Спосіб витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу та пристрій для його здійснення

1. Спосіб витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу, який являє собою цукровий буряк (Beta vulgaris), цукрову тростину або цикорій, що включає стадії: a) електропорацію біологічного матеріалу, b) виділення клітинного соку з біологічного матеріалу, що був підданий електропорації, c) екстракцію біологічного матеріалу і d) одержання інгредієнтів біологічного клітинного матеріалу в клітинному соку і в екстракті, причому на стадії b) механічне зусилля стиснення на біологічний матеріал становить завжди менше 0,5 МПа і біологічний матеріал зберігає свою форму і властивості незмінними і підводиться в механічно незмінному вигляді на стадію с). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що біологічний матеріал на стадії а) піддають дії поля високої напруги в провідному середовищі. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що на стадії b) виділення клітинного соку з біологічного матеріалу здійснюється шляхом механічного навантаження, переважно шляхом зминання. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що механічне зусилля стиснення на біологічний матеріал завжди складає менше за 2 МПа. 2 (19) 1 3 Даний винахід відноситься до способу поліпшеного витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу, зокрема, з цукрового буряка (Beta vulgaris) або бурякової стружки. Як відомо, цінні інгредієнти витягують механічними і/або термічними способами з безлічі різноманітних біологічних матеріалів, зокрема, рослинної сировини, як отримувані в сільському господарстві фрукти. Щоб можна було виділити ці інгредієнти з біологічного матеріалу, в будь-якому випадку мають бути відкриті мембрани клітинного матеріалу, зокрема, рослинних клітин. Це відбувається, як правило, за рахунок механічного впливу, як різання, перетирання, розмел і т.д. Іншим способом розкриття клітинних мембран біологічного матеріалу є термічне розкриття клітин, причому клітинні мембрани денатуруються під впливом температури, або поєднання термічного і механічного способів. Після процесу розкриття розчинні інгредієнти біологічного матеріалу віджимають, екстрагують розчинником, частіше за все водою, або вимивають у разі нерозчинних речовин. Такі способи витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу особливо важливі для цукрової промисловості, оскільки в Центральній Європі, як відомо, для витягання цукру (сахарози) цукровий буряк (Beta vulgaris) повинні переробляти такими способами, щоб витягнути з нього цукор. Звичайно при цьому помитий буряк ріжуть в звичайних різальних машинах і отриману стружку ошпарюють в ошпарнику бурякової стружки гарячою водою при температурі приблизно від 70 до 75°С. При цьому клітини буряка в термічних умовах денатуруються, тобто оболонки клітин розкриваються і тим самим стають проникними для молекул сахарози. У подальшому процесі екстракції, звичайно за допомогою протитечійної екстракції, при температурах приблизно від 68 до 70°С витягують екстракт, що містить сахарозу (свіжовижатий сік). Щоб зробити можливим ефективне екстрагування, треба, як відомо, додавати значну фракцію додаткової води (конденсату). Для оптимізації процесу екстракції і для зниження залишкового вмісту цукру в екстрагованих стружках у відомих способах звичайно відкачується приблизно від 105% до 110% свіжовижатого соку з розрахунку на кількість стружки. Відкачування розраховується із співвідношення кількості екстракту до використаної кількості буряка. Потім може бути проведене очищення соку екстракту. Крім значної кількості додаткової води, необхідної для екстракції, переробка біологічного матеріалу для витягання інгредієнтів є також дуже енергоємним способом. Зокрема, термічне розкриття біологічного матеріалу при звичайних температурах вище за 70°С вимагає високої витрати енергії. Але і для подальшої стадії екстракції також потрібне нагрівання істотної частки додаткової води до температур вище за 70°С і знов енергоємне випарювання на подальших стадіях процесу. Таким чином, з рівня техніки випливає потреба розкривати біологічний матеріал, зокрема, цукро 89473 4 вий буряк або клітини цукрового буряка, з меншими енерговитратами і за допомогою застосування відповідного додаткового зниження кількості води і енергії для витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу. Наступним істотним моментом є здатність до зневоднення біологічного матеріалу, що зазнав екстракції. Наприклад, для отримання цукру в Федеративній Республіці Німеччини щорічно переробляється близько 27млн. тонн цукрового буряка. Після водної протитечійної екстракції подрібненого буряка отримують в такому випадку 15млн. тонн проекстрагованої стружки із вмістом води приблизно 90%, яка годиться на корм для худоби. Щоб зробити продукт придатним для зберігання і транспортабельним, необхідно його істотно зневоднити. Зневоднення проводиться спочатку механічно за допомогою пресування і потім сушінням до залишкового вмісту води приблизно 10%. В принципі, більш високе віджимання означає більш високу потребу в електричній енергії, що треба зіставити з меншою кількістю палива для сушіння. Оскільки витрати на механічне зневоднення до вмісту сухої речовини приблизно до 35% є помітно меншими, ніж на сушіння, поліпшення віджимання є давньою метою цукрової промисловості. Витрати при сушінні і пов'язані з цим заходи з охорони навколишнього середовища привели до того, що механічне зневоднення постійно удосконалювалося. Середній вміст сухої речовини в пресованих стружках, визначений по 16 вибраних фабриках, підвищився з неповних 20% в 1976 році в середньому приблизно до 32% в 1987 році. Якщо після віджимання проекстрагованих стружок до вмісту сухої речовини 20% треба видалити ще приблизно 44% води, відведеної разом з проекстрагованою стружкою, то при віджиманні до 30% сухої речовини ця частка знизиться вже приблизно до 25%. Це означає істотну економію енергії, яка для фабрики з денною продуктивністю 10000 тонн буряка може становити приблизно 500000 євро за сезон (умовна ціна нафти: 150євро/т). Тому існує гостра потреба в ще більшому поліпшенні віджимання, тобто здатності до зневоднення, біологічного матеріалу, зокрема, бурякової стружки, після екстракції. Задачею даного винаходу є розробка вдосконаленого способу витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу, а також пристрій для здійснення вдосконаленого способу, причому вдосконалений спосіб відрізняється, зокрема, високою ефективністю і економічністю при одночасно низькій витраті ресурсів, таких як енергія і вода. Згідно з винаходом задача вирішується способом, в якому для витягання інгредієнтів з біологічного матеріалу на першій стадії а) біологічний матеріал піддають електропорації, на другій стадії b) відділяють клітинний сік, що зазнав електропорації біологічного матеріалу, на третій стадії с) матеріал, отриманий на стадії b), піддають екстракції, і на четвертій стадії d) отримують інгредієнти з ви 5 89473 6 тягнутого на стадії b) дифузійного соку і витягнутоскладає переважно приблизно від 0,5 до 1,5кВ/см, го на стадії с) екстракту. зокрема, від 0,7 до 1,3кВ/см. В одному особливо За допомогою проведеної згідно з винаходом переважному варіанті провідність середовища, в електропорації клітини біологічного матеріалу, якому знаходиться біологічний матеріал, підбиразокрема, клітини буряка, особливо сприятливо ють до провідності біологічного матеріалу таким розкриваються при застосуванні імпульсів високої чином, щоб досягалася більш оптимальна картина напруги. Тому термічне розкриття цих клітин для силових ліній поля всередині біологічного матеріподальшої екстракції не є необхідним. Попередня алу; переважно провідність складає приблизно від обробка біологічного матеріалу, що проводиться 0,2 до 2,5мС/см, зокрема, від 0,4 до 2,1мС/см. В далі, дозволяє провести попереднє відділення одному особливо переважному варіанті для елекклітинного соку, зокрема, більшої або значної частропорації застосовуються фрукти цілком, напритини клітинного соку, завдяки чому буде сприятликлад, цілий цукровий буряк. Було виявлено, що вим чином знижена кількість інгредієнтів біологічтим самим знижується витрата енергії, необхідної ного матеріалу, що екстрагуються на подальшій для електропорації, в порівнянні з електропорацістадії екстракції згідно з винаходом. В результаті єю подрібненого біологічного матеріалу. Зрозуміособливо сприятливим є відчутне зниження поло, передбачається також подача біологічного треби в додатковій воді, яка повинна застосовуваматеріалу на електропорацію і в подрібненому тися для екстракції інгредієнтів, що залишилися в вигляді, наприклад, у випадку цукрового буряка - у біологічному матеріалі після вказаного відділення вигляді бурякової стружки. клітинного соку. Це веде також до відчутного зниЗгідно з винаходом, на стадії b) способу згідно ження відкачування, тобто співвідношення кількосз винаходом виділення клітинного соку з біологічті екстракту і кількості використаного біологічного ного матеріалу переважно відбувається при нематеріалу. значному механічному навантаженні. Згідно з виУ контексті даного винаходу під "біологічним находом передбачається, що механічне матеріалом" розуміється рослинна сировина і агнавантаження, тобто зусилля стиснення, на біолоропродукти, що містять цінні інгредієнти, передугічний матеріал на стадіях а), b), с), d) способу сім ним є цукровий буряк і цукрова тростина з їх згідно з винаходом завжди, тобто в будь-який моважливим компонентом - сахарозою, а також цимент часу і на будь-якій стадії процесу, складає корій з його важливим інгредієнтом інуліном, а менше за 2МПа, зокрема, менше за 1МПа, перетакож олійне насіння для витягання олії, виноград важно менше за 0,5МПа. Це означає, що перевадля витягання виноградного соку або фрукти, які жно, згідно з винаходом, тиск на біологічний матезастосовуються для витягання рослинних барвниріал або механічне навантаження на біологічний ків, як каротин, або ароматичних речовин. Далі, під матеріал протягом всього процесу завжди складає цим розуміються рослини або складові частини менше за 2МПа, і переважно ніякі інші сили і наварослин, які застосовуються для витягання крохмантаження на біологічний матеріал не накладаютьлю. ся. Згідно з винаходом, особливо переважно меУ контексті даного винаходу під екстракцією ханічне навантаження на біологічний матеріал розуміється процес розділення для виділення певмаксимально знижене, і зусилля стиснення завжди них складових частин, зокрема, інгредієнтів, з твеменше 1МПа, переважно менше 0,5МПа. Зокрема, рдих або рідких сумішей речовин, зокрема, біолодо біологічного матеріалу не прикладається ніякогічного матеріалу, за допомогою прийнятного го тиску або ніякого механічного навантаження. розчинника, причому між розчинником і розчинеНезначні механічні навантаження істотно знижені ною речовиною, тобто інгредієнтом біологічного в порівнянні з відомими з рівня техніки високими матеріалу, не відбувається ніяких хімічних реакцій. механічними навантаженнями - більше за 2МПа, При витяганні водорозчинних інгредієнтів, таких як переважно приблизно від 10 до приблизно 30МПа, сахароза, інулін, крохмаль, з біологічного матеріаякі еквівалентні віджиманню біологічного матеріалу переважно як екстрагент застосовується вода, лу. наприклад, при витяганні цукру з цукрового буряка Переважне згідно з винаходом незначне меабо бурякової стружки. В одному варіанті з біологіханічне навантаження звичайно досягається просчного матеріалу витягують, додатково або виклютим зминанням і/або ворушінням біологічного мачно, жиророзчинні інгредієнти шляхом застосувантеріалу, наприклад, в шнеку, який переважно ня переважно неполярних і/або органічних виконаний як суцільний шнек. Для зминання і/або розчинників. ворушіння біологічного матеріалу можуть також В одному особливо переважному варіанті застосовуватися, зрозуміло, відомі інші пристрої, здійснення стадія а) способу згідно з винаходом, а які призначені для подібної мети. До них переважсаме електропорація біологічного матеріалу, проно відносяться всі види гвинтових транспортерів, водиться в провідному середовищі, причому біояк напіввідкриті шнеки, а також стрічкові конвеєри, логічний матеріал зазнає дії поля високої напруги. вібролінії або барабани. Переважно передбачається, що поле високої наНесподівано було виявлено, що вже при мапруги створюється відомим чином, наприклад, за лому механічному навантаженні (див. вище) біолорахунок електродів, що знаходяться під напругою, гічного матеріалу, попередньо обробленого електшляхом прикладення напруги, зокрема, високої ропорацією, зокрема, буряка або бурякової напруги через біологічний матеріал. Переважно стружки, може бути витягнута висока частка клізастосовується імпульсна картина ліній високої тинного соку і, тим самим, вже висока частка інгнапруги, але передбачені також і періодичні змінні редієнтів, що містяться в біологічному матеріалі. поля і поля постійної напруги. Напруженість поля Як відомо, термічно або електрично розкритий 7 89473 8 буряк або бурякову стружку шляхом звичайної передбаченій згідно з винаходом стадії екстракпопередньої обробки, наприклад, перед екстракціційного очищення, що йде за екстракційним витяєю, пресують під високим механічним тиском біганням на стадії с), може бути істотно скорочена льше за 2МПа, головним чином приблизно від 10 кількість, наприклад, застосовуваного вапняка до 30МПа, через що буряк або бурякова стружка (вапнякове молоко), зокрема, до значень від приповинні передаватися на наступні за цим пресублизно 15% до приблизно 30%. ванням стадії процесу в механічно сильно зміненій Не обмежуючись теорією, вважають, що, поформі, головним чином в кашоподібній консистенперше, через електропорацію на стадії а) (оскільки ції. У протилежність цьому, біологічний матеріал, за допомогою електропорації вже сталося розоброблений на стадії b) для відділення клітинного криття клітин), а по-друге, через виділення великої соку за допомогою переважно, згідно з винаходом, кількості клітинного соку з біологічного матеріалу, незначного механічного навантаження, зберігає що пройшов стадію b) електропорації, вимоги до свою форму і властивості незмінними і може, отдодаткової екстракції істотно знижені, так що екстже, бути легко проведений в механічно незмінному ракція біологічного матеріалу може пройти при вигляді на наступну стадію с), а саме на екстракістотно знижених температурах. Тому переважний цію. спосіб згідно з винаходом відрізняється також тим, Крім цього, сприятливим виявилося те, що кліщо стадія екстракції с) здійснюється при істотно тинний сік, виділений на стадії b), завдяки незначзниженій в порівнянні з рівнем техніки температурі, ному механічному навантаженню є по суті прозотобто при температурі від 10 до 65°С, переважно рим і не забруднений складовими частинами від 45 до 60°С, зокрема, від 46 до 60°С Зрозуміло, матеріалу, що неминуче утворюються при високотемпература екстракції може підбиратися з урахуму механічному навантаженні, зокрема, зависями і ванням вимог біологічного матеріалу і знаходитися т.д., і тому може бути витягнутий особливо чистим. також істотно нижче або вище, поки екстракція ще У наступному варіанті клітинний сік, виділений на може провестися. Завдяки зниженню температури стадії b), додатково освітлюють додаванням коаекстракції біологічний матеріал, наприклад, бурягулятора. кова стружка, обробляється обережніше, ніж при Стадією b) способу згідно з винаходом досягазвичайному способі теплового денатурування. ється попередня обробка біологічного матеріалу Завдяки цьому забезпечується переважне, згідно з перед екстракцією на наступній стадії с). Ця попевинаходом, підвищення здатності до віджимання редня обробка особливо ефективно сприяє сприябіологічного матеріалу, наприклад, бурякової тливому, згідно з винаходом, попередньому видістружки, приблизно на 2 процентних пункти в %СР ленню клітинного соку з біологічного матеріалу. (СР=суха речовина). Було показано, що біологічний матеріал, оброблеЗгідно з винаходом передбачено також, що ний згідно з винаходом, зокрема, завдяки переваочищений екстракт, зокрема, очищений сік І і II, жно незначним механічним навантаженням, є мепотім згущують в багатоступінчастій випарній ханічно стабільним і також нещільно упакованим, установці до вмісту сухої речовини приблизно так що екстрагент може дуже добре пройти крізь 70%. Кількість енергії, потрібна для подальшого упаковку, що сприяє особливо ефективній екстравипарювання додаткової води з витягнутого ексткції. ракту, зменшується завдяки досягнутому згідно з Наступна перевага способу згідно з винаходом винаходом зниженню кількості додаткової води. полягає в тому, що попереднім виділенням з біоПереважно, згідно з винаходом, з екстракту логічного матеріалу великої кількості клітинного і/або очищеного соку, отриманого екстракцією обсоку і істотної частки інгредієнтів, що містяться в робленого згідно з винаходом цукрового буряка, в йому, подальша екстракція вносить істотно менбагатоступінчастому кристалізаторі витягують цуший внесок у витягання інгредієнтів з біологічного кор. Проекстрагований біологічний матеріал, зокматеріалу. Зокрема, при застосуванні цукрового рема, проекстраговану бурякову стружку, потім ще буряка або бурякової стружки як біологічного мазневоднюють механічно і, наприклад, змішують з теріалу кількість цукру, відокремлювана на подамелясою і переважно після термічного сушіння льшій екстракції, знижується. При переважному продають як корми, зокрема, як гранульований застосуванні буряка або бурякової стружки як біокорм. логічного матеріалу вихід складає приблизно від В одному переважному варіанті екстракція на 10 до 30мас.% з розрахунку на загальну масу біостадії с) проводиться як лужна екстракція, зокрелогічного матеріалу. ма, із застосуванням підлужувальних засобів, як Особливо переважно ефект згідно з винаховапнякове молоко і/або палене вапно. Під "луждом веде до відчутного зниження потреби в додатним" в цьому контексті розуміється значення рН ковій воді, яка повинна застосовуватися для екстводного середовища від приблизно рН 7 до приракції інгредієнтів біологічного матеріалу, і близно рН 14 (при 20°С). В одному переважному приводить до відчутного зниження відкачування, варіанті лужна екстракція проводиться при рН від тобто співвідношення кількості екстракту і кількості 7,5 до рН 11, зокрема, при приблизно рН 10, навикористаного біологічного матеріалу. При цьому приклад, рН 10,2. відкачування знижується до значень менших за При лужній екстракції не завжди можуть бути 100%, зокрема, приблизно до 90%. Особливо певиключені хімічні реакції з біологічним матеріалом, реважним через зумовлене згідно з винаходом зокрема, може бути утворена фракція високомозниження відкачування є підвищення чистоти екслекулярного пектату кальцію. При відомих темпетракту до значень вищих за 90%, зокрема, від ратурах екстракції приблизно від 70 до 75°С ці приблизно 91,5% до 92,5%. Отже, на подальшій, небажані хімічні реакції лужної екстракції настільки 9 89473 10 сильні, що значною мірою утворюється велика виділеного клітинного соку при переробці. Мікробікількість пектату кальцію, що істотно утруднює ологічна стабільність складає при цьому приблизфільтрацію витягнутого екстракту, переважно но 104КУО/мл. очищеного шляхом очищення соку, так що подібВ одному іншому переважному варіанті в споний спосіб не може бути впроваджений в практику. собі згідно з винаходом, переважно на стадії b), в У протилежність цьому, переважна згідно з винабіологічний матеріал подається щонайменше одна ходом лужна екстракція, яка проводиться при допоміжна речовина. У контексті даного винаходу більш низьких температурах, знижує утворення під "допоміжною речовиною" розуміється склад цих високомолекулярних сполук, внаслідок чого або хімічно чиста речовина, яка не несе ніякої фупри фільтрації очищеного екстракту, зокрема, нкції у витягнутому інгредієнті, переважно витягнуочищеного соку І і/або II, отриманого шляхом очитому харчовому продукті. Ним є виробничі матеріщення соку при екстракції цукрового буряка, досяали, як конденсат, але також технологічна вода, гається коефіцієнт фільтрації менше за 1мм/г. розчинник, дезінфікуюча речовина, як формальдеВнесення лужності в біологічний матеріал, пегід, або антиспінювач. Переважно ним є також коареважно цукровий буряк, цукрову тростину або гулянти, як катіонні або аніонні коагулянти, речоцикорій, наприклад, у вигляді вапнякового молока, вини для внесення лужності і/або іонів кальцію, як гідроксиду кальцію, сахарату кальцію або паленовапнякове молоко, палене вапно, гідроксид кальго вапна, відбувається переважно вже відразу пісцію, сахарат кальцію, сульфат кальцію та інші солі ля електропорації (стадія а), зокрема, в проміжний кальцію і/або алюмінію. Переважно, згідно з винабункер, перед подальшою переробкою біологічноходом, щонайменше одна додана допоміжна рего матеріалу на стадії b). В іншому варіанті лужчовина вводиться в біологічний матеріал звичайно ність вносять при відділенні клітинного соку на у вигляді розчину, переважно шляхом обприскустадії b). У ще одному варіанті лужність вносять вання. В одному подальшому варіанті щонайменбезпосередньо перед проведенням екстракції ше одна допоміжна речовина вводиться у вигляді (стадія с). твердої фази, переважно у вигляді порошку. ВнеВ одному переважному варіанті здійснення сені допоміжні речовини сприяють також поперевинаходу підлужування біологічного матеріалу, дньому очищенню виділеного клітинного соку. тобто переважно буряка або бурякової стружки, Особливо сприятливо шляхом електропорації, цукрової тростини або цикорію, проводиться шлязгідно з винаходом, біологічного матеріалу на стахом додавання підлужувача безпосередньо в різадії а) його клітинні оболонки розкриваються таким льну машину. Перевагою цього є часткова дезінчином, що, зокрема, на стадії b) при виділенні кліфекція біологічного матеріалу. тинного соку з біологічного матеріалу, полегшуєтьВ одному переважному варіанті здійснення ся введення лужності і/або іонів кальцію в біологівинаходу підлужування біологічного матеріалу чний матеріал. Зокрема, переважна, згідно з проводиться шляхом додавання підлужувача в винаходом, комбінація електропорації на стадії а) і бункер біологічного матеріалу, зокрема, буряковий лужної екстракції на стадії с) приводить до подабункер, або на шляху до бункера, зокрема, до бульшого збільшення здатності біологічного матерірякового бункера. Перевагою цього є часткова алу до зневоднення після завершення процесу дезінфекція. згідно з винаходом, наприклад, шляхом віджиманПереважно, згідно з винаходом, лужність звиня до вмісту сухої речовини приблизно 8 процентчайно забезпечують шляхом введення в біологічних пунктів (%СР). ний матеріал водного розчину, переважно шляхом Тому переважним об'єктом даного винаходу є обприскування. У подальшому варіанті для забезспосіб підвищення здатності до віджимання проекпечення лужності в біологічний матеріал вноситьстрагованого біологічного матеріалу, зокрема, буся щонайменше одна речовина з лужними властирякової стружки, і, тим самим, вмісту сухої речовивостями, зокрема, вапно, як палене вапно, як ни, що досягається при віджиманні, який тверда речовина, переважно у вигляді порошку. відрізняється тим, що на першій стадії проводять Шляхом внесення лужності в біологічний маелектропорацію біологічного матеріалу, зокрема, теріал, зокрема, на ранній стадії способу згідно з цукрового буряка, і на наступній стадії проводять винаходом, переважно на стадії b) або безпосерелужну екстракцію біологічного матеріалу, що задньо перед нею, особливо переважно, згідно з знав електропорації, зокрема, цукрового буряка, винаходом, проводять очищення виділеного кліщо зазнав електропорації, або бурякової стружки, тинного соку вже безпосередньо під час процесу цукрової тростини або цикорію, і нарешті отримувиділення з біологічного матеріалу. У переважноють проекстрагований біологічний матеріал з підму застосуванні у випадку буряка або бурякової вищеною здатністю до віджимання. стружки відбувається попереднє відділення нецукНаступним переважним об'єктом даного винарів, головним чином білків. При цьому велика часходу є тому також спосіб отримання проекстраготина нецукрів, зберігається адсорбованою або ваного біологічного матеріалу, зокрема, проексткоагульованою на буряковій стружці аж до самої рагованої бурякової стружки, цукрової тростини екстракції. Зрозуміло, потім може провестися таабо цикорію, з високою часткою сухої речовини, кож додаткове очищення виділеного клітинного переважно приблизно 38% СР, який відрізняється соку відомим способом. тим, що на першій стадії біологічний матеріал, Введенням лужності в біологічний матеріал зокрема, цукровий буряк, піддають електропорації, досягається, крім того, зниження небезпеки інфіна наступній стадії підданий електропорації біолокування біологічного матеріалу і підвищення мікгічний матеріал, зокрема, цукровий буряк, що заробіологічної стабільності біологічного матеріалу і знав електропорації, або бурякову стружку, підда 11 89473 12 ють лужній екстракції, на подальшій стадії піддаприйому підданого електропорації біологічного ний електропорації біологічний матеріал, зокрема, матеріалу для виділення клітинного соку з біологіцукровий буряк, що зазнав електропорації, або чного матеріалу, і один екстрактор для екстракції бурякову стружку, переважно віджимають відомим біологічного матеріалу. Згідно з винаходом, щоспособом і, нарешті, отримують проекстрагований найменше один суцільний шнек перфорований на біологічний матеріал з підвищеним вмістом сухої його зовнішньому кожусі і/або нарізці шнека. Перечовини. реважно на суцільний шнек встановлена ванна В одному іншому переважному варіанті між для прийому клітинного соку, виділеного в суцільстадіями способу а) і b) біологічний матеріал доному шнеку, яка переважно охоплює суцільний датково подрібнюють на іншій стадії процесу, нашнек, зокрема, охоплює герметично. Функцією приклад, у разі цукрового буряка - в бурякову щонайменше одного суцільного шнека згідно з стружку. Саме для того, щоб ще більше полегшити винаходом є по суті зминання біологічного матерівиділення клітинного соку з біологічного матеріаалу, щоб менше навантажувати механічно. Перелу, що зазнав електропорації. важно це пов'язано з подальшими функціями суціВ одному переважному варіанті цього способу льного шнека, а саме транспортуванням стадія b) проходить додатково вже в передавальбіологічного матеріалу через пристрій, переважно ному стовбурі, розташованому всередині ділянки від пристрою електропорації до екстрактора. шнека, виконаної для прийому біологічного матеПереважно, згідно з винаходом, екстрактор є ріалу, або в буферній шахті. Здійснюваний на біоколонним екстрактором. В одному варіанті екстралогічний матеріал вихідний механічний тиск як в ктор є екстрактором з лотковим шнеком, як DDSпередавальному стовбурі, так і в шнеку, переважекстрактор. В іншому варіанті екстрактор є секційно завжди складає менше за 2МПа, особливо пеним барабанним екстрактором, як RT-барабан. реважно менше за 1МПа, переважно менше В іншому переважному варіанті здійснення 0,5МПа. Особливо переважно не використовуєтьпристрій згідно з винаходом містить шатківницю, ся ніякий вихідний тиск. Зрозуміло, переважно тобто різальну машину, переважно барабанну передбачений передавальний стовбур служить овочерізку, яка розташована на шляху транспордля проміжного зберігання і нагромадження біолотування біологічного матеріалу від пристрою елекгічного матеріалу для подачі в шнек, при цьому тропорації до суцільного шнека і яка далі подрібтиск, прикладений до біологічного матеріалу, рознює підданий електропорації біологічний матеріал глядається як нехтувально малий. Зокрема, він є перед передачею на суцільний шнек. В одному високим якраз настільки, щоб накопичений в певаріанті шатківниця забезпечена проміжним бунредавальному стовбурі біологічний матеріал покером для прийому підданого електропорації біодавався відомим шляхом з хорошою ефективністю логічного матеріалу перед подрібненням, який, на шнек, і шнек мав хороший ступінь наповнення. насамперед, шляхом нашарування біологічного В одному варіанті зовнішній кожух і/або нарізматеріалу, створює необхідний тиск для його пока шнека, тобто гвинт, що переважно застосовудрібнення. ється згідно з винаходом шнека є перфорованими. Переважно до ділянки шнека, зробленої для Це означає, що вони мають отвори, через які клірозвантаження транспортованого біологічного тинний сік, виділений з біологічного матеріалу, матеріалу, додатково приєднаний збірник для виможе витікати з шнека. Особливо переважно перчавок, в якому збирається біологічний матеріал, форовані зовнішній кожух і гвинт. Клітинний сік, що виходить з шнека, переважно для подальшої зокрема, що вивільняється при транспортуванні екстракції біологічного матеріалу в екстракторі. біологічного матеріалу через шнек, тобто транспоВ одному переважному варіанті здійснення ртований сік або сік, що просувається, проникає пристрій згідно з винаходом додатково забезпечечерез перфоровану нарізку шнека і/або перфороний щонайменше одним дозатором для введення ваний зовнішній кожух шнека і збирається у ванну, допоміжних речовин і/або лужності. Цей дозатор звичайно розміщену біля шнека згідно з винахомістить в одному варіанті щонайменше один пульдом, зокрема, що оточує шнек. Ця ванна сполучапопровід з щонайменше однією сполученою з ним ється звичайно із зливною трубою, переважно в сопловою насадкою для розпилення розчину донайнижчій точці. поміжних речовин і/або підлужувачів, як вапнякове В іншому варіанті передавальний стовбур, молоко, на біологічний матеріал, що знаходиться тобто буферна шахта, в якій збирається матеріал, переважно в суцільному шнеку. В одному іншому що зазнав електропорації, перед подачею у зробваріанті щонайменше один дозатор служить прилену для прийому біологічного матеріалу ділянку строєм, який служить для введення твердих речошнека, забезпечена зливом, переважно в найнижвин, переважно у вигляді порошкового середовичій точці буферної шахти. Істотна частка клітинноща, зокрема, є пневматичним дозатором і/або го соку, виділеного в буферній шахті з біологічного спіральним конвейєром. матеріалу, стікає через переважно передбачений Переважно дозатор встановлений в зоні дозузлив. вання суцільного шнека, зокрема, над його зовніПредметом даного винаходу є тому також шньою поверхнею. В одному варіанті дозатор пристрій для витягання інгредієнтів з біологічного встановлений в зоні дозування проміжного бункематеріалу, який звичайно застосовується для здійра. В одному іншому варіанті дозатор встановлеснення способу згідно з винаходом. Згідно з винаний біля збірника для вичавок в зоні дозування. У ходом, цей пристрій має один пристрій, зокрема, цьому контексті під "зоною дозування" розуміється камеру для електропорації біологічного матеріалу, обмежений простір, звідки через вибраний дозатор а також щонайменше один суцільний шнек для в або на біологічний матеріал може бути нанесе 13 89473 14 ний матеріал для дозування, тобто вказані доповходом виконаного як гвинтовий транспортер суціміжні речовини, підлужуванні і т.д. льного шнека знаходиться передавальний стовбур В іншому переважному варіанті ділянка шнека, (4), виконаний як буферна шахта. У ньому збиравиконана для прийому підданого електропорації ється свіжа бурякова стружка, що зазнала електбіологічного матеріалу, переважно знаходиться на ропорації. У найнижчій точці шнека знаходиться його початку, в нижній точці, тоді як ділянка шнека, злив (7). Цей злив служить для збору клітинного призначена для розвантаження транспортованого соку, який виходить з підданої електропорації біологічного матеріалу, знаходиться переважно в стружки при транспортуванні в шнеку і/або при його кінці, у верхній точці, яка знаходиться вище механічному навантаженні тиском в передавальвказаної нижньої точки. Тобто суцільний шнек, ному стовбурі. передбачений згідно з винаходом, встановлений Задачею шнека (5) є, по-перше, транспортувздовж нахилу, причому біологічний матеріал в вання стружки, що зазнала електропорації, до суцільному шнеку транспортується від нижньої ошпарника буряка, крім цього, його задачею є таточки до верхньої точки проти нахилу. кож механічне завантаження, а також зминання Подальші переважні варіанти здійснення виматеріалу стружки при транспортуванні проти напливають із залежних пунктів. хилу. Механічний вхідний тиск з передавального Пристрій згідно з винаходом детальніше поясстовбура завжди при цьому складає менше за нюється за допомогою фігури: на Фіг.1 схематично 2МПа. Це максимальне значення тиску справедзображений переважний спосіб виконання приливе для всієї установки, тобто на шляху від різастрою згідно з винаходом, який має пристрій для льної машини до ошпарника буряка через описану електропорації біологічного матеріалу (1), різальну установку до підданого електропорації матеріалу машину (3) для подрібнення підданого електропостружки прикладається тиск, який в будь-який морації біологічного матеріалу з проміжним бункером мент часу складає нижче за 2МПа. (2) і передавальним стовбуром (4), перфорований Транспортований сік, що вивільняється при суцільний шнек (5) з уловлюючою ванною, щонайтранспортуванні стружки через шнек (5), проникає менше один дозатор (6) для введення допоміжної через перфорований зовнішній кожух шнека і збиречовини в біологічний матеріал, злив (7) для зборається в ванну, що оточує суцільний шнек, яка в ру соків з передавального стовбура і з суцільного найнижчій точці шнека упирається у вищеописашнека, і екстрактор (8). ний злив (7). При транспортуванні підданої електВинахід детальніше пояснюється наступними ропорації стружки в суцільному шнеку клітинний прикладами. сік підданої електропорації стружки виходить чеПриклад 1 рез перфорацію суцільного шнека і перфорацію Лужна екстракція підданого електропорації бузовнішнього кожуха шнека, уловлюється у встанорякового матеріалу вленій під суцільним шнеком ванні і прямує до Прибраний безпосередньо з поля або складозливу (7). При цьому ванна герметично охоплює ваний цукровий буряк миють і потім в крупно нарісуцільний шнек. заній формі або нерозрізаним завантажують в Між ванною і зовнішнім кожухом шнека в осьоустановку для електропорації (1) з імпульсами вому напрямі шнека влаштований пульпопровід. високої напруги від 0,7 до 1,5кВ/см. При цьому Пульпопровід має соплові насадки, які служать буряк або бурякова стружка виявляються в провідозатором (6), через який допоміжні речовини надному середовищі, з провідністю від 0,4 до носяться обприскуванням ззовні на зовнішній ко2,1мС/см. Шляхом електропорації оболонки клітин жух суцільного шнека. В одній модифікації безпорозкриваються відомим чином. середньо перед початком шнека в напрямку його Підданий електропорації буряк або бурякова переміщення приблизно до місця суцільного шнестружка потім прямує в проміжний бункер (2) безка, в якому стружка при нормальній роботі шнека посередньо над різальною машиною (3), звідти ще перебуває приблизно 5 хвилин, всередині попадає в різальну машину (3), подрібнюється і шнека встановлено декілька дозувальних насадок потім через передавальний стовбур (4) попадає в з соплами. Через ці сопла в транспортовану упасуцільний шнек (5), зовнішній кожух якого, а також ковку стружки дозуються допоміжні речовини. Ченарізка шнека, є перфорованими, щоб зробити рез місця подачі допоміжних речовин в проміжний можливим стікання клітинного соку, що виходить з бункер і в суцільний шнек до стружки на її шляху бурякової стружки, тобто транспортованого соку до ошпарника буряка додається розчин сахарату або соку, що просувається. У проміжний бункер кальцію. Альтернативно до стружки додають вапдля зниження мікробіологічної активності дозуєтьнякове молоко або сухе вапно. Найбільша частина ся вапнякове молоко. цього розчину поглинається стружкою. При цьому Закритий суцільний шнек призначений для стружка поглинає кальцій і стає таким чином підготранспортування стружки, що зазнала електропотовленою до лужної екстракції, яку проводять вірації, в ошпарник в передбаченому для цього збідомим чином. Частина сахарату кальцію, або вапрнику для вичавок екстрактора (8). Він розташована, або вапнякового молока, яка не поглинена ний з нахилом, що іде вгору, в напрямі стружкою, збирається в найнижчій точці шнека і транспортування. Тобто найнижча точка суцільновідводиться звідти разом з клітинним соком, тобто го шнека знаходиться безпосередньо нижче перетранспортованим соком, і переробляється далі. давального пункту (4) між різальною машиною (3) і Зім'ята перед шнеком бурякова стружка через шнеком (5). Найвища його точка знаходиться беззбірник для вичавок проводиться на установку посередньо перед приймальною шахтою ошпарпротитечійної екстракції, зазнає в ній екстракції, і ника стружки. Між виходом різальної машини і екстракт уловлюється. Температура екстракції 15 89473 16 складає від 45 до 60°С; переважно температура витягнутий сік, піддавали екстракції з витратою по вибирається значно вищою за 45°С, але максимум порядку величини 4,8кг в годину при подачі свіжої 60°С. Екстрактор є баштовим екстрактором, екстводи від 60 до 80% від маси стружки. Екстракцію рактором з лотковим шнеком або секційним барапроводили при меншій в порівнянні з традиційним банним екстрактором. В екстракторі стружка екстспособом температурі 60°С. рагується в протитечії з екстрагентом (так званою Це відбилося особливо сприятливо в меншому свіжою водою). споживанні енергії в процесі і обережній обробці По закінченні цього проводиться очищення соматеріалу стружки. Це виражається, зокрема, в ку вапняковим молоком і вуглекислотою. Очищекращій якості екстракції (більш висока чистота) і ний екстракт (очищений сік І і II) звичайно перерокращій здатності до віджимання при подальшому бляється далі; тобто після згущення соку в сироп в віджиманні стружки. кристалізаторах шляхом подальшого випарювання Головною перевагою лужної екстракції в комі поступової кристалізації витягується цукор. Видібінації з електропорацією при випробуванні вилена завись карбонату кальцію традиційно зневоявилася більш висока в порівнянні з традиційним днюється через фільтр-прес і відправляється на способом здатність до віджимання проекстраговапродаж як добриво, так зване карбовапно. ної стружки (віджимання в маркувальному пресі), У клітинний сік, виділений в суцільному шнеку що веде до помітного, до приблизно 8 процентних і/або в передавальному стовбурі, після поперепунктів, підвищення вмісту сухої речовини в преднього підлужування додається коагулятор. Потім сованій стружці. Наприклад, вміст сухої речовини транспортований сік проводиться на традиційний підвищується до 38% СР в порівнянні з 30% СР в статичний відстійник. Нижній злив відстійника знізвичайному способі. Наслідком цього є також знамають і проводять на переддефекатор здійснювачно знижене споживання енергії при подальшому ної паралельно переробки екстракту. Освітлений термічному зневодненні стружки. потік відстійника, навпаки, проводиться на його Чистота екстракту складає від 91,5 до 92,5% і, подальшу утилізацію, яка включає очищення очитим самим, є значно вищою, ніж при традиційному щеним соком зі стадії переробки екстракту. Параспособі. Основні нецукри, які екстрагують при тралельно цьому екстракт, що надходить, зазнає традиційному способі, як, наприклад, білки і пектини, диційного очищення соку. залишаються при лужній обробці в стружках і підПроекстраговану стружку віджимають в гвинвищують її цінність як корму при подальшій перетовому пресі. Віджата жомопресова вода повертаробці в гранули комбікорму. ється в екстрактор. Віджату стружку традиційно При технічній реалізації способу жомопресова зневоднюють термічно, тобто в низькотемператувода, що отримується при віджиманні підданої рних сушарках, високотемпературних сушарках екстракції стружки, відводиться назад в установку або випарних сушарках. екстракції. При цьому висока чистота жомопресоПриклад 2 вої води, що становить приблизно 89%, виявляПроцес в масштабі пілотної установки ється сприятливою. Далі представлені експерименти в масштабі Стадія очищення соку пілотної установки (буряк, що переробляється: Очищали лужний транспортований сік і лужний 6кг/год), щоб проілюструвати переваги способу. екстракт. Очищення соку проводили в лабораторСтадія різання і підлужування буряка ному апараті очищення соку (тригорлі колби з моБуряк піддавали електропорації в установці жливістю термостатування). Суміш змішували з електропорації при напруженості поля від 0,7 до вапняковим молоком (концентрація 220г СаО/л) 1,5кВ/см і потім подрібнювали в пілотній різальній (до лужності від 0,4 до 0,6г СаО/100мл екстракту). машині (так званий Alexander-апарат). Потім струПісля цього проводили лужну обробку соку при жку переводили в змішувач і змішували з вапняко85°С. Ця стадія процесу служить розщепленню вим молоком (розчин гідроокису кальцію). При інвертованого цукру і амідів кислоти, які заважали цьому стежили за тим, щоб температура стружки б наступному процесу. Подальші стадії по суті відбула нижчою за 20°С. Кількість розчину гідроокису повідають традиційному способу. На першій і друкальцію (концентрація: 220г СаО/л) відповідає погій карбонатації шляхом введення діоксиду вугледачі діючої лужності від 0,3 до 0,5г СаО/100г буряцю осаджають карбонат кальцію, який адсорбційно ка. Підлужений буряк переводили в лотковий шнек зв'язує наявні в соку нецукри, і при подальшій фітипу DDS. Зовнішній кожух і нарізка гвинтового льтрації видаляється з соку. По закінченні очишнека перфоровані. Масу стружки просували за щення соку отримують очищений екстракт. допомогою гвинтового шнека з м'яким зминанням. Експерименти показали, що очищений екстПо шляху було виділено приблизно від 20 до 30% ракт має високу якість, тобто менше забарвлення підлуженого бурякового соку з розрахунку на вико(приблизно від 600 до 800 I.E.) в порівнянні з траристану кількість бурякової маси. Лужний бурякодиційним способом (вище за 1000 I.E.). Також ставий сік (значення рН від 11 до 12) уловлювали. більність очищеного екстракту відносно термічного Стадія екстракції навантаження при подальшому упарюванні соку є Лужну стружку переводили в екстрактор з лотвисокою. У лабораторному тесті (кипіння протягом ковим шнеком типу DDS і там екстрагували. Струоднієї години із зворотним холодильником) забаржку і екстракційну воду (воду, слабо підлужену влення соку виявилося незначним, всього лише вапняковим молоком і з підвищеною жорсткістю приблизно 25 I.E. Недоліком способу є відносно (рН=9,5; 80 градусів жорсткості)) подавали в провисокий вміст розчинних іонів кальцію, так званих титечії до матеріалу стружки. У квазібезперервновапнякових солей. му режимі роботи стружку, з якої був заздалегідь 17 89473 18 Від стадії переддефекації, яка передбачає повід 0,7 до 1,5кВ/см і потім подрібнювали в пілотній ступове посилення підлужування при м'яких за різальній машині (так званий Alexander-апарат). температурою і лужністю умовах, можна відмовиПотім стружку переводили в змішувач і змішували тися. з вапняковим молоком (розчин гідроокису кальВиділений осад карбонату кальцію містив мецію). При цьому стежили за тим, щоб температура нше нецукрів, ніж при традиційному способі. Це стружки знаходилася нижче 20°С. Кількість розчипідвищує цінність карбовапна як добрива. ну гідроокису кальцію (концентрація: 220г СаО/л) Короткий виклад результатів: відповідає подачі діючої лужності від 0,3 до 0,5г - Попередньою обробкою буряка шляхом приСаО/100г коріння цикорію. Підлужнене коріння кладення механічного тиску в суцільному шнеку і в цикорію переводили в лотковий шнек типу DDS. передавальному стовбурі з бурякового матеріалу Зовнішній кожух і нарізка гвинтового шнека первідділяють істотну частку клітинного соку. Вихід форовані. Масу стружки просували за допомогою складає при цьому від приблизно 10 до 30% клігвинтового шнека з м'яким зминанням. По шляху тинного соку з розрахунку на масу введеного бурябуло виділено приблизно від 20 до 30% підлужнекового матеріалу. ного соку коріння цикорію з розрахунку на викори- Попереднім відділенням клітинного соку достану кількість маси коріння цикорію. Лужний сік сягається зниження кількості цукру, відокремлювакоріння цикорію (значення рН від 11 до 12) уловного на додатковій екстракції, що веде до відчутлювали. ного зниження відкачування приблизно до 90%. Стадія екстракції - Зниження відкачування приводить в резульЛужну стружку переводили в екстрактор з лоттаті до підвищення чистоти екстракту до приблизковим шнеком типу CDS і там екстрагували. Струно 92%. жку і екстракційну воду (воду, слабко підлужнену - Підданий електропорації матеріал стружки вапняковим молоком і з підвищеною жорсткістю піддають протитечійній екстракції при зниженій (рН=9,5; 80 градусів жорсткості)) подавали в протемпературі, тобто при температурі від 45 до 60°С, титоці до матеріалу стружки. У квазібезперервнопереважно завжди вищій за 45°С і завжди нижчій му режимі роботи стружку, з якої був заздалегідь 60°С. Щадна обробка матеріалу стружки при екствидалений сік, піддавали екстракції з витратою по ракції забезпечує подальші переваги, такі як (чиспорядку величини 4,8кг на годину при подачі свіжої тота) екстракту. води від 60 до 80% від маси стружки. - Здатність до віджимання стружки після лужЕкстракцію проводили при меншій в порівнянні ної екстракції підвищена. Витягання сухої речовиз традиційним способом температурі 60°С. ни становить 8 процентних пунктів, наприклад, від Це відбилося особливо сприятливо в меншому 30% СР до 38% СР. споживанні енергії в процесі і щадній обробці ма- Зменшенням потреби в кількості свіжої води теріалу стружки. Це виражається, зокрема, в кразнижується потреба у випарюванні води. щій якості екстракції (більш висока чистота) і кра- Попереднє відділення транспортованого соку щій вичавлюванні при подальшому вичавлюванні підвищує сепаратну обробку в подальшій установстружки. ці очищення соку. Завдяки його високій чистоті Головною перевагою лужної екстракції в комстворюється можливість попереднього відділення бінації з електропорацією при випробуванні вирозчинених в транспортованому соку нецукрів. явилася більш висока в порівнянні з традиційним - Змішування високочистого транспортованого способом вичавлювання проекстрагованої стружки соку і екстракту з подальшою екстракцією приво(вичавлювання в маркувальному пресі), що веде в дить до більш чистих соків, ніж ті, що отримуються помітному, до приблизно 15 процентних пунктів, традиційним способом. підвищенню вмісту сухої речовини в пресованій - Шляхом підлуження бурякової стружки і видістружці. Наприклад, зміст сухої речовини підвищуленого з неї клітинного соку її мікробіологічна стається до 40% СВ в порівнянні з 25% СВ в звичайбільність підвищується до значення 104КУО/мл. ному способі. Це має слідством також значно зниПриклад 3 жене споживання енергії при подальшому Процес в масштабі пілотної установки термічному обезводненні стружки. Далі представлені експерименти в масштабі Чистота екстракту є значно більш високою, ніж пілотної установки (коріння цикорію, що переробпри традиційному способі. Основні домішки, які ляється: 6кг/год), щоб проілюструвати переваги екстрагуються при традиційному способі, як, наспособу. приклад, білки і пектини, залишаються при лужній Стадія різання і підлужнення коріння цикорію обробці в стружках і підвищують її цінність як корКоріння цикорію піддавали електропорації в ма при подальшій переробці в гранули комбікорму. установці електропорації при напруженості поля 19 Комп’ютерна верстка О. Рябко 89473 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601