлений в пищевой промышленности или химической промышленности.
На Фиг. 2 показан второй вариант способа по изобретению. Стадии измельчения 20 и 50, посредством которых получают суспензию 60, аналогичны способу на Фиг. 1.
За этим следует первое разделение 70. В данном разделении можно применять двухфазный декантер или сепаратор, возможно сопловый сепаратор, который разделяет суспензию на водную фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина 90' и на фазу с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука 80. Водная фаза 90' в данном случае представляет собой воду с дополнительными растворенными составляющими или без них, в которой частицы каучука или гранулы каучука, или агломераты каучука находятся в диспергированном состоянии.
Они могут быть впоследствии удалены в виде твердой фазы с высоким содержанием каучука 90 или в виде сырого каучука и таким образом в качестве первого ценного продукта. Это можно предпочтительно осуществить посредством просеивания 170. Останется вода 100, которая по аналогии с водой, удаленной в способе на Фиг. 1, может быть повторно использована в данном способе.
Затем сырой каучук по аналогии с Фиг. 1 может быть дополнительно обработан посредством добавления воды и/или нагревания 110 с получением очищенного каучука 120.
Затем фаза с высоким содержанием инулина 80, предпочтительно по существу органическая твердая фаза, может быть по аналогии с Фиг. 1 обработана с получением сахарной воды, содержащей фруктозу, 160 или фруктозы в виде твердого вещества в качестве второго ценного продукта.
На Фиг. 3 показан третий вариант способа по изобретению. Стадии измельчения 20 и 50, посредством которых получают суспензию 60, также аналогичны способу на Фиг. 1.
В первом разделении 70 затем происходит разделение суспензии 60 на фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина и фруктозы 90 и на водную фазу с высоким содержанием инулина 80'. Указанное разделение обычно осуществляют посредством просеивания. Водная фаза 80' в данном случае представляет собой воду, содержащую растворенные и диспергированные органические составляющие, например, целлюлозу, белки или инулин.
Фаза с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина 90 в данном случае по аналогии с Фиг. 1 представляет собой сырой каучук, который может быть использован в качестве ценного продукта или может быть дополнительно обработан с получением очищенного каучука 120.
Затем водную фазу с высоким содержанием инулина 80' разделяют при третьем разделении 180, которое в отношении времени проходит до второго разделения 140, которое проводят по аналогии с Фиг. 1, на водную фазу с низким содержанием инулина 100 и фазу с высоким содержанием инулина 80, которая по существу представляет собой твердую фазу.
Указанное третье разделение 180 следует проводить в холодных условиях, то есть при температурах ниже 30°С, предпочтительно ниже 25°С. Рекомендуется разделение в поле центробежных сил сепаратора. Кроме того, указанное третье разделение 180 может немедленно следовать за первым разделением 70 и быть инициировано предпочтительно в пределах менее 30 минут, особенно предпочтительно в пределах менее 10 минут после первого разделения 70. Это предупреждает ферментативную деградацию, которая бы превращала инулин во фруктозу.
Затем к фазе с высоким содержанием инулина 80, конкретной тяжелой фазе, добавляют воду 131; снова образуется дисперсия. Впоследствии фазу с высоким содержанием инулина 80 подвергают действию последующих стадий по аналогии с Фиг. 1, то есть нагреванию и дополнительному разделению, в данном случае второму разделению. Таким образом, аналогично Фиг. 1 может быть получена вода, содержащая фруктозу, 160 или фруктоза в виде твердого вещества в качестве второго ценного продукта.
Во всех описанных вариантах в Фиг. 1-3 первое разделение следует предпочтительно осуществлять сразу после растирания 50 и следует, таким образом, инициировать в пределах периода менее 30 минут, предпочтительно менее 10 минут, после растирания 50.
Для разделения 70 суспензии 60 на фазу, возможно водную, с высоким содержанием каучука 90 и на фазу с высоким содержанием инулина и/или высоким содержанием фруктозы 80 можно предпочтительно использовать декантер. Оптимальное число оборотов для разделения с помощью декантера составляет от 3000 до 4500 (об./мин) оборотов в минуту. Также возможно применение сепаратора, имеющего ускорение приблизительно 12000 xg. В случае варианта осуществления согласно Фиг. 3 для разделения водной фазы с высоким содержанием инулина от каучука используют сито или фильтр.
Для разделения водной фазы с высоким содержанием инулина 80 используют центрифуги со сплошным ротором, дисковые сепараторы или сопловые сепараторы.
В одном варианте способа, который не изображен, инулин можно получать в качестве альтернативного ценного продукта. Это главным образом тот случай, когда вода, добавляемая перед вторым и/или третьим разделением, имеет повышенное содержание фруктозы, что означает, что разложение инулина во время растворения инулина в воде происходит по меньшей мере только частично. Затем инулин может осаждаться в качестве ценного вещества или оставаться в растворе.
Вода 100, которую получают после первого и/или второго разделения на Фиг. 1-3 и которую можно затем повторно использовать в способе, имеет содержание сухого вещества менее 1 мас. % и цвет от желтовато-коричневого до черного. Ее можно использовать многократно.
Инулин предпочтительно используют в качестве загустителя, например, в пищевой промышленности или косметической промышленности.
Вода, восстановленная при разделении, может иметь содержание сухого вещества менее 1%.
Вариант способа по изобретению, который изображен на Фиг. 4, имеет несколько модификаций, по сравнению с Фиг. 1-3. В указанном варианте материал одуванчика, предварительно измельченный с пресной водой, сначала прессуют посредством прессования 310 во время или после процесса предварительного измельчения. В указанном процессе некоторая часть инулина переходит в выжатую воду, и образуется так называемая выжатая вода с инулином 340, в которой смешаны вместе гелеобразный инулин и вода.
Результатом является нечто вроде инулинового сиропа, который еще не превратился во фруктозу, так как был получен без стадии нагревания.
Далее прессованный зернистый корневой материал ресуспендируют с помощью воды с образованием суспензии. Затем суспензию можно измельчать в одном или более прогоне в шаровой мельнице.
Так как некоторое количество инулина уже было получено посредством процесса выжимания, то получение дополнительного инулина посредством второго разделения может быть преимущественно опущено или необязательно проводиться. С этой целью содержание инулина в выжатой воде и в суспензии можно устанавливать для оценки того, является ли дополнительное получение аналогичным с Фиг. 1-3 образом все еще экономически целесообразным.
Для лучшей агломерации частиц каучука в варианте Фиг. 4, а также в вариантах Фиг. 1-3, возможно добавлять соль, более конкретно хлорид натрия 320. В качестве альтернативы, также непосредственно возможно добавлять соленую воду 330 при образовании суспензии. Однако добавление предпочтительно осуществляют непосредственно перед шаровой мельницей и, особенно предпочтительно, только после удаления инулинового сиропа на Фиг. 4.
Предпочтительно, хлорид натрия может представлять собой от 1 до 3 мас. % хлорида натрия в расчете на массу суспензии. Таким образом, меняется электрическая проводимость, и каучук, который измельчают посредством шаровой мельницы и который предпочтительно имеет размер частиц меньше 0,5 мм, может агломерировать с образованием больших по размеру зерен каучука и таким образом может быть отсеян более эффективно.
Соленую воду 330, также называемую электролитной водой, можно повторно использовать или рециркулировать.
Ниже упомянуты некоторые конкретные примеры, которые, однако, не должны считаться ограничивающими в отношении упомянутых выше вариантов. Если не указано иное, то проценты в данных примерах относятся к массовому проценту.
Пример 1:
300 г корней, имеющих содержание сухого вещества 25%, измельчают, используя Thermomix, с добавлением в общей сложности 2070 г воды в общей сложности с 6 интервалами по 20 секунд на уровне 7. Одну треть суспензии разбавляют одной частью воды (образец А), дополнительную треть разбавляют 2 частями воды (образец Б) и третью треть разбавляют тремя частями воды (образец В).
Каждый из указанных образцов тонко растирают с использованием лабораторной шаровой мельницы Labstar от Netzsch.
Результат испытания центрифугированием, 2 мин при 6000 об./мин (4500 g), первый прогон:
Образец А демонстрирует плавающий слой, 7%, со свободным каучуком ниже данного плавающего слоя, темно-коричневую водную фазу и 22% твердой фазы.
Образец Б демонстрирует 5% в виде компактного плавающего слоя с интегрированным каучуком, средне-коричневую водную фазу и 22% твердой фазы.
Образец В демонстрирует 4% в виде компактного плавающего слоя с интегрированным каучуком, светло-коричневую водную фазу и 26% твердой фазы.
После второго прогона водная фаза светлеет в каждом случае; плавающая фаза уменьшается до 2% образец А, 3% образец Б, и 3% образец В. Аналогично, доля твердой фазы уменьшается до 17% (образец А), 15% (образец Б) и 19% (образец В).
После третьего прогона водная фаза дальше светлеет в каждом случае; плавающая фаза составляет 3% образец А, 2%, образец Б, и 2%, образец В. Аналогичным образом, доля твердой фазы уменьшается до 14% (образец А), 13% (образец Б) и 12% (образец В).
Пример 2:
100 г высушенных корней вымачивают в воде при приблизительно 22°С в течение 40 мин и затем взвешивают. Их влажная масса составляла 266 г (сухое вещество составляет 40%). Вместе с дополнительной водой и дополнительными влажными корнями (полученными в результате разбухания из дополнительной порции корневой сухой массы 100 г), имея общее количество 200 г корневой сухой массы и 1872 г воды, измельчение проводят в двух партиях с использованием Thermomix в общей сложности с 4 интервалами по 15 секунд на уровне 9. Посредством высушивания путем встряхивания с использованием кухонного сита, получают 430 г воды с приблизительно 3 °Вх (градус Brix). Удаленную воду с инулином заменяют пресной водой, и общее количество затем разбавляют 2 порциями воды. Данную суспензию тонко растирают за 3 прогона с использованием шаровой мельницы Labstar от Netzsch.
Результат испытания центрифугированием, 2 мин при 6000 об./мин (4500 g), первый прогон:
Образец демонстрирует небольшой плавающий слой с 0,5% темно-коричневой водной фазы и 10% твердой фазы. После второго прогона водная фаза становится светлее в каждом случае; плавающая фаза, состоящая из светлых частиц каучука, увеличивается до 1%,. Твердая фаза занимает 16%. После третьего прогона водная фаза становится еще светлее в каждом случае; плавающая фаза составляет 1% в виде темного плавающего слоя, содержащего каучук. Тяжелая твердая фаза составляет 16%.
Пример 3:
40 кг высушенных корней очищают от песка и примесей и затем растирают в молотковой мельнице (из Netzsch, ширина отверстий 15 мм) с добавлением воды в общей сложности в количестве 180 кг с 17,2 кг содержания сухого вещества. Водная дисперсия после растирания имеет в среднем 3 °Вх. С добавлением воды в соотношении 1 плюс 1 дальнейшее измельчение проводят с помощью молотковой мельницы с шириной отверстий 5 мм. В результате получают дисперсию в количестве 359 кг с 2,4 °Вх в жидкой фракции.
Данную дисперсию растирают с добавлением 60 кг воды, используя шаровую мельницу от Netzsch, и с производительностью 200 кг/ч. Данную операцию повторяют снова без дополнительного добавления воды.
Тонко растертую дисперсию разбавляют 100 кг воды и перекачивают в разделительный декантер от GEA, модель СА 226. Лишь приблизительно 50 г каучука выводится с водной фазой, и их отделяют от воды с помощью вибрационного сита. Твердую фазу с 15,33% сухого вещества и видимыми количествами каучука и жидкость с 1,1% твердой фазы снова смешивают и, через 3 недели, ресуспендируют в двух частях 129 кг и 148 кг с 80 кг воды в каждом случае. Добавляют 2% соль. В общей сложности с водной фазой выводится 2,8 кг влажного каучука, их отделяют от воды, используя вибрационное сито (размер ячеек 500 мкм).
После сушки и промывания это дает выход сухой массы каучука приблизительно 500 г.
Ссылочные позиции
10 компоненты растения
20 предварительное измельчение
30 вода
40 промывочная вода
50 растирание
60 суспензия
70 первое разделение
80 фаза с высоким содержанием инулина
80' водная фаза с высоким содержанием инулина
90 фаза с высоким содержанием каучука
90' водная фаза с высоким содержанием каучука
100 водная фаза
110 нагревание
120 очищенный каучук
130 нагревание
131 вода
140 второе разделение
150 твердая фаза с низким содержанием фруктозы
160 фаза с высоким содержанием фруктозы
170 просеивание
180 третье разделение
310 прессование
320 хлорид натрия
330 соленая вода
340 выжатая вода с инулином
Реферат
Изобретение относится к способу обработки компонентов растения одуванчик. Предложенный способ обработки высушенных корней одуванчика (10) вида Taraxacum kok-saghyz, в котором достигается получение каучука в качестве первого ценного продукта, предусматривает измельчение и/или отжим корней одуванчика (10) с добавлением воды (30) с образованием суспензии (60). Корни одуванчика (10), имеющие средний диаметр от 2 до 10 мм, суспендированы в воде. Измельчение корней одуванчика (10) включает по меньшей мере одно предварительное измельчение (20) и растирание и/или раздавливание (50). При растирании и/или раздавливании (50) и/или при предварительном измельчении (20) добавляют воду (30) с нейтральным pH или кислотным pH в количестве от 5 до 20 частей в расчете на массу компонентов растения. Воду добавляют до или после предварительного измельчения (20) компонентов растения одуванчик (10) и выжимают перед растиранием и/или раздавливанием и перед первым разделением при температуре ниже 40 °C с получением инулинового сиропа и/или выжатой воды с инулином (340). При этом инулиновый сироп и/или выжатую воду с инулином (340) не возвращают в процесс. Твердую фазу ресуспендируют с добавлением воды с образованием суспензии (60). Проводят первое разделение (70) суспензии (60) на по меньшей мере одну фазу с высоким содержанием инулина и низким содержанием каучука (80, 80') и по меньшей мере одну фазу с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина (90, 90'). Первое разделение (70) осуществляют посредством двухфазного декантера или сепаратора. Фаза с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина (90, 90') образует первый ценный продукт, или первый ценный продукт получают из фазы с высоким содержанием каучука и низким содержанием инулина (90, 90'). Указанные стадии осуществляют без добавления ферментов. Изобретение направлено на получение двух ценных продуктов: каучука и инулина, при отсутствии необходимости специальной утилизации сточных вод после технологического процесса. 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.
