專利名稱：一種用于萃取甘蔗汁液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制糖業(yè)中萃取甘蔗汁液的方法。
在甘蔗中含有需要萃取出來(lái)的富糖汁液，這些汁液被存儲(chǔ)在容易破裂的植物存儲(chǔ)細(xì)胞中。諸如將甘蔗切成碎片的備料方法，能使94％的植物汁液存儲(chǔ)細(xì)胞破裂，并形成一種由富糖汁液和植物纖維組成的混合物。其中的植物纖維含有大部分低純度材料；在存儲(chǔ)細(xì)胞破裂的過(guò)程中，這些低純度材料不易被破壞。
傳統(tǒng)的汁液萃取方法，例如干式壓力萃取方法、瀝濾和滲濾萃取方法，都不能利用已備好的甘蔗原料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。盡管在技術(shù)上先進(jìn)，這些方法仍以低效率而著稱。
從理論上說(shuō)，完全可以用水對(duì)汁液進(jìn)行物質(zhì)置換達(dá)到植物汁液從植物纖維萃取出來(lái)的目的。這一點(diǎn)早在1889年就被Mtthey認(rèn)識(shí)到，Mtthey也因他的簡(jiǎn)單萃取工序獲得專利號(hào)為UK 21021的專利。
根據(jù)參考文獻(xiàn)，利用水與植物汁液相逆流能很好地完成這種置換萃取。在這種萃取工序中，就象活塞一樣，水面的前沿(塞式流)推向破裂的植物細(xì)胞，從而將汁液置換出來(lái)。
為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的活塞流置換萃取系統(tǒng)，植物纖維和汁液組成的原料層不能有任何破壞，否則將會(huì)導(dǎo)致水繞過(guò)這些原料，并進(jìn)一步造成系統(tǒng)內(nèi)部的置換汁液與被置換汁液間的相互混雜，從而使逆向水流的流量減少，并最終導(dǎo)致通過(guò)擠壓的方法將植物汁液逐出的效果不理想。
由此可知，一個(gè)理想系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)是形狀不變且穩(wěn)固的由植物纖維和汁液構(gòu)成的原料層，流動(dòng)著的活塞式的水與汁液。
這種理想的情況是很難達(dá)到商用規(guī)模的，但可以通過(guò)保持原料層在一水平位置形狀不變、并把活塞流液體置換過(guò)程分配到幾個(gè)階段上去進(jìn)行的萃取工序加以近似地實(shí)現(xiàn)。
西爾弗式環(huán)形浸出器就是按照這個(gè)原理工作的，但它包括一個(gè)18個(gè)階段的萃取工序。在這個(gè)萃取工序中，水是從連續(xù)的原料層上面加注的，并透過(guò)運(yùn)動(dòng)著的原料層，滴入到位于下方的汁液隔離槽。此萃取工序之所以如此長(zhǎng)，是因?yàn)橹脫Q汁液與被置換汁液發(fā)生了的相互混雜現(xiàn)象，使活塞流置換效能達(dá)不到理想的效果。
另外一個(gè)被認(rèn)為阻礙效率提高的因素是大量的空氣出現(xiàn)在原料層中。在甜菜根制糖業(yè)里批量滲濾生產(chǎn)的時(shí)候，空氣排除被認(rèn)為是最重要的。1930年，一個(gè)稱為meichage的排氣方法在一個(gè)稱為Naudet的批量滲濾甘蔗渣的萃取工序中實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。這個(gè)萃取工序里所使用的空氣排除方法就是從原料層的下面向上頂水，逐漸抬高的水面將空氣攜帶到原料層的頂部，并在那里將空氣釋放掉。但是，這個(gè)排氣方法一直只在批量萃取工序中才可實(shí)用。
建造一個(gè)高效率的工廠必須考慮到這樣一個(gè)基本問(wèn)題所處理原料的結(jié)構(gòu)和體積構(gòu)成。通常，備好的甘蔗原料是以體積密度低、空隙多為特點(diǎn)的(也就是說(shuō)甘蔗原料里面充滿了空氣)。
為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的糖液萃取工序，必須避免原料層出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，否則會(huì)造成較低的滲透率和汁液逐出率。進(jìn)一步，甘蔗原料層中的空隙也必須填滿，以利于甘蔗和汁液的混合物自由流動(dòng)。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)就是提供一種用于連續(xù)地萃取甘蔗汁液的、利用甘蔗備料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的、并使萃取汁液的效率得到徹底改善的方法和設(shè)備。
本發(fā)明，一種用于從纖維狀原料層中萃取汁液的萃取方法，此方法中包含有一個(gè)在數(shù)個(gè)階段進(jìn)行的連續(xù)逆流萃取工序，每個(gè)階段都包括這幾項(xiàng)工作空氣排除、借助于一種純粹的塞式流萃取方法進(jìn)行的汁液置換、排出被置換汁液和置換媒體。
在本發(fā)明的優(yōu)選模式里，所預(yù)備的纖維性原料是甘蔗，整個(gè)萃取工序包含有三個(gè)階段，第一階段和第二階段所用的置換媒體分別是從第二和第三階段上排出的汁液，而第三階段所用的置換媒體用的是水。
空氣排除是用前面所說(shuō)的meichage排氣方法實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明三個(gè)階段的置換萃取工序是經(jīng)優(yōu)選、在一種常規(guī)的水平拖拉式傳送機(jī)上進(jìn)行的。傳送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是根據(jù)蔗渣的流量，按照保證蔗渣流層的厚度在0.3到0.5米之間的需要設(shè)定的。這樣就有利于保持較高的滲透速率。典型情況下，借助于靜水壓差，滲透速率是0.1米/t秒。這對(duì)于用先前的處理工藝典型得到的0.1米/分的滲透速率來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常可觀的改善。
為了實(shí)現(xiàn)高效率的汁液萃取，蔗渣中汁液的成分必須是甘蔗纖維成分的20倍左右，即蔗渣中纖維的成分所占的比例必須小于5％。滿足這些條件后，蔗渣(由纖維和汁液組成)就象液體一樣了。這樣也就能保證在進(jìn)行meichage排除空氣和置換汁液時(shí)不再需要對(duì)蔗渣進(jìn)行輔助機(jī)械操作。
下面將要描述的本發(fā)明的實(shí)施例需要參考下列附圖

圖1是一個(gè)按照本發(fā)明的萃取工序進(jìn)行操作的一個(gè)拖拉式傳送機(jī)的側(cè)視圖；圖2是一個(gè)替選型設(shè)備的側(cè)視圖；圖3是圖2中帶孔圓筒5的一個(gè)側(cè)視圖。
在圖1中，切碎機(jī)10將切碎的甘蔗料供給傳送機(jī)。傳送機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度是按照甘蔗流來(lái)設(shè)定的，以使層厚大約為0.3米的甘蔗沿帶孔的傳送機(jī)的機(jī)底被移動(dòng)。
可變速的抽水機(jī)13以可調(diào)速率和可調(diào)壓力從容器18將meichage法排氣處理所用的汁液泵上來(lái)。汁液的泵上速率應(yīng)足以保證汁液到達(dá)正好覆蓋住將要離開(kāi)傳送機(jī)meichage排氣區(qū)A的甘蔗料層的表面的高度。
在汁液置換區(qū)B處，置換所用的汁液從位于上部的儲(chǔ)液槽15處以一盤型淋浴的方式供給，并被排放到傳送機(jī)的上蓋板上。這樣的方式就避免了置換媒體與被置換汁液的相互混雜，也就提高了汁液置換的效率。
借助于排液管17內(nèi)的自動(dòng)閥16控制汁液的高度。從汁液置換區(qū)B和排液區(qū)C排出的汁液向下經(jīng)排液管17進(jìn)入容器18。
應(yīng)特別注意的是為了保證用于活塞流汁液置換處理和快速排出離開(kāi)每個(gè)階段的蔗渣所需的足夠的靜水壓差，每個(gè)階段內(nèi)的接收容器18內(nèi)液面高度至少有2米，并且最好是在低于傳送機(jī)內(nèi)甘蔗原料層頂上的汁液高度的3到4米范圍內(nèi)。
第二和第三階段重復(fù)執(zhí)行上述萃取工序，唯一的區(qū)別就是置換所用的汁液和排除空氣所用的汁液內(nèi)所含的糖分不同。第二階段所用的置換汁液為從第三階段泵出的被置換后的汁液，而第三階段所用的置換汁液實(shí)際是從脫水磨中出來(lái)的水。
從傳送機(jī)上卸下的蔗渣(甘蔗纖維和甘蔗汁液)經(jīng)過(guò)一個(gè)瀑布式斜道19流入預(yù)萃取機(jī)20。預(yù)萃取機(jī)20是一個(gè)由三個(gè)斜置的輥?zhàn)訕?gòu)成的磨，并能將蔗渣的一半汁液擠出。
從預(yù)萃取機(jī)20出來(lái)的蔗渣經(jīng)過(guò)一個(gè)封閉的斜道22(稱為Meinecke斜道)被送到一個(gè)常規(guī)的蔗渣提升機(jī)23的底部，提升機(jī)23再將其送到位于萃取工序終端的脫水磨24的入料斜道(稱為Donelly斜道)。脫水磨24實(shí)際上是一個(gè)常規(guī)的四輥磨機(jī)。
再轉(zhuǎn)到圖2，圖2所示為一種交叉流式汁液置換系統(tǒng)。此系統(tǒng)對(duì)于那些具有高負(fù)載容量的工廠是有用的。
在此系統(tǒng)中，一部分meichage排氣所用的甘蔗汁液是從位于上部的容器5加入，再混入到固性原料(碎甘蔗料)中。而這些固性原料是由浸漬器1稀釋的。合成后的蔗渣經(jīng)彎曲板2倒進(jìn)開(kāi)口槽4。
在這里，第二部分meichage排氣法所用的汁液被加入，并且這次是從開(kāi)口槽4的底板的下面經(jīng)底板上的小孔頂上來(lái)的，混合后的蔗渣在重力的作用下流到汁液置換區(qū)B。
在置換汁液區(qū)包含有一個(gè)其上有許多孔洞的彎曲底板，被置換出的汁液流就從這些小孔穿過(guò)。為了避免小孔被堵塞，圓筒5刮擦這個(gè)彎曲的底板，圓筒5上也有許多穿孔。一旦在汁液排出區(qū)的蔗渣變得過(guò)于堅(jiān)實(shí)，圓筒5同樣會(huì)協(xié)助推動(dòng)蔗渣。在圓筒的端面上均布地焊接著12排銷釘6，在每排銷釘?shù)哪┒硕己附又尾涟?，刮擦板7完成刮擦彎曲底板的任務(wù)。
用于置換的汁液進(jìn)入位于汁液置換區(qū)上方的具有孔洞的圓筒內(nèi)部。
也正是為了此功用，圓筒的兩端是開(kāi)放的。而在圓筒內(nèi)部的中間位置焊接著一個(gè)厚鋼圓盤。該盤片被焊接在一個(gè)軸轂上，此軸轂又是楔在圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的。此圓筒由可變速的液壓或電力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為1-2轉(zhuǎn)/分。
置換用的汁液從筒外的一個(gè)盒子里經(jīng)過(guò)圓筒的輪緣進(jìn)到位于此筒內(nèi)側(cè)兩端以里的汁液分配盒8里(圖3)。筒外盒子里的汁液高度可以控制，以避免空氣的進(jìn)入。這樣，置換用的汁液就均勻的分布到位于汁液置換區(qū)的蔗渣上面了，再透過(guò)蔗渣，并集中到雙層底里，再?gòu)哪抢锉慌诺轿挥谙旅娴闹菏占淅?。通過(guò)監(jiān)視汁液箱9里的汁液高度，一個(gè)安裝在瀉流管里的自動(dòng)閥控制著被置換出的汁液的流量大小。
在汁液排瀉區(qū)C里，空氣被導(dǎo)入到蔗渣層的頂部，以使得殘留的汁液借助于靜水壓差通過(guò)管10吸下來(lái)，此靜水壓差為甘蔗層頂部汁液與位于下方的汁液收集箱內(nèi)的汁液面之間的高度差。
排出汁液后的蔗渣借助于重力作用和圓筒5上銷釘?shù)淖饔脧囊粋€(gè)60°的斜坡上排出。為增加進(jìn)入下一個(gè)汁液分離階段的蔗渣的流動(dòng)性能，下一個(gè)階段meichage法排氣所用的汁液經(jīng)過(guò)圓筒的輪緣被導(dǎo)入位于圓筒內(nèi)側(cè)兩邊的汁液分布盒11內(nèi)。
蔗渣以相同的順序兩次同樣的萃取工序。
在此，靜水壓差的重要性應(yīng)當(dāng)再?gòu)?qiáng)調(diào)一下。
在商用滲出器里，汁液是從開(kāi)口箱有孔的底板流出的。這樣，靜水壓差就不可能比甘蔗層的厚度(1到2米)高。實(shí)際上，由于甘蔗層的內(nèi)部有空氣，此靜水壓差還要小的多。
在本發(fā)明所提供的萃取工序里，汁液被收集在底部密封的箱里。假如將汁液排出到下面收集箱的卸流管里(借助于控制閥)保持充滿汁液的狀態(tài)，那么，靜水壓差就與甘蔗原料層內(nèi)的汁液和收集箱內(nèi)的汁液之間的高度差相等，因而可能增加到2到4米或更多。
排出管的作用就像氣壓柱一樣，其下拉汁液的力量就好似甘蔗層上方有2到4為高的汁液一樣。
權(quán)利要求
1.一種用于從纖維原料層中萃取植物汁液的萃取方法，其特征是包含有一個(gè)多階段的、連續(xù)的、逆流法萃取工序，每個(gè)階段包括三步工作(A)空氣排除、(B)借助于一個(gè)純粹的活塞流萃取方法進(jìn)行的汁液置換、(C)排出被置換的汁液和置換媒體。
2.如權(quán)利要求1所述的萃取工序，其特征是所預(yù)備的纖維原料是甘蔗，萃取工序包含有三個(gè)階段，第一階段和第二階段所用的置換媒體分別是由第二階段和第三階段排出的汁液，而水被用作第三階段的置換媒體。
3.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的萃取工序，其特征是借助于meichage排氣方法實(shí)現(xiàn)空氣排除。
4.如權(quán)利要求2和權(quán)利要求3所述的萃取工序，其特征是它是在一個(gè)常規(guī)的水平拖拉式傳送機(jī)上進(jìn)行的，傳送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是根據(jù)蔗渣的流量，按照能使甘蔗層的深度保持在0.3到0.5米之間的要求設(shè)定的。
5.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的萃取工序，其特征是蔗渣中所含的汁液成分為所含的甘蔗纖維成分的20倍左右。
6.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的從纖維性原料中萃取汁液的設(shè)備，其特征是設(shè)備中包括數(shù)個(gè)工作臺(tái)，每個(gè)工作臺(tái)上都包括排除原料內(nèi)空氣的裝置、借助于一種純粹的活塞流萃取方法置換汁液的裝置和排出被置換的汁液和置換媒體的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是它包括三個(gè)工作臺(tái)，前兩個(gè)工作臺(tái)接受從第三工作臺(tái)排出的汁液作為置換汁液，而第三個(gè)工作臺(tái)所用的置換媒體是水。
8.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征是它包括一個(gè)常規(guī)的水平拖拉式傳送機(jī)，傳送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是根據(jù)蔗渣的流量，按照能使甘蔗層的厚度保持在0.3到0.5米之間的要求設(shè)定的。
9.如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征是在meichage法排除空氣萃取工序區(qū)和汁液置換區(qū)，蔗渣是借助于重力流動(dòng)的，在汁液排出區(qū)，則借助于機(jī)械裝置移動(dòng)發(fā)干的蔗渣。
10.如權(quán)利要求6至權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征是為保持每個(gè)工作臺(tái)上不小于2米的靜水壓差，在汁液排瀉管內(nèi)安裝有控制閥門。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連續(xù)地從諸如甘蔗之類的植物纖維材料層中萃取汁液的逆流法萃取工序。此萃取工序包括有數(shù)個(gè)階段(最好三個(gè)),每個(gè)階段包括:空氣排除、借助于一種純粹的流體塞萃取法實(shí)現(xiàn)汁液置換以及被置換汁液和置換媒體的排出。
文檔編號(hào)C13B10/04GK1186860SQ9612343
公開(kāi)日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1996年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月30日
發(fā)明者米歇爾·馬塞勒·阿梅利·里維埃 申請(qǐng)人:米歇爾·馬塞勒·阿梅利·里維埃