RU2163827C2 - Method of extraction of materials - Google Patents

Abstract

FIELD: methods of extraction by solvents with the use of vacuum; extraction of valuable components from vegetable raw materials; chemical, pharmaceutical and food-processing industries; removal of unwanted elements from various compounds, for example, low-molecular compounds from caprolactam in production of polyamide fibers. SUBSTANCE: proposed method consists in preliminary degassing by means of vacuum evacuation before extraction; solvent (extractive reagent) is heated to temperature which does not cause denaturation of material; then heated and degassed material is subjected to wetting and impregnation with preheated solvent in vacuum pulse mode, after which extraction is performed in vacuum pulse mode. Pulse evacuation is effected at residual pressure of 0.1 to 13.3 kPa at rate of 0.05 to 1.0 s. EFFECT: improved operating characteristics; intensification of process; improved quality of substances extracted from vegetable materials. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике экстрагирования растворителями с применением вакуума и может быть использовано для извлечения ценных компонентов из растительного сырья, применяемых в химико-фармацевтической и пищевой промышленности, а также для удаления нежелательных элементов их химических соединений в производстве различных материалов на основе таких соединений. The invention relates to solvent extraction using vacuum and can be used to extract valuable components from plant materials used in the pharmaceutical, chemical and food industries, as well as to remove unwanted elements of their chemical compounds in the production of various materials based on such compounds.

Известны способы экстрагирования с использованием вакуума, например а.с. NN 827100, 1055759, 1065468, 1286232, заявка Японии N 60-20041, публ. 85.05.20, N 2-502 и др. Known methods of extraction using vacuum, for example A. with. NN 827100, 1055759, 1065468, 1286232, Japanese application N 60-20041, publ. 05.05.20, N 2-502, etc.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является взятое за прототип изобретение по а.с. N 1286232 "Способ экстрагирования из твердого тела" по кл. МПК B 01 D 11/02. Способ предусматривает этапы подготовки сырья к экстракции и непосредственно экстракцию. The closest in technical essence and the achieved effect is taken as a prototype of the invention as. N 1286232 "Method of extraction from a solid" according to cl. IPC B 01 D 11/02. The method involves the steps of preparing raw materials for extraction and directly extraction.

При подготовке сырье измельчают, измельченное сырье вакуумируют, заливают растворителем, эту смесь нагревают до рабочей температуры процесса (40 - 80^oC). При этом над раствором устанавливается равновесное давление паров растворителя. В процессе нагревания газовый объем над паровым пространством соединяется с источником давления (атмосферой).In preparation, the raw materials are crushed, the crushed raw materials are evacuated, poured with a solvent, this mixture is heated to the working temperature of the process (40 - 80 ^o C). In this case, the equilibrium vapor pressure of the solvent is established above the solution. During heating, the gas volume above the vapor space is connected to a pressure source (atmosphere).

При экстракции уменьшают давление (соединяют с вакуумом), в результате чего сырье и растворитель оказывается перегретыми от точки кипения. Это обуславливает вскипание жидкости в парах твердого тела, выталкивание растворителя с целевым продуктом из клеток сырья в объем растворителя, деформацию и разрушение межфазного диффузионного пограничного слоя при общем перемешивании объема жидкости пузырьками пара и образование взвешенного слоя сырья. Как только растворитель вскипел, давление в системе увеличивают (сбрасывают вакуум). При этом сырье и растворитель оказываются переохлажденными от точки кипения, вскипание мгновенно прекращается за счет "схлопывания" пузырьков пара в порах сырья и объеме растворителя. "Схлопывание" пузырьков пара в порах и капиллярах твердого тела сопровождается заполнением их новой порцией растворителя, частичным разрушением части пор твердой фазы и увеличением за счет этого массопереноса. Импульсный характер чередования давления в системе при экстракции обеспечивает интенсивное вымывание целевого продукта из клеток сырья, а регенерация энергии фазового перехода растворителя позволяет осуществлять циклы чередования давления в течение длительного времени без перерыва для компенсации необратимых тепловых потерь. During extraction, the pressure is reduced (combined with vacuum), as a result of which the raw materials and solvent are overheated from the boiling point. This leads to boiling of the liquid in the vapors of the solid, expulsion of the solvent with the target product from the raw material cells into the volume of the solvent, deformation and destruction of the interfacial diffusion boundary layer with general mixing of the liquid volume with vapor bubbles and the formation of a suspended layer of raw materials. As soon as the solvent has boiled, the pressure in the system is increased (vacuum is released). In this case, the feedstock and solvent turn out to be supercooled from the boiling point, and boiling instantly stops due to the "collapse" of vapor bubbles in the pores of the feedstock and the volume of the solvent. The "collapse" of vapor bubbles in the pores and capillaries of a solid is accompanied by their filling with a new portion of the solvent, partial destruction of a part of the pores of the solid phase and increase due to this mass transfer. The pulsed nature of the alternation of pressure in the system during extraction ensures intensive washing of the target product from the cells of the feedstock, and the regeneration of the energy of the phase transition of the solvent allows for alternating pressure cycles for a long time without interruption to compensate for irreversible heat loss.

Способ предусматривает следующие режимы: при подготовке сырья - вакуумирование до остаточного давления 20 - 30 кПа (150 - 225 мм рт.ст.), выдержку при этом давлении, нагрев системы твердое тело-жидкость до 40 - 80^oC, выдержку при этой температуре, затем в течение 1 мин цикл сброса и последующее повышение давления при вскипании раствора с частотой таких циклов в диапазоне 0,1 - 2 Гц, при этом при понижении давления поддерживают перегрев на 5 - 15^oC от точки кипения. Способ позволяет интенсифицировать массоперенос (выход полезных веществ 97%) с одновременным уменьшением энергозатрат.The method provides the following modes: in the preparation of raw materials - evacuation to a residual pressure of 20 - 30 kPa (150 - 225 mm Hg), holding at this pressure, heating the solid-liquid system to 40 - 80 ^o C, holding at this temperature , then for 1 min the discharge cycle and the subsequent increase in pressure when the solution boils with a frequency of such cycles in the range of 0.1 - 2 Hz, while lowering the pressure maintain overheating by 5 - 15 ^o C from the boiling point. The method allows to intensify mass transfer (yield of useful substances 97%) with a simultaneous decrease in energy consumption.

Однако данный способ имеет ограниченные эксплуатационные возможности. Он может использоваться только для экстракции из растительного сырья с неплотной структурой, такого как крапива, ромашка. При экстракции сырья с высокой плотностью (например, лопух) режимы этого способа недостаточно эффективны. Для этого понадобится более длительное количество циклов, что приведет к более длительному нагреву сырья и как следствие к ухудшению качества и уменьшению количества экстрагируемых ценных компонентов, а также к увеличению энергозатрат. Кроме того, этот способ недостаточно обеспечивает увеличение массопереноса при экстракции сырья с неплотной структурой и имеет недостаточную степень перегрева растворителя в материале при вакуумировании. However, this method has limited operational capabilities. It can only be used for extraction from plant materials with a loose structure, such as nettle, chamomile. When extraction of raw materials with high density (for example, burdock), the modes of this method are not effective enough. This will require a longer number of cycles, which will lead to longer heating of the raw material and, as a result, to a deterioration in the quality and a decrease in the number of valuable components extracted, as well as to an increase in energy consumption. In addition, this method does not sufficiently increase the mass transfer during extraction of raw materials with a loose structure and has an insufficient degree of solvent overheating in the material under vacuum.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа экстракции, позволяющего повысить его эксплуатационные возможности за счет создания условий для возможности экстрагирования веществ с повышенной плотностью с одновременным повышением интенсивности процесса, выхода экстрагируемых веществ и повышения их качества. The objective of the present invention is to develop an extraction method that allows to increase its operational capabilities by creating conditions for the possibility of extraction of substances with high density while increasing the intensity of the process, the output of extracted substances and improving their quality.

Для решения поставленной задачи предлагаемый способ предусматривает перед экстракцией сырье подвергнуть дегазации с использованием импульсного вакуумирования, растворитель (экстрагент) нагреть, осуществить смачивание и пропитку дегазированного сырья нагретым растворителем в вакуум-импульсном режиме, после чего провести экстракцию также в вакуум-импульсном режиме. Импульсное вакуумирование проводят при остаточном давлении 0,1 - 13,3 кПа, времени его достижения и скоростном сбросе его за 0,05 - 1,0 с. To solve this problem, the proposed method involves degassing the raw materials before extraction using pulsed evacuation, heating the solvent (extractant), wetting and impregnating the degassed raw materials with a heated solvent in a vacuum-pulse mode, and then extracting them also in a vacuum-pulse mode. Pulse evacuation is carried out at a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa, the time of its achievement and its high-speed discharge in 0.05 - 1.0 s.

Предложенный способ представлен ниже с более подробным изложением операций и обеспечивающих их режимов. The proposed method is presented below with a more detailed description of the operations and their modes.

Подготовка растительного сырья. Preparation of plant materials.

Измельченное сырье нагревают до предельно допустимой температуры, не вызывающей денатурацию (изменение качественных характеристик сырья). Для растительного сырья это температура обычно не выше 56^oC. Проводят импульсное вакуумирование до остаточного давления 0,1 - 13,3 кПа с временем его достижения за 0,05 - 1,0 с, дают выдержку при этом давлении в течение 1 - 3 мин в зависимости от вида растительного сырья. Нагретое сырье, подвергаясь импульсному вакуумированию, освобождается от газов, находящихся между частичками сырья, в его капиллярах и внутренней поверхности частичек, а также происходит удаление с их поверхности адсорбционных газов. Одновременно происходит дополнительное разрыхление волокон сырья за счет разрушения их структуры расширением объема газов и паров в фибриллярной структуре растительного сырья. При этом можно использовать свежее, невысушенное сырье, т.к. влага не только не мешает, но и при данных режимах способствует улучшению его смачиваемости на границе раздела фазы и последующей пропитке экстрагентом по объему экстрагируемого сырья. После выдержки сырья под вакуумом производят скоростной сброс вакуума (за 0,05 - 1,0 с), после чего циклы нагрева, импульсного вакуумирования, выдержки под вакуумом повторяют 2 - 3 раза в зависимости от вида сырья. При этих режимах дополнительно повышаются удельная поверхность сырья и удаление газов из внутренних слоев и с поверхности материала, что благоприятствует более эффективной последующей экстракции.The crushed raw materials are heated to the maximum permissible temperature that does not cause denaturation (change in the quality characteristics of the raw materials). For plant raw materials, this temperature is usually not higher than 56 ^o C. Impulse evacuation is carried out to a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa with a time of reaching 0.05 - 1.0 s, and exposure at this pressure is given for 1 - 3 min depending on the type of plant material. Heated raw materials, subjected to pulsed evacuation, are freed from gases located between the particles of the raw materials in its capillaries and the inner surface of the particles, and also adsorption gases are removed from their surface. At the same time, additional loosening of the raw material fibers occurs due to the destruction of their structure by the expansion of the volume of gases and vapors in the fibrillar structure of plant materials. In this case, you can use fresh, not dried raw materials, because moisture not only does not interfere, but under these conditions it also improves its wettability at the phase boundary and subsequent impregnation with extractant in terms of the volume of extracted raw materials. After holding the raw materials under vacuum, a quick vacuum is released (for 0.05 - 1.0 s), after which the heating, pulsed vacuum and holding cycles under vacuum are repeated 2 to 3 times, depending on the type of raw material. Under these conditions, the specific surface of the raw material and the removal of gases from the inner layers and from the surface of the material are further increased, which favors a more efficient subsequent extraction.

Подготовка экстрагента. Extractant preparation.

При экстракции растительного сырья в качестве экстрагентов наиболее часто используется вода, этиловый спирт или его водный раствор. When extracting plant materials, water, ethyl alcohol or its aqueous solution are most often used as extractants.

Экстрагент перед экстракцией нагревают до той же температуры, что и сырье (не выше 56^oC).Before extraction, the extractant is heated to the same temperature as the raw material (not higher than 56 ^o C).

Контактирование компонентов. Contacting components.

Подготовленное сырье (подогретое, дегазированное, разрыхленное) заливают под вакуумом подогретым экстрагентом в количестве, необходимом для обеспечения модуля ванны не более чем 1:10 (до образования зеркала над поверхностью материала). После заливки производят скоростной (за 0,05 - 1,0 с) сброс вакуума и дают выдержку 1 - 3 мин, при этом происходит пропитка сырья экстрагентом. Циклы набора и импульсного сброса повторяют 2 - 3 раза для более глубокой пропитки материала экстрагентом. Prepared raw materials (heated, degassed, loosened) are poured under vacuum with a heated extractant in an amount necessary to ensure a bath module of not more than 1:10 (until a mirror forms above the surface of the material). After pouring, a high-speed (for 0.05 - 1.0 s) vacuum is released and an exposure time of 1 - 3 minutes is given, while the raw material is impregnated with the extractant. The cycles of dialing and pulsed discharge are repeated 2 to 3 times for a deeper impregnation of the material with an extractant.

Экстрагирование. Extraction.

Смесь смоченного и пропитанного экстрагентом сырья нагревают при атмосферном давлении до рабочей температуры, проводят импульсное вакуумирование при остаточном давлении 0,1 - 13,3 кПа за время достижения 0,05 - 1,0 с и дают выдержку в течение 1,0 - 10,0 мин. За это время происходит интенсивное кипение смеси, при котором частично испаряется экстрагент, и как следствие снижается температура смеси. После выдержки осуществляют скоростной сброс вакуума за 0,05 - 1,0 с, во время которого происходит более глубокое проникновение экстрагента в капиллярную структуру сырья. При атмосферном давлении производят нагрев смеси не выше 56^oC. Далее циклы нагрева, вакуумирования, выдержки под вакуумом, скоростного сброса вакуума в зависимости от вида сырья повторяют 3 - 10 и более раз до окончания процесса экстракции. Такие режимы экстрагирования способствуют более глубокой пропитке экстрагируемой массы и более полному извлечению экстрагируемых компонентов. После экстрагирования экстракт отделяют от массы и при необходимости подвергают фильтрации, концентрированию, сушке.A mixture of raw materials moistened and impregnated with an extractant is heated at atmospheric pressure to a working temperature, pulsed evacuation is carried out at a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa over the course of reaching 0.05 - 1.0 s and an exposure time of 1.0 - 10 0 min During this time, intense boiling of the mixture occurs, in which the extractant partially evaporates, and as a result, the temperature of the mixture decreases. After exposure, a rapid vacuum is released for 0.05 - 1.0 s, during which a deeper penetration of the extractant into the capillary structure of the feed occurs. At atmospheric pressure, the mixture is heated to no higher than 56 ^o C. Next, the cycles of heating, evacuation, holding under vacuum, high-speed vacuum discharge, depending on the type of raw material, are repeated 3-10 times or more until the end of the extraction process. Such modes of extraction contribute to a deeper impregnation of the extracted mass and a more complete extraction of the extracted components. After extraction, the extract is separated from the mass and, if necessary, subjected to filtration, concentration, drying.

При реализации заявляемого способа используется импульсное вакуумирование с величиной остаточного давления 0,1 - 13,3 кПа, временем достижения за 0,05 - 1,0 с и скоростным сбросом вакуума за то же время. When implementing the proposed method, pulsed evacuation is used with a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa, an achievement time of 0.05 - 1.0 s and a high-speed vacuum discharge at the same time.

При скоростном вакуумировании экстрагент вскипает не только в объеме смеси, но и внутри экстрагируемого материала, обеспечивая тепло- и массообмен и дополнительно разрыхляя его структуру. При этом тепло- и массообмен имеют максимальное значение, что ведет к интенсивному растворению ценных компонентов сырья в экстрагенте. Чем выше скорость вакуумирования экстрагируемой смеси, тем выше нерелаксируемое давление паров воды и газов, образующихся внутри экстрагируемого материала, и, соответственно, выше степень разрыхления материала. Чем выше скорость сброса вакуума, тем выше импульс градиента атмосферного давления для лучшего проникновения экстрагента во внутреннюю структуру материала, способствующего большему извлечению экстрагируемых веществ. With high-speed evacuation, the extractant boils not only in the volume of the mixture, but also inside the extracted material, providing heat and mass transfer and further loosening its structure. In this case, heat and mass transfer are of maximum importance, which leads to intensive dissolution of valuable components of the raw material in the extractant. The higher the evacuation rate of the extracted mixture, the higher the non-relaxable pressure of water vapor and gases formed inside the extracted material, and, accordingly, the higher the degree of loosening of the material. The higher the vacuum discharge rate, the higher the atmospheric pressure gradient pulse for better penetration of the extractant into the internal structure of the material, which contributes to a greater extraction of the extracted substances.

Увеличение глубины вакуума технически нецелесообразно, т.к. температура растворителя может снизится настолько, что растворитель становится неактивным. При уменьшении глубины вакуума степень перегрева незначительна и время кипения при каждом цикле сокращается. При этом разрыхление и дегазация экстрагируемого материала, а также смачивание и пропитка его растворителем ухудшаются, что приводит к снижению эффективности процесса. Increasing the vacuum depth is technically impractical, because the temperature of the solvent may drop so much that the solvent becomes inactive. With a decrease in the vacuum depth, the degree of overheating is negligible and the boiling time is reduced with each cycle. In this case, loosening and degassing of the extracted material, as well as wetting and impregnation of its solvent deteriorate, which reduces the efficiency of the process.

На стадиях дегазации сырья и экстрагирования температура нагрева связана со свойствами растительного сырья и она не должна влиять на изменение свойств экстрагируемого материала. Для различных материалов температура подбирается экспериментально. At the stages of degassing of raw materials and extraction, the heating temperature is associated with the properties of plant materials and it should not affect the change in the properties of the extracted material. For various materials, the temperature is selected experimentally.

Ниже приведены примеры экстрагирования растительного сырья, а также экстракции полиакриламида. The following are examples of the extraction of plant materials, as well as the extraction of polyacrylamide.

1. Экстракция солодкового корня. 1. Extraction of licorice root.

0,5 кг измельченного солодкового корня нагревали до 40^oC и подвергали импульсному вакуумированию до остаточного давления 2,6 - 6,6 кПа и выдержке при данном вакууме в течение 3 мин. Экстрагент - дистиллированную воду - нагревали до 40^oC, под вакуумом заливали им массу солодкового корня (модуль 1: 10), подвергали импульсному вакуумированию за 0,5 с до остаточного давления 2,6 - 6,6 кПа, выдерживали при этом давлении 3 мин, затем сбрасывали вакуум и выдерживали при атмосферном давлении 10 мин. При этом проводили нагрев остывшей смеси (до 25^oC) в процессе вакуумирования смеси до 40^oC. Проводили 3 цикла нагрева массы смеси, набора вакуума, выдержки под вакуумом, скоростного сброса и выдержки массы при атмосферном давлении. Общее время экстрагирования составило 60 мин. Полученный экстракт после фильтрации полностью соответствует требованиям ГОСТа 22840-77 "Экстракт солодкового корня".0.5 kg of ground licorice root was heated to 40 ^° C and subjected to pulsed evacuation to a residual pressure of 2.6 - 6.6 kPa and holding at this vacuum for 3 minutes. The extractant — distilled water — was heated to 40 ^° C, a mass of licorice root (module 1: 10) was poured under vacuum, subjected to pulsed evacuation for 0.5 s to a residual pressure of 2.6–6.6 kPa, and kept at this pressure of 3 min, then the vacuum was released and kept at atmospheric pressure for 10 min. In this case, the cooled mixture was heated (up to 25 ^o C) during the process of evacuating the mixture to 40 ^o C. 3 cycles of heating the mixture mass, vacuum set, holding under vacuum, high-speed discharge and holding the mass at atmospheric pressure were carried out. The total extraction time was 60 minutes. The obtained extract after filtration fully complies with the requirements of GOST 22840-77 "Licorice root extract".

Жидкий экстракт солодки подвергали концентрированию и сушке до влажности 3 - 5%. Выход сухого экстракта достигает 22 - 26% от массы исходного сухого сырья. Данный экстракт полностью соответствует требованиям Государственной фармакопеи X изд. , ст. 260 "Экстракт корня солодки". Содержание глицирризиновой кислоты в сухом экстракте достигает 30%, содержание тяжелых металлов не превышает установленных норм. Licorice liquid extract was concentrated and dried to a moisture content of 3-5%. The yield of dry extract reaches 22 - 26% of the mass of the original dry raw material. This extract fully complies with the requirements of the State Pharmacopoeia X ed. Art. 260 "Licorice root extract." The content of glycyrrhizic acid in the dry extract reaches 30%, the content of heavy metals does not exceed the established norms.

На чертеже показаны сравнительные результаты экстрагирования солодкового корня при различных условиях. На чертеже обозначены: на оси X - время в мин, на оси Y¹ - выход сухого экстракта в %, на оси Y₂ - выход глицирризиновой кислоты в %. Кривые 1,2 - выход сухого экстракта и содержание глицирризиновой кислоты при экстракции под вакуумом (p=2,6 кПа) при температуре 40^oC. Кривые 3,4 - выход сухого экстракта и содержание глицирризиновой кислоты после вакуум-импульсной обработки только экстрагируемого сырья и последующей экстракции в вакууме (p=2,6 кПа) при 40^oC. Кривые 5,6 - выход сухого экстракта и содержание глицирризиновой кислоты после обработки только экстрагента и последующей экстракции в вакууме (p=2,6 кПа) при 40^oC. Кривые 7,8 - выход сухого экстракта и содержание глицирризиновой кислоты без предварительной обработки сырья и растворителя и вакуум-импульсного экстрагирования при p= 2,6 кПа и 40^oC. Кривые 9, 10 - выход сухого экстракта и содержание глицирризиновой кислоты после вакуум-импульсной обработки сырья, растворителя и вакуум-импульсной экстракции при 40^oC и p=2,6 кПа.The drawing shows the comparative results of licorice root extraction under various conditions. The drawing shows: on the X-axis - time in minutes, on the Y-axis ¹ - the yield of dry extract in%, on the Y-axis ₂ - the yield of glycyrrhizic acid in%. Curves 1.2 - yield of dry extract and glycyrrhizic acid content during extraction under vacuum (p = 2.6 kPa) at a temperature of 40 ^o C. Curves 3.4 - yield of dry extract and glycyrrhizic acid content after vacuum-pulsed processing of extractables only and subsequent extraction in vacuo (p = 2.6 kPa) at 40 ^o C. Curves 5.6 - dry extract yield and glycyrrhizic acid content after processing only the extractant and subsequent extraction in vacuum (p = 2.6 kPa) at 40 ^o C. Curves 7.8 — dry extract yield and glycyrrhizin acid content Ota without pretreatment of raw material and the solvent and the vacuum impulse extraction with p = 2,6 kPa and 40 ^o C. The curves 9, 10 - outlet and a dry extract content of glycyrrhizic acid after vacuum impulse feedstock processing, solvent and vacuum extraction at pulse 40 ^o C and p = 2.6 kPa.

Как видно из чертежа наибольший эффект имеет место при предварительной подготовке экстрагируемого материала, экстрагента и последующей экстракции в вакуум-импульсном режиме. As can be seen from the drawing, the greatest effect occurs during preliminary preparation of the extracted material, extractant and subsequent extraction in a vacuum-pulse mode.

2. Экстракция шиповника. 2. Extraction of rose hips.

0,5 кг измельченных плодов шиповника нагревали до 56^oC, подвергали импульсному вакуумированию за 0,05 с до остаточного давления 0,1 - 13,3 кПа, давали выдержку под вакуумом в течение 3 мин.0.5 kg of crushed rose hips were heated to 56 ^° C, subjected to pulsed evacuation for 0.05 s to a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa, and exposure was carried out under vacuum for 3 minutes.

Экстрагент - воду - нагревали до 56^oC, заливали массу плодов шиповника под вакуумом при модуле 1:10 и осуществляли экстрагирование при остаточном давлении 0,1 - 13,3 кПа со скоростью набора вакуума за 0,5 с. При этом масса охлаждалась до 25 - 30^oC. В течение 5 мин массу нагревали при атмосферном давлении до 55 - 56^oC и вновь повторяли этапы цикла: набор вакуума, выдержка, сброс его, нагрев массы смеси при атмосферном давлении, количество циклов - 5, общее время экстрагирования - 60 мин, выход аскорбиновой кислоты 98,82%, выход органических кислот до 98,27%, выход каротиноидов до 12,75±2,32%. Кроме того, извлекаются флавоноиды и другие биологически активные вещества.The extractant — water — was heated to 56 ^° C, the mass of rose hips was poured under vacuum at a 1:10 modulus, and extraction was carried out at a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa at a vacuum rate of 0.5 s. In this case, the mass was cooled to 25-30 ^o C. For 5 minutes, the mass was heated at atmospheric pressure to 55 - 56 ^o C and the cycle steps were repeated: vacuum set, holding, dumping it, heating the mixture mass at atmospheric pressure, the number of cycles 5, the total extraction time is 60 min, the yield of ascorbic acid is 98.82%, the yield of organic acids is up to 98.27%, the yield of carotenoids is up to 12.75 ± 2.32%. In addition, flavonoids and other biologically active substances are recovered.

3. Корень лопуха (репейника). 3. Burdock root (burdock).

0,5 кг высушенного корня лопуха измельчали, нагревали до 50 - 55^oC, подвергали импульсному вакуумированию при остаточном давлении 0,1 - 1,3 кПа и времени его достижения за 0,05 - 0,07 с, выдерживали под вакуумом в течение 5 мин.0.5 kg of dried burdock root was crushed, heated to 50 - 55 ^o C, subjected to pulsed evacuation at a residual pressure of 0.1 - 1.3 kPa and the time to reach it in 0.05 - 0.07 s, kept under vacuum for 5 minutes.

Экстрагент - дистиллированную воду - нагревали до этой же температуры, заливали под вакуумом массу лопуха (при модуле 1:10) и проводили импульсное вакуумирование. После набора вакуума и выдержки проводили резкий сброс его и давали выдержку при атмосферном давлении в течение 5 - 6 мин. При выдержке под вакуумом смесь охлаждается до 25 - 30^oC. При атмосферном давлении проводили нагрев смеси до 50 - 55^oC и вновь осуществляли импульсное вакуумирование. Общее время экстрагирования составляет 2,5 часа. Такая длительность связана с наличием на поверхности экстрагируемого материала слизи, препятствующей более интенсивному протеканию процесса экстрагирования.The extractant — distilled water — was heated to the same temperature, the mass of burdock was filled under vacuum (with a module of 1:10), and pulsed evacuation was performed. After vacuum and exposure were set, a sharp discharge was performed and exposure was given at atmospheric pressure for 5-6 minutes. When kept under vacuum, the mixture is cooled to 25 - 30 ^o C. At atmospheric pressure, the mixture was heated to 50 - 55 ^o C and pulsed evacuation was again carried out. The total extraction time is 2.5 hours. This duration is associated with the presence on the surface of the extracted material of mucus, which prevents a more intensive course of the extraction process.

Процесс экстрагирования корня лопуха в приборе Сокслета при температуре 75 - 95^oC достигает 48 часов.The process of extraction of burdock root in a Soxhlet device at a temperature of 75 - 95 ^o C reaches 48 hours.

Выход сухих веществ при термо-вакуум-импульсном экстрагировании достигает 22 - 24%, а при экстрагировании в приборе Сокслета - 16 - 18%. The yield of dry substances during thermo-vacuum-pulse extraction reaches 22 - 24%, and during extraction in a Soxhlet apparatus - 16 - 18%.

4. Экстракция крапивы двудомной. 4. Extraction of nettle dioecious.

0,5 кг высушенной до 10 - 12%-ной влажности крапивы двудомной нагревали до 55^oC, после чего подвергали импульсному вакуумированию до остаточного давления 2,6 кПа при времени его достижения за 0,07 с и подвергалась выдержке под вакуумом в течение 1 мин.0.5 kg of dioecious nettle dried to 10-12% moisture was heated to 55 ^° C, after which it was subjected to pulsed evacuation to a residual pressure of 2.6 kPa at a time of its achievement in 0.07 s and was subjected to exposure to vacuum for 1 min

Экстрагент - дистиллированную воду - нагревали до 55^oC, после чего под вакуумом заливали ею крапиву (модуль 1:10), а затем сбрасывали вакуум за 0,07 с до атмосферного давления и производили выдержку при этом давлении в течение 1 мин. Далее экстрагируемую смесь вновь подвергали импульсному вакуумированию до остаточного давления 1,3 - 2,6 кПа при времени его достижения за 0,07 с и выдержке при данном вакууме при интенсивном кипении смеси в течение 3 - 5 мин, при этом температура массы смеси снижается до 25 - 30^oC. После выдержки под вакуумом производили импульсный сброс вакуума до атмосферного давления и нагрев смеси до 40 - 50^oC, а затем вновь осуществляли импульсный набор вакуума, выдержку смеси под вакуумом и импульсный сброс вакуума. Циклы нагрева при атмосферном давлении, импульсного вакуумирования с выдержкой смеси под вакуумом и скоростного сброса вакуума повторяли 3 раза. Общее время процесса экстрагирования не превышает 20 - 30 мин (процесс экстрагирования крапивы водой в аппарате Сокслета при температуре 80 - 95^oC при атмосферном давлении длится 18 - 20 ч). Экстрагент фильтруют и при необходимости подвергают концентрированию и сушке. Полученный экстракт крапивы двудомной полностью соответствует требованиям ТУ 426-МП-178/70-038-92. Экстракт содержит до 0,4% аскорбиновой кислоты, 18 - 24% органических кислот, до 3,75% хлорофилла, дает положительную реакцию на витамин "K", содержание тяжелых металлов не превышает установленных норм (не более 0,01%). Сухой экстракт с влажностью 5% представляет собой мелкокристаллический порошок зеленовато-бурого цвета, слабого травянистого запаха, горьковатого вкуса, легко растворим в воде комнатной температуры.The extractant — distilled water — was heated to 55 ^° C, after which nettles (module 1:10) were poured under vacuum, and then the vacuum was removed for 0.07 s to atmospheric pressure and held at this pressure for 1 min. Next, the extracted mixture was again subjected to pulsed evacuation to a residual pressure of 1.3 - 2.6 kPa at a time of reaching it in 0.07 s and holding at this vacuum with intensive boiling of the mixture for 3-5 minutes, while the temperature of the mixture mass decreases to 25 - 30 ^o C. After exposure to vacuum, pulsed vacuum was released to atmospheric pressure and the mixture was heated to 40 - 50 ^o C, and then pulsed vacuum was again applied, the mixture was kept under vacuum and pulsed vacuum was released. The cycles of heating at atmospheric pressure, pulsed evacuation with holding the mixture under vacuum and high-speed vacuum discharge were repeated 3 times. The total time of the extraction process does not exceed 20-30 minutes (the process of extracting nettle with water in a Soxhlet apparatus at a temperature of 80 - 95 ^o C at atmospheric pressure lasts 18 - 20 hours). The extractant is filtered and, if necessary, subjected to concentration and drying. The resulting nettle nettle extract fully complies with the requirements of TU 426-MP-178 / 70-038-92. The extract contains up to 0.4% ascorbic acid, 18-24% organic acids, up to 3.75% chlorophyll, gives a positive reaction to vitamin "K", the content of heavy metals does not exceed the established norms (not more than 0.01%). A dry extract with a moisture content of 5% is a crystalline powder of a greenish-brown color, a faint grassy odor, a bitter taste, it is easily soluble in water at room temperature.

5. Экстрагирование золотого корня. 5. Extraction of the golden root.

Подготовка к экстрагированию измельченного корня проводилась так же, как в предыдущих примерах (нагрев до температуры 40 - 45^oC, импульсное вакуумирование до остаточного давления 1,3 - 2,6 кПа и времени его достижения за 0,05 - 0,07 с, выдержке под вакуумом в течение 5 мин). В качестве экстрагента использовался 20%-ный водно-спиртовый раствор. Модуль процесса 1:10. Экстрагент нагревали до 40 - 45^oC, под вакуумом заливали в массу корня, проводили импульсное вакуумирование до 1,3 - 2,6 кПа, при скорости набора и сброса вакуума за 0,05 - 0,07 с, выдерживали под вакуумом 5 мин, осуществляли сброс вакуума до атмосферного давления, выдерживали в течение 5 мин с одновременным нагревом смеси до 40 - 45^oC. Общее время экстрагирования 45 мин.Preparation for the extraction of the crushed root was carried out in the same way as in the previous examples (heating to a temperature of 40 - 45 ^o C, pulsed evacuation to a residual pressure of 1.3 - 2.6 kPa and time to reach it in 0.05 - 0.07 s, holding under vacuum for 5 min). A 20% aqueous-alcoholic solution was used as an extractant. Process module 1:10. The extractant was heated to 40 - 45 ^o C, poured into the root mass under vacuum, pulsed evacuation to 1.3 - 2.6 kPa was carried out, at a speed of vacuum collection and discharge for 0.05 - 0.07 s, kept under vacuum for 5 minutes , the vacuum was released to atmospheric pressure, kept for 5 minutes while heating the mixture to 40 - 45 ^o C. The total extraction time of 45 minutes

Выход сухого вещества составил 30 - 34%, содержание биологически активного вещества цероброзида 0,78% (теоретически возможное его содержание 0,8%). The yield of dry matter was 30 - 34%, the content of the biologically active substance of cerobroside 0.78% (theoretically possible content of 0.8%).

Действующими методами экстрагирования в водно-спиртовом экстракте 40 или 70%-ной крепости выход цероброзида, как правило, не более 0,35 - 0,45%. Existing extraction methods in an aqueous-alcoholic extract of 40 or 70% strength yield of tserobrozida, as a rule, no more than 0.35 - 0.45%.

6. Экстрагирование жомов клюквы, моркови, белых грибов. 6. Extraction of pulp of cranberries, carrots, porcini mushrooms.

После отжима соков сырые жомы подвергались измельчению. Затем нагреву до 40^oC и импульсному вакуумированию при 1,3 - 2,6 кПа за время достижения 0,1 с, выдержке в течение 5 - 8 мин. Экстрагент - дистиллированная вода - до модуля 1: 10 добавлялся с учетом влажности сырых измельченных жомов. Процесс экстрагирования вели при температурах 35 - 40^oC в вакуум-импульсном режиме с выдержкой под вакуумом в течение 5 - 8 мин, с последующим сбросом его до атмосферного давления и нагревом с 20 - 25^oC до 35 - 40^oC в течение 5 мин. Время экстрагирования сырого жома клюквы составляет 60 мин, моркови 45 мин, разных грибов 60 - 90 мин. Полученные экстракты осветляют фильтрацией, концентрируют и сушат до влажности 5 - 8% с получением после измельчения хорошо растворимых в воде порошков.After squeezing the juices, the raw pulp was subjected to grinding. Then heating to 40 ^o C and pulsed evacuation at 1.3 - 2.6 kPa for a time of 0.1 s, holding for 5 to 8 minutes. The extractant — distilled water — was added up to a 1: 10 module, taking into account the moisture content of the raw ground pulp. The extraction process was carried out at temperatures of 35 - 40 ^o C in a vacuum-pulse mode with holding under vacuum for 5 to 8 minutes, followed by its discharge to atmospheric pressure and heating from 20 - 25 ^o C to 35 - 40 ^o C for 5 min The extraction time for raw cranberry pulp is 60 minutes, carrots 45 minutes, various mushrooms 60 - 90 minutes. The obtained extracts are clarified by filtration, concentrated and dried to a moisture content of 5-8% to obtain, after grinding, powders readily soluble in water.

Экстрагированию подвергались и другие травы, в частности цветы душицы, календулы, мать-и-мачеха, тысячелистник, подорожник, банан, полынь, мята, зверобой. Other herbs were extracted, in particular, marjoram, marigold, coltsfoot, yarrow, plantain, banana, wormwood, mint, and St. John's wort.

7. Экстракция полиакриламида. 7. Extraction of polyacrylamide.

Полиакриламид используется в технике для получения полиамидного волокна. Перед производством нити из него следует максимально извлечь низкомолекулярные соединения (НМС), отрицательно влияющие на качество получаемого волокна. Polyacrylamide is used in the art to produce polyamide fiber. Before the production of filaments, it is necessary to extract as low as possible low molecular weight compounds (NMS) that adversely affect the quality of the resulting fiber.

Крошку технического полиакриламида с содержанием 11% НМС нагревали до температуры 80 - 85^oC, проводили импульсное вакуумирование при остаточном давлении 1,3 - 6,6 кПа при скорости набора вакуума 0,1 с и давали выдержку при этом давлении 5 - 7 мин.A crumb of technical polyacrylamide with a content of 11% NMS was heated to a temperature of 80 - 85 ^o C, pulsed evacuation was carried out at a residual pressure of 1.3 - 6.6 kPa at a vacuum set-up speed of 0.1 s, and exposure was maintained at this pressure for 5 - 7 minutes.

Экстрагент (воду) нагревали до той же температуры, под вакуумом заливали крошку полиакриламида при модуле 1:1,8, подвергали импульсному вакуумированию при остаточном давлении 1,3 - 6,6 кПа при скорости набора вакуума 0,1 с, выдерживали при этом давлении 5 - 7 мин, затем проводили резкий сброс вакуума (за 0,1 с) и при атмосферном давлении выдерживали 5 - 7 мин и вновь проводили нагрев массы до 80 - 85^oC. После этого проводили набор вакуума, выдержку под вакуумом, скоростной его сброс, выдержку при атмосферном давлении. Этот цикл повторяли 3 - 5 раз в зависимости от количества НМС в исходном сырье. После экстракции сырье высушивали.The extractant (water) was heated to the same temperature, a crumb of polyacrylamide was poured under vacuum at a module of 1: 1.8, subjected to pulsed evacuation at a residual pressure of 1.3 - 6.6 kPa at a vacuum set speed of 0.1 s, was kept at this pressure 5 to 7 minutes, then a sharp vacuum was released (for 0.1 s) and kept at atmospheric pressure for 5 to 7 minutes and the mass was again heated to 80 - 85 ^o C. After this, vacuum was set, holding under vacuum, and its speed discharge, exposure at atmospheric pressure. This cycle was repeated 3-5 times depending on the amount of NMS in the feedstock. After extraction, the feed was dried.

После экстракции предложенным способом массовая доля НМС снижалась в сравнении с действующими с 2,3 - 2,5% до 1,08%, время экстракции с 15 - 20 ч и более снижается до 2 - 4 ч. Известный способ экстракции водой при температуре 95 - 100^oC проводится под давлением в среде азота 0,6 мПа.After extraction by the proposed method, the mass fraction of NMS decreased in comparison with the current from 2.3 - 2.5% to 1.08%, the extraction time from 15 to 20 hours or more is reduced to 2 to 4 hours. A known method of extraction with water at a temperature of 95 - 100 ^o C is carried out under pressure in a nitrogen atmosphere of 0.6 MPa.

Сравнение предложенного способа экстракции со способом-прототипом показывает, что общим у них является наличие операций подготовки растительного сырья к экстрагированию с использованием вакуума, контактирование компонентов (заливка сырья экстрагентом) нагревание массы до рабочей температуры процесса и экстрагирование с использованием импульсного вакуумирования. Comparison of the proposed extraction method with the prototype method shows that they have in common the operations of preparing the plant material for extraction using vacuum, contacting the components (filling the raw material with an extractant), heating the mass to the process temperature, and extraction using pulsed vacuum.

Отличие же состоит в следующем: 1. В предложенном способе при подготовке растительного сырья проводят его глубокую дегазацию, для чего сырье нагревают, проводят импульсное вакуумирование, дают выдержку под вакуумом и осуществляют скоростной сброс вакуума. В способе-прототипе осуществляют вакуумирование сырья до остаточного давления 2 кПа, т.е. отсутствует предварительный нагрев сырья и импульсное вакуумирование его. 2. В предложенном способе подготовку растворителя (нагревание) ведут отдельно от подготовки сырья. В прототипе операция нагрева растворителя отсутствует. 3. В предложенном способе нагретое и отвакуумированное сырье заливают нагретым экстрагентом под вакуумом, дают выдержку, затем осуществляют импульсный сброс вакуума и выдержку при атмосферном давлении до снижения температуры массы до постоянного значения. При таком режиме контактирования создаются идеальные условия для эффективного смачивания и глубокой пропитки сырья растворителем и достигается максимальный тепло- и массообмен. В прототипе: сырье заливают неподогретым растворителем, осуществляют нагрев смеси при атмосферном давлении. 4. В предложенном способе все операции импульсного вакуумирования ведут в режиме: остаточное давление 0,1 - 13,3 кПа, время его достижения и скоростной сброс вакуума 0,05 - 1,0 с, при этом степень перегрева 50^oC. В прототипе: остаточное давление 20 - 30 кПа, сброс вакуума 1 мин. При таких условиях степень нагрева (20^oC) недостаточна. 5. В предложенном способе температура компонентов, а затем их смеси в процессе импульсного вакуумирования составляет не более 56^oC. В прототипе 40 - 80^oC, что недопустимо, т.к. при температуре выше 56^oC происходит разрушение свойств материала.The difference is as follows: 1. In the proposed method, in the preparation of vegetable raw materials, it is deeply degassed, for which the raw materials are heated, pulsed evacuation is carried out, exposure is carried out under vacuum, and high-speed vacuum is released. In the prototype method, the raw materials are evacuated to a residual pressure of 2 kPa, i.e. there is no preliminary heating of the raw materials and pulsed evacuation of it. 2. In the proposed method, the preparation of the solvent (heating) is carried out separately from the preparation of raw materials. In the prototype, the operation of heating the solvent is absent. 3. In the proposed method, the heated and evacuated raw materials are poured with a heated extractant under vacuum, give exposure, then a pulse vacuum is released and exposure at atmospheric pressure to reduce the temperature of the mass to a constant value. With this contacting mode, ideal conditions are created for effective wetting and deep impregnation of the raw material with a solvent and maximum heat and mass transfer is achieved. In the prototype: the raw material is poured with an unheated solvent, the mixture is heated at atmospheric pressure. 4. In the proposed method, all operations of pulsed evacuation are in the mode: residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa, the time of its achievement and high-speed vacuum discharge of 0.05 - 1.0 s, while the degree of overheating of 50 ^o C. In the prototype : residual pressure 20 - 30 kPa, vacuum discharge 1 min. Under these conditions, the degree of heating (20 ^o C) is insufficient. 5. In the proposed method, the temperature of the components, and then their mixture in the process of pulsed evacuation is not more than 56 ^o C. In the prototype 40 - 80 ^o C, which is unacceptable, because at temperatures above 56 ^o C there is a destruction of the properties of the material.

Таким образом, отличие состоит в ином режиме подготовки сырья и растворителя, ином режиме их контактирования, иных режимах импульсного вакуумирования, т.е. предложение обладает новизной. Thus, the difference lies in a different mode of preparation of raw materials and solvent, a different mode of contacting them, and other modes of pulsed evacuation, i.e. the proposal is new.

При таких режимах процесса разрыхлению подвергаются более глубокие слои структуры материала, что способствует лучшему смачиванию и пропитке сырья экстрагентом и создаются условия для более эффективной степени экстракции. Этому же способствуют и используемые режимы вакуумирования. Under such conditions of the process, deeper layers of the material structure are exposed to loosening, which contributes to better wetting and impregnation of the raw material with an extractant and conditions are created for a more efficient degree of extraction. The evacuation modes used also contribute to this.

Предложенный способ универсален. Он может быть использован для экстракции не только растительного сырья, но и для извлечения ненужных примесей из исходных компонентов в ряде химических производств. При необходимости способ позволяет вести процесс при более низких температурах. При этом увеличивается количество циклов импульсного вакуумирования. The proposed method is universal. It can be used for extraction not only of plant materials, but also for the extraction of unnecessary impurities from the starting components in a number of chemical industries. If necessary, the method allows the process to be carried out at lower temperatures. This increases the number of pulsed evacuation cycles.

При использовании данного способа сырье не обязательно сушить, что значительно снижает трудозатраты при его подготовке. Все это повышает его эксплуатационные возможности. When using this method, the raw materials do not have to be dried, which significantly reduces the labor costs in its preparation. All this increases its operational capabilities.

Сравнение предложенного способа с другими известными способами показало следующее. Известны способы экстракции, в которых используется раздельная подготовка компонентов перед контактированием, а затем их контактирование и экстракция. См. , например, патент ФРГ N 3318317, а.с. СССР N 579300 и др. Однако эти способы предусматривают использование не вакуума, а повышенного давления, использование которого не может привести к результатам, достигаемым предложенным способом. Comparison of the proposed method with other known methods showed the following. Known methods of extraction, which use separate preparation of the components before contacting, and then their contacting and extraction. See, for example, the patent of Germany N 3318317, and.with. USSR N 579300 and others. However, these methods do not use vacuum, but high pressure, the use of which cannot lead to the results achieved by the proposed method.

Реализация предложенного способа не вызовет затруднений и не требует каких-либо специальных средств, не известных в технике. Аппараты для экстрагирования, средства создания вакуума и сброса его в технике известны. Способ позволит с большей эффективностью использовать природные ресурсы страны и упростить ряд процессов в химической промышленности, связанных с извлечением заданных компонентов из химических соединений. The implementation of the proposed method will not cause difficulties and does not require any special means not known in the art. Devices for extraction, means of creating a vacuum and dumping it are known in the art. The method will allow more efficient use of the country's natural resources and simplify a number of processes in the chemical industry associated with the extraction of specified components from chemical compounds.

Claims (5)

1. Способ экстрагирования материалов преимущественно из растительного сырья, включающий измельчение сырья, вакуумирование его, контактирование с растворителем, нагревание смеси и экстракцию в вакуум-импульсном режиме, отличающийся тем, что перед контактированием компонентов растворитель нагревают, сырье нагревают и подвергают дегазации, при этом дегазацию и последующее контактирование компонентов осуществляют с использованием импульсного вакуумирования. 1. The method of extraction of materials mainly from plant materials, including grinding the raw material, evacuating it, contacting with a solvent, heating the mixture and extraction in a vacuum-pulse mode, characterized in that before contacting the components, the solvent is heated, the raw material is heated and subjected to degassing, while degassing and subsequent contacting of the components is carried out using pulsed evacuation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсное вакуумирование стадии экстракции осуществляют при остаточном давлении 0,1 - 13,3 кПа и времени его достижения и скоростного сброса за 0,05 - 0,1 с. 2. The method according to claim 1, characterized in that the pulsed evacuation of the extraction stage is carried out at a residual pressure of 0.1 - 13.3 kPa and time to reach it and high-speed discharge for 0.05 - 0.1 s. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев компонентов и их смеси осуществляют до температуры, не вызывающей денатурацию материала. 3. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the components and their mixtures is carried out to a temperature that does not cause denaturation of the material. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактирование подготовленных компонентов проводят под вакуумом, дают выдержку в течение 1 - 5 мин, после чего осуществляют импульсный сброс вакуума и выдержку при атмосферном давлении до снижения температуры до постоянного значения в течение 1,0 - 10,0 мин. 4. The method according to claim 1, characterized in that the contacting of the prepared components is carried out under vacuum, provide exposure for 1 to 5 minutes, after which a pulse vacuum is released and exposure at atmospheric pressure until the temperature drops to a constant value for 1.0 - 10.0 minutes 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что цикл нагрева массы, набора вакуума, выдержки под вакуумом, скоростного сброса и выдержки массы при атмосферном давлении повторяют 3 - 5 раз в зависимости от вида сырья до полного экстрагирования. 5. The method according to claim 1, characterized in that the cycle of heating the mass, vacuum set, holding under vacuum, high-speed discharge and holding the mass at atmospheric pressure is repeated 3-5 times depending on the type of raw material until complete extraction.