PL237615B1 - Sposób i instalacja do otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu oraz instalacji do otrzymywania koncentratu z materiału pochodzenia roślinnego, które dzięki zastosowaniu procesu przeciwprądowej wymiany masy w połączeniu z dwoma etapami oczyszczania oraz koncentracji umożliwiają uzyskiwanie koncentratu z materiału roślinnego o wysokiej jakości.

W obecnych czasach, konsumenci zwracają baczną uwagę na skład kupowanych przez siebie produktów spożywczych i wybierają te, które w swoim składzie nie zawierają (tzw. „czysta etykieta”), bądź zawierają najmniej dodatków określanych symbolem „E”. Producenci wyrobów spożywczych intensywnie poszukują i bardzo chętnie stosują składniki naturalne w postaci koncentratów jako alternatywa dla surowców syntetycznych. Taki trend jest doskonale widoczny na przykład w przypadku składników barwiących. Dość intensywne zmiany nastąpiły w czasie, gdy prawo nakazało zamieszczanie dodatkowego sformułowania, że określone barwniki mogą mieć wpływ na aktywność i skupienie uwagi u dzieci. Wtedy to niepożądane barwniki syntetyczne zostały zastąpione ekstraktem z winogron, sokiem z aronii czy czarnej marchwi, jagód, czarnego bzu czy szpinaku. Wymienione tu surowce określa się mianem żywności barwiącej. Termin ten definiuje sposób wykorzystania żywności lub jej składników do nadania pożądanej barwy innemu wyrobowi żywnościowemu. Kolorowe warzywa i owoce są nieocenionym źródłem naturalnych koncentratów charakteryzujących się intensywną barwą, które z powodzeniem mogą być wykorzystane do nadawania pożądanego zabarwienia innym produktom żywnościowym oraz napojom. Istotne jest również wykorzystanie do wytwarzania naturalnych koncentratów barwiących jedynie wody i procesów fizycznych.

Koncentraty z materiału roślinnego mogą również charakteryzować się wysoką zawartością składników innych niż barwniki. W szczególności może tu chodzić na przykład o cukry czy też składniki o aktywności biologicznej takie jak błonnik, kwasy organiczne, sole mineralne, witaminy itp.

W stanie techniki znane są różnorodne sposoby zatężania/koncentrowania surowców. Najprostszym sposobem jest zatężanie poprzez odparowanie rozpuszczalnika, gdzie część rozpuszczalnika przeprowadza się w stan pary i następnie odprowadza się ją z układu. Sposób ten można przykładowo realizować w wyparce z wykorzystaniem obniżonego ciśnienia i/lub podwyższonej temperatury. Niestety wykorzystanie podwyższonej temperatury w przypadku składników naturalnych często powoduje ich nieodwracalną degradację. Dlatego prowadzone są intensywne badania nad wykorzystaniem innych procesów fizycznych do otrzymywania koncentratów z materiałów roślinnych. Obecnie coraz większe uznanie wśród wytwórców koncentratów z materiałów roślinnych zyskuje wykorzystanie procesów membranowych.

Przykładowo, z dokumentu EP 1 005 795 B1 znany jest sposób wytwarzania koncentratów owocowych i warzywnych wzbogaconych we flawonoidy i/albo antocyjany i zmniejszonej zawartości cukrów i kwasów z zastosowaniem ultrafiltracji na membranie, przy czym surowiec przed ultrafiltracją jest traktowany mieszaniną enzymów w podwyższonej temperaturze.

Z dokumentu EP 2 986 675 znany jest sposób wyodrębniania frakcji antocyjanów z soku lub ekstraktu z warzyw lub owoców zawierających antocyjany opierający się na zastosowaniu kolumny jonowymiennej.

Publikacja WO01/14594 A2 dotyczy specyficznego sposobu wytwarzania cukru z buraków, obejmującego etapy a) macerowania buraków albo ich części; b) mechanicznej separacji soku od zmacerowanych buraków; i c) filtracji membranowej odseparowanego soku.

Polski opis zgłoszeniowy P.422299 ujawnia okresowy sposób otrzymywania substancji bioaktywnych z surowców roślinnych obejmujący etapy ekstrakcji, mikro- albo ultrafiltracji oraz koncentracji z zastosowaniem odwróconej osmozy.

Dokument WO2014/029006 opisuje sposób ekstrakcji co najmniej jednego produktu z materiału pochodzącego z warzyw albo owoców z zastosowaniem separatora wirówkowego oraz urządzenia do ultrafiltracji.

Z analizy stanu techniki jasno wynika, że istnieje wciąż niezaspokojone zapotrzebowanie na sposoby umożliwiające wydajne i ekonomicznie opłacalne pozyskiwanie wysokiej jakości ekstraktów z materiału roślinnego.

Twórcy niniejszego wynalazku nieoczekiwanie stwierdzili, że specyficzne połączenie procesu przeciwprądowej wymiany masy z dwoma etapami oczyszczania oraz koncentracji umożliwiają wydajne uzyskiwanie koncentratu z materiału roślinnego o wysokiej jakości ze zmniejszoną ilością pozostałości poprodukcyjnych i ścieków.

PL 237 615 B1

Przedmiotem wynalazku jest zatem sposób otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego obejmujący etapy:

a) przeciwprądowej wymiany masy, gdzie strumień zasilający, który zawiera materiał roślinny jest kontaktowany przeciwprądowo z rozpuszczalnikiem;

b) oczyszczania I-go stopnia - oczyszczanie mechaniczne, gdzie ekstrakt otrzymany w etapie

a) jest poddawany oczyszczaniu mechanicznemu;

c) oczyszczania II-go stopnia oczyszczania - oczyszczanie membranowe, gdzie oczyszczony ekstrakt z etapu b) jest poddawany mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innym procesom membranowym;

d) koncentracji, gdzie permeat(II) z etapu c) jest poddawany nanofiltracji, odwróconej osmozie lub innym procesom membranowym i otrzymywany jest koncentrat materiału roślinnego oraz permeat(k);

przy czym przed i/albo po każdym z powyższych etapów a-d mogą być przeprowadzane inne niezbędne jednostkowe procesy technologiczne, charakteryzujący się tym, że rozpuszczalnikiem w etapie a) jest mieszanina co najmniej części permeatu(K) z etapu d) i rozpuszczalnika pierwotnego w dowolnym stosunku zmieszania.

W korzystnym rozwiązaniu rozpuszczalnik w etapie a) składa się wyłącznie z permeatu(K) z etapu d).

W korzystnym rozwiązaniu co najmniej część retentatu(II) z etapu c) jest zawracana do etapu a) poprzez połączenie ze strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny w dowolnym stosunku.

Korzystnie, jako materiał roślinny stosuje się surowiec o intensywnej barwie i/albo zawierający substancje odżywcze włączając związki biologicznie czynne.

Korzystnie, jako materiał roślinny stosuje się surowiec świeży, mrożony i/albo przetworzony.

Przedmiotem wynalazku jest również instalacja do otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego sposobem określonym powyżej obejmująca:

a) urządzenie do przeciwprądowej wymiany masy, w którym materiał roślinny jest kontaktowany przeciwprądowo z rozpuszczalnikiem;

b) urządzenie do oczyszczania mechanicznego, w którym ekstrakt otrzymany w urządzeniu do przeciwprądowej wymiany masy jest poddawany oczyszczaniu mechanicznemu;

c) urządzenie do oczyszczania membranowego, w którym oczyszczony ekstrakt z urządzenia do oczyszczania mechanicznego b) jest poddawany mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innym procesom membranowym;

d) urządzenie do koncentracji, w którym permeat(II) z urządzenia do oczyszczania membranowego c) jest poddawany nanofiltracji, odwróconej osmozie lub innym procesom membranowym;

charakteryzująca się tym, że rozpuszczalnik wprowadzany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) jest mieszaniną co najmniej części permeatu(K) z urządzenia do koncentracji d) i rozpuszczalnika pierwotnego w dowolnym stosunku zmieszania.

W korzystnym rozwiązaniu rozpuszczalnik wprowadzany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) stanowi wyłącznie permeat(K) z urządzenia do koncentracji d).

W korzystnym rozwiązaniu co najmniej część retentatu(K) z urządzenia do oczyszczania membranowego c) jest zawracana do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) poprzez połączenie ze strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny w dowolnym stosunku.

Znawca w dziedzinie będzie świadomy jakie środki techniczne należy zastosować w celu przeprowadzenia wymienionych powyżej poszczególnych jednostkowych procesów technologicznych. Ponadto znawca w dziedzinie będzie również świadomy, że przed i/lub po każdym z etapów sposobu według wynalazku może być konieczne przeprowadzenie innych niezbędnych jednostkowych procesów technologicznych takich jak na przykład przygotowanie materiału roślinnego (rozdrabnianie, rozmrażanie, itp.), magazynowanie, ogrzewanie, chłodzenie, pasteryzacja itp.

Określenie „rozpuszczalnik pierwotny” należy rozumieć jako rozpuszczalnik, który nie zawiera permeatu(K) z etapu koncentracji. Jako rozpuszczalnik pierwotny korzystnie stosuje się wodę, ewentualnie zawierającą dodatki, które wspomagają proces wymiany masy, takie jak sole, zasady, kwasy, enzymy oraz inne współrozpuszczalniki itp.

Jako materiał roślinny o intensywnej barwie można przykładowo stosować materiał zawierający czarny bez, aronię, jagody, buraki, czarną porzeczkę itp.

PL 237 615 B1

Znawca w dziedzinie będzie również świadomy, że instalacja według wynalazku oprócz wymienionych elementów składowych zawiera również inne niezbędne do realizacji procesu elementy, takie jak pompy, zawory a także wszelkie możliwe elementy automatyki procesowej, które umożliwiają automatyzację realizowanego procesu technologicznego.

Dzięki zastosowaniu sposobu i instalacji według wynalazku stało się możliwe uzyskiwanie z dobrą wydajnością koncentratu z materiału roślinnego o wysokiej jakości. Dodatkowo wynalazek umożliwia skuteczne zmniejszenie ilości drobnoustrojów i innych form przetrwalnikowych w produkcie, a także ograniczenie ilości pozostałości poprodukcyjnych oraz ścieków. Ponadto, koncentracji dzięki zastosowaniu nanofiltracji, odwróconej osmozy lub innych procesów membranowych pozwala na redukcję temperatury, dzięki czemu nie następuje degradacja i pogorszenie jakości składników naturalnych zawartych w koncentracie.

Sposób według wynalazku w przykładzie realizacji jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy obrazujący sposób otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego.

W przykładzie realizacji wynalazku strumień zasilający, który zawiera materiał roślinny jest poddawany przeciwprądowej wymianie masy z rozpuszczalnikiem w ekstraktorze. Powstały w wyniku ekstrakcji rafinat stanowi pozostałość poprodukcyjną, która może być ewentualnie dalej zastosowana jako pasza dla zwierząt lub brykiet opałowy. Natomiast uzyskany ekstrakt jest kierowany do I-go stopnia oczyszczania - oczyszczania mechanicznego, gdzie ekstrakt otrzymany w etapie a) jest poddawany oczyszczaniu mechanicznemu. Następnie, ekstrakt uzyskany z I-go stopnia oczyszczania jest poddawany oczyszczaniu membranowemu w II-gim stopniu oczyszczania za pomocą mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innych procesów membranowych. W kolejnym etapie - koncentracja - permeat(II) z II-go stopnia oczyszczania jest poddawany koncentracji poprzez nanofiltrację, odwróconą osmozę lub inne procesy membranowe i otrzymywany jest koncentrat materiału roślinnego oraz permeat(K). Dla znawcy w dziedzinie jasnym jest, że tak otrzymany koncentrat może być poddawany innym niezbędnym jednostkowym operacjom technologicznym takim jak np. pasteryzacja, chłodzenie, ogrzewanie, przechowywanie, pakowanie itp. Permeat(K) z etapu koncentracji jest zawracany i wprowadzany do strumienia rozpuszczalnika pierwotnego, dzięki czemu uzyskuje się rozpuszczalnik stosowany w przeciwprądowej wymianie masy, natomiast retentat(II) z II-go etapu oczyszczania jest zawracany i kierowany do strumienia zasilającego zawierającego materiał roślinny, który jest kierowany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy.

Instalacji w przykładzie wykonania wynalazku obejmuje urządzenie do przeciwprądowej wymiany masy, w którym materiał roślinny jest kontaktowany przeciwprądowo z rozpuszczalnikiem. Wymiennik masy zasilany jest strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny oraz rozpuszczalnikiem. Uzyskany z aparatu rafinat stanowi pozostałość poprodukcyjną, natomiast ekstrakt jest kierowany do urządzenia do oczyszczania mechanicznego takiego jak filtr mechaniczny, klaryfikator, dekanter itp. Strumień oczyszczonego mechanicznie ekstraktu kierowany jest do urządzenia do oczyszczania membranowego, w którym oczyszczony ekstrakt z urządzenia do oczyszczania mechanicznego jest poddawany mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innym procesom membranowym. Dalej, strumień permeatu(II) z urządzenia do oczyszczania membranowego jest poddawany koncentracji w urządzeniu do nanofiltracji, odwróconej osmozy lub innych procesów membranowych. Po koncentracji otrzymuje się strumień produktu w postaci koncentratu oraz permeat(K), który jest zawracany i łączony ze strumieniem rozpuszczalnika podstawowego dając strumień rozpuszczalnika zasilającego urządzenie do przeciwprądowej wymiany masy, natomiast retentat(II) z urządzenia do oczyszczania membranowego jest zawracany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy poprzez połączenie ze strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego obejmujący etapy:

   a) przeciwprądowej wymiany masy, gdzie strumień zasilający, który zawiera materiał roślinny jest kontaktowany przeciwprądowo z rozpuszczalnikiem;

   b) oczyszczania I-go stopnia - oczyszczanie mechaniczne, gdzie ekstrakt otrzymany w etapie a) jest poddawany oczyszczaniu mechanicznemu;

   PL 237 615 B1

   c) oczyszczania Il-go stopnia oczyszczania - oczyszczanie membranowe, gdzie oczyszczony ekstrakt z etapu b) jest poddawany mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innym procesom membranowym;

   d) koncentracji, gdzie permeat(II) z etapu c) jest poddawany nanofiltracji, odwróconej osmozie lub innym procesom membranowym i otrzymywany jest koncentrat materiału roślinnego oraz permeat(K);

   przy czym przed i/albo po każdym z powyższych etapów a-d mogą być przeprowadzane inne niezbędne jednostkowe procesy technologiczne, znamienny tym, że rozpuszczalnikiem w etapie a) jest mieszanina co najmniej części permeatu(K) z etapu d) i rozpuszczalnika pierwotnego w dowolnym stosunku zmieszania.
2. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że rozpuszczalnik w etapie a) składa się wyłącznie z permeatu(K) z etapu d).
3. 3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że co najmniej część retentatu(II) z etapu c) jest zawracana do etapu a) poprzez połączenie ze strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny w dowolnym stosunku.
4. 4. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1 do 3, znamienny tym, że jako materiał roślinny stosuje się surowiec o intensywnej barwie i/albo zawierający substancje odżywcze włączając związki biologicznie czynne.
5. 5. Sposób według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że jako materiał roślinny stosuje się surowiec świeży, mrożony i/albo przetworzony.
6. 6. Instalacja do otrzymywania koncentratu z materiału roślinnego sposobem określonym w zastrzeżeniu 1 obejmująca:

   a) urządzenie do przeciwprądowej wymiany masy, w którym materiał roślinny jest kontaktowany przeciwprądowo z rozpuszczalnikiem;

   b) urządzenie do oczyszczania mechanicznego, w którym ekstrakt otrzymany w urządzeniu do przeciwprądowej wymiany masy jest poddawany oczyszczaniu mechanicznemu;

   c) urządzenie do oczyszczania membranowego, w którym oczyszczony ekstrakt z urządzenia do oczyszczania mechanicznego b) jest poddawany mikro- lub ultrafiltracji membranowej lub innym procesom membranowym;

   d) urządzenie do koncentracji, w którym permeat(II) z urządzenia do oczyszczania membranowego c) jest poddawany nanofiltracji, odwróconej osmozie lub innym procesom membranowym;

   znamienna tym, że rozpuszczalnik wprowadzany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) jest mieszaniną co najmniej części permeatu(K) z urządzenia do koncentracji d) i rozpuszczalnika pierwotnego w dowolnym stosunku zmieszania.
7. 7. Instalacja według zastrzeżenia 6, znamienna tym, że rozpuszczalnik wprowadzany do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) stanowi wyłącznie permeat(K) z urządzenia do koncentracji d).
8. 8. Instalacja według zastrzeżenia 6 albo 7, znamienna tym, że co najmniej część retentatu(II) z urządzenia do oczyszczania membranowego c) jest zawracana do urządzenia do przeciwprądowej wymiany masy a) poprzez połączenie ze strumieniem zasilającym zawierającym materiał roślinny.