"Зеленые" технологии с применением двуокиси углерода в пищевой промышленности

Двуокись углерода при относительно низкой температуре 31,1 ° С приобретает состояние близкое к критической точке (Tc, Pс), при которой фазы жидкости и пара принимают равные удельные веса и сливаясь формируют единственную фазу, физические свойства которой промежуточные к тем из соответствующих жидкостей и газов. При простой разгерметизации происходит разделение растворов, что важно для операции экстракции. Хотя есть несколько веществ, критические температуры которых достаточно умеренные (<100 °C), двуокись углерода имеет наибольшую практическую приемлемость из-за своих свойств – доступна, невоспламеняющаяся, обладает относительно низкой токсичностью. К сожалению, CO 2 – слабый растворитель, что мешает использовать его для процессов, где требуется существенная растворимость высокой молекулярной массы и / или полярных компонентов. Также необходимость в высоких давлениях, что делает экстракционное оборудование дорогим. Эффект экстракции сильно зависит от режимных параметров и, следовательно, сохраняются «зеленые» преимущества использования СО 2.

Число предприятий, работающих во всем мире, которые используют сверхкритический CO 2 , в настоящее время выше 100 и устойчиво растет. Большинство действующих заводов использует CO 2 , чтобы обработать пищевые материалы в некотором роде (извлечение или разделение). Несмотря на этот устойчивый рост, есть общее мнение в пределах проектировщи-кови в пределах индустриальных сообществ, что есть элементы, связанные с проектированием и строительством основанных на CO 2 заводов, которые эффективно блокируют большее использование этой технологии [8].

В то время как использование CO 2 как растворитель, часто считается "зеленой" операцией любого процесса при высоком давлении, что приводит к более высокой стоимости, чем аналогичный процесс, которым управляют при одной атмосфере. Если такой процесс будут считать "зеленым", но не смогут создавать и управлять экономно, то процесс будет иметь академический интерес только и его потенциальная «зеленая» технология неосуществленная выгода. Есть некоторые простые "эмпирические правила", которые можно использовать, чтобы сделать стоимость основанного на CO 2 процесса максимально низкой [9].

Один путь, которым можно минимизировать стоимость основанного на CO2 процесса, состоит в том, чтобы минимизировать размер оборудования. Учитывая, что CO2 как правило, предлагается как растворитель, самое очевидное средство, которым можно минимизировать размер оборудования, состоит в том, чтобы минимизировать количество растворителя (CO2), текущий посредством процесса. Следовательно, нужно попытаться выбрать или проектировать вещества, таким образом, что они показывают высокую растворимость в CO2.

Анализ фазовых состояний систем твердое– жидкость и жидкость–жидкость с СО 2 показал, что в системе жидкость – жидкость позволяет использовать меньше СО 2 [10].

Операция процесса при высоком давлении более дорогая, чем процесс при атмосферным давлении. Эти затраты идут на проектирование и строительство оборудования, а также на дополнительное оборудования системы безопасности, которое необходимо. Отметим, что капитальные затраты процесса с высоким давлением не линейны с давлением, потому что оценки давления определенного вспомогательного оборудования доступны в дискретных шагах (60, 100 бар, например). Кроме того, число компаний с опытом в проектировании процесса с высоким давлением понижается резко, когда рабочее давление повышается выше 200 бар. В сложившейся обстановке действует рекомендация работать при самом низком возможном давлении.

Учитывая, что углекислый газ –относи-тельно слабый растворитель, известный способ понизить рабочее давление (или поднять операционную концентрацию) использовать сорастворители и наиболее применяемым является этанол.

Было упомянуто в литературе, что использование CO 2 как растворителя выгодно, потому что сокращение давления на 1 атмосферу приводит к полному осаждению любого растворенного материала, осуществляя легкое извлечение продукта. Это может быть верно, но использование такого маршрута для извлечения продукта поднимает затраты, так как необходимо также повторно сжимать CO 2 . Поскольку газовое сжатие энергоемкое и дорогое, более «зеленый» путь к извлечению продукта желателен.

Работа в непрерывном режиме может позволить использовать оборудование меньших размеров, поддерживая высокую производительность. В то время как это обычно применимо для жидких веществ, это может быть намного более трудно для обработки твердых частиц в высоком давлении. Действительно, в настоящее время не существует жизнеспособное средство для подачи и удаления твердых частиц непрерывно из процесса под высоким давлением (100 бар и более). Те коммерческие, основанные на CO2, процессы, которые используют твердые частицы, применяют или периодический или полупериодический способы. Это не означает, что такие процессы незначительны – напротив, несколько были коммерциализированы, включая извлечение кофеина из кофейных зерен, α-кислот из хмеля и различных компонентов из растительных пряностей.

Существует множество областей (в том числе и пищевая промышленность), где непрерывный ввод и удаление твердых частиц очень увеличили бы экономическую жизнеспособность CO 2 –базируемого процесса, но нехватка механических средств, которыми можно этого достигнуть, сводит процесс полунепрерывному и периодическому.

В итоге внимание должно всегда обращаться на экономическую жизнеспособность процессов, использующих CO 2 как реагент и/или растворитель – в то время как основанные на CO 2 процессы, как вообще думают, "зеленые", их выгода никогда не будет пониматься, если стоимость таких процессов превзойдет обычные аналоги.

Экстрагирование и отжим –основные способы извлечения компонентов веществ из растительного сырья.

Экстрагирование –процесс извлечения компонентов с применением растворителя, а при отжиме извлечение жидких компонентов-происходит при прессовании структуры растительного сырья. Главные недостатки экстрагирования органическими растворителями – их пожароопасность и опасность в отношении здоровья обслуживающего персонала при контакте с парами растворителя, а также высокие