EA007569B1

EA007569B1 - Фильтрование растительных суспензий

Info

Publication number: EA007569B1
Application number: EA200500858A
Authority: EA
Inventors: Рекс В. Ньюкирк; Дэвид Д. Маенц; Генри Л. Классен
Original assignee: Эм Си Эн Байопродактс Инк.
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2006-12-29
Also published as: AU2003286036B2; MXPA05005349A; JP2006506990A; PT1562441E; CA2412613A1; DE60313653D1; NO20053064L; CN101822307B; EP1562441A1; DE60313653T2; US7989011B2; ES2286481T3; CN1731935A; WO2004047548A1; HK1145943A1; NO325777B1; EA200500858A1; AU2003286036A1; ATE360999T1; CN101822307A

Abstract

Двухстадийная фильтрующая система для обработки волокнистого растительного материала, в частности материалов из масличных семян, таких как хлопья из семян канолы, из которых экстрагировано масло, для отделения малоценного волокнистого материала от растворимого материала и неструктурированного растворимого в воде материала более высокой ценности. В фильтрующую систему поступает суспензия растительного материала, и данная система обеспечивает пропускание суспензии через фильтр первой стадии, который представляет собой цилиндр из фильтрующего материала с расположенным в нем шнеком, для разделения суспензии на фильтрат и влажный ретентат. Влажный ретентат подвергается дополнительному фильтрованию на второй стадии компрессионной фильтрации или в центрифуге для удаления дополнительной воды. Мелкие частицы неструктурированного нерастворимого материала удаляются в фильтрат.

Description

Настоящее изобретение относится к экстрагированию углеводов и/или белков из измельченного или обработанного растительного материала. Оно в особенности пригодно для извлечения ценных белков и углеводов из масличных семян, из которых было экстрагировано масло.

Растительные материалы часто состоят из высокоценных веществ, таких как белок и ценные неструктурированные углеводы, в сочетании с малоценными волокнистыми структурами, такими как шелуха и солома. Некоторые, но не все ценные белки и углеводы растворимы в воде. Многие из нерастворимых в воде ценных белков и неструктурированных углеводов присутствуют в виде частиц меньше волокна.

Одной особой группой продуктов, которые содержат полезные количества углевода и белка, являются обезжиренные материалы, получаемые при экстрагировании масла из масличных семян. В случаях, когда масло из семян извлекали посредством процесса холодного прессования, эти материалы также содержат значительное количество остаточного масла. Меньше масла содержится в них в том случае, когда они обезжирены посредством способа с использованием растворителей. В частности, продукт, остающийся после извлечения масла из семян канолы (рапса), который называют обезжиренными хлопьями канолы, представляет собой богатый источник ценных белков и углеводов. Эти материалы из масличных семян также содержат малоценные волокнистые материалы, такие как шелуха и солома, которые должны быть удалены для получения более ценного продукта.

Один из способов отделения малоценного волокнистого материала от водорастворимого ценного материала состоит в водной экстракции. В процессе экстракции воду добавляют к растительному исходному материалу для образования густой суспензии. Как правило, суспензия состоит из трех отдельных фаз: жидкости, содержащей растворимые компоненты исходного материала, фазы легких твердых частиц, состоящей из тонкодисперсных частиц в виде взвеси, и фазы тяжелых твердых частиц, состоящей из волокнистых материалов, таких как шелуха и остаточная солома. Процессы экстрагирования часто используют только для отделения жидкой фазы суспензии. В таких процессах используют известные методы сепарирования, такие как центрифугирование, служащие для получения прозрачного жидкого экстракта. Однако тонкодисперсные частицы в виде взвеси, которые содержат ценные белки и углеводы, отправляются в твердый осадок в любой системе сепарации, служащей для получения прозрачного экстракта. Часто используют модификацию химической структуры для повышения растворимости белков в суспензии. Однако данные модификации повышают стоимость процесса и могут ухудшить питательную ценность экстракта.

Желательно разработать систему механической сепарации, направляющую мелкие частицы в экстракт и при этом обеспечивающую экстракт, состоящий как из жидкой фазы, так и из фазы легких твердых частиц, включающей ценные мелкие частицы. Это позволило бы извлекать экстракт как растворимый, так и нерастворимый (в виде мелких частиц) неволокнистый неструктурированный материал. Нерастворимый материал в виде мелких макрочастиц часто имеет высокое содержание ценных веществ, таких как углеводы и белки.

Однако, когда суспендировано много измельченного растительного материала, жидкая часть суспензии является густой и вязкой. Это обусловлено наличием различных растворимых в воде или частично растворимых белков и углеводов, которые переходят в водную фазу суспензии. В обезжиренных масличных семенах также может присутствовать некоторое количество остаточного масла. Кроме того, после процесса обезжиривания (в особенности в случае обезжиренных хлопьев канолы) может присутствовать некоторое количество мелких частиц клеточной ткани. Они богаты белком и потому являются особенно ценными для извлечения.

В случае густой вязкой исходной суспензии растительного материала, такой как суспензия хлопьев канолы, из которых экстрагировано масло, обеспечение эффективного экстрагирования жидкости вместе с фазой легких твердых частиц связано с определенными трудностями. Может использоваться компрессионная фильтрация для получения экстракта, содержащего фазу из легких твердых частиц. В этом процессе суспензию прижимают к фильтрующему материалу, имеющего такие размеры пор или отверстий, которые обеспечивают возможность прохода фазы легких твердых частиц суспензии, задерживая при этом тяжелые твердые частицы в виде экстрагированного фильтр-прессового осадка. Пример процесса данного типа показан в публикациях АО 01/87083 и АО 03/047438 (Маснх и др.). Однако густой вязкий характер суспензии приводит к забиванию фильтрующего материала, плохой сепарации на единицу площади фильтрующего материала и значительной экструзии суспензии с боковых сторон фильтрующего материала. Следовательно, непосредственная обработка вязкой суспензии растительного материала посредством фильтрования под давлением, как описано в указанных публикациях, требует большой площади фильтрования и малых скоростей процесса. Требуется значительное количество оборудования, что увеличивает издержки производства.

В патенте США 5814230 (АШк и др.) описан способ и устройство для отделения крупных и очень мелких твердых частиц от потока жидкости. В данном способе множество фильтрующих сит с различными размерами отверстий многократно проводят через содержащую твердые частицы исходную суспензию до тех пор, пока фильтрационный осадок не соберется на поверхности сит и не будет получена очищенная, свободная от твердых частиц, жидкая фаза. Твердые частицы затем удаляют с сит и обезвоживают с помощью таких средств, как вибрация и направленные струи воздуха, или с помощью обезвоживания путем прессования. Многочисленные сита с постепенно уменьшающимися размерами отверстий предназначены для получения свободного от твердых частиц, очищенного экстракта, и, таким образом, в случае подвергания растительной суспензии экстрагированию ценные фрагменты клеточной мякоти не останутся в экстракте, полученном посредством данного способа.

- 1 007569

В патенте США 4975183 (С1отет) указано, что мешалку можно автоматически поднимать и опускать во время фильтрации под давлением содержащей твердые частицы суспензии для получения равномерного распределения фильтрационного осадка на фильтрующей поверхности и тем самым улучшенных характеристик процесса фильтрования. Данный способ можно описать как усовершенствование обычной одностадийной фильтрации под давлением.

В патенте США 4921615 (Ьшбоебёт и др.) описан многостадийный способ извлечения твердых частиц из вязких жидкостей под давлением. В данном способе вязкую подаваемую суспензию, содержащую твердые частицы, подвергают фильтрованию под давлением на нескольких стадиях, на которых используют фильтрующий материал с постепенно уменьшающимся размером отверстий. Данный способ предназначен для получения прозрачного жидкого экстракта.

Фильтрование, с помощью вращаемого движителя, является известным способом фильтрования. При таком фильтровании вращающаяся лопасть вращаемого движителя проходит вблизи фильтрующего материала, тогда как суспензия перемещается по этому фильтрующему материалу. Вращаемый движитель обеспечивает многократное перемещение суспензии по фильтрующему материалу и сводит к минимуму уплотнение суспензии на фильтрующем материале. Однако фильтрование, осуществляемое с помощью вращаемого движителя, имеет тенденцию оставлять осадок с высоким содержанием воды.

Центрифугирование является известным способом фильтрования. Однако центрифугирование неэффективно для вязких растительных суспензий, поскольку вязкий характер суспензии не позволяет обеспечить надлежащую сепарацию традиционными методами фильтрования центрифугированием.

Таким образом, имеющиеся в настоящее время устройства и способы сепарации не предоставляют практичных и рентабельных средств для отделения растворимых в воде белков и малых частиц клеточной ткани (в случае их наличия) от остального растительного материала, особенно, когда используется вязкая суспензия. Кроме того, для них характерна тенденция оставлять довольно влажный осадок, что требует значительного расхода энергии на сушку.

Настоящее изобретение описывает двухстадийную высокопроизводительную фильтрующую систему, пригодную для разделения вязкой суспензии исходного материала. Изобретение служит для эффективного отделения вязкого водного экстракта, содержащего водорастворимые компоненты, а также ценные мелкие частицы клеточной ткани (в случае их наличия), от остального растительного материала. Конечный остаток, полученный в способе по изобретению, может быть впоследствии высушен без большого расхода энергии. Изобретение особенно полезно для отделения полезных углеводов и белков от обезжиренных семян масличных культур, в особенности от обезжиренных хлопьев канолы.

В фильтрующей системе по изобретению имеется первая стадия фильтрования с помощью вращаемого движителя, за которой следует дополнительная стадия компрессионного фильтрования посредством прессующих фильтрующих средств или центрифуги.

Изобретение ниже описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - вид первого варианта фильтрующего устройства согласно изобретению;

фиг. 1а - вид в сечении модификации варианта осуществления по фиг. 1, в которой используется шнековый пресс;

фиг. 2 - второй вариант фильтрующего устройства по изобретению; и фиг. 3 - третий вариант фильтрующего устройства по изобретению.

В настоящем изобретении фильтрование на первой стадии осуществляют путем использования фильтрования, выполняемого с помощью вращаемого движителя. Размер отверстий (также известный как размер пор) фильтрующего материала может быть задан таким, чтобы позволить прохождение тонкодисперсных твердых частиц, содержащихся в суспензии, через отверстия при одновременном задерживании твердых частиц, размеры которых больше максимального размера отверстий фильтра, на фильтрующем материале в виде осадка. Очищающее действие вращаемого движителя в этом случае может быть использовано для соскабливания осадка с поверхности фильтрующего материала и удаления его из зоны, в которой выполняется фильтрование.

Размер отверстий в случае фильтрования суспензий из обезжиренных семян масличных культур, в частности обезжиренных хлопьев канолы, предпочтительно выбирают так, чтобы они пропускали тонкодисперсные частицы клеточной ткани, при этом задерживая твердые частицы большего размера, которые представляют собой менее желательный растительный материал.

Осадок, полученный при фильтровании с помощью вращаемого движителя, все еще имеет высокое содержание влаги. Такой осадок нельзя высушить удобным образом, поскольку стоимость сушки будет чрезмерно высокой. Поэтому используют вторую стадию фильтрования. Фильтрование второй стадии может быть или центробежным фильтрованием, или компрессионным фильтрованием.

Центробежное фильтрование не является предпочтительным, поскольку имеется тенденция к образованию осадка большого объема. Это означает, что требуется большая центрифуга, что увеличивает затраты на оборудование для этой стадии. Кроме того, содержание влаги в осадке, представляющем собой фазу твердых частиц и остающемся после центрифугирования, как правило, выше, чем при компрессионном фильтровании. Тем не менее можно использовать центробежное фильтрование в качестве второй стадии, поскольку за счет прохода через фильтр с вращаемым движителем вязкая жидкость в исходной суспензии стала значительно

- 2 007569 менее вязкой.

Компрессионное фильтрование обеспечивает уменьшение имеющегося объема фильтруемого материала. Могут использоваться несколько типов компрессионной фильтрации.

При одном типе, может использоваться поршень для поджима материала осадка, подлежащего фильтрованию, к фильтрующему материалу, в результате чего происходит выдавливание остающейся жидкости.

Другой тип компрессионной фильтрации предусматривает использование непрерывных процессов, при которых насыщенный влагой исходный материал непрерывно подают во входную зону оборудования, после этого исходный материал перемещают через пресс под давлением, который выдавливает влагу через фильтрующую поверхность, и обезвоженный осадок выгружают из выходной зоны. Два примера систем непрерывной компрессионной фильтрации используют ленточный пресс или шнековый пресс. Компрессионное фильтрование посредством ленточного пресса или шнекового пресса имеет преимущество, состоящее в том, что оно представляет собой непрерывный процесс, в то время как сжатие поршнем представляет собой процесс периодического типа.

Жидкость, экстрагированная из осадка посредством фильтр-пресса или центрифуги, при желании может быть смешана с жидкостью со стадии фильтрования с помощью вращаемого движителя. В альтернативном варианте для снижения общего потребления воды эта жидкость может использоваться в качестве воды, вводимой в фильтр с вращаемым движителем, и конечный жидкий продукт может быть удален в качестве фильтрата со стадии такого фильтрования. Кроме того, при желании минимальные отверстия фильтрующего материала в прессе, осуществляющем прессование с помощью поршня, или ленте, выбранной для ленточного пресса, могут иметь размер, обеспечивающий возможность пропускания небольших фрагментов клеточной ткани, которые могут быть захвачены в осадок и которые могут выпадать при экструзии жидкости.

Минимальный размер отверстий фильтрующего материала может быть выбран в зависимости от наибольшего размера твердых частиц, которые желательно пропустить через фильтр. Выбор предпочтительно делают с учетом типичных размеров частиц клеточной ткани или других имеющихся ценных малых частиц. В случае обезжиренных хлопьев канолы, как правило, имеются частицы клеточной ткани, которые имеют наибольший размер, составляющий до около 75 мк. Следовательно, наиболее предпочтительно иметь фильтры с минимальным размером отверстий, составляющим по меньшей мере 100 мк, и предпочтительно минимум 150 мк, чтобы позволить прохождение клеточной ткани в экстракт. Максимальный размер отверстий не очень важен при условии, что он является достаточно мал, чтобы имеющиеся волокнистые материалы не прошли через него. Как правило, могут использоваться фильтры, имеющие максимальный размер отверстий до 2500 мк, поскольку обычно большая часть волокнистых материалов, таких как шелуха и солома (которые желательно задержать в ретентате после фильтрации), не проходит через фильтры данного размера. Однако в том случае, когда имеются меньшие частицы шелухи и соломы, то максимальный размер отверстий может быть уменьшен соответствующим образом, в частности потому, что очень мало частиц клеточной ткани имеет максимальный диаметр, превышающий 75 мк. Следовательно, часто предпочтителен фильтр с максимальным размером отверстий 190 или 250 мк.

Под максимальным размером отверстий и минимальным размером отверстий фильтра понимают средний максимальный или минимальный размер (в зависимости от обстоятельств) отверстий фильтра. Если отверстия являются по существу круглыми и имеют одинаковый размер, то максимальный размер отверстий и минимальный размер отверстий равны, и оба являются диаметром отверстия (его иногда называют размером пор). Если они являются приблизительно квадратными в поперечном сечении, то максимальный размер отверстий представляет собой диагональ квадрата, а минимальный размер отверстий представляет собой длину стороны. Как правило, предпочтительно иметь отверстия, которые являются круглыми, квадратными или имеют прямоугольную форму со сторонами и концами, которые не очень различаются по длине, а не отверстия, у которых один размер (например, длина) существенно превышает другой размер (например, ширину). Таким образом, желательно, чтобы максимальный и минимальный размеры отверстий не слишком отличались друг от друга. Отверстия также должны иметь приблизительно одинаковое поперечное сечение по всей толщине фильтрующего материала для предотвращения захвата частиц фильтрующим материалом. Большинство фильтрующих материалов для принудительного или ленточного фильтрования представляют собой проволочные или марлевые сетки с одинаковыми квадратными или приблизительно квадратными отверстиями между чередующимися параллельными проволоками или нитями сетки. В случае ленточного пресса толщина лент и ткацкое плетение материала также влияют на то, что может проходить через ленту, и должны приниматься во внимание, так же как и размер отверстий, если желательно, чтобы мелкие частицы (такие как частицы клеточной ткани) проходили через ленту.

Несколько вариантов осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показан предпочтительный вариант осуществления изобретения. На фиг. 1 стадия образования суспензии обозначена в целом позицией 10. Обезжиренные масличные семена 1 (или другой растительный продукт, содержащий растворимые белки и/или углевод и мелкие частицы нерастворимых белков и/или углевода в твердом веществе, которое в значительной степени представляет собой волокно) и воду 2 помещают в резервуар 12. В резервуаре 12 их смешивают и перемешивают лопастной мешалкой 13 для образования суспензии 100. Суспензию 100 периодически удаляют из резервуара 12. Это может быть выполнено любым удобным образом, но в данном варианте это осуществляют посредством выпускной трубы 15. Выпускная

- 3 007569 труба 15 может быть снабжена соответствующим клапанным средством 14 для закрытия ее до тех пор, пока обезжиренные масличные семена 1 и вода 2 не будут перемешаны для образования суспензии 100 заданной консистенции.

Суспензия 100, которую удаляют по трубе 15, проходит в фильтр, обозначенный в целом позицией 20, представляющий собой цилиндр из фильтрующего материала, в котором расположен шнек 22. Цилиндр 21 выполнен из фильтрующего материала, который предпочтительно является сеткой. Таким образом, шнек 22 окружен плотно прилегающей к нему сеткой, образующей цилиндр 21. Суспензия 100 проходит через сетчатый цилиндр 21 и шнек. По мере того, как шнек 22 обеспечивает перемещение суспензии вперед и вверх, он за счет своего плотного прилегания к фильтрующему материалу сетчатого цилиндра 21 обеспечивает перемещение суспензии по фильтрующему материалу.

Соответственно, сетка имеет достаточно большой размер ячеек (минимальный размер отверстий сита), так что мелкие куски клеточной ткани, которые имеются в суспензии, выходят наружу через сетку и падают вместе с жидкостью в контейнер 23.

Следовательно, контейнер 23 содержит жидкость 101, отфильтрованную из суспензии, и частицы 102 клеточной ткани, которые также прошли через сетчатый цилиндр 21. Жидкость 101 и частицы 102 клеточной ткани вместе богаты белком и могут быть подвергнуты дополнительной обработке для получения высокоценного пищевого продукта или пищевой добавки для людей или животных.

Из верхней части шнека 22 выходит влажный осадок 103, который представляет собой осадок, остающийся после того, как жидкость 101 и частицы 102 клеточной ткани были отфильтрованы из суспензии 100. Осадок 103 проходит в фильтр-пресс, выполненный в виде ленточного пресса 30. Схематично показанный ленточный пресс 30 имеет бесконечную ленту 31, движущуюся по роликам 33, и бесконечную ленту 32, движущуюся по роликам 34. Ленты сориентированы таким образом, что они движутся по роликам по змеевидной траектории с постепенным увеличением степени сжатия материала между лентами по мере того, как смесь проходит на фиг. 1 слева направо. Когда ленты приближаются друг к другу, жидкость выдавливается из осадка 103 и попадает в виде жидкости 104 в контейнер 35. У выхода 36 осадок 103 уже в значительной степени обезвожен и экструдируется из выхода 36 в виде, по существу, твердого фильтр-прессового осадка 105. Этот фильтр-прессовый осадок разрезают или измельчают ножом 40, и он падает в виде продукта 106 в бункер 41. Продукт 106 пригоден для использования в качестве корма для жвачных животных.

На фиг. 1а показано сечение альтернативного варианта фильтр-пресса, пригодного для использования вместе с системой по фиг .1. Осадок 103 проходит в фильтр-пресс, выполненный в виде шнекового пресса 70. Шнековый пресс 70 показан в сечении, выполненном через корпус 71 для того, чтобы показать принцип работы данного вида шнекового пресса. Шнек 72 вращается внутри корпуса 71 для перемещения поступающего осадка 103 слева направо на чертеже вдоль прохода, образованного в корпусе 71. Шнек 72 имеет корпус 77 с диаметром, увеличивающимся слева направо на фиг. 1а. Следовательно, площадь поперечного сечения прохода, ограниченного корпусом 71 и витками 78 шнека, уменьшается слева направо. Когда шнек поворачивается, уменьшение площади поперечного сечения, доступной для проходящего материала, приводит к повышению давления, действующего на материал, и заставляет жидкость выдавливаться из шнекового пресса через фильтрующий материал 73, расположенный вдоль длины внутреннего пространства шнекового пресса. Жидкость направляется вдоль прохода 75, из которого она может быть направлена в контейнер 35 по фиг. 1. В конце фильтра осадок 103 уже сжат и экструдируется из фильтра через проход 7 6 в виде фильтр-прессового осадка, который может быть направлен в бункер 41 по фиг. 1.

Фиг. 2 показывает вариант фиг. 1. На фиг. 2 аналогичные номера обозначают части, аналогичные частям на фиг. 1. Вместо ленточного пресса 30 вариант осуществления по фиг. 2 имеет поршневой пресс 50. Поршневой пресс 50 имеет камеру 51 прессования с одним концом, образованным из сетки 52. Соответствующим образом, камера 51 прессования представляет собой цилиндр, но при желании она может быть выполнена другой формы при условии, что поршень входит в нее для спрессовывания осадка 103. Влажный осадок 103 перемещается (например, с помощью ленточного конвейера 29) в камеру 51 прессования, где он упирается в сетчатый конец 52. Когда цилиндр будет в достаточной степени заполнен отдельной частью (порцией) 103А влажного осадка, подачу осадка прерывают. Это может быть выполнено путем направления конвейера 29 к резервуару для хранения (не показан) или путем поворота шнека 22 таким образом, что никакой материал не будет попадать на ленточный конвейер 29.

Затем поршень 53 опускают в камеру 51 прессования, при этом он давит на осадок 103 и спрессовывают его для выдавливания жидкости 104. Эта жидкость собирается в резервуаре 35. После этого поршень 53 извлекают, и спрессованный осадок удаляют в виде фильтр-прессового осадка 105А. Его подают вперед на соответствующем ленточном конвейере 42 к ножу 40, где его разрезают на куски, которые падают в бункер 41 с получением продукта 106А. Продукт 106А данного варианта осуществления, по существу, такой же, как продукт 106 первого варианта, рассмотренного выше, за исключением того, что в зависимости от давления, действующего со стороны поршня 53 в камере 51 прессования, и периода времени, в течение которого приложено давление, продукт 106А данного варианта может быть получен несколько более сухим, чем продукт 106 первого варианта осуществления. То обстоятельство, что продукт может быть более сухим, само собой разумеется, является преимуществом, поскольку уменьшается последующая сушка. Однако при этом следует учесть то, что необходимость заполнения камеры прессования и последующего вдавливания поршня в нее

- 4 007569 обуславливает то, что процесс по фиг. 2 является периодическим вместо непрерывного процесса по фиг. 1. Как правило, процесс по фиг. 1 требует меньших затрат труда, чем процесс по фиг. 2.

На фиг. 3 показан третий вариант осуществления изобретения. На фиг. 3 использованы те же позиции, что и на фиг. 1 и 2, там, где проиллюстрированы аналогичные элементы.

Вариант осуществления по фиг. 3 показывает фильтр с вращаемым движителем, отличающийся от фильтра по фиг. 1. На фиг. 3 фильтр с вращаемым движителем представляет собой открытый резервуар, обозначенный в целом позицией 60, со стенками 61 и сетчатым дном 62. Внутри резервуара имеется мешалка в качестве вращаемого движителя, обозначенного в целом позицией 63, который имеет пластинчатые лопасти 64, вращающиеся вокруг приводной оси 65. Когда лопасти 64 вращаются, они толкают суспензию к фильтрующей сетке 62. Это вызывает выдавливание жидкости 101 вместе с частицами 102 клеточной ткани в ней в контейнер 23, расположенный снизу.

Время от времени подачу обезжиренных хлопьев канолы 1 и воды 2 прерывают. Работу лопастей 64 продолжают до тех пор, пока, по существу, больше никакой жидкости не будет проходить через сетку 62. В этом случае в резервуаре 60 остается только осадок 103В, мало чем отличающийся от осадка 103 по первому варианту осуществления или осадка 103А по второму варианту осуществления. Вращаемый движитель 63 извлекают, и содержимое резервуара 60 выгружают на ленточный конвейер 29 для перемещения ко второй ступени. Содержимое представляет собой влажный осадок 103В.

В варианте, показанном на фиг. 3, фильтрование на второй стадии представляет собой периодическое фильтрование с помощью центрифуги, обозначенной в целом позицией 80. Центрифуга имеет центральную ось 81, приводимую двигателем 82. Ось служит опорой консоли 83 с сепарационным резервуаром (показанным в сечении) на конце. Сепарационный резервуар показан с позицией 84 в одном положении и с позицией 84А (штрих-пунктирными линиями) во втором положении. Шарнирное средство доступа (не показан) обеспечивает доступ к сепарационному резервуару. В процессе работы в сепарационный резервуар (исходно находящийся в положении, показанном штрих-пунктирными линиями 84А) загружают влажный осадок 103В, как схематично показано стрелкой 91. Центрифугу приводят в действие для отделения жидкости от осадка. Затем центрифугу останавливают, при этом сепарационный резервуар находится, например, в положении 84, показанном сплошными линиями. Влажный осадок 103В разделен на твердое вещество 105В (которое в общем аналогично твердому фильтр-прессовому осадку 105) и жидкость 104. Жидкость 104 и твердое вещество 105В удаляют из центрифуги, как показано, соответственно, стрелками 95 и 96. Твердое вещество 105В может быть разрезано ножом 40 с получением кусков 106В, подобных кускам продукта 106 или 106А в предыдущих вариантах осуществления.

Центрифуга непрерывного действия может использоваться вместо показанной центрифуги периодического действия.

В каждом из описанных вариантов осуществления жидкость 104 богата белком. Она может использоваться непосредственно в виде пищевого продукта или корма для животных, или может смешиваться с жидкостью 101 (и захваченными частицами 102 клеточной ткани) для непосредственного использования в качестве пищевого продукта или корма для животных. Альтернативно, для уменьшения потребления воды в данном процессе жидкость 104 может быть использована в качестве жидкости, подаваемой на первую стадию вместо воды 2, или может смешиваться с некоторым количеством воды 2 для подпитки. Это показано соответственно пунктирными стрелками 110 и 111. Если используется подобная рециркуляция жидкости 104, то жидкий продукт может отводиться из контейнера 23 или непрерывно, или периодически, как показано стрелкой 112.

Во многих случаях желательно повторить одну или несколько из стадий фильтрования для повышения выхода белка в жидком продукте. Таким образом, иногда желательно снова суспендировать продукт 106, 106А или 106В в воде и снова выполнить фильтрование первой и второй стадии. Таким образом, процесс повторяется второй раз (или более двух раз), при этом продукт 106, 106А или 106В используется вместо масличных семян 1 в качестве материала, подаваемого на первую стадию. Это позволяет экстрагировать дополнительные растворимые белки и больше небольших частиц клеточной ткани, так что больше ценных белков и углеводов из обезжиренных масличных семян или другого растительного продукта извлекают в жидкие продукты 101 и 104.

В некоторых случаях также желательно подвергнуть повторной обработке влажный осадок 103, 103А или 103В с возвратом его в резервуар 61 для повторения фильтрования на первой стадии еще один или более раз перед подачей влажного осадка посредством ленточного конвейера 29 на вторую стадию. Это схематически показано пунктирной линией 113. Фильтрующее устройство второй стадии (фильтр-пресс или центрифуга) является более дорогим по сравнению с фильтрующим устройством первой стадии. Следовательно, повторение первой стадии в некоторых случаях может создать возможность экстрагирования большего количества белкового вещества в резервуар 23, в результате чего потребуется меньше проходов на второй стадии при одновременном поддержании высокой эффективности экстрагирования.

Соотношения количества воды и обезжиренных масличных семян или другого растительного материала, используемого в данном процессе, могут существенно различаться. Соотношения с высоким влагосодержанием (соотношения с большим количеством воды), как правило, повышают эффективность экстрагирования, однако, затраты на оборудование будут выше, вследствие габаритов оборудования, необходимого для

- 5 007569 обработки большего количества воды и потоков жидкости. Соотношения с низким влагосодержанием приводят к слишком густым суспензиям, которые трудно перемещать, и к менее эффективному экстрагированию ценных белков. Как правило, предпочтительно использовать отношение количества воды к количеству масличных семян, составляющее от приблизительно 2,5:1 до 20:1 (по массе), в случае хлопьев канолы. Также предпочтительно нагреть воду (например, до 50-75°С) для того, чтобы способствовать растворению белков и углеводов в ней. Однако отношение воды к растительному продукту и температура воды в значительной степени зависят от экономических характеристик процесса на конкретной установке, и они не предназначены для ограничения раскрытого способа.

Фильтр 60 с вращаемым движителем по фиг. 3 может быть использован в вариантах по любой из фиг. 1 или 2 вместо фильтра 20 со шнеком, показанного на этих чертежах. Центрифуга 80 (или центрифуга непрерывного действия) может использоваться в вариантах по фиг. 1 и 2 вместо фильтр-прессов. Важно, что имеется стадия принудительного фильтрования вращаемым движителем для удаления большого количества вязкой жидкости, за которой следует фильтрование второй стадии с использованием фильтр-прессов или центробежного фильтрования для уменьшения содержания влаги.

Изобретение далее описано с помощью сравнительных примеров.

Ппример 1. (Сравнительный пример - использование только ленточного пресса)

В данном примере хлопья канолы были смешаны с водой и подвергнуты фильтрованию путем использования только фильтрования в фильтр-прессе (с конструкцией, показанной позицией 30 на фиг. 1). Продукт (106) затем снова подвергали суспендированию в меньшем количестве воды и снова фильтровали посредством ленточного пресса.

кг хлопьев из семян канолы, из которых было экстрагировано масло и удалены растворители, смешивали с 90 кг воды, находящейся при температуре 60°С, с образованием суспензии (6 частей воды: 1 часть исходных хлопьев) и перемешивали до получения равномерной консистенции в течение 10 мин. В результате получили очень вязкую суспензию. Суспензию подавали в 7-роликовый ленточный фильтр-пресс (модель Е125-9, Етопйет Тес11по1още5, А11едап, Мичиган, США), оснащенный лентами с размером 2x12 дюймов (отверстие для прохода воздуха со скоростью 350 кубических футов в минуту). (Это устройство схематически показано на фиг. 1 с позицией 30.) Суспензию сжимали между лентами таким образом, что экстракт, содержащий небольшие фрагменты клеточной ткани, отделялся от экстрагируемого материала осадка. На лентах поддерживали постоянное давление, составляющее 80 фунтов на кв. дюйм. Максимальные скорости обработки были отрегулированы на основе количества суспензии, которое может быть подано в пресс без выдавливания суспензии с боковых сторон ленты при одновременном сохранении приемлемого конечного содержания сухого вещества в фильтр-прессовом осадке на уровне >30%. Скорости обработки с помощью лент были рассчитаны как количество сухого белого шрота в суспензии, обработанной на метр ширины ленты в минуту. Определяли вес и содержание сухого вещества в экстракте и первом фильтр-прессовом осадке.

Фильтрационный осадок от первого прохода затем снова суспендировали с 60 кг воды при 60°С таким образом, что общее количество воды, использованное в двух проходах, было эквивалентно 10 частям воды на 1 часть сухих хлопьев из семян канолы. Вторая суспензия была менее вязкой, чем первая, но все еще заметно вязкой. Ее подвергали обработке посредством ленточного фильтр-пресса, как описано выше. Скорости обработки и характеристики экстракта и фильтрационного осадка были такими же, как описанные для первого прохода.

Экстракт (жидкости 102 и 104) от 2 проходов смешивали и определяли общий вес, содержание сухого вещества и эффективность экстрагирования. Количество суспендированных твердых частиц определяли в процентах от всего объема экстракта в виде уплотненных твердых частиц в нижней части трубы центрифуги после центрифугирования при 5000 об/мин в течение 5 мин.

Пример 2. (Способ по изобретению)

В данном примере было использовано устройство, схематично показанное на фиг. 1 (фильтр со шнеком, подобный показанному схематично с позицией 20, за которым следует ленточный пресс, подобный схематично показанному с позицией 30).

кг хлопьев из семян канолы, из которых было экстрагировано масло и удалены растворители, смешивали с 90 кг воды, нагретой до 60°С, с образованием суспензии (6 частей воды: 1 часть исходных хлопьев) и перемешивали до получения равномерной консистенции в течение 10 мин. Суспензию (которая была очень вязкой) подавали в приводимый шнеком фильтр, оснащенный коническим фильтрующим ситом диаметром 6 дюймов с отверстиями размером 118 мк (модель ЕЕ-6, УшсегИ Сотротайоп, Татра, Флорида, США). Шнек обеспечивал перемещение суспензии по внутренней поверхности сита, что приводило к разделению суспензии с образованием густого экстракта, содержащего небольшие фрагменты клеточной ткани, и экстрагированного фильтрационного осадка. Определяли вес и содержание сухого вещества в экстракте и фильтрационном осадке.

Фильтрационный осадок, полученный на стадии фильтрования с использованием шнека, был сравнительно влажным и поэтому плохо подходил для сушки. Однако значительная часть вязкой жидкости была удалена на первой стадии фильтрования. После этого фильтрационный осадок был подвергнут обработке непосредственно с помощью ленточного фильтр-пресса, подобного описанному в вышеприведенном сравнительном примере. Скорость обработки, вес и содержание сухого вещества в экстракте и фильтр-прессовом

- 6 007569 осадке определяли, как описано.

Фильтр-прессовый осадок, выгруженный из ленточного фильтр-пресса, ресуспендировали с 60 кг воды при 60°С таким образом, что общее количество воды, использованное в двух проходах, было эквивалентно 10 частям воды на 1 часть сухих хлопьев из семян канолы. Вторую суспензию подвергали обработке посредством фильтра со шнеком, а затем (фильтрационный осадок подвергали обработке посредством ленточного фильтр-пресса, как описано для первого прохода. Скорости обработки и характеристики экстрактов и фильтрпрессовых осадков были такими же, как описанные для первого прохода. В таблице показаны скорости обработки в ленточном прессе, веса и содержания сухого вещества в экстрактах и фильтр-прессовых осадках, показатели эффективности экстрагирования и потери сухого вещества для сравнительного - (примера 1) и примера по изобретению - (примера 2).

В таблице использованы:

ВР - ленточный пресс, ВР-1 обозначает первый проход через ленточный пресс, и ВР-2 обозначает второй проход через ле'нгочный пресс;

ΙΤ - фильтр со шнеком, ΙΤ-1 обозначает первый проход через фильтр со шнеком в примере 2, и ΙΤ-2 обозначает второй проход через фильтр со шнеком в примере 2. Фильтр со шнеком не использовали в примере 1.

Экстракт - сме'шанные жидкости, обозначенные позициями 102 и 104 на фиг. 1 с любой клеточной тканью 102, содержащейся в них.

дт - сухое вещество.

- суспендированные' гве'рдые' частицы.

Как фильтр со шнеком, так и ленточный фильтр-пресс обеспечивали пропускание значительных количеств ценного материала клеточной ткани в виде небольших частиц суспендированного твердого вещества. В экстракте было заметно очень небольшое загрязнение его шелухой.

В примере 1 обе суспензии с высоким содержанием воды легко выдавливались с боковых сторон ленты, что приводило к очень низким скоростям обработки. В примере 2 исходная обработка суспензии с помощью фильтра со шнеком обеспечила удаление 69,2 экстракта и образование 21,8 кг осадка, который был легко обработан путем пропускания его через ле'нгочный пресс. Скорость обработки в ленточном прессе была в 7,4 раза выше по сравнению с достигаемой без удаления большого количества жидкости с помощью фильтра со шнеком. Конечное содержание сухого вещества в фильтр-прессовом осадке составляло 37%. Аналогичные' результаты были получены при обработке ресуспендированного фильтрационного осадка от первого прохода. Таким образом, предшествующее удаление большого количества вязкой жидкости с помощью фильтра со шнеком приводило к 15-кратному повышению скорости обработки в ленточном прессе, а также к немного улучшенной эффективности экстрагирования. Около 75% белка, содержащегося в хлопьях из семян канолы, было извлечено в экстракт.

Проход	Скорость обработки в ленточном прессе (кг сухого вещества/ м/мин)	Экстракт	Осадок	Эффективность экстрагирования (%)
(кг)	% сухого вещест- ва	% суспендированных твердых частиц	(кг)	% сухого вещества
Пример 1	ВР-1	0, 42	75, 9	7,4		21,8	33,4
	ВР-2	0,14	59, 5	3,9		10, 9	37,0	55,1
Пример 2	ΙΕ-1		69,2	8,8	30,0	40,8	21, 5
	ВР-1	3,09	14,7	6,9	16,7	17,9	38,5
	ΙΓ-2		53, 3	2,1	13,3	21,3	22,5
	ВР-2	2,13	7,2	3, 6	10,0	13,0	31,2	58,1

Хотя изобретение было показано и описано на конкре'гных примерах осуществления, понятно, что другие варианты будут очевидны для специалиста в данной области. Следовательно, настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами, и его полный объем определен в приложенной формуле изобретения.

- 7 007569

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ . Способ отделения белковых и/или углеводных компонентов от нерастворимых содержащих волокна компонентов растительного продукта, предусматривающий стадии:

(a) смешивания указанного растительного продукта с водой для образования суспензии;

(b) фильтрования суспензии с помощью шнека, помещенного в цилиндр из фильтрующего материала, для образования в основном жидкого фильтрата и влажного твердого осадка и (c) удаления воды из твердого осадка с помощью средства компрессионного фильтрования.
2. Способ по п.1, в котором на стадии Ь осуществляют непрерывное фильтрование суспензии посредством ее продвижения шнеком через цилиндр из фильтрующего материала.
3. Способ по п.1, в котором указанная стадия Ь предусматривает периодическое фильтрование суспензии при ее перемешивании шнеком.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадия компрессионного фильтрования предусматривает непрерывное фильтрование путем пропускания твердого осадка между противолежащими фильтрующими лентами, которые постепенно и прогрессивно сжимают твердый осадок, когда он проходит между ними.
5. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадия компрессионного фильтрования предусматривает непрерывное фильтрование путем пропускания твердого осадка через шнековый пресс.
6. Способ по любому из пп.1-3, в котором стадия компрессионного фильтрования предусматривает фильтрование дискретных порций твердого осадка в средстве компрессионной фильтрации, содержащем камеру прессования с фильтрующим материалом, ограничивающим часть камеры, посредством помещения твердого осадка в камеру и прижатия твердого осадка к указанной части.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором растительный продукт представляет собой обезжиренный шрот из масличных семян.
8. Способ по любому из пп.1-6, в котором растительный продукт представляет собой хлопья канолы, из которых экстрагировано масло.
9. Способ по любому из пп.1-6, в котором растительный продукт представляет собой хлопья канолы, из которых экстрагировано масло, причем указанные хлопья получены способом экстрагирования масла растворителем.
10. Сепарирующее устройство для обработки твердого продукта с водорастворимыми компонентами, содержащее:

(a) средство смешивания продукта с водой для образования суспензии;

(b) фильтр, представляющий собой шнек, помещенный в цилиндр из фильтрующего материала, для разделения суспензии на фильтрат и влажный ретентат и (c) средства компрессионной фильтрации для удаления дополнительной воды из влажного ретентата.
11. Устройство по п.10, в котором цилиндр из фильтрующего материала плотно прилегает к шнеку.
12. Устройство по п.10 или 11, в котором указанный фильтрующий материал представляет собой сетку.
13. Устройство по п.12, в котором сетка имеет отверстия, способные пропускать тонкодисперсные частицы, содержащие по меньшей мере одно вещество, выбранное из белка и углевода.
14. Устройство по п.12 или 13, в котором сетка имеет минимальный размер отверстий около 75 мкм.
15. Устройство по п.14, в котором сетка имеет минимальный размер отверстий около 150 мкм.
16. Устройство по любому из пп.13-15, в котором сетка имеет максимальный размер отверстий около 2500 мкм.
17. Устройство по п.16, в котором сетка имеет максимальный размер отверстий около 250 мкм.
18. Устройство по любому из пп.10-17, в котором указанное средство компрессионной фильтрации содержит по меньшей мере одну пару фильтрующих лент, расположенных так, чтобы обеспечить перемещение твердого осадка при одновременно постепенном и прогрессивном сжатии твердого осадка в направлении перемещения твердого осадка между парой фильтрующих лент.
19. Устройство по любому из пп.10-17, в котором средство компрессионной фильтрации содержит шнековый пресс.
20. Устройство по любому из пп.10-17, в котором указанное средство компрессионной фильтрации содержит камеру прессования, часть которой ограничена фильтрующим материалом, и поршень, выполненный с возможностью введения его в камеру прессования для прижатия твердого осадка в камере прессования к фильтрующему материалу.