ПРОЦЕСС ЭКСТРАГИРОВАНИЯ В ЛИКЕРНО-ВОДОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Под экстрагированием понимают диффузионный процесс из­влечения веществ (компонентов) из жидкой или твердой фазы с помощью экстрагента (растворителя), при этом последний дол­жен обладать избирательной растворяющей способностью, т. е. он должен растворять только целевые компоненты, которые необходимо извлечь. Процесс экстрагирования из твердых пори­стых материалов, в том числе и из растительного сырья, относится к основным процессам химической технологии.

В пищевой технологии широко распространено экстрагирова­ние в системе твердое тело — жидкость, а именно извлечение масел из семян, сахара из свеклы и т. д. Экстрагирование также применяют в производстве пива, вина, крахмала, раство­римых кофе и чая и других пищевых продуктов.

В ликерно-водочном производстве экстрагированием извлекают ароматические вещества из растительного сырья, используя в качестве экстрагента водно-спиртоЬой раствор соответствующей концентрации. Таким образом, экстрагирование — один из опре­деляющих технологических процессов для получения экстрактов, настоев, морсов; последние являются основными компонентами для приготовления настоек, наливок, ликеров и других изделий. Экстрагирование осуществляют так называемым двукратным на­стаиванием, а также в экстракционной установке, процесс характеризуется длительностью, потребностью в технологических емкостях большой вместимости и низкой концентрацией целевых компонентов в готовом экстракте.

Интересы производства обусловливают необходимость дальней­шего усовершенствования технологии и применяемых аппаратов, изыскания новых способов для интенсификации процесса, сокра­щения продолжительности экстрагирования с получением более концентрированного экстракта (настоя).

Характеристика и структура растительного сырья

Разнообразное растительное сырье, применяемое в ликеро-водочном производстве, условно разделяют на следующие группы: травы и листья, цветы, корни и корневища, древесная кора, плоды и ягоды, корки цитрусовых.

По технологическим характеристикам выделяют три основные группы сырья:

ароматическое (травы, цветы, корни, древесная кора, сухие и сочные плоды);

неароматическое (травы, корни, древесная кора);

плодоягодное (свежее и сушеное).

В клетках растительного сырья содержатся в малых количествах все вещества (компоненты), необходимые для приготовления ликеро-водочных изделий. В протоплазме находятся эфирные масла и другие ароматические вещества в виде микроскопических капелек, в клеточном соке — вкусовые и красящие вещества.

Ароматические и вкусовые компоненты растительного сырья делят на растворимые в водно-спиртовом растворе и нераствори­мые; очевидно, что такое деление в какой-то степени относи­тельно, так как наличие абсолютно нерастворимых веществ в водно-спиртовом растворе не подтверждено исследованиями.

К растворимым относятся ароматические, дубильные, горькие и красящие вещества, а также органические кислоты, углеводы, ферменты, жиры, растворимые азотистые вещества и минераль-

ные соли; к нерастворимым — целлюлоза, крахмал, протопек­тин, лигнин, нерастворимые азо­тистые и минеральные вещества.

Растворимые вещества, улуч­шающие органолептические (вку­совые и ароматные) свойства приготовленного изделия, являют­ся ценными. Это — эфирные мас­ла, глюкозиды, дубильные веще­ства, органические кислоты и ал­калоиды; доминирующий компонент — эфирное масло.

В зависимости от продолжи­тельности хранения и условий произрастания растений меняются свойства и содержание в них эфирного масла.

В каждой живой клетке рас­тительного сырья выделяют обо­лочку 1 (рис. 45), защищающую клетку по всему ее объему, полупроницаемые мембраны 2 и 4; протоплазму 3, заполняющую внутренность клетки; ядро, расположенное в протоплазме; кле­точный сок, занимающий оставшуюся часть внутреннего объема клетки и образующий внутри протоплазмы отдельные полости 5, называемые вакуолями.

Оболочка вырабатывается протоплазмой клетки и состоит из клетчатки, или целлюлозы (природного полимера). Основа самой целлюлозы — это так называемые пачки, представляющие собой взаимосвязанные друг с другом макромолекулы. Соединения пачек образуют фибриллы. Микро- и макрофибриллы, являющи­еся основой клеточных оболочек, переплетаются между собой и образуют разного размера поры. В волокнах целлюлозы имеется два вида пор: узкие размером до 10 А и крупные — до 100 А.

Процесс массообмена между компонентами, содержащимися внутри клетки, и растворителем происходит через оболочку, поэтому ее строение в процессе экстрагирования играет значи­тельную роль.

Выбор экстрагента

Экстрагенты (растворители) обладают различными свойствами, которые используют в зависимости от механизма и технологиче­ских особенностей процесса экстрагирования.

Основные требования, предъявляемые к экстрагентам:

малая растворимость в компоненте носителя исходной смеси;

хорошая избирательность (селективность), т. е. способность растворять и извлекать только целевой (один) компонент или группу целевых компонентов.

Для промышленного применения экстрагент должен обладать следующими свойствами: высокими коэффициентами распределения и диффузии, что дает возможность увеличить скорость процесса; невоспламеняемостью; антикоррозионными свойствами по отноше­нию к материалам аппаратуры; низкой температурой замерзания; безвредностью для здоровья обслуживающего персонала; низкой теплоемкостью; высокой летучестью; низкой теплотой испарения.

При выборе экстрагента учитывают и сравнивают также такие свойства, как плотность, температуры кипения и вспышки, давление насыщенных паров, показатель преломления, раствори­мость в воде и других средах.

В качестве показателей взрыво- и пожароопасно учитыва­ют температуры: вспышки, воспламенения и самовоспламенения. Например, температура самовоспламенения этилового спирта 404 °С, диэтилового эфира 188 °С.

Впервые классификация экстрагентов была проведена в пер­вой четверти XIX в., при этом были выделены группы кислых (азотная, серная, уксусная кислоты) и щелочных растворителей; к третьей группе отнесли растворители, не производящие замет­ных изменений в растворяемом веществе, т. е. индифферентные (вода, спирт, эфир, масла).

В настоящее время органические экстрагенты классифицируют на 8 групп: углеводороды (циклогексан, бензол, толуол, ксилол, тетрапин, скипидар и др.); нефтепродукты (бензин); хлорпроизводные углеводородов (хлороформ, трихлорэтилен, хлорбензол и др.); спирты; простые и сложные эфиры; кетоны и прочие соединения (муравьиная и уксусная кислоты, сероуглерод и др.).

С целью повышения коэффициента распределения, т. е. для улучшения условий разделения, используют по два растворите­ля — парные или комбинированные. Так, сложные растворители широко применяют при экстрагировании ценных компонентов из растительного сырья. Например, В. П. Кошевой с соавторами разработал способ экстрагирования аптечной ромашки смесью ацетона, гексана и воды; для получения белково-витаминных концентратов (БВК) применяют многокомпонентный растворитель (смесь гексана, этанола и воды). Экстрагирование смешанными растворителями — один из эффективных путей решения задач селективности процесса.

В пищевой промышленности в качестве растворителей приме­няют воду (сахарное производство), спирт, водно-спиртовые растворы, диоксид углерода и др. В ликеро-водочном производ­стве для экстрагирования целевых компонентов из растительного сырья используют водно-этанольные растворы различной концен­трации, которые по классификации, очевидно, надо отнести к парному растворителю этанол — вода.

Исходя из вышеизложенного, в качестве экстрагента выбира­ют водно-спиртовые растворы, включающие спирт-ректификат высшей очистки и умягченную воду.

Физическая характеристика этанола: формула C₂H₅OH; моле­кулярная масса 40,1; показатели при 20 °С: плотность 789 кг/м³ , динамическая вязкость 1,19*10^-3 Па*с, поверхност­ное натяжение 22,3*10³ Н/м, удельная теплоемкость 2,555 кДж/(кг*К), теплопроводность 0,18 Вт/(м*К); диэлектри­ческая постоянная 24,3 при 25 °С; температура кипения 78,3 ⁰С; удельная теплота парообразования при температуре кипения 846 кДж/кг.

Известно, что из-за содержания солей жесткости снижается экстрагирующая способность воды, уменьшаются коэффициенты селективности и распределения, поэтому осуществляют процесс водоподготовки — удаляют соли жесткости. Практикой работы химических и фармацевтических производств установлено отри­цательное воздействие карбонатов кальция и магния на скорость экстрагирования таннидов из растительного сырья. В жесткой воде уменьшается полнота извлечения глюкозидов, алкалоидов и других сложных соединений растительного сырья.

Удаление солей жесткости из воды проводят методами ионно­го обмена (в натрийкатионитовых установках) или применением мембранной технологии (например, обратным осмосом, ультра­фильтрацией и электродиализом). Можно также обрабатывать воду в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами или электромагнитами, что вызывает быстрый рост кристаллов MgCO₃, СаСОз и других отложений, в результате чего также снижается жесткость воды.

Основные преимущества воды как растворителя: высокая проницаемость в твердые однородные вещества, в том числе и в клеточные оболочки растительных материалов; хорошая способ­ность к растворению и экстрагированию большого количества компонентов; индифферентность; широкая распространенность; низкая стоимость; пожаро- и взрывобезопасность.

Как уже было отмечено, в ликеро-водочной промышленности умягченную воду широко используют как парный растворитель, входящий в состав водно-спиртовых растворов при экстрагирова­нии ароматических веществ из растительного сырья.

Умягченная вода должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2874—82, спирт ректификованный высшей очистки — ГОСТ 5962—67.

Крепость (концентрация) водно-спиртового раствора при экс­трагировании берется (в зависимости от вида сырья) по техноло­гической инструкции ликеро-водочного производства.

ВИНОГРАД И ЕГО СОСТАВ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: