ES2286481T3

ES2286481T3 - Filtracion de pasta de vegetales.

Info

Publication number: ES2286481T3
Application number: ES03776710T
Authority: ES
Inventors: Rex W. Newkirk; David D. Maenz; Henry L. Classen
Original assignee: MCN Bioproducts Inc
Current assignee: MCN Bioproducts Inc
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2007-12-01
Anticipated expiration: 2023-11-24
Also published as: CN1731935A; HK1145943A1; WO2004047548A1; MXPA05005349A; CN101822307B; JP4389084B2; DE60313653D1; JP2006506990A; AU2003286036B2; DK1562441T3; NO325777B1; EA200500858A1; EP1562441B1; US7989011B2; EA007569B1; PT1562441E; AU2003286036A1; US20060273047A1; CN101822307A; ATE360999T1

Abstract

Un proceso para separar componentes de proteínas y/o carbohidratos a partir de componentes que contienen fibra insoluble de un producto vegetal que comprende las operaciones de: (a) mezclar dicho producto vegetal con agua para formar una pasta; (b) filtrar la pasta por filtración por impulsor en la que una cuchilla o paleta de impulsor giratoria barre la pasta sobre el medio de filtración para formar un filtrado predominantemente líquido y un residuo sólido húmedo y minimizar la compactación del medio de filtración; y (c) eliminar agua del residuo sólido por un medio de filtración por compresión.

Description

Filtración de pasta de vegetales.

Campo del invento

El presente invento se refiere a la extracción de carbohidratos y/o proteínas a partir de sustancia vegetal machacada o procesada. Es particularmente útil para la recuperación de valores de proteínas y carbohidratos a partir de semillas oleaginosas de las que se ha extraído el aceite.

Antecedentes del invento

Los materiales vegetales consisten a menudo de materiales muy apreciados o de mucho valor tales como proteínas y carbohidratos no estructurales apreciados en combinación con estructuras fibrosas poco apreciados tales como cáscaras y paja. Algunos, pero no la totalidad, de las proteínas y carbohidratos apreciados son solubles en agua. Muchas de las proteínas y carbohidratos no estructurales apreciados no solubles en agua están presentes como partículas menores que la fibra.

Un grupo particular de productos que contienen cantidades útiles de carbohidratos y proteínas son los materiales de semillas oleaginosas a partir de las cuales se ha extraído el aceite. En los casos en los que han sido desgrasados por un proceso de prensado en frío para extraer el aceite, también contienen una cantidad considerable de aceite residual. Hay menos aceite presente cuando son desgrasados por un proceso en el que se emplea un disolvente. En particular, el producto restante después de que se haya extraído el aceite de canola (semilla de soja), que es llamado copo o gránulo de canola desgrasado, es una fuente rica de proteínas y carbohidratos apreciados. Estos materiales de semillas oleaginosas contienen también materiales fibrosos de bajo valor tales como cáscaras y paja, que deberían ser eliminados para dar un producto de mayor valor.

Un modo de separar el material fibroso de bajo valor del material valioso soluble en agua es mediante extracción acuosa. En los procesos de extracción acuosa, el agua es añadida al material vegetal de partida para formar una pasta gruesa. Típicamente, la pasta está compuesta de tres fases distintas: un líquido que contiene los componentes solubles del material de partida, una fase de sólidos ligeros compuesta de finas partículas en suspensión; y una fase de sólidos pesados compuesta de materiales fibrosos tales como cáscaras y paja residual. Los procesos de extracción están frecuentemente diseñados para extraer solo la fase líquida de la pasta. Tales procesos utilizan técnicas de separación establecidas tales como la centrifugación que están diseñadas para generar un extracto líquido transparente. Sin embargo, las finas partículas en suspensión, que contienen proteínas y carbohidratos apreciados, son dirigidas hacia el residuo sólido en cualquier sistema de separación que genera un extracto transparente. Frecuentemente es empleada la modificación química para mejorar la solubilidad de las proteínas en la pasta. Sin embargo, estas modificaciones añaden coste al proceso y pueden dañar el valor nutritivo del extracto.

Sería ventajoso desarrollar un sistema de separación mecánica que dirija las partículas finas hacia el extracto y así al hacerlo genere un extracto que consista tanto de la fase líquida como de la fase de sólidos ligeros que contiene las partículas finas apreciadas. Esto permitiría la recuperación tanto del material no estructural no fibroso (partículas pequeñas) soluble como no soluble en el extracto. El material en pequeñas partículas, no soluble es frecuentemente alto en materiales apreciados tales como carbohidratos y proteínas.

Sin embargo, cuando muchos productos vegetales machacados son convertidos en pasta, la parte líquida de la pasta es densa y viscosa. Esto es debido a las distintas proteínas y carbohidratos solubles o parcialmente solubles en agua que pasan a la fase de agua de la pasta. En semillas oleaginosas desgrasadas, puede también haber presente algún aceite residual. También, después del proceso de desgrasado (particularmente en el caso de hacer copos de canola desgrasada) algunas pequeñas partículas de sustancia de célula pueden estar presentes. Estas son elevadas en proteínas, y son por ello especialmente valoradas de recuperar.

En el caso de una pasta de partida o inicio densa y viscosa de material vegetal, tal como una pasta de copos de canola de los que se ha extraído el aceite, la obtención de una extracción eficiente del líquido más de la fase sólida ligera tiene ciertas dificultades. La filtración a base de compresión puede ser usada para obtener un extracto que contenga fase sólida ligera. En este proceso la pasta es prensada con un medio de filtración que tiene aberturas de poro o tamaños de abertura que permiten el paso de la fase sólida ligera en la pasta, al tiempo que retienen los sólidos pesados como una torta de prensado extraída. Un ejemplo de este tipo de proceso está mostrado en las Solicitudes Publicadas de PCT WO 01/87083 y WO 03/047438 de Menz y colaboradores. Sin embargo, la naturaleza viscosa y densa de la pasta da cómo resultado la compactación del medio de filtración, la pobre separación por unidad de aérea del medio de filtración y una considerable extrusión de la pasta desde los costados del medio de filtración. Por ello, el procesamiento directo de una pasta viscosa de material vegetal por filtración por compresión como se ha descrito en la solicitud publicada de PCT requiere un área de filtración extensiva y velocidades de proceso bajas. Se requiere un equipo sustancial, que aumenta el coste de producción.

El documento USP 5814230 de Willis y colaboradores describe un proceso y aparato para la separación de sólidos rugosos y ultrafinos de una corriente liquida. En este proceso múltiples tamices de filtración de distintos tamaños de abertura de poro son atravesados repetidamente por los sólidos que contienen la suspensión de alimentación hasta que una torta de filtrado se forma en la superficie de los tamices y se genera una fase líquida libre de sólidos clarificada. Los sólidos son descargados subsiguientemente desde el tamiz y se les extrae el agua por medios tales como vibración y chorros de aire directos o mediante extracción de agua basada en la compresión. Los múltiples tamices de aberturas de poro progresivamente menores están diseñados para generar un extracto clarificado libre de sólidos y así en el caso de extracción de una pasta vegetal los fragmentos apreciados de sustancias celulares no residirían en el extracto generado por este proceso.

El documento USP 4975183 de Glorer muestra que un aparato de agitación puede ser automáticamente hecho ascender y descender durante la filtración accionada por presión de una pasta que contiene sólidos para crear una distribución uniforme de torta sobre la superficie de filtración y así un rendimiento mejorado del proceso de filtración. Este proceso puede ser descrito como una mejora de la filtración accionada por presión de una sola etapa
tradicional.

El documento USP 4921615 de Lindoerfer y colaboradores muestra un método accionado por presión de múltiples etapas para la extracción de sólidos a partir de líquidos viscosos. En este proceso, la pasta alimentada viscosa que contiene sólidos es filtrada por presión en una serie de operaciones que implican material de filtración de tamaño de poro progresivamente decreciente. Este proceso está diseñado para generar un extracto líquido transparen-
te.

La filtración accionada por impulsor es una técnica de filtración conocida. En tal filtración, una cuchilla o paleta impulsora giratoria es hecha pasar cerca de un medio de filtración, cuando una pasta hecha pasar sobre el mismo medio de filtración. La acción del impulsor barre repetidamente la pasta sobre el medio de filtración, y minimiza la compactación de la pasta sobre el medio de filtración. Sin embargo, la filtración accionada por impulsor tiende a dejar un residuo que permanece con un alto contenido de agua.

La centrifugación es una técnica de filtración conocida. Sin embargo, la centrifugación no es efectiva con pastas vegetales viscosas, debido a que la naturaleza viscosa de la pasta no permite una separación adecuada usando procesos de filtración centrífuga establecidos.

Así, los aparatos y procesos de separación corrientes no proporcionan un medio práctico y efectivo en coste para separar proteínas solubles en agua y pequeñas partículas de sustancias de células (cuando están presentes) a partir de la sustancia vegetal restante, particularmente cuando está implicada una pasta viscosa. Adicionalmente, tienden a dejar el residuo muy húmedo, de modo que una cantidad de energía considerable es requerida para secarlo.

Breve descripción del invento

El invento actual describe un sistema de filtración de alta capacidad de dos etapas, adecuado para la separación de una pasta viscosa de material de partida. El invento funciona para separar un extracto acuoso viscoso que contiene componentes solubles en agua, más pequeñas partículas apreciadas de sustancias celulares (si hay presentes) eficientemente del material vegetal restante. El residuo final generado por el proceso del invento puede ser secado sustancialmente sin gran consumo de energía. El invento tiene utilidad particular en separar carbohidratos y proteínas útiles a partir de semillas oleaginosas desgrasadas, particularmente copo de canola desgrasado.

En el sistema de filtración del invento, hay una primera etapa con filtración accionada por impulsor, seguida por otra etapa con filtración por medios de filtración por compresión o una centrífuga.

Descripción de los dibujos

El invento será descrito en unión con los dibujos adjuntos en los que:

La fig. 1 muestra una primera realización de un aparato de filtración de acuerdo con el invento;

La fig. 1a muestra una vista parcial en sección de una modificación de la realización de la fig. 1 usando una prensa de husillo o tornillo.

La fig. 2 muestra una segunda realización de aparato de filtración de acuerdo con el invento; y,

La fig. 3 muestra una tercera realización de aparato de filtración de acuerdo con el invento.

Descripción detallada del invento

En el presente invento, una filtración de primera etapa es llevada a cabo usando filtración accionada por impulsor. El tamaño de la abertura (también conocido como "abertura de poro") del medio de filtración puede ser ajustado para permitir el paso de sólidos finos en suspensión a través de las aberturas mientras retiene sólidos de mayores dimensiones que el tamaño máximo de la abertura del filtro en el medio de filtración como un residuo. La acción de barrido del impulsor puede a continuación ser usada para rascar el residuo desde la superficie del medio de filtración y eliminarlo del área donde se está llevando a cabo la filtración.

El tamaño de la abertura, cuando se filtran pastas de semilla oleaginosa desgrasada, particularmente canola desgrasada, es preferiblemente elegido de manera que permita el paso de partículas finas de sustancia celular, mientras retiene los sólidos mayores, que son material vegetal menos deseable.

El residuo obtenido a partir de la filtración por impulsor contiene aún un alto porcentaje de humedad. Tal residuo no puede ser convenientemente secado, ya que el coste del secado es prohibitivo. Por ello, es usada una segunda etapa de filtración. La filtración de la segunda etapa puede ser bien centrífuga o bien filtración por compresión.

La filtración por centrífuga no es preferida, ya que el residuo tiende a ser de gran volumen. Esto significa que se requiere una centrífuga grande, que aumenta el coste del equipo de la operación. También, el contenido de humedad del residuo de fase sólida restante después de la centrifugación es generalmente más elevado que el obtenido por filtración por compresión. Sin embargo, la filtración por centrífuga es posible para usar como segunda etapa, ya que el líquido viscoso en la pasta original ha sido hecho considerablemente menos viscoso por su paso a través del filtro de impulsor.

La filtración por compresión reduce progresivamente el volumen disponible al material que ha de ser filtrado para efectuar la filtración. La filtración por compresión puede ser de varios tipos.

En un tipo, se puede usar un pistón para comprimir el material de residuo que ha de ser filtrado contra un medio de filtración, exprimiendo por ello el líquido restante.

Otro tipo de filtración por compresión implica procesos continuos por lo que la alimentación repleta de humedad es alimentada continuamente al área de entrada del equipo, la alimentación es a continuación transportada a través de la prensa bajo presión que exprime la humedad a través de una superficie de filtración, y la torta sin agua es descargada desde el área de salida. Dos ejemplos de sistemas de filtración por compresión continua son el uso de una prensa de cinta o una prensa de tornillo. Una filtración de compresión por prensa de cinta o de tornillo tiene la ventaja de que es un proceso continuo, mientras que la compresión por pistón es un proceso del tipo de lotes.

El líquido que es extraído del residuo por la filtración por compresión o la centrífuga puede, si se desea, ser combinado con el líquido procedente de la etapa de filtración por impulsor. Alternativamente, para reducir el uso total de agua, se puede usar como entrada de agua para el filtro de impulsor, y el producto líquido final puede ser extraído como el filtrado procedente de la etapa de filtración por impulsor. Además, si se desea, las aberturas mínimas del medio de filtración en la prensa de compresión de pistón o la cinta elegida para la prensa de cinta pueden ser de un tamaño que permitan el paso de pequeños fragmentos de sustancia celular que puede haber sido arrastrada en el residuo, y que puede caer con el líquido que se está extruyendo.

La abertura mínima del medio de filtración puede ser elegida dependiendo de la dimensión mayor de las partículas sólidas que se desea hacer pasar a través del filtro. La selección es hecha preferiblemente con respeto a tamaños típicos de partículas de sustancia celular u otras partículas pequeñas apreciadas que están presentes. En el caso de la canola desgrasada, hay típicamente partículas de sustancia celular que tienen una dimensión mayor de hasta aproximadamente 75 micras. Por ello, es más preferido tener filtros con al menos una abertura mínima de 100 micras y preferiblemente una abertura mínima de 150 micras, para permitir que las sustancias celulares pasen al extracto. La abertura máxima no es muy crítica, siempre que sea lo bastante pequeña para que los materiales fibrosos presentes no pasen a su través. Típicamente, se pueden usar filtros con aberturas máximas de hasta 2500 micras, ya que típicamente la mayoría de los materiales fibrosos tales como cáscaras y paja (que se desea sean retenidos en el resultado retenido después de la filtración) no pasan a través de los filtros de este tamaño. Sin embargo, donde hay trozos menores de cáscaras y paja, la abertura máxima puede ser reducida consiguientemente, en particular ya que muy pocas sustancias celulares son mayores de 75 micras en su mayor diámetro. Por ello, se prefiere a menudo un filtro con una abertura máxima de 190 micras o 250 micras.

Por "abertura máxima" y "abertura mínima" del filtro se quiere significar la dimensión media máxima o mínima (según el caso) de las aberturas del filtro. Si las aberturas son sustancialmente redondas y de tamaño uniforme, entonces la abertura máxima y la abertura mínima son la misma, y ambas son el diámetro de la abertura (esto es llamado a veces el "tamaño del poro"). Si son aproximadamente cuadradas en sección transversal, entonces la "abertura máxima" es la diagonal que cruza el cuadrado y la abertura mínima es la longitud de un lado. Generalmente, es preferido tener aberturas que sean redondas, cuadradas, o de forma rectangular, con lados y extremos que no son muy diferentes de longitud, en lugar de tener aberturas con una dimensión (por ejemplo una longitud) mucho mayor que otra dimensión (por ejemplo la anchura). Así, de manera deseable, las aberturas máxima y mínima no son muy diferentes entre sí. Las aberturas deberían también ser aproximadamente de la misma sección transversal a través del espesor completo del medio de filtración, para impedir que las partículas resulten atrapadas en el medio de filtración. La mayoría de los medios de filtración para filtración por impulsor o filtración de cinta son mallas metálicas o textiles, con aberturas cuadradas uniformes o aproximadamente cuadradas entre alambres paralelos alternativos o hilos de la malla. En el caso de una prensa de cinta, el grosor de las cintas y el diseño tejido del material afecta también a que pueda pasar a través de la cinta, y necesita ser considerado así como el tamaño de abertura si se desea que partículas pequeñas (tales como sustancias celulares) pasen a través de la cinta.

Distintas realizaciones del invento serán descritas con respecto a los dibujos.

La fig. 1 ilustra una realización preferida del invento. En la fig. 1, hay una etapa de formación de pasta indicada generalmente en 10. La semilla oleaginosa desgrasada 1 (u otro producto vegetal que contiene proteínas y/o carbohidratos solubles y partículas pequeñas de proteínas y/o carbohidratos insolubles en un sólido que es en gran parte fibra) y el agua 2 son colocados en un recipiente 12. En el recipiente 12, son mezclados y agitados por medio de un impulsor 13 para formar una pasta 100. La pasta 100 es extraída del recipiente 12 periódicamente. Esto se puede hacer de cualquier modo conveniente, pero se ha hecho en la realización ilustrada presente por medio del tubo o conducto de salida 15. El tubo de salida 15 puede estar provisto de medios de válvula adecuados 14 para cerrarlo hasta que la semilla oleaginosa desgrasada 1 y el agua 2 hayan sido mezcladas para hacer una pasta 100 de la consistencia deseada.

La pasta 100, que es retirada a través del tubo 15, es hecha pasar a un filtro accionado por impulsor generalmente indicado como 20. El filtro accionado por impulsor tiene un medio de filtración 21, que es preferiblemente una malla formada en un tubo. La malla rodea un impulsor 22, que es un tornillo sin fin que ajusta estrechamente contra la malla 21 que forma el tubo. La pasta 100 pasa a través del tubo de malla 21, y el tornillo sin fin. Cuando mueve la pasta hacia delante y hacia arriba, el tornillo sin fin 22, a través del contacto de estrecho ajuste del tornillo sin fin 22 con el medio de filtración de malla 21, barre la pasta a través del medio de filtración 21. De modo adecuado, la malla es de tamaño de malla suficientemente grande (abertura mínima) de manera que los trozos pequeños de sustancia celular que están en la pasta pasan a través de la malla y caen, con el líquido, al recipiente 23. El recipiente 23, contiene por ello líquido 101, que ha sido filtrado desde la pasta, y las partículas 102 de sustancia de célula, que también han pasado a través de la malla 22. El líquido 101 y las partículas 102 de sustancia celular juntos, tienen un alto contenido en proteínas y pueden ser procesados además para hacer un alimento o suplemento alimenticio humano o animal de elevado
valor.

Emergiendo desde la parte superior del tornillo sin fin 22 hay un residuo húmedo 103, que es el residuo que permanece después de que el líquido 101 y las sustancias de célula 102 han sido filtrados desde la pasta 100. El residuo 103 es hecho pasar a un filtro de compresión en forma de una prensa de cinta 30. La prensa de cinta 30 está mostrada esquemáticamente como con una cinta sin fin 31, que rueda sobre rodillos 33 y la cinta sin fin 32, que rueda sobre rodillos 34. Las cintas están orientadas de manera que pasan sobre los rodillos en un trayecto en serpentín aumentando la compresión sobre el material entre las cintas cuando la pasta pasa a través de izquierda a derecha en la fig. 1. Cuando las cintas se aproximan entre sí, el líquido es exprimido del residuo 103 y cae como líquido 104 al recipiente 35. En la salida 36, al residuo 103 se le ha extraído ampliamente el agua y se extruye desde la salida 36 como una torta de prensado 105 sustancialmente sólida. Esta torta de prensado es cortada o desmenuzada por la cuchilla 40, y cae como producto 106 en el recipiente 41. El producto 106 es apropiado para usar como un alimento para animales rumiantes.

La fig. 1a muestra una vista seccionada a través de una forma alternativa de filtro de compresión adecuado para usar con el sistema de la fig. 1. El residuo 103 es hecho pasar a un filtro de compresión en forma de una prensa de tornillo 70. La prensa de tornillo 70 está mostrada con una sección transversal tomada a través del alojamiento 71 para representar la manera de funcionar de esta forma de prensa de tornillo. Un tornillo de Arquímedes 72 gira dentro del alojamiento 71 para empujar el residuo 103 entrante desde la izquierda a la derecha en el dibujo a lo largo del paso formado por el alojamiento 71. El tornillo de Arquímedes 72 tiene un diámetro creciente de su vástago 77 de izquierda a derecha en la fig. 1a. El paso definido por el alojamiento 71 y los hilos 78 del tornillo disminuye por ello en el área en sección transversal de izquierda a derecha. Cuando el tornillo gira, la disminución en el área en sección transversal disponible para el material que pasa a través del paso aumenta la presión sobre el material y hace que el líquido sea expulsado de la prensa de tornillo a través del medio de filtración 73 que está dispuesto a lo largo de una longitud del interior de la prensa de tornillo. El líquido es dirigido a lo largo del paso 75 desde el cual puede ser dirigido al recipiente 35 de la fig. 1. Al final del filtro, el residuo 103 ha sido comprimido y extruído desde el filtro a través del paso 76 como una torta de prensado que puede ser dirigida al recipiente 41 de la fig. 1.

La fig. 2 muestra una variante de la fig. 1. En la fig. 2, números similares indican partes similares a la fig. 1. En vez de una prensa 30 de cinta, la realización de la fig. 2 tiene una prensa 50 de pistón. La prensa 50 de pistón tiene una cámara de compresión 51, con un extremo formado por la malla 52. De modo adecuado la cámara de compresión 51 es un cilindro, pero puede tener otras formas si se desea, siempre que el pistón ajuste dentro para comprimir el residuo 103. El residuo húmedo 103 es movido (por ejemplo por una cinta transportadora 29), a la cámara de compresión 51, donde queda contra el extremo de la malla 52. Cuando el cilindro está suficientemente lleno con una parte discreta del residuo húmedo 103A, la alimentación de residuo es interrumpida. Esto se puede hacer dirigiendo el transportador 29 a un recipiente de soporte (no mostrado) o deteniendo el tornillo sin fin 22, de manera que no se ponga material sobre la cinta transportadora 29.

El pistón 53 es a continuación hecho descender a la cámara de compresión 51, comprimiendo el residuo 103 y exprimiéndolo, para prensar hacia fuera el líquido 104. Este líquido es recogido en un recipiente 35. El pistón 53 es a continuación retirado, y el residuo comprimido es extraído como una torta de prensado 105A. Esta es hecha avanzar sobre una cinta transportadora adecuada 42 a una cuchilla 40, donde es cortada en trozos, que caen al recipiente 41 para formar el producto 106A. El producto 106A de esta realización es esencialmente el mismo que el producto 106 de la primera realización descrita antes, excepto en que, dependiendo de la presión ejercida por el pistón 53 en la cámara de compresión 51, y la duración del tiempo durante el que es ejercida la presión, el producto 106A de esta realización puede hacerse que sea algo más seco que el producto 106 de la primera realización. El hecho de que el producto pueda estar más seco es desde luego una ventaja, ya que se necesita un menor secado subsiguiente. Sin embargo, esto ha de ser compensado contra el hecho de que la necesidad de llenar la cámara de compresión, comprimiendo entonces el pistón a ella, requiere que el proceso de la fig. 2 sea discontinuo, en vez del proceso continuo de la fig. 1. Generalmente, el proceso de la fig. 1 requiere menos trabajo que el proceso de la fig. 2.

La fig. 3 muestra una tercera realización del invento. Los mismos números de referencia son usados en la fig. 3 que en las figs. 1 y 2, cuando son ilustradas cosas similares.

La realización de la fig. 3 muestra un tipo diferente de filtro de impulsor del de la fig. 1. En la fig. 3, el filtro de impulsor es un recipiente abierto ilustrado generalmente como 60, con paredes 61 y una parte inferior de malla 62. El recipiente tiene en él un impulsor del tipo de paleta indicado generalmente como 63, que tiene cuchillas de paleta 64 que giran alrededor de un eje motorizado 65. Cuando las cuchillas 64 giran, empujan la pasta contra la malla de filtración 62. Esto provoca la expulsión del líquido 101, con sustancias celulares 102 en él, al recipiente 23 situado debajo.

De vez en cuando, la alimentación de canola desgrasada 1 y agua 2 es interrumpida. Las paletas 64 son hechas dejar de funcionar hasta que sustancialmente no pase más liquido a través de la malla 62. Lo que queda en el recipiente 60 es entonces un residuo 103B, no como el 103 de la primera realización o el 103A de la segunda realización. El impulsor 63 es extraído, y el contenido del recipiente 60 es vertido a la cinta transportadora 29 para ser hecho pasar a la segunda etapa. El contenido es un residuo húmedo 103B.

En la realización mostrada en la fig. 3, la filtración de la segunda etapa es una centrífuga de filtración por lotes mostrada generalmente como 80. La centrífuga tiene un eje central 81, accionado por un motor 82. El eje soporta un brazo 83 con un recipiente de separación (mostrado en sección) en el extremo. El recipiente de separación está mostrado en 84 en una posición y en 84A (en líneas de trazos) en una segunda posición. Medios de acceso articulado, (no mostrados) permiten acceso al recipiente de separación. En funcionamiento, el recipiente de separación (originalmente en la posición mostrada por líneas de trazos 84A) es cargado con el residuo húmedo 103B, como se ha mostrado esquemáticamente por la flecha 91. La centrífuga es hecha funcionar para separar el líquido del residuo. La centrífuga es a continuación parada, con el recipiente de separación, por ejemplo, en la posición 84 trazada con líneas continuas. El residuo húmedo 103B se ha separado en un sólido 105B (que es generalmente similar a la torta de prensado sólida 105) y en un líquido 104. El líquido 104 y el sólido 105B son extraídos de la centrífuga como se ha mostrado por las flechas 95 y 96, respectivamente. El sólido 105B puede ser cortado con la cuchilla 40 para hacer trozos 106B, similares a los trozos del producto 106 o 106A en las realizaciones anteriores.

Puede usarse una centrífuga continua en vez de la centrífuga de lotes mostrada.

En cada una de las realizaciones descritas, el líquido 104 tiene un elevado contenido en proteínas. Puede usarse directamente como un alimento o alimento animal o mezclado con líquido 108 (y sustancias celulares 102 arrastradas) para uso directo como alimento o alimento animal. Alternativamente, para reducir las necesidades de agua del proceso, el líquido 104 puede ser usado como la alimentación líquida a la primera etapa en vez de agua 2, o mezclado con algo de agua 2 para maquillaje. Esto está mostrado por flechas de trazos 110 y 111 respectivamente. Si es usado de este modo el reciclado del líquido 104, el producto líquido puede ser extraído del recipiente 23, bien continúa o discontinuamente, como se ha mostrado en 112.

En muchos casos, es deseable repetir una o más de las etapas de filtración, para aumentar la recuperación de proteínas en el producto líquido. Así, es algunas veces deseable volver a formar pasta con el producto 106, 106A o 106B en agua, y volver a hacer la filtración de primera y segunda etapas. Así, el proceso es repetido una segunda vez (o más de dos veces) habiendo usado el producto 106, 106A o 106B en vez de semilla oleaginosa 1 como una entrada para la primera etapa. Esto extrae además proteínas solubles y partículas más pequeñas de sustancias de célula, de modo que más del valor de proteínas y carbohidratos de la semilla oleaginosa desgrasada u otro producto vegetal es recuperado en los productos líquidos 101 y 104.

Es también deseable en algunos casos reciclar residuo húmedo 103, 103A o 103B al recipiente 61, para repetir la filtración de la primera etapa una o más veces adicionales, antes de enviar el residuo húmedo por la cinta transportadora 29 a la segunda etapa. Esto está mostrado diagramáticamente por la línea de trazos 113. El aparato de filtración de la segunda etapa (un filtro de compresión o una centrífuga) es más caro que el aparato de filtración de la primera etapa. La repetición de la primera etapa puede por ello en algunos casos permitir que se extraiga más producto de proteínas al recipiente 23, requiriendo por ello menos pasadas a través del equipo de la segunda etapa al tiempo que se mantiene aún una buena eficiencia de extracción.

Las relaciones de agua a semilla oleaginosa desgrasada u otro material vegetal usado en este proceso pueden variar considerablemente. Relaciones de humedad elevadas (relaciones con más agua) proporcionan generalmente eficiencias de extracción mejoradas: sin embargo, los costes de equipo son más elevados debido al tamaño del equipo requerido para manejar la mayor cantidad de corrientes de agua y de líquido. Bajas relaciones de humedad dan como resultado el solapamiento de pastas gruesas que son difíciles de transportar y proporcionan una extracción menos eficiente de proteínas apreciadas. Generalmente se ha preferido usar una relación de agua/semilla oleaginosa de aproximadamente 2,5:1 a 20:1 (peso/peso) con copos de canola. Se ha preferido también calentar el agua (por ejemplo a 50-75 grados C) para ayudar a la disolución de las proteínas y carbohidratos en ella. Sin embargo, la relación de agua a producto vegetal y la temperatura del agua dependen ampliamente de las economías del proceso en la instalación específica, y no están destinadas a limitar el proceso descrito.

El filtro 60 de impulsor de la fig. 3 puede ser usado en las realizaciones, bien de la fig. 1 o 2 en lugar del filtro 20 de impulsor de esas figuras. La centrífuga 80 (o una centrífuga continua) puede ser usada en las realizaciones de las figs. 1 o 2 en vez de los filtros de compresión de esas realizaciones. Lo importante es que haya una filtración de etapa de impulsor para extraer o retirar el volumen del líquido viscoso, seguido por un proceso de filtración por compresión o centrífuga de segunda etapa para la reducción de la humedad.

El invento será descrito a continuación por medio de ejemplos comparativos.

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Ejemplo 1

Ejemplo comparativo

Uso de prensa de cinta solamente

En este ejemplo, los copos de canola fueron mezclados con agua y filtrados usando solamente filtración por compresión (con la disposición mostrada en 30 en la fig. 1). El producto (106) es a continuación vuelto a suspender en una menor cantidad de agua, y filtrado de nuevo a través de la prensa de cinta.

Quince kg de copos de canola 100 de los que se han eliminado los disolventes y de los que se ha extraído aceite fueron convertidos en pasta con 90 kg de agua a 60º C (6 partes de agua:1 parte de copos de partida) y mezclados a una consistencia uniforme durante un período de 10 minutos. Resultó una pasta muy viscosa. La pasta fue alimentada a una prensa de filtro de cinta de 7 rodillos (Modelo EJ-25-9, Frontier Technologies. Allegan, Michigan, Estados Unidos de Norteamérica) equipados con cintas de aproximadamente 5 x 30 cm de abertura de paso de aire de 9,9 m^{3}/minuto. (Este aparato está mostrado esquemáticamente en la fig. 1 en 30). La pasta fue comprimida entre las cintas de tal modo que un extracto que contenía pequeños fragmentos de sustancias celulares fue separado del material de residuo extraído. La presión en las cintas fue mantenida constante aproximadamente a 551 kPa. Las velocidades de procesado fueron ajustadas al máximo basado en la cantidad de pasta que podría ser alimentada a la prensa sin extrusión de pasta de los costados de la cinta al tiempo que se mantenía una materia seca final aceptable de la torta de prensado > 30%. Las velocidades de procesado de cinta fueron calculadas como la cantidad de copo blanco seco en la pasta procesada por metro de anchura de cinta por minuto. Los pesos y el contenido de materia seca del extracto y de la primera torta de prensado fueron determinados.

La torta procedente del primer paso fue a continuación vuelta a formar pasta con 60 Kg de agua a 60º C de tal modo que la cantidad total de agua usada en las dos pasadas fue igual a 10 partes de agua:1 parte de copo de canola seca. La segunda pasta fue menos viscosa que la primera, pero aún notablemente viscosa. Se procesó a través de la prensa de filtro de cinta como se ha descrito previamente. Las velocidades y mediciones de proceso del extracto y de la torta fueron como se ha prescrito para la primera pasada.

Los extractos (líquidos 102 y 104) procedentes de las 2 pasadas fueron combinados y el peso total, contenido de materia seca y eficiencia de extracción fueron determinados. Los sólidos suspendidos fueron determinados como % del volumen total de extracto como sólidos empaquetados en la parte inferior del tubo de la centrífuga después de centrifugación a 5000 rpm durante 5 minutos.

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Ejemplo 2 Ejemplo usando el proceso del invento

En este ejemplo, fue usado el aparato mostrado esquemáticamente en la fig. 1 (un filtro de tipo impulsor como se ha mostrado en 20 seguido por la prensa de cinta como se ha mostrado esquemáticamente en 30).

Quince kg de copos de canola 100 de los que se han eliminado los disolventes eliminados y a los que se ha extraído aceite fueron convertidos en pasta con 90 kg de agua a 60º C (6 partes de agua:1 parte de copos de partida) y mezclados a una consistencia uniforme durante un período de 10 minutos. La pasta (que fue muy viscosa) fue alimentada a una prensa del tipo de tornillo sin fin accionado por impulsor equipado con un tamiz de filtro cónico de 15,24 cm de diámetro con aberturas de 118 micras de tamaño (Modelo FF-6, Vincent Corporation, Tampa, Florida, Estados Unidos de Norteamérica). El impulsor propulsó la pasta sobre la superficie interior del tamiz dando como resultado una separación para generar un grueso extracto que contenía pequeños fragmentos de sustancias celulares y una torta extraída. Los pesos y el contenido de materia seca del extracto y de la primera torta de prensado fueron determinados.

La torta de filtrado procedente de la operación de filtración por impulsor estaba relativamente húmeda y así pobremente adecuada para el secado. Sin embargo, una parte sustancial del líquido viscoso fue extraída durante la operación de la primera filtración. La torta fue a continuación procesada directamente a través de la prensa de filtro de cinta como se ha descrito en el ejemplo comparativo anterior. Las velocidades de proceso, pesos y contenido de materia seca del extracto y torta fueron determinados como se ha descrito.

La torta descargada desde la prensa de filtro de cinta fue vuelta a formar pasta con 60 kg de agua a 60º C de tal modo que la cantidad total de agua usada en las dos pasadas igualó 10 partes de agua:1 parte de copo de canola seca. La segunda pasta fue procesada a través del filtro del impulsor y la torta a continuación procesada a través de la prensa de filtro de cinta como se ha descrito para el primer paso. Las velocidades del proceso y mediciones de los extractos y de las tortas fueron como se ha descrito para la primera pasada. La tabla muestra velocidades de procesado de la prensa de cinta, pesos y contenido de materia seca de extractos y tortas, eficiencias de extracción y pérdidas de materia seca para el ejemplo comparativo (Ejemplo 1) y el ejemplo de acuerdo con el invento (Ejemplo 2).

En la tabla, se han usado las siguientes abreviaturas:

BP - prensa de cinta. BP-1 indica la primera pasada a través de la prensa de cinta en el ejemplo, y BP-2 indica la segunda pasada a través de la prensa de cinta.

IF - filtro de impulsor. IF-1 indica la primera pasada a través del filtro de impulsor en el ejemplo 2 e IF-2 indica la segunda pasada a través del filtro de impulsor en el ejemplo 2. El filtro de impulsor no fue usado en el ejemplo 1.

Extracto - los líquidos combinados mostrados como 102 y 104 en la fig. 1, con cualquier sustancia de célula y 102 contenida en ellos.

dm - materia seca

ss - sólidos suspendidos.

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Tanto el filtro de impulsor como la prensa de filtro de cinta permitieron el paso de cantidades considerables de material de sustancia de célula valorados en forma de pequeñas partículas de sólidos suspendidos. En el extracto fue evidente muy poca contaminación del extracto por material de cáscara.

En el ejemplo 1 ambas pastas de alta humedad fácilmente extruídas desde los costados de la cinta dan como resultado velocidades de procesado muy bajas. En el ejemplo 2 el procesamiento inicial de la pasta con el filtro de impulsor extrajo 9,2 kg de extracto y generó una torta de 21,8 kg que fue fácilmente procesada por paso a través de la prensa de cinta. La velocidad de procesado de la prensa de cinta fue 7,4 veces mayor que la obtenida sin retirada del volumen de líquido con el filtro de impulsor. La materia seca final de la torta de prensado fue 37,0%. Se obtuvieron resultados similares en el procesamiento de la torta vuelta a suspender a partir de la primera pasada. La retirada anterior del volumen de líquido viscoso con el filtro de impulsor dio como resultado un aumento de 15 veces las velocidades de procesamiento de la prensa de cinta, así como una eficiencia de extracción ligeramente mejor. Aproximadamente el 75% de las proteínas en el copo de canola fue recuperado en el extracto.

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100

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Aunque el invento ha sido mostrado y descrito en realizaciones particulares, se comprenderá que otras realizaciones serán evidentes para un experto en la técnica. Por ello, se ha pretendido que el invento no esté limitado por las realizaciones particulares, sino que en vez de ello tenga la total extensión descrita en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un proceso para separar componentes de proteínas y/o carbohidratos a partir de componentes que contienen fibra insoluble de un producto vegetal que comprende las operaciones de: (a) mezclar dicho producto vegetal con agua para formar una pasta; (b) filtrar la pasta por filtración por impulsor en la que una cuchilla o paleta de impulsor giratoria barre la pasta sobre el medio de filtración para formar un filtrado predominantemente líquido y un residuo sólido húmedo y minimizar la compactación del medio de filtración; y (c) eliminar agua del residuo sólido por un medio de filtración por compresión.

2. El proceso según la reivindicación 1ª en el que dicha operación de filtración por impulsor comprende la filtración continua de la pasta por un paso accionado por un tornillo sin fin a través de un filtro tubular.

3. El proceso según la reivindicación 1ª en el que dicha operación de filtración por impulsor comprende la filtración periódica de la pasta por mezclado accionado por impulsor en un recipiente, una parte de cuyo recipiente es un medio de filtración, haciendo el impulsor que la pasta sea barrida a través del medio de filtración para expulsar el filtrado del recipiente.

4. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1ª - 3ª en el que el filtrado predominantemente líquido contiene también pequeñas partículas de sólido con alto contenido en proteínas y/o carbohidratos.

5. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 4ª, en el que el producto vegetal es una sustancia de semilla oleaginosa desgrasada.

6. Un aparato de separación para tratar un producto sólido con componentes solubles en agua, que comprende en combinación : (a) medios para mezclar dicho producto vegetal con agua para formar una pasta; (b) un filtro de tipo de impulsor en el que una cuchilla o paleta de impulsor giratoria barre la pasta sobre el medio de filtración para separar la pasta en un filtrado y una sustancia retenida húmeda y minimiza la compactación del medio de filtración; y (c) medios de filtración de compresión para eliminar agua adicional de la sustancia retenida húmeda.

7. El aparato según la reivindicación 6ª en el que dicho filtro del tipo de impulsor comprende un medio de filtración tubular que aloja un impulsor de tornillo sin fin que se ajusta estrechamente al medio de filtración.

8. El aparato según la reivindicación 6ª en el que dicho filtro del tipo de impulsor comprende un recipiente que incluye un medio de filtración que forma parte del límite del recipiente y un impulsor dispuesto para su movimiento dentro de recipiente que ajusta estrechamente a dicha parte.

9. El aparato según la reivindicación 7ª u 8ª en el que dicho medio de filtración es una malla.

10. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6ª-9ª, en el que dicho medio de filtración tiene una abertura mínima al menos de 75 micras y una abertura máxima de hasta aproximadamente 2500 micras.