MXPA02002441A - Aparato y metodo para reducir concentraciones residuales de solventes. - Google Patents

Abstract

Se describe un metodo para reducir las concentraciones de solvente residual en biomasa extraida que esta contaminada con solvente de HFC que incluye introduccion del extracto de biomasa con un gas de extraccion de solvente tal como aire o nitrogeno. El aparato para llevar a cabo el metodo incluye un recipiente (12) que contiene extracto (26) y una fuente de gas. La fuente puede estar en forma de una varilla (27) hueca movil que tiene una salida de gas de introduccion; o una entrada de gas fija para burbujear el gas a traves del extracto (26).

Description

APARATO Y MÉTODO PARA REDUCIR CONCENTRACIONES RESIDUALES DE SOLVENTES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con aparatos y un método para reducir concentraciones residuales de solvente, especialmente después de "extracción" de biomasa. Esta es la extracción de sabores, fragancias o ingredientes farmacéuticamente activos de materiales de origen natural (estos materiales de denominarán como "biomasa" en este documento) . Los ejemplos de materiales de biomasa incluyen, pero no se limitan a sustancias con sabor o aromáticas, tales como coriandro, clavos, anís de estrella, café, jugo de naranja, semillas de hinojo, comino, jengibre y otras clases de corteza, hojas, flores, fruto, raíces, rizomas y semillas. La biomasa también se puede extraer en forma de sustancias biológicamente activas tales como plaguicidas y sustancias farmacéuticamente activas o precursoras de las mismas, que se pueden obtener por ejemplo a partir de material vegetal, un cultivo celular o un caldo de fermentación. Existe un interés técnico y comercial cada vez mayor en utilizar solventes casi críticos en tales procesos de extracción. Los ejemplos de tales solventes incluyen dióxido de carbono licuado o, de interés particular, una familia de solventes libres de cloro basados en especies de hidrofluorocarburos (HFC) orgánicos . Mediante el término "hidrofluorocarburos" nos referimos a materiales los cuales contienen átomos de carbono, hidrógeno y 5 flúor solamente y los cuales por lo tanto no contienen cloro. Los hidrofluorocarburos preferidos son los hidrofluoroalcanos y particularmente hidrofluoroalcanos de 1 a 4 átomos de carbono. Los ejemplos adecuados de hidrofluoroalcanos de 1 a 4 átomos de carbono los cuales se pueden utilizar como 10 solventes incluyen por ejemplo, trifluorometano (R-23), fluorometano (R-41) , difluorometano (R-32), pentafluoroetano (R- 125), 1, 1, 1-trifluoroetano (R-143a) , 1 , 1 , 2 , 2-tetrafluoroetano (R- 134), 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) , 1 , 1-difluoroetano (R- 152a), heptafluoropropanos y particularmente 1,1,1,2,3,3-15 heptafluoropropano (R-227ea) , 1, 1 , 1 , 2 , 3 , 3 -hexafluoropropano (R- 236a), 1, 1, 1, 2, 2, 3-hexafluoropropano (R-236cb) , 1,1,1,3,3,3- hexafluoropropano (R-236fa) , 1, 1 , 1 , 3 , 3 -pentafluoropropano (R- 245fa) , 1, 1, 2, 3, 3 -pentafluoropropano (R-245ca), 1,1,1,2,3- pentafluoropropano (R-245eb) , 1 , 1 , 2 , 3 , 3 -pentafluoropropano (R-20 245ea) y 1, 1 , 1, 2 , 3 -pentafluorobutano (R-365mfc) . Se pueden utilizar si se desean mezclas de dos o más hidrocarburos. Se prefieren R-134a, R-227ea, R-32, R-125, R-245ca y R- 245fa. Un hidrofluorocarburo especialmente preferido para uso 25 en la presente invención es 1 , 1 , 1 , 2 -tetrafluoroetano (R-134a) . tit -JA-A - ^ .

Es posible llevar a cabo extracción de biomasa utilizando otros solventes, tales como clorofluorocarburos ("CFC") o hidroclorofluorocarburos ("HCFC") o mezclas de los solventes, o cualquiera de ellos. El proceso de extracción conocido utilizando estos solventes habitualmente se lleva a cabo en un equipo de extracción de circuito cerrado. Un ejemplo 10 típico de tal sistema se muestra esquemáticamente en la figura 1. En este sistema típico, se permite que el solvente licuado percole por gravedad en un flujo descendente a través de un lecho de biomasa que se mantiene en un recipiente 11. De aquí fluye a un evaporador 12 en donde se vaporiza el solvente de vapor volátil por intercambio de calor con un fluido caliente. El vapor del evaporador 12 después se comprime por el compresor 13. El vapor comprimido después se alimenta a un condensador 14 en donde se licúa por intercambio de calor con un fluido frío. El solvente licuado después se recolecta opcionalmente en un recipiente 15 de almacenamiento intermedio (receptor) o se regresa directamente al recipiente 1 de extracción para completar el circuito. La extracción de sabores, fragancias o de componentes farmacéuticamente activos a partir de materiales de origen natural utilizando solventes libres de cloro basados en HFC y otros solventes como se indicó es de interés técnico y comercial cada vez mayor. Una razón para el uso de un circuito de t^-i.-..,^-*..,--4.. , ..ir-. extracción de circuito cerrado de la figura 1 es evitar la liberación indeseable de HFC u otros solventes a la atmósfera. Las concentraciones residuales de solvente en los extractos que van a ser utilizados en productos alimenticios está determinada por la legislación en muchos países. Las concentraciones de solventes residuales en extractos para otras aplicaciones generalmente se definen menos estrictamente. Incluso cuando la legislación no establece una concentración específica de residuo de solvente, generalmente es deseable minimizar las concentraciones de residuo cuando es económico y aplicable hacerlo de esta manera. En la técnica anterior, se han reducido los residuos de solventes residuales a través de una combinación de calor y evacuación, o en el caso de solventes de C02, por evacuación relativamente moderada sola. Desafortunadamente, el proceso de calentamiento y evacuación con frecuencia tiene un afecto dañino sobre el aroma del extracto terminado, muchos de los componentes volátiles de la "nota superior" se han removido junto con el solvente. Uno de los beneficios clave de utilizar un solvente tal como 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (R-134a) para extracción de materiales de origen biológico es su capacidad de retener componentes de sabor y fragancia relativamente volátiles. Para mantener la alta calidad de los extractos obtenidos con R-I34a, se requiere un método para reducir las concentraciones de solvente residual que no dañe significativamente el compartimiento organoeléctrico del extracto. De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un aparato como se define en la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método como se define en la reivindicación 3. Las características preferidas del aparato y método se establecen en las reivindicaciones dependientes. Ahora sigue una descripción de las modalidades preferidas de la invención, a modo de ejemplo no limitante, en donde se hace referencia a los dibujos anexos, en los cuales: la figura 1 es una representación esquemática de la planta de extracción de biomasa de la técnica anterior; la figura 2 muestra parte de la planta de la figura 1 modificada para incluir las características de acuerdo con la invención; la figura 3 muestra un recipiente alternativo, que no forma una parte de la invención como se reivindica en la presente; y las figuras 4 y 5 son gráficas técnicas que ilustran los resultados de experimentos comparativos que incluyen el método de la invención. La figura 2 muestra parte del circuito de la figura 1, modificado de acuerdo con la invención. En la figura 2, los componentes que tienen la misma función que sus contrapartes en ^iA i la figura 1 de igual manera tienen los mismos números de referencia y no se describen nuevamente con detalle. La tubería 12a de suministro de vapor de solvente que sale de la parte superior del evaporador 12 se puede conectar conmutablemente, por medio de una válvula 29 de control de flujo, a un compresor 13 (cuando el aparato está en uso para extraer biomasa) ; a una fuente de vacío (para purgar el evaporador 12 al final del proceso de extracción) o a una tubería 31 de desecho de gas de introducción. La válvula 29 de control de flujo es controlable, por ejemplo manualmente o por medio de una computadora. La figura 2 muestra una varilla 27 de introducción que se puede sumergir en el licor 26 de extracto de biomasa en el evaporador 12 que, durante e inmediatamente después de la extracción, está contaminado con solvente de HFC. La varilla 27 es un miembro alargado hueco que tiene una o más perforaciones en la misma. La varilla 27 está abierta en un extremo que se conecta a una tubería 27a de suministro de gas de introducción presurizado, tal como aire o nitrógeno. La varilla 27 se puede insertar en el evaporador 27, por ejemplo vía una placa de acceso o compuerta y se sumerge bajo la superficie del extracto 26. Cuando el gas de introducción fluye a través de la tubería 27a dentro del interior 27 hueco, sale vía las perforaciones en la varilla 27 y se difunde a través del licor 26.

Como un arreglo alternativo que se muestra en la figura 3, en el cual el introducción se produce en un recipiente 25 hueco alejado del evaporador 12. En este caso, la varilla 27 se puede utilizar de la misma manera que en la figura 2. De manera alternativa, como se muestra se puede conectar permanentemente un suministro 30 de gas de introducción (aire o N2) vía un orificio por debajo de la superficie del licor 26 en el recipiente 30 o el evaporador 12. Esta última distribución no forma parte de la invención como se reivindica. El método propuesto de reducción de solvente HFC residual es como sigue. Después de que finaliza el proceso de extracción, el extracto recolectado se somete a evacuación moderada, por ejemplo por medio de una conexión al vacío en la figura 2, para eliminar el volumen principal del solvente, para recuperación. En esta etapa, la concentración residual de solvente es probable que sea del orden de 10,000 ppm. Después se introduce el gas de introducción dentro del extracto, por ejemplo utilizando la varilla 27 y se continúa el introducción a una velocidad y durante un período suficiente para obtener el nivel deseado de residuo de solvente, habitualmente en el orden de 1-100 ppm. Durante el introducción, el evaporador o el recipiente de salida se pueden conectar a la tubería 31 de desecho de gas de introducción . ...^..^«.t,^ Este proceso se puede llevar a cabo dentro del evaporador/colector 13 del equipo de extracción (método de la figura 2) ; en un recipiente separado (método de la figura 3) o en un recipiente 25 de almacenamiento para el extracto; o en una columna de extracción o arrastre a contracorriente en donde el extracto (líquido) se hace pasar sobre el material de empacado en contacto con el gas de introducción. Aunque se puede utilizar aire como el gas de introducción con un buen efecto, el uso de nitrógeno es benéfico en la medida en que proporciona una atmósfera inerte sobre el extracto, por lo que mejora la estabilidad de almacenamiento, especialmente cuando el introducción se lleva a cabo en el recipiente mismo de almacenamiento de extracto. Cuando el extracto está en forma de un sólido con punto de fusión bajo o de una pasta, el extracto se puede calentar benéficamente antes del introducción, para generar un líquido. La eficacia del método de la invención se ilustra por el siguiente ejemplo no limitante.

Ejemplo Las muestras se someten a una combinación de calor (hasta 40 *C) y vacío durante períodos conocidos de tiempo así como introducción de nitrógeno. Se elaboran gráficas que indican la velocidad de remoción de 1 , 1 , 1 , 2-tetrafluoroetano ("R-134a") .

Métodos de remoción utilizados Para determinar la cantidad de R-134a residual se pesan 0.5 g de extracto en un frasco Hypo-seal de 30mil y se sella por compresión con un tapón de caucho de silicona recubierto con PTFE . Se calienta el frasco a 80 'C durante 30 min para liberar el R-134a del extracto. Se retira el frasco del horno y se presuriza con 20 ml de aire desde una jeringa. Después se permite que la jeringa se vuelva a llenar y se inyecta de inmediato a un cromatógrafo de gases por medio de una válvula de muestra de gas. El cromatógrafo de gases previamente ha sido calibrado. iiü..,,,,.,.^ Después se calculan los resultados en % (o ppm) , peso/peso de R-134a/peso de biomasa o extracto. El límite de detección es de aproximadamente 50 ppm, p/p de R-134a en el extracto. Las figuras 4 y 5 muestran los resultados de los tratamientos .

DISCUSIÓN Para el extracto de anís de estrella utilizado en este experimento, el uso de vacío y calor (40 °C) eliminará cantidades relativamente grandes de R-134a residual en un espacio de tiempo relativamente breve (es decir, 2700 a 100 ppm, p/p, en menos de 20 minutos) pero con un tiempo prolongado necesario para reducción adicional. Se esperan resultados similares de otros materiales de extracción. Se puede ver de la figura 5 que el medio más efectivo de eliminación de R-134a es el método de introducción de nitrógeno (10,000 a < 1 ppm p/p durante 10 min) . Este método también tiene la ventaja adicional de que no requiere ningún tratamiento con calor del extracto. Además, el introducción con nitrógeno proporciona una atmósfera inerte para almacenamiento posterior.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para reducir las concentraciones residuales de solvente en una sustancia extraída de biomasa, el aparato comprende un recipiente para contener una sustancia en forma líquida y contaminada con un solvente de HFC; y un suministro de gas para introducción de extracto de biomasa en el recipiente con un vapor de extracción de solvente, en donde el suministro de gas incluye una varilla hueca que tiene una salida de gas y que se conecta a una fuente de vapor de extracción de solvente presurizado, por lo que el vapor de extracción de solvente fluye desde la fuente a través de la varilla hueca para salir, vía la salida de gas, la salida de gas de la varilla se sumerge de manera movible en la sustancia líquida para permitir el introducción de la misma por el vapor de extracción de solvente.

2. El aparato como se describe en cualquier reivindicación precedente, en donde el suministro de gas suministra aire o nitrógeno, o ambos, para introducción de un extracto de biomasa.

3. Un método para reducir las concentraciones de solvente en una sustancia extraída de biomasa, el método comprende introducción de la sustancia, en forma líquida y iii A.. contaminada con un solvente de HFC, con un vapor de extracción de solvente.

4. El método como se describe en la reivindicación 3, en donde el vapor de extracción de solvente es aire o nitrógeno.