BR112021007215A2 - processo de extração contínuo aperfeiçoado para a produção de concentrados de proteína vegetal - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE EXTRAÇÃO CONTÍNUO APERFEIÇOADO PARA A PRODUÇÃO DE CONCENTRADOS DE PROTEÍNA VEGETAL. CAMPO DA INVENÇÃO. A presente invenção refere-se um processo para produção contínua de concentrados de proteína vegetal removendo os carboidratos solúveis por um álcool aquoso de um material vegetal desengordurado, o dito processo não requerendo frequentes interrupções de produção para operações de limpeza. O processo inovador inclui as etapas de remover pelo menos uma fração dos carboidratos solúveis por extração de solvente, o solvente sendo álcool aquoso, para obter um material vegetal em rico em proteína molhado com solvente e uma miscela; remover o álcool aquoso do material vegetal em rico em proteína molhado com solvente para obter um concentrado de proteína vegetal; em que a extração de solvente acontece em um extrator de solvente de tela móvel equipado com um meio de limpeza da tela móvel no seu percurso de retorno e para o qual nenhuma obstrução acontece por um período de tempo estendido.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO DE EXTRAÇÃO CONTÍNUO APERFEIÇOADO PARA A PRODUÇÃO DE CONCENTRADOS DE PROTEÍNA VEGETAL".
[001] A presente invenção refere-se a um processo contínuo para a produção de concentrados de proteína vegetal removendo os carboidratos solúveis por um álcool aquoso de um material vegetal desengordurado, o dito processo não requerendo frequentes interrupções de produção para operações de limpeza.
[002] Prover um alimento abundante e de qualidade para uma população mundial continuamente crescente é crescentemente desafiador. Em paralelo o consumo de proteínas de origem animal está cada vez mais sob pressão, notadamente devido a razões de saúde, éticas, ambientais e econômicas. Portanto, a produção de proteínas vegetais, tais como concentrados de proteína e a um mesmo grau e isolados de proteínas, está cada vez mais atrativa.
[003] Como o conteúdo de proteína relativamente alto da ração desengordurada obtida após a remoção de óleo de alguns materiais vegetais oleaginosos comuns tal como soja, e a um menor grau de sementes de canola e girassol, tal ração desengordurada é um material de início adequado para a produção de alimentação proteica baseada em vegetais e ingredientes de alimentos tais como concentrados e isolados. Correntemente, os concentrados de proteína de soja são de longe as proteínas vegetais prevalentes disponíveis tanto para consumo humano quanto animal. Os concentrados de proteína conterão tipicamente 60 a 70% de proteínas em base seca (toda a percentagem é expressa em peso / peso, a menos que de outro modo especificado). A remoção completa de carboidratos solúveis do material vegetal não é somente vantajosa para produzir um concentrado de proteína de alto conteúdo de proteína mas também é vantajosa por razões nutricionais. Realmente, humanos e muitos animais não têm a capacidade de digerir alguns dos oligossacarídeos complexos contidos nos materiais vegetais e portanto sua remoção é vantajosa para consideravelmente reduzir problemas de saúde associados com sua digestão incompleta.
[004] Consequentemente, um número de processos para produzir concentrados de proteína vegetal foram desenvolvidos tal como por exemplo Patente U.S. Número 3.971.856, Patente U.S. Número
3.268.503, Patente U.S. Número 3.714.210, Patente U.S. Número
4.219.470, Patente U.S. Número 3.734.901, Patente GB 2 461 093 B. Deve ser enfatizado que os resultados e testes sobre os quais estas descrições estão baseadas são algumas vezes originados de experimentações de escala de laboratório. Portanto, sua trabalhabilidade em grandes instalações de produção não é sistematicamente certa e é provavelmente porque, apesar da descrição de tantos processos, correntemente o concentrado de proteína de soja é quase exclusivamente produzido por um processo intimamente derivado daquele desenvolvido por Hayes a muitos anos atrás e descrito na Patente U.S. Número 3.734.901. Neste processo, a soja descascada é primeiro extraída por hexano para remover quase todos os materiais gordurosos. Na maioria dos casos, o hexano é removido rapidamente do material vegetal desengordurado e o material vegetal desengordurado dessolventizado resultante que é obtido é adicionalmente extraído por etanol aquoso para extrair tão seletivamente quanto possível os carboidratos solúveis. O etanol aquoso é evaporado do material extraído e o resíduo resultante corresponde ao concentrado de proteína de soja com a concentração de proteína desejada (usualmente aproximadamente 60 a 70% de proteína, percentagem calculada em uma base de matéria seca). A principal variação do processo, como executado no campo, é a técnica utilizada para a dessolventização do material vegetal desengordurado.
Realmente, na prática, os concentrados de proteína são produzidos em um moinho de soja, isto é, uma instalação equipada com um extrator de solvente que extrai o óleo com hexano e gerando assim, após a remoção do solvente, óleo vegetal cru e material vegetal desengordurado (também denominado ração na indústria). Se antes da extração de solvente, a soja foi descascada, a ração resultante tem um mais alto conteúdo de proteína e é um material de partida ideal para a produzir concentrado de proteína.
Tal material de partida é denominado "HI-PRO" se a dessolventização da ração ocorrer em uma torradeira dessolventizante convencional utilizando uma quantidade bastante grande de vapor em contato direto com a ração (vapor-DT). Devido o uso combinada de grande quantidade de vapor (e assim umidade) e calor em tal TD convencional, as proteínas tendem a ser desnaturadas e têm portanto um valor nutricional mais baixo.
Mais ainda, as proteínas sendo desnaturadas, estas tendem a ser mais solúveis e com isto algumas delas podem ser perdidas na extração de solvente com álcool aquoso o que leva a um concentrado de proteína com conteúdo de proteína mais baixo.
O material de partida é denominado "FLOCOS BRANCOS" se a dessolventização do material desengordurado acontecer em um dessolventizador a vácuo (DT a vácuo) com mínima injeção de vapor em contato direto com a ração.
Nestas condições, o material obtido é branco, fofo, contém mais poeira e finos do que o HI- PRO mas suas proteínas são menos desnaturadas devido ao contato limitado com o vapor (água) em alta temperatura.
FLOCOS BRANCOS é o material de partida de escolha para concentrados de proteínas de alta qualidade, especificamente concentrados de proteínas adequados para consumo humano.
No entanto, o processo de acordo com a presente invenção é vantajoso para estes dois materiais de partida.
Realmente, ambos os materiais (ração HI-PRO ou FLOCOS
BRANCOS) levarão a problemas de percolação que são totalmente resolvidos pelo processo de acordo com a presente invenção: flocos brancos é um material fofo que contém muitos finos, poeira e pequenas partículas tendo assim a tendência de obstruir o extrator e reduzir a percolação; HI-PRO é um material mais grosso que contém menos finos, mas como acima explicado, algumas das proteínas serão extraídas pelo álcool aquoso e estas proteínas são pegajosas e também têm uma tendência marcada para obstruir o extrator e reduzir a taxa de percolação.
[005] A extração do óleo pode no entanto também ser executada por prensagem mecânica. A prensagem mecânica é mais dispendiosa mas pode ser percebida como um processo mais ecológico pelo público, e tem a vantagem adicional de não requerer uma etapa de evaporação de solvente.
[006] O processo correntemente em uso comercialmente, assim como todos os processos citados, tem em comum que estes contêm pelo menos uma etapa de extração que envolve a extração de carboidratos solúveis com um álcool aquoso. Esta extração de carboidratos solúveis com álcool aquoso será mandatória para outro material vegetais oleaginoso, tal como canola, girassol mas também para material vegetal não oleaginoso tal como feijão branco (Phaseolus vulgaris), lentilha (Lens esculenta), largo ou fava (Vicia faba) porque todos estes materiais vegetais contêm uma quantidade substancial de carboidratos solúveis.
[007] No entanto, é observado que a produção de concentrados de proteína vegetal é difícil devido à baixa taxa de percolação mesmo se o extrator mais comumente utilizado, isto, o extrator de loop de tela fixa de leito raso for utilizado. Realmente, uma limpeza manual intensa deste extrator, especificamente sua tela fixa, deve ser feita regularmente, tipicamente uma ou duas vezes por mês. Isto é devido à obstrução progressivo da tela fixa. Foi reportado no campo que a frequência de tal limpeza manual agressiva pode ser de aproximadamente de duas vezes por mês. Tais operações de limpeza intensiva regulares frequentes não são somente dispendiosas devido ao seu impacto considerável na produtividade, mas também criam problemas de segurança mais sério, principalmente porque esta limpeza manual envolve a manipulação de um solvente inflamável capaz de potencialmente causar explosões fatais. Portanto, seria altamente vantajoso projetar um processo que não requeira uma operação de limpeza manual frequente da tela.
[008] Em uma tentativa de remediar esta obstrução progressiva da tela fixa, a WO/2015/179530 para Floan et al. descreve um "Extrator com sistema de lavagem de tela". Esta descrição descreve um extrator que compreende: uma câmara de extração; um sistema de transporte para transportar materiais sólidos através da câmara de extração em uma direção de percurso de material; uma tela para suportar os materiais sólidos conforme estes são transportados pelo sistema de transporte, a tela suportada por uma estrutura de tela; um sistema de suprimento de fluido disposto acima dos materiais sólidos e configurado para aplicar um fluido nos materiais sólidos; um sistema de remoção de fluido disposto abaixo dos materiais sólidos e configurado para remover o fluido após este ter passado através dos materiais sólidos e da tela; e um sistema de lavagem de tela disposto sob a tela e suportado contra movimento na direção de percurso de material, o sistema de lavagem de tela incluindo uma entrada de fluido de lavagem e uma pluralidade de bocais de saída direcionados para cima na direção da tela.
[009] Este desenvolvimento contém assim uma tela, mais precisamente uma tela fixa e assim, quando o extrator está em operação, somente o lado inferior da tela pode ser limpo pelo sistema de lavagem de tela descrito, especificamente uma pluralidade de bicos de saída direcionados para cima na direção da tela. Mais ainda, de modo a continuamente limpar o lado inferior da tela fixa, ou o sistema de lavagem deve estender sobre a superfície total da(s) tela(s) o que leva a um grande consumo de solvente ou um único sistema de lavagem deve mover sobre o comprimento e largura inteiros para atingir toda a superfície inferior da(s) tela(s) levando a uma complexidade mecânica. Outra desvantagem é que o fluido de limpeza mistura com a miscela e a dilui o que impõe uma estrita limitação à sua escolha e à sua saída. Mais ainda, a experiência industrial mostrou que mesmo que se o sistema de lavagem descrito na WO/2015/179530 induzir uma redução significativa da obstrução da(s) tela(s) fixa(s), uma limpeza manual da(s) dita(s) tela(s) fixa(s) deve ainda ser feita frequentemente assim ainda impactando muito negativamente a atratividade do processo.
[0010] Acredita-se que as dificuldades de produção práticas aqui acima descritas são em parte responsáveis pelo volume ainda relativamente pequeno de concentrado de proteína de soja (SPC) anualmente produzido comparado com o enorme volume de material de partida disponível. Realmente, a produção anual mundial de soja é estimada em 320 milhões de toneladas em 2017, correspondendo a aproximadamente 220 milhões de toneladas de ração adequada como material de partida para a produção de SPC. No entanto, é estimado que somente aproximadamente 3,5 milhões de toneladas de SPC foram produzidas em 2017. Este volume relativamente modesto, comparado com o volume de carne produzido em uma base mundial (330 milhões de toneladas em 2017), é certamente não devido à falta de material de partida disponível, mas ao invés de uma falta de um processo de produção de SPC robusto disponível.
[0011] Portanto, apesar dos méritos da técnica anterior, uma necessidade existe para um processo robusto para a produção de concentrado de proteína vegetal, especificamente para um processo que não requeira uma limpeza manual e agressiva frequente que necessita interrupções recorrentes do processo de produção.
[0012] É um objeto da invenção prover um processo para a produção de concentrado de proteína vegetal de um material vegetal desengordurado o dito processo sendo robusto, especificamente o dito processo robusto que não requerendo limpeza manual de modo a restabelecer a percolação de álcool aquoso apropriada durante um período de tempo prolongado, isto é, durante um período de operação contínua de pelo menos dois meses.
[0013] Um objeto adicional da invenção é prover um processo para a produção de concentrado de proteína vegetal de um material vegetal desengordurado, o dito processo não envolvendo mistura do(s) solvente(s) de limpeza com a miscela.
[0014] Foi surpreendentemente descoberto que um processo robusto, para a produção de concentrado de proteína vegetal de um material vegetal desengordurado que inclui as etapas de primeiramente remover pelo menos uma fração dos carboidratos solúveis do dito material vegetal desengordurado por extração por solvente, o solvente sendo álcool aquoso, para obter material vegetal rico em proteína molhado de solvente e uma miscela e segundamente remover o solvente de álcool aquoso do material vegetal rico em proteína molhado de solvente para obter um concentrado de proteína vegetal, é obtenível quando a extração por solvente acontece em um extrator de tela móvel equipado com um meio de limpeza especialmente projetado da dita tela móvel durante seu percurso de retorno o dito meio de limpeza incluindo contactar a dita tela móvel com pelo menos um solvente de limpeza e o dito meio de limpeza assegurando uma limpeza completa de ambos os lados da dita tela móvel durante o percurso de retorno da dita tela móvel e assim evitando a obstrução progressiva da dita tela móvel portanto assegurando a operação contínua do extrator de tela móvel por um período de tempo estendido.
[0015] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel superior a dois meses.
[0016] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza que inclui o uso de pulverizadores que projetam solvente de limpeza na direção da dita tela móvel.
[0017] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza sendo instalado exatamente no início do percurso de retorno da dita tela móvel.
[0018] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por repetir a limpeza da dita tela móvel duas ou mais vezes instalando dois ou mais meios de limpeza em série no percurso de retorno da dita tela móvel.
[0019] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por utilizar um solvente de limpeza que tem a mesma composição que o álcool aquoso utilizado como solvente de extração para os carboidratos solúveis contidos no material vegetal desengordurado.
[0020] O processo de acordo com a reivindicação 3 em que o dito solvente de limpeza tem a mesma composição que o álcool aquoso utilizado como solvente de extração para os carboidratos solúveis e é reciclado na última zona de extração do dito extrator de solvente.
[0021] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela natureza do solvente de limpeza sendo água.
[0022] Em outro aspecto da invenção, a tela móvel meio de limpeza pode ser uma combinação tanto de pulverização de solvente quanto um dispositivo mecânico tal como uma escova e/ou raspador.
[0023] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela pressão da pulverização de solvente sendo pulsante, alternando, por exemplo, de uma pressão muito baixa compreendida entre 0,1 a 5,0 bar a uma pressão mais alta compreendida entre 5,0 e 100,0 bar.
[0024] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por utilizar um banho de solvente de limpeza e imergir pelo menos uma parte da tela móvel no banho de solvente de limpeza a dita imersão ocorrendo durante o percurso de retorno da dita tela móvel.
[0025] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pelo material desengordurado vegetal sendo obtido da retirada de óleo de material vegetal oleaginoso tal como soja, girassol ou canola.
[0026] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pelo material desengordurado vegetal sendo selecionado entre legumes tais como lentilhas, feijões ou ervilhas os ditos legumes tendo opcionalmente sido pré-tratados com um tratamento tal como descascamento e/ou flocagem e/ou cozimento.
[0027] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela tela móvel sendo limpa e mantendo sua capacidade de percolação de solvente nominal por pulverizações de solvente de limpeza projetadas sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno e em que o solvente de limpeza não mistura com a dita miscela.
[0028] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela tela móvel sendo simultaneously limpa em ambos os lados da tela; a superfície superior da tela móvel (sobre a qual o material extraído foi carregado) e a parte inferior da tela móvel (sobre a qual nenhum material é carregado).
[0029] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela tela móvel sendo limpa e mantendo sua capacidade de percolação de solvente nominal por pulverizações ascendentes e descendentes de solvente de limpeza projetado sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno.
[0030] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela tela móvel sendo limpa e mantendo sua capacidade de percolação de solvente nominal por pulverizações descendentes de solvente de limpeza projetados sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno.
[0031] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza que inclui pelo menos um trilho de pulverizadores de solvente de limpeza, o dito trilho sendo essencialmente perpendicular ao movimento da dita tela móvel.
[0032] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza que inclui uma pluralidade de pulverizadores de solvente de limpeza, os ditos pulverizadores projetando o solvente de limpeza em uma pressão que varia de 0,1 a 100 bar.
[0033] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza que inclui uma pluralidade de pulverizadores de solvente de limpeza, os ditos pulverizadores projetando o solvente de limpeza em uma saída de 150 a 1500 litros por minuto e por m2.
[0034] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por um meio de limpeza mecânico que inclui raspadores e/ou escovas em combinação com pulverizadores.
[0035] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado pela presença de uma zona de dispensão localizada logo após a entrada de alimentação do extrator.
[0036] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por introduzir o material de partida sobre a tela móvel do extrator de tela móvel em um modo para cobrir somente uma fração da largura da dita tela móvel, o dito material de partida sendo subsequentemente molhado pelo solvente de extração e permitido expandir livremente pelo menos na direção transversal. O material de partida introduzido sobre a tela móvel do extrator de tela móvel pode ser seco ou já molhado por um solvente tal como álcool concentrado, álcool aquoso ou hexano, por exemplo.
[0037] Figura 1 mostra uma vista longitudinal de um extrator de loop de solvente de tela fixa de leito raso. A extração acontece sobre duas telas fixas.
[0038] Figura 2.a mostra uma vista longitudinal de um extrator de tela móvel adequado para o processo de acordo com a presente invenção. A extração acontece somente sobre a parte superior da tela móvel somente. O extrator está equipado com um meio de limpeza da tela móvel durante seu percurso de retorno.
[0039] Figura 2.b mostra uma vista transversal do extrator de tela móvel para ilustrar como as micelas são desviadas sobre os lados e não contactam a tela móvel durante seu percurso de retorno.
[0040] Figura 3 mostra uma vista de topo de um extrator de tela móvel adequado para o processo de acordo com a presente invenção e ilustra um procedimento opcional para introduzir o material de partida no dito extrator.
[0041] O termo "miscela", como utilizado na descrição da presente invenção, refere-se a uma solução de óleo ou carboidratos solúveis em solvente(s) tal como resultando de um processo de extração por solvente.
[0042] Os termos "concentrado de proteína vegetal", como utilizados na descrição da presente invenção, abrangem um derivado de um material vegetal desengordurado com um conteúdo de proteína aumentado obtido após a extração de pelo menos uma fração dos carboidratos solúveis do dito material vegetal desengordurado por uma solução de álcool aquoso em um extrator de percolação. O conteúdo de proteína típico de concentrado de proteína vegetal é de 60-70% (em uma base seca), mas dependendo do material vegetal preciso e da aplicação alvo, esta percentagem pode diferir ligeiramente desta faixa média.
[0043] Os termos "carboidratos solúveis", como utilizados na descrição da presente invenção, abrangem uma ampla faixa de compostos solúveis em álcool aquoso incluindo, por exemplo, carboidratos simples tais como frutose e glicose ou carboidratos complexos ou oligossacarídeos tais como sacarose, rafinose, estaquiose ou polissacarídeos tal como amido. A composição exata dependerá do material vegetal processado. Por exemplo, em geral, os carboidratos solúveis serão ricos em sacarose, rafinose, estaquiose para material oleaginoso e ricos em amido para legumes. Novamente, dependendo do tipo preciso de material vegetal desengordurado processado e o conteúdo de proteína alvo do concentrado de proteica final, a quantidade e a natureza dos carboidratos solúveis extraídos variarão consideravelmente.
[0044] Os termos "material desengordurado vegetal ", como utilizados na descrição da presente invenção, abrangem a ração desengordurada obtida após a retirada de óleo de material vegetal oleaginoso tal como mas não limitado a soja, canola e girassol. A retirada de óleo pode ser prensagem mecânica ou extração por solvente ou executada pela combinação de ambos. O solvente é frequentemente hexano, mas outros solventes podem se mostrar úteis também. Outro solvente pode ser, por exemplo, álcool concentrado (álcool seco) ou metil-tetra-hidrofurano. Os termos "material desengordurado vegetal " também abrangem legumes tais como lentilhas, feijões e ervilhas. Estes legumes podem ter sido submetidos a um ou mais pré-tratamentos tal como descascamento, moagem, classificação, flocagem e/ou cozimento ou quaisquer combinações destes tratamentos. Tipicamente, um material vegetal desengordurado contém menos de 2% de matérias gordurosas. No entanto, este valor é somente indicativo, e nossa invenção não está limitada a este valor típico de matérias gordurosas presentes no material vegetal desengordurado.
[0045] Os termos "material de partida" incluem qualquer material desengordurado vegetal ou em uma forma seca ou já molhado por qualquer solvente tal como o solvente de extração que pode ser utilizado para a extração de carboidratos (por exemplo, álcool aquoso) ou tal como o solvente de extração que pode ser utilizado para a extração de óleo (por exemplo, hexano ou álcool concentrado).
[0046] Os termos "extrator de tela móvel" referem-se a um extrator de solvente projetado originalmente para executar a extração de hexano de um material que tem inerentemente uma percolação de solvente bastante boa. Tal extrator de tela móvel é, por exemplo, utilizado para a extração de hexano do óleo contido em várias sementes de óleo tal como soja, canola e girassol. Um extrator de tela móvel típico útil para o processo de acordo com nossa invenção é o LM (que significa Baixa Manutenção) e originalmente desenvolvido por "Extraction De Smet" da Bélgica (agora Desmet Ballestra da Bélgica). Deve ser enfatizado que tal extrator de tela móvel é de construção extremamente robusta que inclui a tela móvel a qual é de preferência construída em aço inoxidável de alto grau tal como o grau SS304 por exemplo. Tal tela móvel é tão robusta que esta pode operar diversas décadas sem uma totalidade. No campo, estes extratores são frequentemente designados "Extratores LM", mesmo se estes foram fabricados por companhias outras que Desmet Ballestra.
[0047] Os termos "extrator de tela fixa" referem-se a um extrator onde a tela está fixa e o material a ser extraído é impulsionado para frente por pás ou impulsores verticais. Este princípio permite a construção do loop incluindo assim duas telas fixas empilhadas, tal configuração permitindo assim uma grande área de extração para uma pequena pegada. Este tipo de extrator (utilizando duas telas fixas empilhadas) é especificamente adequado para processos que requerem uma altura de leito limitada (baixa). Mas o extrator de tela fixa também existe em uma tela fixa empilhada com altura de leito profunda. No entanto, a presente invenção não é aplicável a quaisquer extratores de tela fixa.
[0048] Os termos "processo robusto" referem-se a um processo que pode ser operado continuamente por período de tempo estendido tipicamente mais longo do que 2 meses tal como, por exemplo 3 meses, 4 meses, 5 meses, 6 meses, 10 ou mais. Especificamente, um processo robusto não requer limpeza manual da tela fixa durante seu período de operação contínua.
[0049] A produção corrente de concentrado de proteína vegetal, tal como, por exemplo, concentrado de proteínas de soja, faz utilização de duas extrações, uma primeira extração de óleo (na maioria dos casos uma extração por solvente com hexano) seguida pela extração da maioria dos hidrocarbonetos solúveis com álcool aquoso.
Neste processo, a segunda extração, com álcool aquoso é relativamente difícil devido à baixa percolação do álcool aquoso.
Esta má percolação se deve ao fato do material extraído ser bastante compacto e ser constituído de pequenas partículas contendo muitos finos.
Para piorar a situação, os finos contêm uma grande proporção de proteínas e quando em contato com a água contida no álcool aquoso utilizado para a extração, uma fração destes finos formará uma cola viscosa.
Portanto, a cola viscosa e os finos remanescentes, poeira, pequenas partículas começam a acumular sobre partes críticas do extrator de solvente, isto é, sobre a tela fixa do extrator e mais ainda diminuem a percolação de solvente.
Mais ainda, este material que acumula sobre a tela fixa do extrator, com o passar do tempo seca e torna-se um material muito duro extremamente aderente à dita tela fixa.
Pode ser removido somente por técnica de limpeza altamente intensiva tal como uma raspagem mecânica e/ou pulverização de alta pressão de 150 bar por exemplo.
Os carboidratos solúveis extraídos também são pegajosos o que não vai ajudar na situação.
Mais ainda, uma pequena parte das proteínas é solubilizada pelo álcool aquoso.
Estas proteínas solubilizadas são também conhecidas serem pegajosas.
Consequentemente, a percolação diminui progressivamente devido à obstrução da tela fixa.
Após algum tempo de operação, tão curto quanto duas semanas em alguns casos, a taxa de percolação do álcool aquoso diminuiu tanto que uma limpeza manual da(s) peça(s) obstruída(s) do extrator é necessária.
É claro, tal limpeza manual requer parar a produção.
Isto está em nítido contraste com a maioria, senão todos os outros processos (tal como, por exemplo, extração de óleo, refinação) em utilização para o processamento de material oleaginoso vegetal o qual está funcionando 24 horas por dia por um período de tempo estendido tal como uma um ano por exemplo. Acredita-se que esta principal dificuldade é um forte impedimento para as companhias investirem em linhas de produção de concentrado de proteína vegetal.
[0050] Quando um material é conhecido ter tal percolação de solvente extremamente pobre, o extrator de solvente de escolha é um extrator de loop de tela fixa de leito raso, como representado na Figura
1. Tais extratores de solventes estão especificamente projetados para extrair com solvente a camada baixa de material e são conhecidos por serem menos sensíveis para materiais com percolação extremamente pobre. Mais ainda, as telas fixas 101 e 102 têm a vantagem aparente de serem constantemente esfregadas pelo material extraído 103 que é constantemente impulsionado para a frente pelos impulsores ou pás móveis 104. Este efeito de esfregamento tem, é claro uma ação de limpeza mecânica sobre as barras ou grades que formam as telas fixas 101 e 102, pelo menos para o lado em contato direto com o material processado. No campo, este efeito de esfregamento é considerado ser vantajoso no que diz respeito à obstrução comparada com o extrator de tela móvel. Na realidade, estes são considerados serem autolimpantes. Outra vantagem da configuração de loop do extrator correntemente utilizado é que torna possível a extração sobre duas telas fixas, uma primeira 101 fazendo a parte superior do loop e uma segunda 102 fazendo a parte inferior do loop. A superfície exposta à extração por solvente é, portanto, otimizada em relação ao tamanho do aparelho especificamente a sua pegada.
[0051] Outro tipo de extrator de solvente de percolação utilizado na indústria de oleaginosos é o extrator de tela móvel como representado nas Figuras 2.a e 2.b. No entanto, um extrator de tela móvel é normalmente utilizado com um material que tem inerentemente uma suficiente percolação e para o qual a percolação permanecerá suficiente mesmo para um leito profundo de material. Percolação suficiente significa neste contexto que o solvente é capaz de percolar o material em uma quantidade de tempo limitada de modo que a produtividade do extrator possa ser atingida. Mais ainda, por concepção um extrator de tela móvel pode somente executar a extração em um lado da tela móvel 200 isto é, a plataforma superior 201. Na parte da plataforma superior 201 do extrator, a tela móvel move 209 da entrada de material sólido para a saída de material sólido 211. A extração real é assim executada na plataforma superior. Na plataforma inferior 202 da tela móvel simplesmente move de volta 208 da saída de material sólido para a entrada de material sólido 203 do extrator e não tem uma funcionalidade de extração durante este percurso de retorno. Portanto, para uma dada espessura de uma camada extraída, um extrator de tela móvel terá somente aproximadamente 50% da capacidade de um extrator de loop de tela fixa que tem uma pegada similar. Mais ainda, em um extrator de tela móvel, o material que é extraído 204 simplesmente apoia sobre a parte de plataforma superior da tela móvel e assim não tem um efeito de esfregamento mecânico. Esta situação é totalmente reconhecida no campo no grau em que a maioria de produtores de concentrados de proteína de soja favorecem os extratores de loop de leito raso de tela fixa para a extração de carboidratos solúveis. Realmente, para nosso conhecimento, fabricantes correntes de concentrados de proteína de soja utilizam principalmente extratores de loop de tela fixa de leito raso para a extração de carboidratos solúveis com álcool aquoso. Os poucos outros fabricantes que não estão utilizando tal tipo de extrator podem utilizar extratores de lote de solvente ou outros tipos de extratores.
[0052] Deve ser ressaltado que no caso do extrator de tela móvel, as miscelas são coletadas diretamente abaixo da plataforma superior. Assim, as miscelas não percolam através da plataforma inferior e assim não fica em contato com a tela móvel durante seu percurso de retorno.
Nas Figuras 2.a, as setas tracejadas 214 são oblíquas para indicar que as miscelas são desviadas nos lados do extrator para serem coletadas e recirculadas adequadamente, isto é, na próxima zona de extração para executar uma extração em um modo contracorrente. Realmente, estas peças de equipamento de coletamento e recirculação são volumosas e tecnicamente difíceis de montar entre as duas plataformas. A Figura 2.b mostra uma vista transversal do mesmo extrator de tela móvel ao longo de uma seção A-A e ilustra como as miscelas 214 que gotejam da plataforma superior 201 são desviadas nos lados do extrator, coletadas e recirculadas na próxima zona de extração para executar uma extração em um modo contracorrente. Esta plataforma inferior 202 do extrator portanto não está em contato com as miscelas o que também contribui para mantê-la limpa. O desvio das miscelas é usualmente executado por uma estrutura metálica de chapéu chinês.
[0053] Foi surpreendentemente descoberto que nenhuma limpeza manual do extrator é necessária pelo período de tempo estendido se a etapa de extração do álcool aquoso for executada em um extrator de tela móvel equipado com pelo menos um dispositivo de limpeza, de preferência um dispositivo de limpeza contínua, mesmo se teoricamente este tipo de extrator de tela móvel é esperado dar desempenho de extração mais pobre e limpeza manual muito frequente já que estes acumulam dois defeitos:
[0054] 1) O material extraído simplesmente fica sobre a tela móvel enquanto sendo extraído pelo álcool aquoso. Com isto, não existe um efeito de esfregamento deste material sobre uma tela móvel como é o caso para um extrator de leito fixo (também conhecido no campo como extrator autolimpante). Nesta situação é esperado encontrar uma obstrução muito rápida da tela móvel e percolação reduzida frequente inaceitável solicitando uma limpeza manual do equipamento.
[0055] 2) Estes são do tipo não loop significando que a extração real é executada sobre uma superfície aproximadamente metade daquela disponível em extratores de loop significando que para uma dada saída e para uma dada altura de leito de camada de material (baixa), um extrator de tela móvel teria uma pegada duas vezes maior o que é mais dispendioso. Até agora, os produtores de proteínas vegetais utilizam material de baixa camada para lidar com a má percolação do material e risco de percolação de solvente adicionalmente reduzida devido à obstrução progressiva da tela. Este risco é ainda considerado no caso de nenhum efeito de esfregamento como acima mencionado.
[0056] No entanto, foi surpreendentemente observado que nenhuma obstrução da tela móvel acontece mesmo após dois meses ou mais de operação contínua quando a tela móvel é limpa com um solvente tal como álcool aquoso ou água, a dita limpeza tipicamente envolvendo trilhos de pulverizadores de solvente 206 e 207 instalados perpendicularmente à tela móvel e instalados sobre o percurso de retorno 208 da tela móvel. De preferência, ambos os lados da tela móvel são contactados continuamente com um solvente de limpeza adequado. O solvente de limpeza pode, por exemplo, ser o álcool aquoso utilizado para extrair os carboidratos solúveis do material vegetal desengordurado. Ao invés de prover o álcool aquoso diretamente sobre o material vegetal desengordurado no último compartimento de extração 210, o álcool aquoso ou pelo menos parte deste 211 serve ao propósito de limpar a tela móvel durante seu percurso de retorno. O dito álcool aquoso, é claro, integralmente recuperado 212 e bombeado 213, juntamente com os resíduos, no topo do material vegetal desengordurado no último compartimento de extração 210. Esta modalidade tem a vantagem suplementar que o consumo de solvente total não aumenta e não modifica a razão de álcool para água ótima requerida durante o processo completo de extração e mais ainda não requer consumo de água adicional para um processo que já está demandando água. Se o solvente de limpeza for água, a água uma vez que sua ação de limpeza executada é recuperada e não misturada com a miscela. Opcionalmente a água é tratada, por exemplo, por decantação e/ou filtração e pelo menos parte desta água tratada é reciclada como solvente de limpeza. Isto tem a vantagem de reduzir a quantidade de água a ser adicionada em tal processo que demanda muita água. Deve ser ressaltado que, comparada com a limpeza de um leito fixo, a miscela não é diluída pelo solvente de limpeza o que é altamente vantajoso já que esta oferece muito mais flexibilidade para a escolha do dito solvente de limpeza e as modalidades de sua utilização tal como sua saída e sua temperatura, por exemplo. Comparado com a limpeza de uma tela fixa a qual pode ser limpa por pulverização de solvente somente no lado inferior porque o outro lado, isto é, a superfície superior, está constantemente carregada com material vegetal, a limpeza da tela móvel ocorre durante o seu percurso de retorno, isto é, durante uma fase para a a tela móvel não está carregada com material vegetal. Com isto a limpeza pode acontecer em ambos os lados da dita tela móvel e a saída do solvente de limpeza pode ser ajustada livremente de modo que este remova quaisquer traços de proteínas frescas, finos, carboidratos ou sua mistura. Consequentemente, a tela móvel, após a limpeza, está perfeitamente limpa e mantém sua percolação de solvente nominal.
[0057] De preferência, a tela móvel é continuamente limpa e mantém sua capacidade de percolação de solvente de extração nominal por pulverizações ascendentes e descendentes de solvente de limpeza projetado sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno, opcionalmente a dita limpeza por solvente pode ser auxiliada por dispositivos de limpeza mecânica como raspadores e/ou escovas. No entanto, bons resultados de limpeza foram observados por pulverizações de solvente descendentes exclusivas projetadas sobre a dita tela móvel, mais precisamente sobre o lado superior da tela móvel durante seu percurso de retorno. Foi observado que a saída do solvente de limpeza pode ser suficiente para destacar e arrastar todos os resíduos. O solvente de limpeza é tipicamente 750 litros por minuto e por m2. No entanto, é esperado que esta saída de solvente de limpeza ótima pode variar grandemente dependendo de muitos parâmetros, tal como o material vegetal processado exato mas também o projeto e o material da tela móvel.
[0058] Foi também observado que se a pulverização de solvente de limpeza sobre a movimentação tiver que ser interrompida por algumas razões por um curto período (poucos minutos, por exemplo), uma percolação ótima poderia ser reiniciada iniciando novamente a limpeza da tela móvel. No entanto, se as pulverizações de solvente de limpeza sobre a movimentação forem interrompidas por um período mais longo (além de 6 horas, por exemplo), pode ser um tanto mais difícil recuperar uma percolação ótima simplesmente ligando a limpeza da tela móvel com pulverizações de solvente de limpeza. O uso combinada de pulverizações de solvente de limpeza e dispositivo(s) mecânico(s) pode ser necessária para estes casos.
[0059] No contexto da presente invenção, a pressão da pulverização do solvente de limpeza pode variar, por exemplo, de 0,1 bar a 5 bar. No entanto, nossa invenção não está limitada a esta faixa de pressão. Uma limpeza suficiente pode ocorrer com pressões mais baixas do que 0,1 bar. Por exemplo, foi observado que a tela móvel pode ser perfeitamente limpa por uma simples imersão de pelo menos uma porção da tela móvel em um banho de solvente de limpeza. Por outro lado, dependendo do material bruto de partida e várias outras condições, em algumas circunstâncias, uma pulverização de solvente de limpeza que tem uma pressão substancialmente mais alta do que 5 bar pode ser requerida, notadamente se a limpeza tiver sido interrompida por quaisquer razões por algum tempo e que um acúmulo de resíduos subsequente teve tempo de acumular e começar a solidificar.
[0060] Em outra modalidade do processo de acordo com nossa invenção, a limpeza da tela móvel ocorre bem no início de seu percurso de retorno da tela móvel. Realmente, foi observado que quanto mais cedo a limpeza for realizada, mais fácil será qualquer resíduo ser removido pelo solvente de limpeza.
[0061] Em outra modalidade do processo de acordo com nossa invenção, a limpeza da tela móvel é repetida duas ou mais vezes instalando dois ou mais meios de limpeza em série similar àqueles já apresentados 206, 207, 211, 212, 213 no percurso de retorno da tela móvel.
[0062] Em outra modalidade do processo de acordo com nossa invenção, a pressão de pulverização de solvente é pulsante alternando, por exemplo, pressão muito baixa e pressão mais alta.
[0063] Em outra modalidade do processo de acordo com nossa invenção, a direção de pulverização de solvente é oscilante.
[0064] Em outra modalidade do processo de limpeza de acordo com a nossa invenção, somente o lado superior da tela móvel é limpo por pulverizações de solvente de limpeza.
[0065] Em outra modalidade do processo de acordo com a nossa invenção, o material de partida é introduzido em uma forma seca do extrator de tela móvel e cobre somente uma fração da largura da tela móvel, por exemplo, 60 a 70% da largura. O material de partida em então contactado por solvente de extração e permitido expandir para expandir pelo menos na direção transversal.
[0066] Em outro aspecto da invenção, o processo como anteriormente descrito está ainda caracterizado por utilizar um banho de solvente de limpeza e imergir pelo menos uma parte da tela móvel no banho de solvente de limpeza, a dita imersão ocorrendo durante o percurso de retorno da dita tela móvel. Material de Partida
[0067] O material de partida do processo de acordo com a presente invenção é um material vegetal desengordurado e abrange uma ampla variedade de materiais. O material vegetal desengordurado pode notavelmente resultar da extração de óleo de uma grande variedade de materiais vegetais oleaginosos. A extração de óleo pode envolver processos mecânicos ou de solventes ou sua combinação. De preferência, antes da extração de óleo, o material vegetal oleaginoso foi adequadamente preparado e descascado para remover uma fração substancial de fibras insolúveis. O material vegetal desengordurado pode também pertencer à família de legumes. O conteúdo de óleo dos legumes é naturalmente baixo, geralmente abaixo de 2% e portanto estes materiais vegetais são naturalmente desengordurados. No entanto, os legumes podem ter sofrido um ou mais pré-tratamentos tais como um descascamento para remover uma fração substancial de fibra insolúvel, flocagem, moagem, cozimento ou a combinação de alguns destes tratamentos. Estes pré-tratamentos são conhecidos gerarem finos, poeira que são prejudiciais para a percolação de solvente. No entanto, o processo de acordo com a presente invenção é capaz de lidar com finos, poeira e prover uma solução para reduzir os inconvenientes induzidos por ditos finos e poeira. Cada tratamento aumenta as quantidades de poeira, finos e outras pequenas partículas. Deve ser compreendido que a poeira, finos e outras pequenas partículas estão presentes em uma quantidade bastante grande em materiais vegetais desengordurados e constituem um problema principal real para a percolação de solvente e com isto a própria viabilidade da extração. Este problema principal é ainda ampliado quando a extração de carboidratos solúveis com álcool aquoso é executada porque os carboidratos solubilizados são pegajosos por si próprios. Mais ainda, uma pequena quantidade de proteínas pode ser solubilizada também, e as proteínas são também conhecidas serem pegajosas, especificamente na presença de água estas formarão uma cola muito espessa juntamente com os finos os quais de fato contêm predominantemente proteínas. Em conclusão, o processo de acordo com a presente invenção surpreendentemente provê uma solução eficiente para um problema principal enfrentado há muitos anos pela indústria.
[0068] O material de partida é introduzido pela entrada de material sólido do extrator de tela móvel sendo largado, por gravidade, sobre a tela móvel. O material de partida pode ser introduzido em uma forma seca ou já molhada por uma variedade de solventes. Deve ser especificado que no contexto desta invenção e assim no contexto de material vegetal, seco como o significado de suficientemente seco para ser armazenado por períodos estendidos de tempo sem degradação. Assim, seco significa que o conteúdo de umidade do material está abaixo de um limite, 10%, por exemplo. Este limite de conteúdo de umidade será variável em função do tipo de material vegetal.
[0069] Usualmente o material de partida é introduzido já molhado pelo solvente de extração (álcool aquoso por exemplo). No entanto, o material de partida que é introduzido no extrator de tela móvel poderia ter sido molhado por outros solventes, por exemplo, álcool concentrado. O álcool concentrado pode ser utilizado para extrair o óleo contido em qualquer material vegetal. A vantagem de utilizar álcool concentrado, mesmo se o solvente for mais dispendioso do que hexano, para a extração de óleo, é que não é necessária a evaporação de solvente já que o material molhado com solvente pode ser introduzido diretamente no extrator de tela móvel onde o carboidrato será extraído. Realmente, como o álcool aquoso é utilizado para esta extração, o álcool concentrado é simplesmente deslocado pelo solvente de extração.
[0070] No entanto, mesmo se o material de partida for molhado por qualquer solvente este ainda será sólido e se comportará como um material sólido. Atenção deve ser provida para sua manipulação para manter a percolação do solvente apropriada nas etapas a jusantes do processo de acordo com a presente invenção.
[0071] Fo observado que o procedimento para introduzir o material de partida na entrada de material sólido do extrator de tela móvel é altamente relevante para a taxa de percolação de solvente. Foi surpreendentemente observado que se o material sólido for introduzido de modo a cobrir somente aproximadamente 60 a 70% da largura da tela móvel, a taxa de colação, e assim a saída do extrator podem ser substancialmente aumentadas. Esta observação contra-intuitiva pode ser devida à dilatação marcada do material de partida quando contactado com etanol aquoso utilizado como solvente de extração. Realmente, sem querer estar ligado a qualquer teoria, acredita-se que se o material de partida ocupar a largura total da tela móvel antes de ser contactado pelo etanol aquoso, o material não terá a possibilidade de expandir lateralmente quando contactado pelo dito etanol aquoso e será portanto compactado e ainda menos permeável ao solvente. A expansão lateral é, é claro limitada pelos lados metálicos dos extratores os quais coincidem com a largura da tela móvel. Os meios para introduzir o material sólido sobre a tela móvel de modo que este cubra somente aproximadamente 60 a 70% de sua largura podem simplesmente consistir em placas metálicas verticais que delimitam a largura de seção de carregamento permitida e desejada da tela móvel. As ditas placas verticais estão-se, por exemplo, logo abaixo da entrada de material sólido, desta localização as ditas placas verticais vão se alargando progressivamente até atingir a largura final da tela móvel. Com tais meios, o material de partida tem a possibilidade de expandir e despender-se naturalmente lateralmente quando contactado com o álcool aquoso.
Este procedimento para introduzir o material de partida no extrator de tela móvel é especificamente benéfico para a produção de concentrado de proteína vegetal porque este pode aumentar uma taxa de percolação de solvente usualmente baixa.
Esta observação foi feita durante a produção do concentrado de proteína de soja, mas é esperado que um comportamento similar ocorrerá para materiais vegetais alternativos.
Realmente, a expansão é um comportamento normal de proteínas contactadas com a água.
No entanto, sua amplitude pode depender da natureza do material de partida e portanto o seu procedimento de introdução real pode ser adaptado.
Especificamente a percentagem da tela móvel coberta pelo material de partida pode ser adaptada e portanto as placas metálicas verticais que delimitam a largura de secção de carregamento permitida e desejada são de preferência ajustáveis do exterior do extrator.
A Figura 3 representa uma vista de topo do extrator de correia móvel que pode ser utilizado no processo de acordo com a presente invenção e com esta modalidade.
Na Figura 3, a área descarregada da plataforma superior 300 é delimitada por paredes verticais ajustáveis 301. De preferência, estas paredes ajustáveis são ajustáveis de fora.
Estas paredes ajustáveis alargam para alcançar as paredes fixas 302 do extrator.
Opcionalmente um espalhador de camada de ração 303 é utilizado para uniformizar a espessura da camada de ração carregada na plataforma superior do extrator de tela móvel.
Portanto, de acordo com esta característica opcional, o extrator de tela móvel tem uma entrada de alimentação de material sólido estreitada 305 do que a largura total da tela móvel, uma seção de molhamento e dilatação 306, uma seção de extração 307, opcionalmente uma seção de deslocamento com álcool concentrado 308 e uma seção de drenagem de solvente 309. No final da plataforma superior, o material extraído por solvente molhado cai para, mas é processado posteriormente.
[0072] Deve ser salientado que este procedimento de introdução de material de partida é muito mais difícil de aplicar no caso de um extrator de tela fixa. Realmente, como visto na Figura 1, os impulsores 104 estão no caminho e nenhuma placa vertical pode ser montada próxima da tela fixa por si. Exemplo de Material de Partida
[0073] O seguinte é um exemplo não limitante que ilustrará precisamente, no caso de soja, a extensão dos vários pré-tratamentos, cada um destes gerando sua parte de finos, poeira e pequenas partículas, que resultarão em material vegetal desengordurado adequado para o processo de acordo com a presente invenção. A escolha de soja como exemplo é feita de acordo com sua prevalência no mercado. A composição típica de soja em uma base seca é de aproximadamente 40% de proteína, 30% de carboidratos e fosfatídeos, 20% de óleo de triglicerídeo e 10% de cinzas e fibras. Aumentar o conteúdo de proteína, portanto implica na remoção de outros constituintes. Se as cascas e o óleo forem removidos por descascamento e extração, o conteúdo de proteína na ração resultante que contém 13% de umidade, é aumentado para 45-48%. A produção de concentrado de proteína removendo carboidratos solúveis (oligossacarídeos tal como uma sacarose, rafinose e estaquiose) da ração desengordurada e descascada pela extração da ração com etanol aquoso pode aumentar ainda mais seu conteúdo de proteína, geralmente para aproximadamente 60-70% em uma base seca.
[0074] Assim, a soja colhida é primeiramente descascada e de preferencialmente os grãos descascados são submetidos a um pré- tratamento para romper suas paredes de células. Este pré-tratamento pode compreender, por exemplo, um rachamento e uma flocagem dos grãos. Neste tratamento, as sementes de óleo são comprimidas entre dois ou mais rolos de rachamento cilíndricos, descascados e então ainda achatados entre dois grandes rolos de flocagem em flocos. Antes deste tratamento, os grãos descascados podem ter sido condicionados por um tratamento térmico para amaciar o material e facilitar a liberação das cascas da ração e assim reduzir o requisito de energia do processo de flocagem real. Devido às forças de compressão e cisalhamento envolvidas neste processo de flocagem, quase todas as células que contêm o óleo são abertas pela ruptura de suas paredes. Esta abertura das células grandemente facilita extrair o conteúdo de célula, evitando a necessidade para o solvente difundir através das paredes de célula. Uma espessura de floco típica visada no caso de soja é 0,3 a 0,5 mm de acordo com o tipo de extrator de solvente selecionado.
[0075] Outro pré-tratamento que faz com que as paredes de células da soja sejam rompidas é a prensagem de parafusos, pois esta também acarreta fortes forças de compressão e cisalhamento. A prensagem de parafuso não remove todo o óleo do material vegetal oleaginoso de modo que o bolo de prensagem resultante ainda contém uma quantidade substancial de óleo e este é recuperado por uma extração de hexano. Este pode ser extraído como tal ou após ter sido peletizado, já que este tratamento também faz com que as paredes de células adicionais sejam rompidas. Além disso, os grãos têm melhores características de percolação do que o bolo prensado original. Alternativamente, um expansor pode ser utilizado para pré-tratar a soja descascada.
[0076] A próxima etapa que leva a um dos materiais de partida adequado para o processo de acordo com a invenção, é a extração de óleo do material pré-tratado, tipicamente uma extração de solvente com um solvente apolar tal como um hexano, o qual é o nome dado para uma fração de petróleo industrial que consiste primariamente em hidrocarbonetos saturados de C6 tal como n-hexano, metilpentanos,
metilciclopentano, etc. Tal extração dos lipídios pode ser executada em vários extrator de solventes, por exemplo, um extrator de leito fixo rotativo. A temperatura de operação típica desta etapa será um pouco abaixo do ponto de ebulição atmosférico do hexano, (62°C). Consequentemente uma força miscela de óleo de por exemplo 25-30% de óleo no solvente e um material vegetal desengordurado molhado com solvente que contém, por exemplo, 25-30% de solvente são obtidos. É comum que o conteúdo do óleo residual do material vegetal desengordurado é menor do que 1% em peso ou mesmo menor do que 0,5% por peso. É claro, este material desengordurado está molhado com solvente e deve ser dessolventizado ou é com vapor DT ou com vácuo DT após um flash de solvente preliminar, como anteriormente descrito em detalhes. É comum que, após todos estes tratamentos, os finos, poeira e outras pequenas partículas destes materiais desengordurados cheguem a 10 a 20%. Exemplo de Materiais Brutos alternativos
[0077] No entanto, girassol e canola, especificamente as rações desengorduradas obtidas após a extração de óleo, são também materiais de partidas atrativos para a produção de concentrados de proteína. As técnicas a serem utilizadas são similares, mesmo se adaptações devam ser esperadas, é claro. Especificamente mais carboidratos solúveis devem ser extraídos porque girassol e canola contêm menos proteína do que a soja. Mais ainda, a aceitação de mercado é um desafio para o sucesso de concentrados de proteínas de canola, girassol e/ou outros materiais vegetais. Mais ainda, de modo a aumentar a concentração de proteína, é mandatório remover, antes da extração de óleo, as cascas destas sementes, e correntemente isto pode ser feito consistentemente para girassol e soja. É aplicável no caso de canola, mas o conteúdo de óleo da fração de cascas permanece muito alto, portanto um processo adicional para a extração de óleo da fração de cascas é necessário com aumento do investimento de capital e da complexidade.
[0078] Mais recentemente, outros materiais vegetais que não são oleaginosos foram propostos como material de partida para produção de concentrados de proteína, especificamente legumes tais como feijão branco (Phaseolus vulgaris), lentilha (Lens esculenta), largo ou fava (Vicia faba). Os concentrados de proteína podem ser obtidos por moagem específica e classificação destes legumes, mas a produção e o conteúdo de proteína dos concentrados obtidos por técnicas mecânicas correntemente disponíveis permanecem baixos. Portanto, o processo de acordo com a presente invenção é também vantajoso para legumes e proverá concentrados que têm o alto conteúdo de proteína esperado pelo mercado de 60 a 70%, por exemplo, com alta produção.
[0079] Na verdade, o processo de acordo com a presente invenção será vantajoso independentemente do material de partida, desde que o dito material de partida necessite uma etapa de extração de álcool aquoso para remover uma fração substancial dos carboidratos solúveis e com isto aumentar a concentração de proteína residual do resíduo. Solvente de limpeza
[0080] O solvente de limpeza pode ser o solvente utilizado para a extração do carboidrato solúvel do material desengordurado. Este permite sua reciclagem como solvente de extração. No entanto, o fato que este solvente de limpeza não está misturado com a miscela, resulta em mais flexibilidade para sua escolha. Por exemplo, a água pode ser utilizada como solvente de limpeza. Neste caso, a água residual pode ser descartada, filtrada e reciclada como solvente de limpeza ou pelo menos parcialmente utilizada para diluir o álcool na concentração desejada. A temperatura do solvente de limpeza é usualmente a temperatura do álcool aquoso utilizado para a extração de carboidratos solúveis, por exemplo, 700ºC. No entanto, em algumas circunstâncias,
a temperatura pode ser mais baixa, por exemplo água de aproximadamente 20-25ºC a qual é a temperatura da água da torneira usual. Deve ser ressaltado que a limpeza em leito fixo oferece muito menos flexibilidade no que diz respeito à escolha de solvente de limpeza porque o dito solvente de limpeza será automaticamente misturado com a miscela e a diluirá.
[0081] É também possível limpar a tela móvel com mais de um solvente. Por exemplo, uma primeira limpeza da tela móvel pode ser realizada com pulverizações com álcool aquoso em uma primeira seção de limpeza quando a tela móvel atravessa uma primeira seção de limpeza e uma segunda limpeza pode ser realizada com água, por exemplo, quando a dita tela móvel atravessa uma segunda seção de limpeza. Uma secção de limpeza contém pelo menos um trilho de pulverizadores de solvente de limpeza, o carril sendo perpendicular ao movimento da tela móvel. A seção de limpeza também inclui o meio para suprir o solvente de limpeza fresco e um meio para recuperar, reciclar e/ou tratar o solvente de limpeza uma vez sua ação de limpeza tenha sido realizada. Solvente de Extração
[0082] O solvente de extração preferido do processo de acordo com a presente invenção é álcool aquoso. O álcool é de preferência etanol. A quantidade e composição do etanol aquoso utilizado para extrair carboidratos dos flocos desengordurados e molhados depende dos requisitos de produto final e ao tipo exato de material vegetal desengordurado que é processado. Em geral, foi descoberto quando o etanol contém mais água, este é mais efetivo em extrair de carboidratos. Consequentemente, menos solvente de extração é requerido e uma miscela mais concentrada resultará. No entanto, um etanol aquoso menos concentrado é também um melhor solvente para proteínas e sua utilização, portanto, faz com que o conteúdo de proteínas do concentrado de proteína final seja reduzido. Foi descoberto que uma razão de etanol aquoso de 30:70 é um bom solvente para a extração de carboidratos solúveis de soja, por exemplo. Esta razão é um bom ponto de partida para a extração dos carboidratos solúveis de outros materiais vegetais também do qual mínimos ajustes podem ser realizados facilmente se necessário. A temperatura de solvente de extração é usualmente próxima, mas logo abaixo do ponto de ebulição atmosférico do álcool aquoso utilizado (ou seu eutético). Por exemplo, para o etanol aquoso de uma razão 30:70, a temperatura preferida é aproximadamente 70º C. De modo a reduzir um pouco a demanda de energia para a evaporação do álcool aquoso utilizado como solvente de extração, este pode ser deslocado por álcool concentrado. Realmente, o álcool aquoso contém uma fração de água substancial a qual requer uma energia substancial para sua evaporação. É claro, este deslocamento acontece no final do processo de extração por si. Evaporação Álcool Aquoso
[0083] Finalmente, o concentrado de proteína vegetal molhado de solvente que sai do extrator pode ser dessolventizado em dessolventizadores convencionais suprindo calor indireto ou calor direto por meio de vapor, ou ambos. Durante a dessolventização, o tempo, umidade e temperatura são parâmetros críticos com relação à desnaturação de proteína, a magnitude acentuada do qual é governada pela especificação de produto final. O produto dessolventizado pode ser seco e resfriado antes de ser adicionalmente convertido no produto final para venda. Este condicionamento pode compreender, moagem, classificação, mistura e embalagem.
[0084] Como o calor latente de evaporação do solvente de álcool aquoso utilizado no processo de acordo com a presente invenção é alto (40 kJ/mol ou 2,2 kJ por grama para água e 38 kJ/mol ou 0,83 kJ por grama para etanol em oposição a 29 kJ/mol ou somente 0,34 kJ por g para hexano), é vantajoso minimizar a quantidade de solvente que precisa ser evaporada. Portanto, opcionalmente, como neste estágio do processo, a integridade do concentrado de proteína vegetal não é mais crítica, uma prensa de dessolventização pode ser utilizada para espremer tanto quanto possível o solvente contido no concentrado de proteína molhado de solvente, desde que esta prensa tenha sido construída em um modo à prova de explosão. A mistura de solvente que sai da prensa, tendo quase a mesma composição que o solvente de extração pode ser proveitosamente retornada para o dito extrator. Tratamento da Miscela que Contém os Carboidratos Solúveis
[0085] A extração dos carboidratos solúveis leva também a uma miscela que compreende etanol, água e carboidratos; pode também conter quantidades limitadas de proteínas e outros componentes de sementes oleaginosas que são ligeiramente solúveis em etanol aquoso. Os carboidratos extraídos são recuperados como melaço pela evaporação do solvente etanólico o qual é reciclado no processo de extração. Os carboidratos podem ser isolados como um sólido seco por evaporação da água contida no melaço. Alternativamente, o melaço pode ser fermentado em etanol. De fato, o destino preciso do melaço frequentemente depende das circunstâncias locais, de modo a otimizar sua(s) utilização(ões) encontrando a(s) saída(s) próximas mais adequadas. Em alguns casos, a única possibilidade é queimar o melaço para produzir energia. Extratores de tela móvel
[0086] Bons resultados têm sido obtidos com o extrator de solvente tela móvel do tipo "LM" (Desmet Ballestra, Bélgica). No entanto, o processo de acordo com a presente invenção não está limitado a este preciso modelo ou fornecedor. Todos os extratores de percolação que utilizam uma tela móvel e equipados com uma seção de limpeza adequada capaz de limpar a correia durante o percurso de retorno da dita tela móvel são potencialmente adequados para o processo de acordo com a presente invenção. Em um extrator de solvente piloto do tipo LM, nenhuma obstrução da tela móvel foi observada por um período de tempo estendido. Por exemplo, carboidratos solúveis de soja desengordurada (flocos brancos) foram extraídos com etanol aquoso (etanol 30:70) neste extrator de solvente piloto por 2 meses, a tela móvel sendo lavada com uma saída moderada de 750 litros de água por minuto e por m2. Esta quantidade de água foi igualmente pulverizada sobre ambos os lados da tela móvel durante seu percurso de retorno. A superfície total limpa foi de fato 0,1 m2 ou 2,5% da superfície total da tela móvel (levando em conta ambos os lados da correia-tela móvel). O solvente de limpeza foi água da torneira comum tendo uma temperatura de aproximadamente 200ºC. A pressão da água foi 0,3 bar. Nestas condições absolutamente, nenhuma obstrução e/ou nenhuma contaminação ou depósito de qualquer tipo foi visível após a limpeza. A correia-tela móvel manteve sua permeabilidade de solvente nominal durante este período estendido. O experimento foi interrompido por limitação de tempo após dois meses, mas o experimento poderia ter sido executado por muito mais tempo.
[0087] Após a limpeza da tela móvel com água, o solvente de limpeza foi trocado pelo álcool aquoso utilizado para a extração do material vegetal desengordurado. Novamente, a eficiência de limpeza foi excelente por dois meses. Após este período o experimento precisou ser parado devido à restrição de tempo. Mas como após dois meses nenhuma contaminação qualquer seja sobre a tela móvel era visível, é altamente provável que a tela móvel ficaria limpa por um período de tempo muito mais extenso.
[0088] Em outro experimento os pulverizadores inferiores foram desligados de modo que somente os pulverizadores superiores estavam pulverizando solvente de limpeza sobre o lado superior da tela móvel.
Uma boa limpeza da tela móvel foi observada mas o experimento foi somente realizado por 8 horas. A vantagem de ter somente o lado superior da tela móvel limpo é uma redução total de saída de solvente de limpeza com desempenho de limpeza similar.
[0089] Em outro experimento, a saída e a pressão do solvente de limpeza foram pulsadas na frequência de um hertz. Novamente, bons resultados de limpeza foram observados por um período de 8 horas. A vantagem da pulsação da saída e pressão de solvente de limpeza é uma redução total de saída de solvente de limpeza com desempenho de limpeza similar.
[0090] O extrator foi utilizado sem nenhuma pulverização de solvente para determinar a intensidade da obstrução da tela móvel sem a limpeza contínua da tela móvel de acordo com a presente invenção. A obstrução aparece significativamente e rapidamente. No início da diminuição de percolação começa logo após 5 horas de operação. Mesmo se a diminuição da percolação tenha sido moderada logo após este início inicial esta progressivamente diminui para um nível inaceitável. A percolação foi parada após 24 horas de operação contínua. Deve ser ressaltado que neste estágio de contaminação e obstrução, as condições suaves de limpeza, como descritas na presente invenção, não são agressivas o bastante para remover os depósitos que obstruem a tela móvel. Realmente, o resíduo teve tempo para coagular e secar durante os sucessivos percursos de retornos da tela móvel. Portanto, estes formam uma massa compacta aderindo fortemente à tela móvel e sua limpeza foi somente possível com água de alta pressão agressiva e repetida pulverizada a 150 bar. Tal limpeza agressiva pode somente ser feita manualmente e quando o extrator está em espera e esvaziado de qualquer material e solvente por razões de segurança óbvias. Este teste de referência foi executado no final das outras duas experimentações devido ao receio de danificar o equipamento com a extensão da obstrução da tela móvel e a limpeza intensa e agressiva necessária que era esperada. Neste aspecto é importante compreender que quando tal limpeza intensa e agressiva torna-se necessária, é mandatório parar totalmente o extrator, drenar todo o solvente e remover qualquer material vegetal que possa ser carregado no extrator. A limpeza de alta pressão também induzirá a projeção dos acúmulos e outros depósitos que acumularam sobre outras partes do extrator e, consequentemente estas projeções precisaram ser limpas também. Mais ainda, existe sempre o risco de causar danos ao extrator durante tal limpeza tão intensa e agressiva. Em forte oposição, o processo de acordo com a presente invenção utiliza uma limpeza muito suave, mas contínua. As pulverizações de solvente de limpeza sobre uma tela móvel são feitas com uma pressão muito mais baixa, mas são mais eficientes para continuamente desalojar qualquer novo acúmulo ou quaisquer outros depósitos antes de começarem a aderir à dita tela móvel. Estas pulverizações de solvente de limpeza suaves não induzem a projeção sobre nenhuma outra parte do extrator. Mais ainda, como a limpeza contínua como descrita na presente invenção não é agressiva não existe risco de danos ao equipamento. Com tal extrator de tela móvel, o tamanho do extrator deve ser maior porque somente a plataforma superior do extrator é utilizada para o processo de extração. No entanto, como a tela móvel é constantemente mantida limpa e assim mantém sua taxa de percolação de solvente nominal, a espessura máxima de material pode ser permanentemente carregada sobre a dita tela móvel. Mais ainda, o fato que nenhuma limpeza manual é necessária por um período de tempo estendido grandemente compensa o fato que o uso de extrator de tela móvel ao invés de um extrator de tela fixa pode necessitar um maior investimento de capital.
[0091] Sem querer ficar limitado pela teoria, é também acreditado que a eficiência de limpeza da tela móvel de acordo com a presente invenção é devida ao fato que a dita limpeza poder ser concentrada sobre uma zona relativamente pequena da tela móvel, tipicamente, uma zona de aproximadamente 0,25 a 2 m2 a superfície exata dependendo do tamanho global do extrator.
A limpeza sobre tal zona tão limitada é portanto localizada e concentrada sobre uma pequena superfície, portanto eficiente.
Uma vez limpa, a tela móvel permanece limpa durante a parte restante de seu percurso de retorno e assim mantém sua permeabilidade total permitindo a máxima taxa de percolação uma vez que a dita tela móvel atinge novamente a zona de extração do extrator.
Em nítido contraste a limpeza de uma tela fixa envolve a limpeza de uma superfície muito grande, de, por exemplo, 150 m2 ou mais no caso de um grande extrator.
Com isto, a limpeza não pode ser intensa o suficiente para remover sistematicamente qualquer material acumulado aderido na tela fixa levando assim a uma obstrução muito mais rápida da dita tela fixa.
Mais ainda, o solvente de limpeza misturará com a miscela oferecendo menos flexibilidade para a escolha da natureza do solvente de limpeza, sua saída, sua pressão e sua temperatura.
Claims (24)
1. Processo, para a produção de concentrado de proteína vegetal de um material desengordurado vegetal, caracterizado pelo fato de que inclui as seguintes etapas: a) remover pelo menos uma fração dos carboidratos solúveis do dito material desengordurado vegetal por extração por solvente, o solvente sendo álcool aquoso, para obter material vegetal rico em proteína molhado de solvente e a miscela, b) remover o solvente de álcool aquoso do material vegetal rico em proteína molhado de solvente para obter um concentrado de proteína vegetal, em que a extração por solvente acontece em um extrator de tela móvel equipado com um meio de limpeza da tela móvel durante seu percurso de retorno o dito meio de limpeza incluindo contactar o solvente de limpeza com a dita tela móvel e assegurando uma limpeza completa de ambos os lados da dita tela móvel durante o percurso de retorno da dita tela móvel e assim evitando a obstrução progressiva da dita tela móvel e portanto assegurando a operação contínua por um período de tempo estendido.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel é superior a dois meses.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel é superior a três meses.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel é superior a quatro meses.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel é superior a cinco meses.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito período estendido de operação contínua do extrator de tela móvel é superior a seis meses.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dito meio de limpeza inclui o uso de pulverizadores que projetam solvente de limpeza na direção da dita tela móvel.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dito meio de limpeza inclui raspadores e escovas para mecanicamente limpar a tela móvel.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o dito meio de limpeza está instalado logo no início do percurso de retorno da dita tela móvel.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a limpeza da dita tela móvel é repetida duas ou mais vezes instalando dois ou mais elementos de limpeza em série no percurso de retorno da dita tela móvel.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o dito solvente de limpeza tem a mesma composição que o álcool aquoso utilizado como solvente de extração para os carboidratos solúveis.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o dito solvente de limpeza tem a mesma composição que o álcool aquoso utilizado como solvente de extração para os carboidratos solúveis e é reciclado na última zona de extração do dito extrator de solvente.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito solvente de limpeza é água.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que, a pressão da pulverização de solvente é pulsante alternando, por exemplo, pressão muito baixa compreendida entre 0,1 a 5,0 bar e pressão mais alta compreendida entre 5,0 e 100,0 bar.
15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o material desengordurado vegetal é obtido da retirada de óleo de material vegetal oleaginoso tal como soja, girassol ou canola.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o material desengordurado vegetal é selecionado entre legumes tal como lentilhas, feijões ou ervilhas o dito legume tendo opcionalmente sido pré-tratados com um tratamento tal como um descascamento, flocagem, cozimento.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que ainda compreende utilizar um banho de solvente de limpeza e imergir pelo menos uma parte da tela móvel no banho de solvente de limpeza a dita imersão ocorrendo durante o percurso de retorno da dita tela móvel.
18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a dita tela móvel é limpa e mantém sua capacidade de percolação de solvente nominal por pulverizações de solvente de limpeza projetadas sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno e em que o solvente de limpeza não mistura com a dita miscela.
19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que a dita tela móvel é limpa e mantém sua capacidade de percolação de solvente nominal pulverizações ascendentes e descendentes de solvente de limpeza projetadas sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno.
20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a dita tela móvel é limpa e mantém sua capacidade de percolação de solvente nominal por pulverizações descendentes de solvente de limpeza projetadas sobre a dita tela móvel durante seu percurso de retorno.
21. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que, o dito meio de limpeza inclui pelo menos um trilho de pulverizadores de solvente de limpeza, o dito trilho sendo essencialmente perpendicular ao movimento da dita tela móvel.
22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que o dito meio de limpeza inclui uma pluralidade de pulverizadores de solvente de limpeza, os ditos pulverizadores pulverizando solvente de limpeza em uma pressão que varia de 0,1 a 3,0 bar.
23. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizado pelo fato de que o dito meio de limpeza inclui uma pluralidade de pulverizadores de solvente de limpeza, os ditos pulverizadores pulverizando solvente de limpeza em uma saída de 150 a 1500 litros por minuto e por m2.
24. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o material vegetal desengordurado é introduzido sobre a tela móvel do extrator de tela móvel em um modo para cobrir somente uma fração da largura da dita tela móvel, o dito material vegetal desengordurado sendo subsequentemente molhado pelo solvente de extração e permitido expandir livremente pelo menos na direção transversal e o dito material vegetal desengordurado introduzido sobre a tela móvel do extrator de tela móvel sendo seco ou já molhado por um solvente tal como álcool concentrado, álcool aquoso ou hexano.
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