Технологія і обладнання переробки та зберігання сільськогосподарської продукції
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

МЕТОДИ ВИДІЛЕННЯ ЕФІРНИХ ОЛІЙ

Ефірні олії, що виділяються з рослин, є сумішшю різних речовин, більшість яких володіє запахом. Як правило, ці олії мають складний склад, будучи, сумішшю запашних речовин, в яких можуть знаходитися в розчиненому стані і з'єднання, що не мають запаху. Число компонентів ефірних олій нерідко досягає декількох десятків. Це вуглеводні, спирти, альдегіди, кетон, феноли і їх ефіри: лактони, кислоти, складні ефіри. Найпоширенішою групою в ефірних оліях є терпенові і сесювітерпенові з'єднання (вуглеводні складу С6Н8 і їх кисневі похідні). Вільні вуглеводні або зовсім не мають запаху або ж запах їх (за небагатьма виключеннями) знижує гідність ефірної олії в цілому, тому іноді її штучно звільняють від терпенових з'єднань.

Найбільше значення для парфюмерної промисловості мають такі компоненти ефірних олій, як спирти (у вільному стані і у вигляді складних ефірів), феноли і їх ефіри, а також деякі альдегіди і кетон. Хоча більшість ефірних олій і є вельми складною сумішшю запашних речовин, цінність їх обумовлюється часто присутністю одного з компонентів або дуже обмеженої їх кількості. Прикладом можуть служити анетол в анісовій олії, ліналоол в коріандрі і ін. Подібні ефірні олії є сировиною для виділення цих компонентів, які або знаходять безпосереднє вживання в промисловості, або є початковими продуктами для подальшого виробництва запашних синтетичних речовин.

Серед компонентів ефірних олій зустрічаються кристалічні з'єднання з високою температурою плавлення. Ефірні олії із значним вмістом таких компонентів легко застигають при охолоджуванні або зберігають тверду консистенцію при кімнатній температурі, прикладом можуть служити анісові і трояндові олії.

Ефірні олії є в більшості випадків прозорими легкорухомими рідинами, безбарвними або злегка жовтуватими, жовтувато-зеленуватими або бурими з різним ступенем в'язкості. Завдяки різноманітності вхідних до складу ефірних олій компонентів, що мають різний степінь летючості, температура кипіння їх не є певною величиною. Дуже важливою властивістю ефірних олій, що широко використовується в практиці їх отримання, є здатність перегонитися з парами води при температурах дещо нижче 100 °С. Більша частина цих олій легша за воду, але серед них зустрічаються олії важчі за воду - олія євгенольного базиліка, лавровишневе, ветіверове, гвоздикове, гіркомигдальне та ін.

Ефірні олії майже не розчиняються у воді або розчиняються в ній слабо, але добре розчиняються в більшості органічних розчинників: етиловому спирті, бензині, петролейному ефірі і етиловому ефірі, ацетоні, хлороформі та ін., а також в тваринних жирах і жирних рослинних оліях.

Цими важливими властивостями ефірних олій користуються для витягання їх з рослинної сировини і для подальшого очищення. В свою чергу ефірні олії розчиняють смоли, віск, парафін, жири, гуму. Внаслідок цього при роботі з ефірними оліями не дозволяється застосовувати речовини, які, розчиняючись в ефірних оліях, можуть понизити їх якість. Більшість ефірних олій володіє оптичною активністю, причому спостерігається як праве, так і ліве обертання площини поляризації в межах приблизно від + 95 до - 120º [6, 7].

Значення коефіцієнта заломлення коливаються в порівняно вузьких межах. Під дією кисню повітря, вогкості, тепла і світла ефірні олії зазнають зміни в складі (унаслідок окислення і полімеризації). Вони стають в'язкішими, зростає густина, забарвлення темніє і погіршується запах. Цю здатність ефірних олій осмолюватися під дією вказаних чинників потрібно мати на увазі при зберіганні. Берегти олії необхідно в затемненому, прохолодному приміщенні, в добре закритому посуді. Вони володіють пекучим смаком та є горючими, температура спалаху найпоширеніших ефірних олій лежить в межах 53 - 92 °С. Ефірна олія зустрічається в різних частинах рослини: кольорах, бруньках, листі, стеблах, деревині, корі, корінні, плодах і насінні. Найчастіше ефірна олія локалізована в зовнішніх або внутрішніх залозах. Ефірна олія скуплюється під зовнішнім шаром шкірки (кутикулою), утворюючи залізисті або смоляні плями, або зосереджується в залозах або залізистих волосках (м'ята, шавлія мускатна). В інших випадках олія нагромаджується в особливих вмістищах, розташованих усередині тканини рослини. Ці вмістища приймають або кулясту форму (листя мирти, звіробою) або подовжуються в канали (в плодах рослин сімейства зонтичних). Іноді ефірна олія знаходиться у всіх частинах рослин, але частіше всього поширено в окремих органах: кольорах, листі, плодах, корінні. Нижче приводяться основні методи витягання ефірних олій з ефіроолійної сировини.

Механічний метод

Механічний метод застосовується в тих випадках, коли олія включено в крупні вмістища, що характерне для плодів роду цитрусових. Ефірну олію розподілено в цитрусових майже у всіх органах, але відносно більше міститься його в кірці. Олію одержують як пресуванням цілих плодів на спеціальних пресах, так і перетиранням їх шкірки. При цих способах в шкірці залишається до 30% ефірної олії, яку одержують подальшій відгонкою парою. Олія, одержана механічним методом, не схильна до дії високої температури, характеризується високою якістю і зберігає натуральний аромат.

Мацерація

Мацерація є одним з якнайдавніших способів витягання з рослин запашних речовин, який заснований на властивості ефірних олій розчинятися в жирах тваринного і рослинного походження. В даний час застосовується рідко і в невеликих масштабах. Процес ведеться найчастіше при нагріванні, особливо при використовуванні твердих тваринних жирів. Метод мацерації займає проміжне положення між екстракцією летючими розчинниками і анфлеражем і включає наступні стадії: підготовку розчинника, настоювання, відділення помади або благовонних (античних) олій, виділення з помад твердої квіткової олії, регенерацію розчинника з обробленого матеріалу. З розчинників тваринного походження застосовують переважно яловичий і свинячий жири або їх сплав в розплавленому вигляді. З жирних рослинних олій застосовують оливкове (прованське), мигдалеве і з абрикосових або персикових кісточок. Рідше використовують нелеткі або важколетючі органічні сполуки, наприклад бензилбензонат (ефір бензилового спирту і бензойної кислоти).

Процес здійснюється таким чином. Ретельно відсортовані свіжі квітки завантажують в мішках з рідкісної тканини в розчинник, залитий в мацераціонні казани. Настоювання квіток триває до 48 годин при температурі, що не перевищує 70 °С. Зміну квіток повторюють до 25 разів. Після вивантаження останньої партії квіток розчинник зливають, фільтрують, сушать сульфатом натрію і знову фільтрують. Якщо для мацерації застосовують тваринні жири, то продукт називається квітковою помадою, якщо рідкий розчинник, то продукт називається античною, або благовонною олією. Помади в більшості випадків поступають на переробку, аналогічну переробці екстракту. Квіткові екстракти випускають під номерами, що характеризують ступінь їх концентрації. Номер екстракту відповідає кількості квіток в кілограмах, витрачених на 10 л екстракту [2, 4, 6, 7].

Анфлераж

Метод анфлеражу, або поглинання, заснований на здатності жирів і жирних рослинних олій адсорбувати пари ефірних олій. При анфлеражі використовують ті ж розчинники (адсорбенти), що і при мацерації. Проте при анфлеражі квіти тільки стикаються з адсорбентом або відділяються від нього шаром повітря. Процес ведеться в холоді. Метод анфлеражу вигідно застосовувати для витягання ефірної олії з тих видів квіткової сировини, які після прибирання зберігають здібність до олієнакоплення і виділення ефірних олій.

Стадії технологічного процесу анфлеражу зводяться до наступного: приготування суміші жирів, нанесення його на рами, поглинання олії, відділення помади, екстрагування відпрацьованих квіток, витягання з помади запашних речовин.

Як адсорбент при анфлеражі використовують переважно тваринні жири, головним чином суміш свинячого і яловичого жиру.

Для проведення анфлеражу користуються дерев'яними рамами зі вставленими в них товстостінними стеклами. Накладені одна на одну рами утворюють батарею із замкнутими камерами, обмеженими зверху і знизу стеклами. Суміш жирів наносять на обидві сторони скла кожної рами за допомогою дерев'яного або сталевого шпателя рівномірним шаром завтовшки 3 - 5 см. На поверхні шару проводять борозни в напрямах, що перехрещуються, для збільшення поверхні поглинання. На підготовлену раму з шаром жиру насипають квітки таким шаром, який дозволяє висота бортів рами.

Після завантаження квіток складають батарею від 25 до 40 рам. Тривалість адсорбції залежно від виду сировини 12 - 72 годин. Після розвантаження останньої партії квіток знімають насичену суміш жирів, звану помадою [3, 6, 7].

Анфлераж рідкими розчинниками

Процес ведуть теж в рамках, в яких замість стекол натягнута луджена металева сітка. На сітку укладають шматки товстої тканини (типу фільтрувального полотна, гнітючої тканини, товстої фланелі і др.), заздалегідь просоченої рідким нелетким адсорбентом.

Операції по перевантаженню квіток аналогічні описаним при роботі з твердими жирами. Насичений олією адсорбент віджимається з тканини на гідравлічних пресах. Продукт, що залишився в тканині, витягується летючим розчинником, після чого тканина поступає на просочення свіжим адсорбентом. Продукт, одержаний при такому способі ведення анфлеражу, носить ту ж назву, що і продукт мацерації, - благовонна, або антична, олія.

Переробка продуктів анфлеражу. Одержана помада рідко знаходить вживання в парфюмерно-косметичному виробництві. Звичайно вона є напівфабрикатом, з якого одержують абсолютно квіткову олію. Для обробки помад спиртом використовують луджені мідні апарати з мішалками.

Переваги анфлеражу перед іншими методами отримання ефірних олій наступні:

- нескладне технічне оформлення процесу;

- низька температура процесу, завдяки чому виходить продукт високої якості;

- можливість підвищення виходу ефірних олій з квіток, що зберігають здібність до олієнакоплення після прибирання.

Недоліки методу:

- велика трудомісткість процесу і висока вартість суміші жирів;

- відсутність механізації процесу;

- неможливість повністю звільнити ефірні олії від домішки жиру.

Метод анфлеражу звичайно передбачає використовування ручної праці.

Динамічна сорбція

Метод динамічної сорбції заснований на властивості квіток виділяти ефірні олії після збору. Квітки, призначені для переробки методом динамічної сорбції, повинні бути свіжорозпустившимися, і не мати пошкоджень. Переробка їх проводиться негайно після збору.

Суть методу динамічної сорбції полягає в наступному. Через квіти, завантажені в камеру, над якою знаходиться шар адсорбенту (звичайно застосовують активне вугілля), продувається зволожене повітря. Проходячи через шар квіток, він збагатиться ефірною олією, яка потім сорбується активним вугіллям. Вугілля після насичення ефірною олією екстрагують летючим розчинником (наприклад, діетиловим ефіром). З одержаної місцелли упарюють розчинник і одержують продукт.

Методом динамічної сорбції переробляють в основному жасмин. Жасминова ефірна олія, одержана таким методом, містить лише легколетючі фракції, тому для повноти аромату в нього додають абсолютно ефірну олію, одержану з квіток після динамічної сорбції методом екстракції. На одну частину абсолютної ефірної олії, одержаної методом екстракції, додають 3 частини ефірної олії, одержаної методом динамічної сорбції.

Вихід абсолютної ефірної олії з квіток жасмину при їх послідовній переробці методами динамічної сорбції і екстракції складає 0,35% (вихід абсолютної ефірної олії з квіток жасмину при їх переробці методом екстракції не перевищує 0,16%).

Екстракція

Суть його полягає в наступному: сировину (найчастіше квіткову) заливають летючим розчинником і проводять екстракцію стільки часу, скільки необхідно для переходу ефірної олії в розчин. Розчинник, що містить ефірну олію (місцелла), відділяють від матеріалу, що екстрагується, і піддають відгонці. Після упарювання розчинника одержують екстракт, що містить окрім ефірної олії віск, смоли, жирні олії. Надалі з екстракту видаляють спиртонерозчинну частину (віск) шляхом виморожування і фільтрації спиртного розчину.

Після відгонки спирту одержують кінцевий продукт - абсолютну екстрактну олію.

У даний час все більше розповсюдження одержує безперервний спосіб екстрагування ефіроолійної сировини. В найзагальнішому вигляді процес екстракції складається з чотирьох стадій:

- проникнення розчинника в пори частинок рослинної сировини;

- розчинення цільового компоненту (компонентів);

- перенесення речовини, що екстрагується, усередині частинки рослинної сировини до поверхні розділу фаз;

- перенесення речовини в рідкій фазі від поверхні розділу фаз, що екстрагується, і розподіл по всій масі місцелли.

При екстрагуванні розчинених речовин з тканини рослинної сировини звичайно не всі чотири стадії процесу виконують істотну роль. Як правило, швидкість протікання перших двох стадій дуже висока в порівнянні з швидкістю протікання двох подальших. Тому при розрахунку процесу екстрагування дві перші стадії або зовсім не враховують, або враховують, вводячи поправки до кінетичних коефіцієнтів.

Швидкість екстракції прямо пропорційна рушійній силі процесу і обернено пропорційна дифузійному опору. Рушійна сила і характер її зміни при екстракції залежать від виду відносного руху частинок і екстрагенту (виду процесу): прямотоку, протитечії і т. і., а також від відношення витрати мас твердих частинок і екстрагенту.

Дифузійний опір складається з опорів основних стадій процесу: перенесення речовини в частинці і навколишній її рідині.

До складу рослинної клітки входять наступні частини, які створюють перешкоду для дифузії речовин, розчинених у вакуолі: клітинна оболонка, що складається з волоконних пучків різних розмірів (мікро - і макрофібрілл), протоплазма і напівпроникні мембрани, що знаходяться на межах протоплазми з оболонкою клітки і вакуолі. Поки протоплазма не зруйнована за допомогою теплової (денатурація), електричної або хімічної дії, перенесення речовини усередині тканини відбувається з дуже малою швидкістю.

Завдяки малому розміру пір клітинних оболонок і самих кліток (5 - 50 мкм) речовина в рідині, що заповнює пори, переноситься виключно молекулярною дифузією. Сумарна площа перетину пір, через яку відбувається перенесення, менше ніж загальна площа перетину частинок в даній площині, а шлях дифузії більше (через звивистість пір). Крім того, додатковий опір виникає унаслідок частішого зіткнення частинок із стінками пор, тому швидкість дифузії в твердій частинці менше, ніж в чистій рідині.

У основі теорії дифузії лежить закон Фука, що зв'язує кількість речовини, що проходить через поверхню, перпендикулярну дифузійному потоку, час і градієнт концентрацій :

(5.1)

Коефіцієнт пропорційності D в цьому рівнянні, що характеризує матеріал, через який диффундує дана речовина, і речовину, що екстрагується, в дифузійному відношенні, називають коефіцієнтом дифузії. Коефіцієнт дифузії залежить від температури, концентрації, структури матеріалу, фізичних властивостей екстрагента і розчинника. З підвищенням температури коефіцієнт дифузії зростає. Під впливом температури і в результаті витягання з кліток розчинних речовин в тканині відбуваються физико-хімічні зміни, які приводять до зміни її проникності.

Зовнішній дифузійний опір залежить від гідродинамічних умов обтікання частинок рослинної сировини екстрагентом і дійсної (активної) поверхні частинок, що бере участь в процесі.

Для визначення сумарного перенесення речовини від межі (або до межі) розділу фаз користуються рівнянням:

(5.2)

де: В - коефіцієнт массовіддачи; - концентрація на межі розділу фаз; - концентрація в ядрі потоку.

Коефіцієнт массовіддачи залежить головним чином від швидкості і характеру відносного руху твердої і рідкої фаз, розміру і форми частинок, дійсної поверхні, що бере участь в процесі.

З приведеної вище формули витікає, що унаслідок збільшення відносної поверхні із зменшенням розміру частинок швидкість процесу повинна зростати, проте при зменшенні частинок знижується коефіцієнт массовіддачи, так що залежність швидкості дифузії від відносної поверхні частинок набагато більш складна. Зменшення коефіцієнту массовіддачи пов'язано в основному із зменшенням дійсної поверхні частинок, що беруть участь в процесі масообміну унаслідок взаємного блокування поверхні частинок. Збільшення швидкості руху рідини приводить до стиснення шару частинок, зменшенню їх активної поверхні, а у результаті - до зменшення, а не до збільшення швидкості процесу.

На гідродинамічні умови в процесі безперервної екстракції впливають не тільки форма і розміри частинок, швидкість і фізичні властивості рідини, але і конструктивні особливості апарату унаслідок зміни фізичних умов процесу по довжині апарату, зміни пружності частинок і їх деформації. Під впливом конструктивних особливостей апарату може змінюватися зовнішній дифузійний опір, що характеризується коефіцієнтом массовіддачі.

Для нормального протікання процесу перенесення речовини в твердій частинці важливу роль виконує правильний вибір розчинника. До нього пред'являється ряд вимог: він повинен володіти виборчою розчинністю, забезпечувати максимальну швидкість розчинення, мати по можливості низьку температуру кипіння (легке відгонюватися), бути чистим і однорідним, не реагувати з речовиною, що екстрагується, не викликати корозію обладнання, не бути вогне - і вибухонебезпечним, бути дешевим.

В ефірноолійному виробництві використовують в основному наступні розчинники: петролейний ефір, бензин екстракції, діетиловий (сірчаний) ефір, етиловий спирт.

При екстракції зрідженими газами як розчинники ефірних олій можуть застосовуватися зріджені гази, які в порівнянні із звичними летючими розчинниками володіють рядом технологічних і економічних переваг. Найбільше поширення набув зріджений діоксид вуглецю (вуглекислий газ, вуглекислота).

Суть способу полягає в наступному. В батарею екстракторів періодичної дії, що складається з 2 - 4 екстракторів, завантажують сировину (звично пряні або лікарські рослини), через яку прокачують зріджений СО2. Самим оптимальним є батарейний тип установки з чотирма екстракторами. Насичений ефірною олією зріджений газ потім випаровують, зріджують і знов повертають на екстракцію. Завдяки низьким температурам, при яких ведеться процес, і повному видаленню розчинника одержують продукт високої якості.

Важливими заходами в підвищенні ефективності виробництва СО2 - екстрактів є:

- глибоке очищення розчинника від вологи і органічних домішок;

- ретельніша підготовка сировини до екстракції;

- розділення місцелли без теплової дії.

Аналіз стану техніки і технології екстракції рослинної сировини дозволяє виділити наступні основні напрями в розвитку екстракції зрідженими газами;

- утилізація шроту, одержуваного після екстракції рідким діоксидом вуглецю;

- розробка технології і апаратурного оформлення екстракції зрідженим СО2 в системі рідина - рідина для витягання ароматичних речовин з рідких середовищ;

- розробка способу екстракції рослинної сировини сумішшю зріджених газів із звичними летючими розчинниками;

- створення установок безперервної дії.

Перегонка з водяною парою

Метод перегонки заснований на властивості ефірних олій відгонятися з водяною парою. Ефірна олія з рослинної тканини під дією температури і вологи переходить в парову фазу і далі виділяється з дистиляційних вод різними методами (сорбцією, відстоюванням, когобацієй).

Метод парової перегонки є найпоширенішим.

Перегонці з водяною парою можуть піддаватися як цілі, так і подрібнені ефірноолійні рослини і насіння. Практично всі види сировини перед переробкою подрібнюють.

В процесі подрібнення у зв'язку з частковим руйнуванням клітинної структури частина ефірної олії вступає в безпосередній контакт з водяною парою, що подається на обробку, і в пароподібному стані потрапляє в паровий потік. Велика частина ефірної олії, що залишилася включною в тканині, перш ніж потрапити в паровий потік повинна піддатися дифузії. Гідродифузія (осмотичний процес) протікає таким чином.

Деяка частина ефірної олії розчиняється у воді, що міститься в тому ж вмістищі, дифундує через набряклу під впливом вологи і тепла клітинну оболонку на омивану водяною парою вільну поверхню оболонки. Замість продифундувавшу через клітинну мембрану і відігнаного з парою ефірної олії всі нові порції її переходять на поверхню оболонки, і дифузія продовжується до тих пір, поки не відженеться вся ефірна олія.

Процес гідродифузії можливий лише за наявності води, яка знаходиться як усередині кліток (навіть легко-сухої сировини), так і на поверхні, унаслідок конденсації водяної пари на сировині.

На швидкість відгонки ефірної олії впливає більшою мірою розчинність у воді компонентів ефірної олії, ніж летючість. З цієї причини в першу чергу можуть відгонятися висококиплячі, але більш розчинні у воді компоненти. Наприклад, з не подрібнених плодів тмину і кропу спочатку відгоняєтся карвон (tкип = 233 °С), а потім вже лімонен (tкип = 173 °С), тоді як при паровій перегонці виділеної або кропової ефірної олії тмину перші фракції збагатять лімоненом, а не карвономом. Так само при неподрібненому фенхелі спочатку відгоняєтся анетол (235 °С), а потім фенхон (191 °СВ). При відгонці ефірних олій з подрібнених плодів вказаних рослин, коли тільки частина ефірної олії залишається укладеною в клітинних оболонках, склад фракцій, що послідовно відгоняться, наближається (залежно від ступеня подрібнення сировини) до такого, який спостерігається при паровій перегонці виділених олій. Перші фракції багаті нізкокипящимі компонентами (з високим парціальним тиском пари), а останні - висококиплячими (з низьким парціальним тиском) [1, 4, 6, 7].

Слід зазначити, що на ефективність витягання ефірних олій надає вплив наявність в рослинній тканині смол, воску, жирних олій. Розчиняючись в ефірній олії, вони знижують парціальний тиск його пари. Процес парової відгонки ефірної олії з сировини здійснюється в апаратах періодичної і безперервної дії.

Обробка сировини проводиться по прямоточній або противоточній схемах руху твердої і парової фаз. Відношення пари, що подається на обробку, до сировини коливається в інтервалі 0,2 - 0,3 кг/кг [1, 7].

У зв'язку з тим, що всі ефірні олії є термолабільними продуктами, бажаний мінімальний час теплової дії в процесі їх витягання. Тому доцільно вести обробку сировини при високих швидкостях гонки. Це особливо важливо при переробці лаванди і шавлії, ефірна олія яких містить значну кількість складного ефіру - ліналілацетату, що розкладається при тепловій дії в кислому водному середовищі на ліналоол і оцетову кислоту.

У процесі парової обробки сировини в нижній частині перегінного апарату утворюється конденсат, що є сумішшю клітинного соку рослин, поверхневої вологи, внесеної з сировиною, і конденсату, що утворюється в результаті конденсації пари на сировині і стінках апарату. Для отримання високоякісного продукту і забезпечення працездатності обладнання конденсат в процесі переробки необхідно видаляти.

Важливе значення має ступінь подрібнення сировини, від якого залежать паропроникність маси і його дренажна здатність.

Різновидом методу парової відгонки є гідродистиляція. При такому способі сировину заливають водою, а для відгонки ефірної олії використовують не тільки гостру, але і глуху пару. В процесах тепло - і масообміну беруть участь тверда, рідка і парова фаза. Ефірні олії в процесі обробки або відразу потрапляють в парову фазу (при безпосередньому контакті твердої і парової фаз), або переходить в рідку фазу, а потім вже в парову.

При перегонці ефірних олій або виділених з них компонентів суміш води і ефірної олії нагрівають гострою парою. Після доведення маси до стану кипіння починається процес перегонки. Склад фракцій буде неоднаковий. В першу чергу будуть відганятися компоненти, що володіють найвищим парціальним тиском. До кінця перегонки в дистиляті переважатимуть компоненти з найнижчим парціальним тиском.

Когобація

Для витягання ефірної олії, розчиненої у воді, застосовують повторну перегонку - когобацію. У зв'язку з низькою концентрацією ефірної олії у воді вміст його в паровій фазі зростає непропорційно концентрації. Парціальний тиск пари ефірної олії може бути визначений з виразу:

(5.3)

де:

X - концентрація олії в розчині;

К - постійна величина.

Таким чином, при перегонці дистиляційної води суміш пари, що виділяється, буде багатшим за вмістом ефірної олії, завдяки чому можна відігнати із завантаження практично всі ефірні олії з порівняно невеликою кількістю води.

Чим менше взаємна розчинність рідин, тим вище летючість розчиненої рідини (ефірної олії).

Кількість дистиляту, що відгониться при когобації, залежить від летючості вхідних компонентів які входять до складу ефірної олії.

Наприклад, при когобациі дистиляційної води геранієвої олії кількість дистиляту, що відгониться, майже удвічі більше, ніж при когобації лавандової води, не дивлячись на те, що розчинність геранієвої ефірної олії у воді менше, ніж лавандового. Це пояснюється тим, що при прийнятому для розрахунків складі ефірних олій середня пружність пари лавандової ефірної олії майже в 6 разів перевищує пружність пари геранієвої олії.

Крім того, до складу лавандової олії входить пінен, який крім вельми високої пружності пари володіє меншою розчинністю у воді, ніж кисневмісні компоненти.

Обезводнення ефірної олії вакуумною перегонкою

Цей вид перегонки є окремим випадком простої дистиляції, що проводиться при зниженому тиску.

Оскільки пружність водяної пари набагато вища пружності пари звичних компонентів ефірних олій, то при такій дистиляції вода переходить в першу фракцію (початковий погон) і частково захоплює з собою компоненти ефірної олії, що володіють найвищою пружністю пари.

Для визначення кількості дистиляту і його складу, що відгониться, розрахунок можна вести по тій же схемі, як і при когобації. В даному випадку розчинником буде ефірна олія, а вода - розчиняючою речовиною. Отже, при визначенні парціальної пружності пари або складу фаз необхідно застосовувати до води закон Генрі, а до компонентів ефірної олії- закон Рауля.

Теоретичні основи способу відгонки ефірних олій з водяною парою

Під перегонкою (або дистиляцією) мається на увазі процес, що складається з перетворення рідини або суміші рідин в пари в одному апараті і конденсації цієї пари шляхом охолоджування в іншому апараті.

Найпростіше протікає процес перегонки однорідної рідини, так званої однокомпонентної системи: рідина закипить, і перегонка почнеться при тій температурі, при якій тиск її пари стане рівним атмосферному. Процес перегонки ускладнюється, якщо рідина складається з двох або більш компонентів.

У простому випадку суміш рідин може полягати, тільки з двох компонентів (бінарні суміші). Такі системи по ступеню розчинності підрозділяються на взаїморозчинні і взаїмонерозчинні рідині. Ефірні олії, як правило, малорозчинні у воді, тому перегонка ефірної олії з водяною парою розглядається як один з окремих випадків перегонки двох взаїмонерозчинних і не діючих хімічно один на одного рідин. Маси цих рідин в суміші пари, що поступає на холодильник, відносяться між собою як твір молекулярної маси кожного з компонентів на його парціальний тиск і можуть бути виражені формулою:

(5.4)

де і - маса пари кожного з компонентів бінарної суміші; і - молекулярні маси компонентів суміші; р1 і р2 - парціальний тиск компонентів.

З приведеної формули витікає, що кількісне співвідношення компонентів в суміші пари залежить від парціального тиску компонентів і не залежить від співвідношень їх в рідкій фазі, кількість одного з компонентів в суміші пари буде тим більше, чим менше значенняпремноженої молекулярної маси на парціальний тиск іншого компоненту.

Щоб зрозуміти механізм парової відгонки ефірних олій з ефіроолійної сировини, розглянутий простий випадок парової відгонки ефірних олій, виділених раніше з сировини.

Перегонка при нормальному тиску суміші, одним з компонентів якої є вода, а іншим - ефірна олія, завжди протікатиме при температурі нижче 100 °С. Це ґрунтується на тому, що кипіння суміші взаїмонерозчинних рідин починається тоді, коли сума парціального тиску компонентів, суміші стане рівною зовнішньому тиску (9,81·104 Па). За цих умов парціальний тиск пари води над сумішшю буде, безумовно, нижчі 9,81·104 Па, отже, і кипіння повинне наступити при нижчій температурі, ніж кипіння при нормальному тиску [6, 7].

Насправді процес відгонки ефірних олій з парами води протікає значно складніше, ніж розгін бінарних сумішей, оскільки ефірна олія також представляє суміш різних взаїморозчинних летючих речовин, що ускладнює рішення задачі про склад парової фази, температуру перегонки і т. і.

Відгонка ефірних олій при підвищеному тиску має ту перевагу, що парціальний тиск пари багатьох компонентів ефірних олій зростає з підвищенням температури відгонки сильніше, ніж пружність водяної пари. Завдяки цьому при підвищенні тиску в апараті відносний вміст ефірної олії в дистиляті збільшується.

У виробництві ефірних олій зустрічаються наступні види парової відгонки:

- відгонка ефірної олії водяною парою з сировини;

- витягання ефірних олій, розчинених в дистиляційних водах (вторинних) шляхом дистиляції (когобації);

- очищення ефірних олій перегонкою з водяною парою (ректифікація), яка здійснюється як при атмосферному, так і при зниженому тиску (вакуумі);

- обезводнення (сушка) ефірних олій відгонкою води у вакуумі;

- виділення з ефірних олій окремих компонентів дробовою (фракціонованої) перегонкою.

На практиці відгонка ефірних олій проводиться двома способами: гідродистиляцією і паровою відгонкою.

При гідродистиляції джерелом водяної пари є вода, залита в апарат разом з матеріалом, що переробляється (ефірною олією або ефірноолійною сировиною). Тривала дія киплячої води на ефірні олії приводить до погіршення їх якості, наприклад омиленню лінадалацетата в лавандовій і шавлієвій ефірній оліях, тому його застосовують в основному для переробки квітів троянди.

У більшості випадків для відгонки ефірних олій використовується гостра пара, що подається в апарат від пароутворювача (котельні), такий процес називається паровою відгонкою.

При відгонці ефірних олій гідродистиляцією і за допомогою гострої водяної пари, що вводиться ззовні, рідина, що перегониться, повинна спочатку нагрітися до температури, близької до 100 °С (за нормальних умов перегонки). Бульбашки водяної пари, що надалі утворилися, проходять через шари рідини без конденсації (при надійній термоізоляції зовнішніх стінок перегінного апарату). В кожну таку бульбашку диффундує ефірна олія, що випаровується з її зовнішньої поверхні, і таке випаровування може відбуватися до тих пір, поки сумарний тиск пари усередині бульбашки не стане рівним атмосферному. Бульбашки, що підіймаються, досягають поверхні рідини, і полягаюча в них суміш пари переходить в паровий простір перегінного апарату.

На практиці бульбашки водяної пари проходять через шар ефірної олії настільки швидко, що повного насичення суміші пари парами ефірної олії не досягається, тому останні є ненасиченими.

При відгонці ефірних олій з водяною парою склад відгоняючих фракцій буде неоднаковий у зв'язку з відмінністю в парціальному тиску пари окремих компонентів ефірної олії. В першу чергу відгоняються компоненти з найвищим парціальним тиском, а отже, і найнижчою температурою кипіння, до кінця перегонки в дистиляті переважатимуть компоненти з найнижчим парціальним тиском - висококиплячі.

Процес відгонки ефірних олій з рослинної сировини протікає декілька в інших умовах порівняно з паровою перегонкою ефірних олій, у зв'язку з тим, що ефірна олія, що міститься в сировині, відокремлена від водяної пари оболонками кліток, в яких вона укладена. Ефірна олія, що знаходиться в тканинах сировини і неприступна безпосередній дії водяної пари, повинна заздалегідь в результаті гідродифузії проникнути через клітинні оболонки назовні, після чого вона зможе захоплюватися водяною парою.

При гідродифузії деяка частина ефірної олії розчиняється у воді, що міститься в тому ж вмістищі, що і олія, проникає через набряклу під впливом вологи і тепла клітинну оболонку і захоплюється водяною парою. Процес гідродифузії триває до тих пір, поки з сировини не відгониться вся ефірна олія.

Гідро дифузія може іти лише за наявності води, що знаходиться в самій сировині або сконденсувалася в процесі дії пари на холодну сировину. У зв'язку з цим легко-суха сировина на початку процесу відгонки повинна піддаватися обробці вологою парою або заздалегідь зволожуватися водою.

Попереднє подрібнення сировини перед паровою переробкою звільняє деяку кількість, що міститься в ньому ефірної олії, яка вступає в контакт з водяною парою і захоплюється їм в пароподібному стані. Ефірна олія, що залишилася включної в тканині не подрібненої частини сировини і тому неприступне безпосередньому контакту з парою, повинне заздалегідь піддатися процесу дифузії.

Теоретичні основи екстракції

Екстракція має ряд переваг перед паровою вігдонкою ефірних олій. Процес екстракції протікає при нижчих температурах, тому можливість зміни хімічного складу ефірних олій різко знижується. Олійні екстракції мають вищий вихід, вони майже не містять терпенових і сеськвітерпенових вуглеводнів, що зазнають хімічні перетворення, в зв'язку, з чим введення олійних екстракцій в парфюмерні вироби забезпечує їх високу стійкість при зберіганні.

Олійні екстракцій діляться на екстрактні (конкрети, резіноїди) і абсолютні.

Конкретами називається суміш запашних, дубильних, фарбувальних і інших речовин, одержаних при переробці ефіроолійної сировини екстракцією органічним розчинником з подальшою відгонкою розчинника. Конкрети з квіткової сировини є напівпродуктами і в парфюмерії, як правило, не використовуються.

Резіноїди - екстракти, одержані обробкою сировини гарячим етиловим спиртом з подальшою його відгонкою.

Абсолютна олія є частиною конкрета, розчинною в спирті, і володіє запахом, якнайповніше передаючим запах початкової сировини. Завдяки наявності в абсолютних оліях нелетких смолоподібних екстрактних речовин, які перешкоджають випаровуванню легко летучих компонентів, абсолютні олії володіють високими фіксуючими (закріплюючими запах) властивостями. Поєднання запаху, добре відтворюючого аромат кольорів, з фіксуючими властивостями робить абсолютні олії надзвичайно цінними продуктами для вживання в парфумерії.

Найважливішими умовами для отримання якісних олійних екстракцій є свіжість квіткової сировини, правильний вибір і якість розчинника і дотримання оптимального режиму процесу.

Як розчинник для отримання конкретів з квіткової сировини застосовуються заздалегідь розігнаний петролейний ефір або бензин. Лишайники і ладанник екстрагуються гарячим етиловим спиртом.

Екстракти можна виділяти також за допомогою зріджених газів (фреону, бутану, СО2 і ін.). Вони хімічно стійкі, дуже добре розчиняють ефірні олії, не впливаючи на їх якість. Гази майже не розчиняють супутні ефірним оліям речовини, не мають запаху, випаровуються при низьких температурах без залишку, вартість їх порівняльно невисока. Процес екстракції цими розчинниками можна проводити при низьких температурах, тому екстракти володіють високими парфюмерними якостями.

У даний час за допомогою СО2 виробляються екстракти календули, звіробою, ромашки, евкаліпта, кропу, перцю, гвоздики і іншої ефіроолійної, пряноароматичної і лікарської сировини, широко вживаної в косметичній і харчовій промисловості.

Процес екстракції заснований на законах розподілу і дифузії. Найпростіше він протікає у тому випадку, коли витягувана речовина і розчинник приведені в безпосередній контакт. В практиці ефірноолійного виробництва це відбувається в наступних випадках:

- ефірна олія вивільнена з включаючих її вмістищ дрібним дробленням сировини;

- ефірна олія знаходиться на поверхні сировини (екстрагування трояндової олії, адсорбованої активним вугіллям);

- при витяганні ефірної олії з водних розчинів збовтуванням з розчинником, що не змішується з водою.

Коли ефірна олія, що екстрагується, залишається ув'язненим в клітки сировини, яка не піддається попередньому подрібненню (у всіх випадках екстракції квіткової сировини), процес протікає набагато складніше. В цьому випадку концентрації ефірної олії в розчиннику, що оточує клітки рослини, і в розчиннику, продиффундувавшому всередину кліток, вирівнюються через клітинну мембрану, ефект екстракції залежить головним чином від процесів дифузії.

На кількість витянугнутої речовини впливають збільшення різниці концентрацій, яке досягається в результаті подачі більшої кількості розчинника або вживання принципу протитечії; збільшення площі поверхні контакту між оброблюваним матеріалом і розчинником, тому сировину подрібнюють і перемішують; збільшення тривалості екстрагування, що у кожному окремому випадку обмежується межею, залежною від якості одержуваного продукту. На тривалість процесу впливає також характер сировини і тип апаратури. Так, при отриманні квіткових екстрактів тривалість наполягання значно менше, ніж при отриманні запашних смол. На повноту витягання ефірної олії з сировини впливає також температура, підвищення якої прискорює екстракцію. Проте підвищення температури не завжди буває бажане, оскільки негативно позначається на якості олії.

Екстракцію з квіткової сировини, як правило, проводять при нормальній температурі щоб уникнути витягання баластних речовин. При отриманні смолоподібних продуктів - резиноїдов сировину заздалегідь подрібнюють і нагрівають.

Виробництво ефірних олій способом парової відгонки

Загальна технологічна схема виробництва. Способом парової відгонки переробляється понад 95% всієї ефіроолійної сировини в апаратах періодичної і безперервної дії. Питома вага апаратів періодичної дії щорічно знижується (на апаратах ПК-1500 і ПК-4000 переробляють окремі види квітково-трав'янистої сировини, на апаратах АПР-3000 - квітки троянди).

Переробка ефіроолійної сировини способом паровий відгонки на устаткуванні безперервної дії складається з процесів, розглянутих нижче.

Підготовка сировини до переробки охоплює всі види ефіроолійної сировини. Так, зернову сировину необхідно очищати і подрібнювати, квітково-трав'янисте і кореневе - подрібнювати, а квіти троянди - ферментувати.

Відгонка ефірних олій проводиться за допомогою пари, що подається в апарат. Кількість пари, що подається в апарат, тобто швидкість гонки, залежить від виду ефіроолійної сировини і типу апарату. Тиск пари на магістралі перед пуском в апарат для більшості культур повинен бути не менше (29,434 - 49,05) ·104 Па. При зниженні тиску пари збільшується олійність відходів [6, 33, 34].

Конденсація пари і охолоджування дистиляту відбувається в холодильнику за рахунок віддачі тепла охолоджуючому середовищу.

Розділення первинної ефірної олії і дистиляту здійснюється в спеціальних приймачах-роздільниках, званих флорентінами. Процес відділення первинної олії, заснований на різниці густини олії і води, на їх взаємній розчинності. Швидкість і повнота відділення залежать від температури середовища, конструкції і розмірів флорентин.

Рекуперація ефірної олії з дистиляційних вод необхідна тому, що дистилят, що відходить з флорентини, частково відносить з собою ефірні олії в розчиненому стані, і у вигляді емульсій. В середньому з дистилятом несеться 5 - 6% ефірних олій, але трояндової олії в дистиляті міститься до 95%, а базилікової до 50%.

Для рекуперації ефірних олій застосовують метод відгонки ефірних олій з парами води - когобацію і сорбацію ефірних олій за допомогою сорбентів (при переробці троянди).

Якість вторинної когобаційної олії може істотно відрізнятися від якості основної (первинної), це пов'язано з різною розчинністю компонентів ефірних олій. У багатьох випадках вони не купажуются (не змішуються).

Приведення ефірних олій в товарний вигляд полягає в відстоюванні, обезводненні і фільтрації.

Ректифікація ефірних олій потрібна для очищення їх від неприємно пахнучих компонентів і фарбувальних речовин, оскільки деякі з них мають різкий запах і темніше забарвлення. Це перегонка з водяною парою при атмосферному тиску.

Фасовка, упаковка, маркіровка і зберігання ефірних олій проводяться відповідно до діючого стандарту в скляні банки місткістю до 3 літрів, з білої жерсті місткістю до 10 л, бідони, бочки сталеві, алюмінієві і з неіржавіючої сталі місткістю 200 л.

Переробка ефіроолійної сировини способом екстракції.

Технологічна схема екстракції ефіроолійної сировини.

Виробництво ефірних олій екстракцією складається з двох технологічних процесів: отримання конкретів з ефіроолійної сировини і виробітку абсолютних олій з конкретів.

Отримання конкретів. Цей процес включає наступні стадії: витягання запашних речовин з ефіроолійної сировини, відгонка розчинника з проекстрагованої сировини після попереднього віджимання, концентрація місцелли шляхом відгонки частини розчинника, остаточне упарювання місцелли.

Витягання запашних речовин з ефіроолійної сировини проводять методом періодичного і безперервного екстрагування.

Періодичний метод полягає в однократному або багатократному відстоюванні ефіроносів в розчиннику. Його застосовують для отримання резиноїдів дубового моху і ладанника, а також при переробці малотоннажної сировини. При такому методі великі витрати ручної праці, високі втрати олій і розчинника.

Сировину (троянду, шавлію) безперервним методом переробляють на апаратах безперервної дії, де вона рухається назустріч розчиннику за принципом протитечії.

Екстракцію здійснюють на екстракторах ЕНГ, НД-500.

Відгонка розчинника з відходів за допомогою водяної пари після попереднього віджимання проводиться в цілях скорочення втрат, оскільки проекстрагована сировина містить значну кількість розчинника. Процес залежно від типу апарату здійснюється в спеціальному пристрої або на іншому устаткуванні.

Концентрацію місцелли (розчину конкрета в розчиннику) проводять при атмосферному тиску або з невеликим вакуумом в апаратах періодичної і безперервної дії плівкового типу. Температура відгонки розчинника 50 - 60 °С. Апарати періодичної дії типу АПР-3000 мають низьку продуктивність в результаті тривалості процесу відгонки розчинника, громіздку технологічну схему і високі втрати трояндової олії і розчинника. Найефективнішим є використовування дистилятора НДК. Остаточне упарювання місцелли проводять у вакуум-апаратах періодичної дії при температурі 45 - 60 °С і залишковому тиску (1,33 - 2) ·104 Па [6, 7, 34].

Вироблення абсолютних олій. Одержаний екстракт може бути безпосередньо використаний в парфумерії, проте частіше з конкрета одержують абсолютну олію - продукт, позбавлений баластних, нерозчинних в спирті речовин. Абсолютну олію з конкрета одержують по наступній схемі: обробка конкрета етиловим спиртом, охолоджування і фільтрування спиртного розчину для відділення воску, відгонка спирту під вакуумом з отриманням абсолютної олії.

Незалежно від конструкції основного технологічного обладнання переробка квіткової сировини проводиться по єдиній технологічній схемі.

Переробка троянди ефіроолійної

Ефірну олію витягують з квіток троянди гідро дистиляцією і екстракцією.

Розу доставляють на завод у фанерних ящиках розміром 500х500x500 мм і вагою до 20 кг.

Квітки повинні бути свіжими, але без крапель роси, мати нормальний колір, свіжий запах, характерний для троянди.

У стандартній сировині не допускається більше 2% ефіроолійної домішки даної рослини (квітконіжки понад 2 см і їх частини, інші частини рослини, квітки, що побуріли, підсохнули і підгнили) і домішки інших рослин.

Квітки троянди бракують при вмісті інших частин рослини понад 10% і квіток, що побуріли, підсохнули і підгнили, понад 10% [6].

У дні найсильнішого цвітіння на завод поступає до 15 - 17% всього урожаю квіток, тобто кількість, що перевищує середньодобову потребу підприємства. В цей період дуже важливо уникнути втрат олії до завантаження сировини в апарати.

Для збільшення вмісту олії і збереження квіток їх ферментують в розчині куховарської солі або на повітрі (в мішках або ящиках).

Ферментація в розчині солі зберігає сировину протягом доби, а ферментація в ящиках і мішках 4 - 8 годин, без видимого погіршення його якості.

Тривалість зберігання в значній мірі залежить від температури повітря, первинної температури троянди і ступеня її ущільнення. Температура збереження квіток, яка вища 37 – 38 °С може викликати їх псування [1, 2, 3, 33].

Переробка лаванди теперішнього часу

Збираючи суцвіття лаванди доставляють на завод в свіжому вигляді. При зберіганні вони втрачають ефірну олію менше, ніж інші види квіткової сировини. У Франції знаходять вигідним підв'ялювати лаванду на плантаціях, скиртувати і переробляти через деякий час після прибирання.

Сировина лаванди повинна задовольняти наступним кондиціям:

- довжина квітконосу до нижньої півмутовки суцвіття не більша за 10 см; колір суцвіть від білого до темно-фіолетового; запах сильно ароматичний;

- засміченість не більше 2%; вміст ефіроолійної домішки даної рослини (листя, квітконосів завдовжки понад 10 см і їх обрізки) не більше 3% [6, 7];

- суцвіть з квітками, що обсипалися, не вище 5%;

- стороння волога (від дощу або роси) не допускається.

Сировину бракують при засміченості понад 8%, наявності ефіроолійної домішки даної рослини понад 20%; суцвіть з квітками, що обсипалися, понад 15%; суцвіть, що не розпустилися, більше 20%; почорнілих суцвіть понад 5%, а також за наявності в сировині цвілі [3, 4].

Переробка шавлії мускатної

Сировина шавлії мускатної, що поступила на завод, повинна мати наступні якісні показники:

- зрізка суцвіть над верхньою парою листя під час повного цвітіння; колір від білого до фіолетового;

- запах ароматичний; вміст смітної домішки (земля, пісок, частини не ефіроолійних рослин) не більше 2%;

- ефіроолійні домішки даної рослини (листя і стеблових частин, не рахуючи стебла зрізаного над верхньою парою листя) не більше 2%;

- перезрілих, побурілих суцвіть з квітками, що повністю обсипалися, не більше 3%;

- недостиглих суцвіть (що не мають жодної квітки, що розкрилася) не більше 3%. Наявність сторонньої вологи (крапель дощу, роси) не допускається.

Сировину бракують за наявності домішки інших ефіроносів, запліснявілих рослин і сторонніх пахучих речовин, при вмісті сміття понад 8%, ефіроолійні домішки даної рослини понад 15%; перезрілих, побурілих, з квітками, що обсипалися, суцвіть понад 15%; почорнілих суцвіть понад 5% [7, 33].

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство