ES2286481T3 - Filtracion de pasta de vegetales. - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
comparativo
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
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.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
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 (10)
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.
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