CC BY
54
664.014/.019
ХАРАКТЕРИСТИКА МАЛОТОННАЖНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ САПОНИНОВ ИЗ КОРНЕЙ МЫЛЬНЯНКИ SAPONARIA OFFICINALIS L.
Т.П. ЮДИНА, Е.И. ЧЕРЕВАЧ, Ю.В. БАБИН,
И.С. БАРКУЛОВА, Т.А. СИДОРОВА, Е.В. МАСЛЕННИКОВА,
Э.С. ГОРЕНЬКОВ, В.А. ГОЛОВАНЕЦ
Тихоокеанский государственный экономический университет Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственны йуниверситет (Дал ьрыбвтуз)
Сапонины являются вторичными метаболитами растений, широко распространены в растительном мире и обнаружены в более чем 90 семействах.
Благодаря своим физико-химическим свойствам и спектру медико-биологической активности тритерпе-новые сапонины, являясь растительными поверхностно-активными веществами (ПАВ), нашли широкое применение в промышленности и фармакологии [1, 2].
Их водные экстракты широко используются в качестве пенообразующих и эмульгирующих ингредиентов при производстве шипучих напитков и эмульсионных продуктов питания, детергентов при производстве косметических средств (шампуней и зубных паст), эмульгаторов для получения фотографических эмульсий, пенообразователей в огнетушителях, солюбилизаторов в продуктах нефтепереработки и нейтральных моющих средствах в текстильной промышленности [3].
Одной из ключевых задач переработки сапонинсодержащего сырья является получение качественных экстрактов с максимальным содержанием сапонинов. Для получения экстрактов обычно применяют проти-воточное экстрагирование в батарее из трех и более аппаратов. Однако в промышленности батарейные экстракторы наряду с положительными качествами (получение концентрированной вытяжки, непрерывность процесса) имеют и некоторые недостатки: большая затрата рабочей силы, громоздкость оборудования, невозможность автоматизации процесса Большее преимущество имеют способы непрерывного экстрагирования в аппаратах с активным (прямоточным или про-тивоточным движением сырья и экстрагента) противотоком [4, 5], однако промышленные установки рассчитаны для переработки значительного количества сырья. Они металлоемки, имеют большие габариты и как следствие требуют больших производственных площадей.
Для предприятий малого и среднего бизнеса нецелесообразно использование дорогостоящего и громоздкого оборудования, поэтому нами была разработана экстракционная установка [6], рассчитанная на переработку небольших партий сырья, состоящая из
отдельных, связанных между собой, периодически действующих аппаратов. Ее конструктивное решение позволяет вести технологический процесс методом батарейной экстракции, настаивания, а также осуществлять концентрирование, с возможностью гибкого перехода от одного вида экстракции к другому.
На рисунке представлена схема установки для получения экстрактов из корней мыльнянки Saponaria oficinalis L. (1 - экстрактор 1-й ступени экстракции;
2 - экстрактор 2-й ступени экстракции; 3 - перепускной патрубок; 4 - шлюзовой затвор; 5 - наклонная фильтрующая перегородка; 6 - водяные струйные коллекторы; 7 - сквозные отверстия; 8, 11, 12,17,18,34 -вентили; 9,10 - сливные патрубки; 13,14 - циркуляционные насосы; 15,16 - нагнетательные патрубки; 19 -устройство для выгрузки; 20 - разгрузочный патрубок; 21 - переходник; 22 - винтовая задвижка; 23 - аппарат для замачивания; 24, 33 - термостатическая рубашка; 25 - выпускной патрубок; 26 - приемная воронка; 27 -загрузочное устройство; 28 - промежуточная вставка;
29,38 - патрубки; 30, 31 - винтовые задвижки; 32 - от-
стойник; 35 - конденсатоотводчик; 36 - паровая рубашка теплообменника; 37 - приемный патрубок; 39 -центробежный насос; 40 - фильтр; 41, 42 - приемные емкости; 43 - накопительная емкость; 44, 47 - центробежный насос; 45 - перепускной трубопровод; 46 -трубопровод; 48 - фильтр; 49 - стерилизатор; 50 - манометр; 51 - термометр; 52 - указатель уровня жидкости; 53, 54, 55, 57- функциональные вентили; 58 - обратный клапан).
Корни мыльнянки, резаные на кусочки 5-10 мм после гидромеханической обработки и сушки, поступают в аппарат 23, где заливаются водой с температурой 80°С для предварительного замачивания в течение
30 мин при гидромодуле (сырье : вода) 1 : 3.
После замачивания сырье поступает в экстрактор 1 для проведения первичной экстракции, а аппарат 23 заполняется новой порцией сырья и воды, после чего процесс обработки корней мыльнянки повторяется.
Для осуществления экстракции методом настаивания корни Saponaria officinalis L, загруженные в экстрактор 1, подвергаются термической обработке при температуре 100°С, гидромодуле 1 : 8 в течение 2,5 ч [7].
Интенсификация процесса экстрагирования осуществляется путем периодической гидродинамической турбулизации потоков жидкой фазы внутри экстрактора, для этого включается насос 13 и жидкая фаза, проходя через фильтрующую перегородку 5 и теплообменник 36, начинает циркулировать по замкнутому кругу. При этом струи воды, выходящие рядами из отверстий 7 по касательной к внутренней поверхности корпуса экстрактора, за счет их кинетической энергии создают вращательное движение компонентов, находящихся в рабочем объеме экстрактора 1. Таким образом, происходит послойная обработка сырья и турбу-лизация потоков жидкой фазы, что ведет к сокращению времени технологического процесса на 30 мин.
По завершении процесса экстракции в аппарате 1 полученный экстракт первой стадии (с максимальным содержанием сапонинов) перекачивается в отстойник 32, где происходит осаждение твердых частиц, которые периодически в виде осадка удаляются в специальный сборник. После отстаивания экстракт транспортируется в промежуточную емкость 41.
Ввиду того, что в сырьевой массе, оставшейся после слива первичного экстракта, содержится некоторая доля извлекаемого компонента (сапонинов), для более глубокой переработки сырья остаток перегружается в экстрактор 2 струями воды, выходящими из отверстий 7 с температурой 80°С. Процесс экстракции происходит в той же последовательности, как и в экстракторе 1, в течение 10 мин. Экстракт, полученный в экстракторе 2, может быть направлен в аппарат 23 для замачивания новой партии сырья.
Выгрузка истощенного остатка (рафината) после вторичной экстракции осуществляется шнековым транспортером 19.
По завершении цикла выход экстракта из 100 кг сухого корня мыльнянки Saponaria officinalis L. составил 197,1 кг. Содержание сухих веществ (СВ) составляет 8%, в том числе сапонинов - 72,1%.
Процесс батарейной экстракции, осуществляемый в этой же установке при общем гидромодуле 1 : 7,5, отличается от метода настаивания тем, что технологический процесс в экстракторе 1 сокращен до 10 мин, а по -лученный экстракт снова поступает в аппарат 23 с предварительно замоченной новой партией сырья.
После пятикратного повторения процесса экстрагирования в аппарате 23 и экстракторе 1 суммарное время экстракции с предварительным замачиванием составило 80 мин.
Концентрация СВ в экстрактах каждой ступени возрастала на 1%, поэтому количество стадий экстракций диктуется необходимостью получения экстрактов с заданным содержанием СВ и сапонинов.
Полученный экстракт с максимальным содержанием сапонинов закачивается в промежуточную емкость 41 через отстойник 32, где происходит осаждение твердых частиц.
В процессе пятикратного цикла экстракции сырьевая масса периодически перегружается в экстрактор 2 струями воды, где параллельно осуществляется пятикратный процесс экстрагирования вторичного сырья при аналогичных режимах. Полученный экстракт через отстойник 32 поступает в емкость 42.
Из промежуточных емкостей 41 и 42 экстракт поочередно сливается в накопительную емкость 43, из которой подается на фасовку. Однако при необходимости экстракт первой и второй фракции из промежуточных емкостей 41 и 42 может быть весь или в определенных пропорциях смешан в накопительной емкости 43.
Выход первичного экстракта по завершении цикла из 100 кг сухого корня мыльнянки Saponaria officinalis L. составил 330,6 кг при содержании 9% СВ, в том числе сапонинов - 72%, а выход вторичного экстракта из этого же сырья - 435,1 кг с содержанием СВ 5%, в том числе сапонинов - 43,1%.
Для концентрирования экстрактов технологический процесс осуществляется по схеме батарейной экстракции в аппаратах 1 и 23 по замкнутому циклу. Это позволит получать экстракты с заданным содержанием СВ до 22%.
Производительность установки при полной загрузке по смеси сырья и воды составляет 3250 кг/ч, по сухому сырью - 360 кг/ч.
Таким образом, батарейная экстракция по сравнению с настаиванием позволяет из одного и того же количества сырья получить в 1,7 раза больше экстракта с содержанием сапонинов 72%, при этом в результате экстракции вторичного сырья можно получить в 2,2 раза больше экстракта с содержанием сапонинов 43,1%, который может быть использован в парфюмерной или косметической промышленности.
Конструктивное решение предложенной экстракционной установки позволяет гибко управлять процессом экстракции и концентрирования, получая эмульга-
тор с заданным содержанием СВ и необходимыми функциональными свойствами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mitra S., Dungan S.R. Cholesterol solubilisation in aqueous micellar solutions of Qullaja saponin, bile salts or nonionic surfactants // J. Agric. Food Chem. - 2001. -49. - P. 384-394.
2. Oakenfull D. Aggregation of saponins and bile acids in aqueous solution // Aust. J. Chem. - 1986. -39. - P. 1671-1683.
3. Давидянц Э.С., Карташева И.А., Нешин И.В. Влияние тритерпеновых гликозидов Silphium perfoliatum L. на фитопатогенные грибы // Раст. ресурсы. - 1997. - 33. - Вып. 4. - С. 93-97.
4. Муравьев И.А. Технология лекарств. В 2 т. Т. 1. - М.: Медицина, 1980. - 704 с.
5. Пономарев В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья. - М.: Медицина, 1976. - 202 с.
6. Пат. 62539 РФ. Установка для производства экстракта из мыльнянки лекарственной / Т.П. Юдина, В. А. Г олованец, Е.И. Че -ревач и др. // БИПМ. - 2007. - № 12.
7. Экстрагирование сапонинов из корней мыльнянки ле -карственной Saponaria officinalisL. / Т.П. Юдина, Е.И. Черевач, И.С. Баркулова и др. // Технологические и микробиологические пробле -мы консервирования и хранения плодов и овощей: Сб. тр. Между -нар. науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рожд. В.И. Рогачева. - М., 2007. - С. 360-367.
Лаборатория функциональных продуктов питания научно-исследовательского института экономических исследований и наукоемких технологий
Поступила 09.08.07 г.
62-501.12
ВЛИЯНИЕ ЧИСТОГО ЗАПАЗДЫВАНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МОДЕЛИ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ
В.И. ПУГАЧЕВ
Кубанский государственный технологический университет
Практика эксплуатации систем автоматического управления (САУ) в технологических процессах пищевой промышленности показывает, что многие объекты управления имеют математические модели динамики с запаздывающим аргументом. Адаптивная САУ с эталонной моделью представлена в [1], где
( > Х(Р) »’о( Р)[1+ »’ос(Р«Р)] ,,,
"'•(р)$иР)= 1+ к(р)*М ()
При большом коэффициенте усиления звена обратной связи
w.( p)& ( p)
(2)
Wo( P) $
6p +1
(3)
В качестве модели примем апериодическое звено первого порядка с таким же запаздыванием
(P) $
5 p+ 1
(4)
Для получения аналитических соотношений аппроксимируем передаточную функцию звена чистого
запаздывания тремя членами разложения ее в ряд Тейлора.
1
Wt(p)$ — 2 2 ,
0,5t2 p % tp %1
Wtm (p) $
1
0,5tmp % tm p% 1
(6)
Wo(p) $7^ Wt(p); Wm (p) $-15- Wtm (p). (7) 6p % 1 5p% 1
Wo( p ) $
3
6p3 % 13p2 % 14p % 2
W (p) $----------------------------
5p3 % 11p2 % 12p% 2
(8)
Цель данной работы - исследование влияния наличия чистого запаздывания в объекте на устойчивость эквивалентной модели (ЭМ).
Рассмотрим объект первого порядка с чистым запаздыванием. Используем для расчетов Mathcad [2].
Пусть
Выясним, как влияет величина Кос на устойчивость ЭМ. Примем Woc(p) = Koc.
We (p) $
где Y (p) $ 5p3 % 11 p2 % 12p % 3Koc % 2;
X (p)$ 30p6 % 131p5 % 285p4 % (15Koc % 332)p3 %
%(33Koc % 216)p2 % (36Koc % 52)p% 6Kо- % 4. Характеристическое уравнение ЭМ
30p6 % 131p5+ 285p4 % (15Koc% 332)p3 % (33Koc% +216) p2 % (36K oc% 52) p % 6K oc % 4 $ 0.
(9)
Проведя соответствующие процедуры, запишем диагональные миноры до п - 1, т. е. 5-го порядка.
Щ К „с) $ 131;
Б2(Кос) $ 2,738-104 - 450Кос;
Б3(Кос) $ 5,382 -106 - 3,051-105 Кос - 6750К2 ;
