ES2325784T3 - Extraccion de los componentes del material biologico. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la obtención de los componentes del material biológico, que consta de las siguientes etapas: a) Electroporación del material biológico, b) Separación del jugo celular del material biológico electroporado c) tratamiento alcalino de la extracción del material biológico electroporado a un valor de pH de 7 hasta 14, medido a 20ºC d) Contenido de componentes del material biológico en el jugo celular y en el extracto.
Description
Extracción de los componentes del material
biológico.
La presente invención se refiere a un método que
mejora la obtención de los componentes del material biológico, en
particular la remolacha (Beta vulgaris) o bien las pulpas de
remolacha.
De una gran diversidad de distintos materiales
biológicos, en particular de materias primas vegetales como los
frutos que se obtienen en la agricultura, se obtienen valiosas
sustancias o componentes mediante procedimientos mecánicos y/o
térmicos. Para poder separar estas sustancias del material
biológico, se deben abrir las membranas del material celular, en
particular de las células vegetales. En general esto se lleva a cabo
por medio de fuerzas mecánicas como cortar, rallar, apisonar etc.
Otros métodos para la disgregación de las membranas celulares del
material biológico son la desintegración celular térmica, en la que
las membranas celulares son desnaturalizadas mediante el efecto de
la temperatura o bien la combinación de un proceso térmico y un
proceso mecánico. Tras el proceso de desintegración, se comprimen o
se someten a presión los componentes solubles del material
biológico, se extraen con disolvente mayoritariamente agua, o bien
se forma una emulsión en el caso de sustancias no solubles.
Dicho método de obtención de componentes del
material biológico es especialmente relevante para la industria de
los azúcares, puesto que en Europa Central se emplea este método
para manipular remolachas (Beta vulgaris) y obtener azúcar.
Normalmente se cortan las remolachas lavadas en máquinas de corte
convencionales y los trozos obtenidos se escaldan con agua caliente
a aproximadamente 70 hasta 75ºC. Con ello se desnaturalizan
térmicamente las células de remolacha, es decir se disgregan las
paredes celulares y de ese modo se obtiene la molécula de sacarosa.
En un proceso de extracción posterior, normalmente mediante
extracción a contra corriente se obtiene un extracto que contiene
sacarosa (jarabe bruto o jugo verde) a una temperatura de unos 68
hasta 70ºC.
Para conseguir una extracción efectiva, se debe
añadir una cantidad considerable de agua externa (condensado). Para
optimizar el procesado de extracción y para reducir el contenido
residual de azúcar en las pulpas extraídas se separa
aproximadamente un 105% hasta un 100% de jugo verde siguiendo un
método conocido en lo que se refiere a la cantidad de pulpas. La
cantidad extraída se calcula a partir del porcentaje de cantidad
extraída respecto a la cantidad total de remolacha. A continuación
se puede efectuar una purificación del jugo del extracto.
Además de la cantidad de agua externa necesaria
para la extracción se precisa de un método que requiere mucha
energía en el tratamiento del material biológico para la obtención
de sus componentes. En particular la disgregación térmica del
material biológico a unas temperaturas habituales de más de 70ºC
requiere un gasto energético elevado. Pero también para el
siguiente proceso de extracción se debe calentar una porción
considerable de agua externa a una temperatura superior a 70ºC y en
otra etapa del proceso se evaporará con un gran gasto. Por lo tanto
es preciso desintegrar el material biológico, en particular la
remolacha de azúcar, o bien las células de remolacha, con el mínimo
gasto de energía posible y utilizando un método adecuado para
reducir la cantidad de agua y energía en la obtención de los
ingredientes de material biológico.
Otro punto de vista importante es la capacidad
para deshidratarse del material biológico extraído. Por ejemplo,
para la obtención de azúcar en la República Federal de Alemania se
manipulan anualmente 27 millones de toneladas de remolacha. Tras la
extracción acuosa a contracorriente de la remolacha triturada se
originan unos 15 millones de toneladas de pulpa extraída con un
contenido en agua del 90%, que se aprovecharán como pienso para el
ganado. Para facilitar el transporte y mantenimiento del producto
este debe ser deshidratado. La deshidratación se realiza
seguidamente mediante una compresión mecánica y a continuación el
proceso de secado hasta un contenido residual en agua del 10%. Esto
significa una compresión elevada que requiere un elevado consumo de
energía eléctrica. Puesto que los costes para la deshidratación
mecánica hasta un contenido en sustancia seca de hasta el momento
aproximadamente un 35% son claramente más favorables que los costes
para el secado, un objetivo de la industria del azúcar es conseguir
la mejora del proceso de compresión. La presión de tipo económico
en el secado y las medidas de carácter ambiental ligadas a ello han
conducido a que se mejorara la deshidratación mecánica. El
contenido medio en sustancia seca de pulpas prensadas que se obtiene
en 16 fábricas seleccionadas pasó a ser de aproximadamente un 20%
en el año 1976 a aproximadamente un 32% en 1987. Esto significa un
ahorro considerable de energía, que para una fábrica con una
producción diaria de 10.000 t de remolacha puede ser de aprox.
500.000 euros por campaña (considerando un precio del aceite: 150
EUR/t). Por lo que existe una necesidad urgente de mejorar y
perfeccionar el proceso de prensado, es decir la deshidratación del
material biológico, en particular de las pulpas de remolacha, tras
la extracción.
La patente
US-A-3 477 973 publica un método
para la obtención de los componentes del material biológico, donde
el material biológico es disgregado. El jugo o jarabe celular del
material biológico disgregado se separa, el material biológico
disgregado se somete a un tratamiento de extracción y se obtienen
los componentes de material biológico en el jugo celular y en el
extracto. Se conoce la electroporación para la disgregación del
material biológico (Informationsdienst Wissenschaft (idw) -
Pressemitteilung FOrschunszentrum Karlsruhe GmbH, Technik und
Umwelt, 07.12.2001).
El cometido de la presente invención consiste en
hallar un método mejorado para la obtención de los componentes del
material biológico así como un dispositivo para llevar a cabo el
método, de manera que el método se caracterice por una elevada
eficacia y rentabilidad al mismo tiempo que un consumo bajo en
recursos como energía y agua.
De acuerdo con la invención este comedido se
resuelve mediante un método conforme a la reivindicación 1.
Mediante la electroporación realizada conforme a
la invención se abren preferiblemente las células del material
biológico, en particular, las células de remolacha empleando unos
impulsos de alta tensión. Por lo tanto no es necesaria una abertura
térmica de estas células para una extracción posterior. El
tratamiento previo realizado a continuación del material biológico
facilita la separación previa del jugo celular, en particular de una
parte grande o considerable del jugo celular, por lo que
preferiblemente se reduce la cantidad de ingredientes de material
biológico que se extraen en la etapa de extracción conforme a la
invención. Se consigue pues una reducción notable de la cantidad de
agua externa requerida, que se debe emplear para la extracción de
los ingredientes o sustancias que quedan en el material biológico
tras la separación mencionada de jugo celular. Esto conduce también
a una reducción palpable de residuo, es decir, de la proporción de
cantidad de extracto frente a la cantidad de material biológico
empleado.
En relación con la presente invención se
entiende por "material biológico", las sustancias o la materia
prima vegetal y los productos agrarios con un contenido en
componentes valiosos, principalmente el azúcar de remolacha y la
materia prima del azúcar con su importante componente la sacarosa,
pero también la achicoria con un importante componente la inulina,
así como las semillas oleaginosas para la obtención de aceite, las
uvas para la extracción del jugo o zumo de uvas o bien los frutos
que se emplean para la obtención de colorantes vegetales como la
carotina o sustancias
aromáticas. Además se entiende por plantas o componentes vegetales, los que se emplean para la obtención de almidón.
aromáticas. Además se entiende por plantas o componentes vegetales, los que se emplean para la obtención de almidón.
En relación con la presente invención se
entiende por extracción aquel método de separación para eliminar
determinados componentes, en particular las sustancias a base de
mezclas de sustancias sólidas o líquidas, en particular material
biológico con ayuda de los disolventes adecuados, de manera que
entre el disolvente y el material disuelto, el componente del
material biológico, no se produzca ninguna reacción química. En la
obtención de los componentes del material biológico como la
sacarosa, inulina, almidón se emplea preferiblemente agua como
medio de extracción, por ejemplo, en la obtención de azúcar de la
remolacha, o bien de las pulpas de remolacha. En una variante se
pueden obtener además o exclusivamente los componentes o
ingredientes solubles en grasas, mediante el empleo de disolventes
no polares y/o orgánicos.
En una configuración especialmente preferida se
lleva a cabo la etapa a) del método conforme a la invención, es
decir la electroporación del material biológico, en un medio
conductor, de manera que el material biológico es expuesto a un
campo de elevada tensión. Se ha previsto preferiblemente que el
campo de alta tensión se produzca sobre el material biológico de
forma conocida, es decir a través de unos electrodos conductores de
la tensión. Se prefiere el empleo de recorridos de alta tensión en
forma de impulsos pero también se han previsto campos de tensión
constante y cambios de cambios periódicos. La intensidad del campo
se sitúa preferiblemente alrededor de 0,5 hasta 1,5 kV/cm, en
particular de 0,7 hasta 1,3 kV/cm. En una variante especialmente
preferida la conductividad del medio en el que se encuentra el
material biológico se adapta a la conductividad del material
biológico, de tal manera que se intenta alcanzar un recorrido óptimo
de las líneas del campo dentro del material biológico, siendo la
conductividad preferiblemente de unos 0,2 hasta 2,5 mS/cm, en
particular 0,4 hasta 2,1 mS/cm. En una variante especialmente
preferida se emplea todo el fruto y se somete a la electroporación,
por ejemplo, se emplea toda la remolacha. Se ha averiguado que de
este modo se reduce el consumo requerido para la electroporación
frente a la electroporación del material biológico triturado.
Naturalmente también se ha previsto añadir el material biológico de
la electroporación en forma triturada, por ejemplo en el caso de la
remolacha en forma de pulpas de remolacha.
En la fase o etapa b) se realiza preferiblemente
la separación del jugo celular del material biológico bajo una
carga mecánica mínima. Se ha previsto que la carga mecánica, es
decir la admisión de presión, del material biológico en la etapa
a), en la etapa b), en la etapa c), en la etapa d) del método
conforme a la invención, en cada momento y en cada etapa del
proceso sea inferior a 2 MPa, en particular menor de 1 MPa,
preferiblemente menor de 0,5 MPa. Es decir, que preferiblemente la
presión sobre el material biológico o bien la carga mecánica del
material biológico durante todo el proceso sea siempre menor de 2
MPa y preferiblemente no se ejerza ninguna otra fuerza y carga
sobre el material biológico. De acuerdo con la invención, es
preferible reducir al máximo la carga mecánica del material
biológico y la carga de presión siempre a menos de 1 MPa,
preferiblemente a menos de 0,5 MPa. En particular sobre el material
biológico no se ejerce ninguna presión o bien ninguna carga
mecánica. La mínima carga mecánica se ve reducida de forma
significativa frente a una carga mecánica elevada conocida de más
de 2 MPa, principalmente de aproximadamente 10 hasta 30 MPa, que
equivale a un prensado del material biológico.
La carga mecánica mínima preferida conforme a la
invención se consigue normalmente mediante un simple desnervado y/o
giro del material biológico, por ejemplo en una espira o tornillo.
Para el desnervado y/o giro del material biológico se pueden
emplear naturalmente dispositivos conocidos que tengan ese objetivo.
Nos referimos a todo tipo de hélices de transporte como hélices
semiabiertas pero también a cintas de transporte, hélices de
vibración o tambores o cilindros.
Sorprendentemente se ha averiguado que incluso
con una carga mecánica mínima (ver arriba) del material biológico
tratado previamente mediante electroporación, especialmente de la
remolacha o de pulpas de remolacha, se puede conseguir un elevado
porcentaje de jugo celular y por tanto un elevado porcentaje de los
componentes del material biológico. La remolacha o las pulpas de
remolacha disgregadas son térmica o eléctricamente comprimidas de
forma conocida en un tratamiento previo, por ejemplo, antes de una
extracción, a una presión mecánica elevada de más de 2 MPa,
principalmente de unos 10 hasta 30 MPa, de forma que la remolacha o
las pulpas de remolacha en una forma modificada mecánicamente,
adquieren una consistencia tipo mermelada. Por el contrario el
material biológico tratado en la etapa b) para la separación del
jugo celular se mantiene inalterado en su forma y configuración y a
consecuencia de ello se puede añadir fácilmente a la etapa c)
siguiente, es decir a la extracción.
Además en una configuración preferida se observa
que el jugo celular separado en la etapa b) debido a la pequeña
carga mecánica es esencialmente claro y no se ha manchado por los
componentes tisulares que aparecen en el caso de una carga mecánica
elevada, en particular sustancias flotantes o en suspensión, etc..y
por ello se puede obtener especialmente puro. En otra variante el
jugo celular separado en la etapa b) se aclara incluso añadiendo un
medio de floculación.
A través de la etapa b) del método conforme a la
invención se consigue un tratamiento previo del material biológico
antes de la extracción en la siguiente etapa c). Este tratamiento
previo facilita según la invención la separación previa del jugo
celular del material biológico de un modo muy eficaz. Se ha
averiguado que el material biológico previamente tratado conforme a
la invención, especialmente debido una carga mecánica pequeña es
mecánicamente estable y se presenta en un envase suelto, de manera
que el medio de extracción puede atravesar muy bien el envase para
permitir una extracción especialmente eficaz.
Otra ventaja del método conforme a la invención
consiste en que mediante la separación previa de una gran cantidad
de jugo celular y de la proporción esencial existente de
ingredientes del material biológico, la extracción posterior deberá
contribuir a la obtención de los componentes del material biológico.
En particular, en la utilización de remolachas o de pulpas de
remolacha como material biológico se reduce la cantidad de azúcar
que se ha de separar en la extracción siguiente. En la utilización
preferida de remolachas o de pulpas de remolacha como material
biológico el rendimiento es de aproximadamente un 10 hasta un 30% de
masa respecto a la masa total de material biológico.
El efecto conforme a la invención conduce muy
especialmente a una reducción sensible de la cantidad de agua
externa necesaria, que debe emplearse para la extracción de los
componentes del material biológico, lo que conduce a una reducción
sensible de la extracción, es decir a la relación de la cantidad
extraída frente a la cantidad de material biológico empleado. La
extracción se reduce pues a valores inferiores al 100%, en
particular a aproximadamente del 90%. De la reducción de la
extracción conforme a la invención se deduce preferiblemente un
aumento de la pureza del extracto a valores superiores al 90%,
aproximadamente del 91,5% hasta del 92,5%. Debido a ello, se puede
reducir la cantidad de, por ejemplo, calcita, para el método de
purificación del extracto previsto preferiblemente según la
invención en la etapa c) posterior a la obtención del extracto, a
valores de aproximadamente un 15% hasta un 30%.
Sin verse limitado a la teoría, por un lado a
través de la electroporación en la etapa a), porque a través de la
electroporación ya se ha producido una abertura de las células, y
por otro lado a través de la separación de una gran cantidad de
jugo celular del material biológico sometido a electroporación en la
fase b), se reduce esencialmente el requisito en la extracción
siguiente de que la extracción del material biológico puede llevarse
a cabo a temperaturas significativamente bajas. El método preferido
conforme a la invención se caracteriza porque la etapa de
extracción c) se realiza a una temperatura básicamente reducida a
nivel técnico, es decir a una temperatura de 10 hasta 65ºC,
preferiblemente de 45 a 60ºC, en particular de 46 a 60ºC.
Naturalmente, la temperatura de extracción se
puede adaptar a las exigencias del material biológico y puede ser
mucho más baja o más alta mientras se lleve a cabo la extracción.
Debido a la disminución de la temperatura de extracción el material
biológico, por ejemplo las pulpas de remolacha, se tratan con más
cuidado que en el método convencional de la desnaturalización
térmica. Debido a ello se obtiene un incremento de la capacidad de
prensado del material biológico, por ejemplo de las pulpas de
remolacha, alrededor de un 2% de puntos en % TS (TS= sustancia
seca).
Preferiblemente también se ha previsto que el
extracto purificado, en particular el jugo diluido I y II, se
purifique a continuación en una instalación de evaporación de varias
etapas hasta un contenido aproximado de sustancia seca del 70%. La
cantidad de energía que se necesita para la evaporación del agua
externa del extracto obtenido disminuye gracias a la reducción de
la cantidad de agua externa conseguida por el método conforme a la
invención.
Según la invención se prefiere que de la
remolacha tratada conforme a la invención se obtenga el extracto
y/o el jugo diluido en una instalación de cristalización del azúcar
de varias etapas. El material biológico extraído, en particular las
pulpas de remolacha extraídas, son deshidratadas de forma mecánica y
se mezclan por ejemplo con melaza y tras un secado térmico se
comercializan como pienso, en particular como gránulos de
pienso.
La extracción en la fase c) tiene lugar como una
extracción alcalina, utilizando especialmente medios de
alcalinización como la lechada de cal, y/o la cal viva. Por
"alcalino" se entiende en este contexto el valor del pH de un
medio acuoso de aprox. pH 7 hasta aprox. pH 14 (a 20ºC). En una
variante preferida, la extracción alcalina se realiza a un pH 7,5
hasta pH 11, en particular a pH 10, por ejemplo, pH 10,2.
En una extracción alcalina se desencadenan
reacciones químicas con el material biológico pero no en todos los
casos, y se puede formar un porcentaje de pectato de calcio de alto
peso molecular. Para temperaturas de extracción conocidas de 70 a
75ºC, estas reacciones químicas inesperadas de la extracción
alcalina son tan fuertes que en parte se forma una gran cantidad de
pectato de calcio, que dificulta la filtración del extracto
obtenido, preferiblemente purificado, de tal manera que dicho método
no se puede llevar a cabo en la práctica. Por el contrario, la
extracción alcalina conforme a la invención que se realiza a bajas
temperaturas disminuye la formación de estos compuestos de alto
peso molecular, de manera que en la filtración del extracto
purificado, en particular del jugo diluido I y/o II que se obtiene
en la extracción de la remolacha por purificación del jugo, se
alcanza un coeficiente de filtración inferior a 1 mm/g.
El aporte de alcalinidad al material biológico,
preferiblemente remolacha de azúcar, caña de azúcar o achicoria,
por ejemplo en forma de lechada de cal, hidróxido de calcio,
sacarato de calcio o cal viva, tiene lugar justo después de la
electroporación (etapa a), en particular en una etapa intermedia
antes de la siguiente manipulación del material biológico en la
etapa b). En otra variante, se aplica la alcalinidad en la
separación del jugo celular en la etapa b). En otra variante se
introduce la alcalinidad justo antes de realizar la extracción
(etapa c).
En otra configuración preferida de la invención
la alcalinización del material biológico, de la remolacha o pulpas
de remolacha o de la achicoria, se realiza añadiendo el medio de
alcalinización directamente a la máquina de corte. Esto tiene la
ventaja de una desinfección parcial del material biológico.
En otra configuración de la invención la
alcalinización del material biológico se realiza añadiendo el medio
alcalinizante al depósito del material biológico, en particular al
depósito de remolacha, o bien en la vía de transporte al depósito,
especialmente al depósito de remolacha. Esto permite una
desinfección parcial.
De acuerdo con la invención se aplica
preferiblemente la alcalinidad al material biológico normalmente en
forma de soluciones acuosas, que se pulverizan. En otra variante se
emplea en el proceso a menos una sustancia alcalina, en particular
cal como la cal viva, como sustancia sólida, preferiblemente en
forma de polvo.
Al aportar alcalinidad al material biológico, en
particular en una fase previa del proceso conforme a la invención,
preferiblemente en la etapa b) o bien directamente antes, se produce
una limpieza del jugo celular separado justo durante el proceso de
separación del material biológico. En la aplicación preferida en
remolachas o pulpas de remolacha se produce una separación previa
de las sustancias que no son azúcar, principalmente de las
proteínas. De esta forma una gran parte de esas sustancias se
mantiene adsorbida o coagulada en las pulpas de remolacha incluso
después de la extracción. Naturalmente a continuación se puede
realizar una purificación completa del jugo celular separado.
Mediante el aporte de alcalinidad al material
biológico, se consigue además una disminución del riesgo de
infección del material biológico y el incremento de la estabilidad
microbiológica del material biológico y del jugo celular separado
durante el tratamiento. La estabilidad microbiológica es de
aproximadamente 10^{4} KBE/ml.
En otra variante preferida en un método conforme
a la invención, se añade preferiblemente en la etapa b) al menos
una sustancia auxiliar al material biológico. En relación con la
presente invención se entiende por una "sustancia auxiliar"
una composición o bien sustancia química pura, que no tiene ningún
tipo de función en el componente extraído, preferiblemente en el
alimento extraído. Se trata de sustancias como condensados, pero
también agua del proceso, disolvente, desinfectante como el
formaldehído o bien algún medio antiespumante. Se prefieren los
medios auxiliares para la floculación como los floculantes aniónicos
o catiónicos, las sustancias que aportan alcalinidad y/o los iones
de calcio como la lechada de cal, cal viva, hidróxido de calcio,
sacarato de calcio, sulfato de calcio y otras sales de calcio y/o
sales de aluminio. La sustancia auxiliar añadida según la
invención, preferiblemente en forma de una solución se pulveriza
sobre el material biológico. En otra variante se puede añadir como
sustancia sólida, por ejemplo, en forma de polvo. Las sustancias
auxiliares logran también una limpieza previa del jugo celular
separado.
A través de la electroporación conforme a la
invención del material biológico en la etapa a) donde se abren las
paredes celulares, y en particular en la etapa b) durante la
separación del jugo celular del material biológico, se facilita el
aporte de alcalinidad y/o de los iones de calcio al material
biológico. En particular mediante la combinación preferida según la
invención de electroporación en la etapa a) y extracción alcalina
en la etapa c) se produce un aumento de la capacidad de
deshidratación del material biológico una vez finalizado el proceso
conforme a la invención, por ejemplo comprimiendo hasta un 8% del
contenido en sustancia seca (%TS).
El objetivo preferido de la presente invención
es pues un método para incrementar la capacidad de prensado del
material biológico extraíble, en particular de las pulpas de
remolacha, y por tanto del porcentaje de sustancia seca que se
consigue en la compresión, que se caracteriza porque en una primer
etapa tiene lugar una electroporación del material biológico, en
particular de la remolacha, y en otra etapa tiene lugar una
extracción alcalina del material biológico sometido a la
electroporación, de la remolacha, pulpas de remolacha o achicoria,
y seguidamente se obtiene el material biológico extraído con un
elevado prensado.
Otro objetivo preferido de la presente invención
es también un método para obtener el material biológico extraído,
en particular la remolacha, pulpas de remolacha o achicoria, con un
porcentaje de sustancia seca elevado preferiblemente de un 38% de
TS, que se caracteriza porque en una primera etapa se someten a la
electroporación las remolachas, en otra etapa las remolachas o
pulpas de remolachas son extraídas en un medio alcalino, y en una
etapa posterior el material biológico sometido a la
electroporación, en particular las remolachas o pulpas de remolacha
son comprimidas o prensadas de forma conocida y se obtiene el
material biológico extraído con un contenido elevado en sustancia
seca.
En otra variante, entre las etapas a) y b) del
proceso y en otra etapa del proceso se tritura el material
biológico, por ejemplo, en el caso de la remolacha para tener pulpas
de remolacha. Esto facilita la obtención del jugo celular del
material biológico.
En otra variante de este proceso tiene lugar la
etapa del proceso b) ya dentro de una caja de entrega dispuesta
para la recepción del material biológico. La presión mecánica
ejercida sobre el material biológico tanto en la caja de entrega
como también en la espira completa es preferiblemente siempre
inferior a 1 MPa, preferiblemente inferior a 0,5 MPa. Lo preferible
es que no se ejerza ninguna presión. Naturalmente la caja de entrega
prevista sirve para que el material biológico se almacene y se
acumule de tal forma que pueda ser luego transportado a la espira y
la espira presente un buen nivel de llenado.
En otra variante la camisa o envuelta exterior
y/o los recorridos de la espira, es decir la rosca, perforan la
espira empleada. Es decir, presentan orificios a través de los
cuales el jugo celular separado del material biológico puede fluir
fuera de la espira. Se prefiere que la envuelta exterior y la rosca
estén perforadas. El jugo celular que queda libre en el transporte
del material biológico, es decir el jugo transportado, penetra a
través de los caminos de la espira perforados y/o de la envuelta
exterior perforada y se recoge en una bandeja dispuesta normalmente
según la invención en la espira, en particular se trata de la
bandeja que rodea la espira. Esta bandeja desemboca normalmente en
una tubería del recorrido, preferiblemente en el punto más bajo.
En otra variante la caja de entrega, es decir la
caja intermedia, en la que se recoge el material sometido a
electroporación antes de su entrega al segmento configurado para la
recogida del material biológico, está provista de un desagüe,
preferiblemente en el punto más bajo de la caja intermedia. El jugo
celular separado del material biológico en la caja intermedia fluye
hacia una parte esencial del desagüe ya previsto.
El objetivo de la presente invención es por
tanto un dispositivo conforme a la reivindicación 10, para la
obtención de componentes del material biológico, que normalmente se
emplean para llevar a cabo el proceso conforme a la invención. Este
dispositivo presenta una cámara para la electroporación del material
biológico así como al menos una espira completa para la recogida
del material biológico electroporado con el fin de separar el jugo
celular del material biológico y un extractor para la extracción del
material biológico. Según la invención, al menos una espira
completa, preferiblemente en su envuelta exterior y/o sus recorridos
se encuentra perforada. Preferiblemente en la espira completa
existe una bandeja para la recogida del jugo celular separado en la
espira completa, que rodea preferiblemente la espira, y se cierra
herméticamente. la función de al menos una espira completa según la
invención es la de desnervar el material biológico, es decir
cargarlo poco mecánicamente. Esta función está relacionada con otra
función preferida de la espira completa que es el transporte del
material biológico a través del dispositivo, preferiblemente desde
el dispositivo para la electroporación hasta el extractor.
De acuerdo con la invención es preferible que el
extractor sea un extractor de torre. En una variante el extractor
es un extractor a base de cangilones como el DDS. En otra variante
el extractor es un extractor de células de tambor como un tambor
RT.
En otra configuración preferida el dispositivo
conforme a la invención contiene una máquina para recortar, es
decir una máquina de corte, preferiblemente una máquina de corte
giratoria, que está dispuesta en una vía de transporte del material
biológico desde el dispositivo de electroporación hasta la espira
completa y el material biológico es triturado antes de entrar en la
espira. En otra variante, se ha previsto la máquina de corte con un
depósito intermedio para la recogida del material biológico
electroporado antes de la trituración, lo que prepara el montaje de
presión necesario para su trituración mediante el apilamiento del
material biológico.
Preferiblemente se dispone de un recipiente de
mezcla adicional al segmento de la espira para el material
biológico transportado, en el que se recoge el material biológico
que sale de la espira, con el fin de su posterior extracción en el
extractor.
En una configuración preferida del dispositivo
conforme a la invención se ha previsto un dispositivo dosificador
para el aporte de sustancias auxiliares y/o una alcalinidad. Este
dispositivo dosificador contiene en una variante al menos una
tubería de aclarado con como mínimo un surtidor para el rociado de
las soluciones de las sustancias auxiliares y/o de los medios
alcalinizantes como la lechada de cal. En otra variante el
dispositivo dosificador es un dispositivo que sirve para el aporte
de sustancias sólidas, preferiblemente medios en polvo, en
particular hablamos de un dosificador neumático y/o un transportador
espiral.
Preferiblemente se dispone el dispositivo
dosificador en un zona de la espira completa, en particular sobre
su envuelta exterior. En una variante el dispositivo dosificador se
sitúa en una zona del depósito intermedio. En otra variante el
dispositivo dosificador se encuentra en una zona del recipiente de
la sustancia macerada o del mosto. A este respecto el término
"zona de dosificado" hace referencia al espacio delimitado del
cual a través del dispositivo dosificador elegido, la sustancia
dosificada, es decir las mencionadas sustancias auxiliares, medios
alcalinizantes etc..son transportadas.
En otra variante preferida el segmento
configurado de la espira para la recogida del material biológico
electroporado se encuentra en su extremo inicial en un punto
inferior mientras que el segmento configurado de la espira para la
cesión del material biológico transportado se encuentra en su
extremo preferiblemente en un punto alto, que se encuentra
claramente sobre el punto inferior. Es decir, la espira completa
prevista conforme a la invención se dispone a lo largo de una
pendiente, de manera que el material biológico de la espira completa
es transportado desde el punto inferior al punto alto
contrariamente a la pendiente.
Otras configuraciones preferidas se indican en
las subreivindicaciones.
\newpage
El dispositivo conforme a la invención se aclara
con ayuda de la figura: La figura muestra una representación
esquemática de una configuración preferida del dispositivo conforme
a la invención, la cual exhibe un dispositivo para la
electroporación del material biológico (1), un mecanismo de corte
(3) para el triturado del material biológico electroporado con un
depósito intermedio (2) y una caja de entrega (4), una espira
completa perforada (5) con bandeja recolectora, al menos un
dispositivo dosificador (6) para el aporte de las sustancias
auxiliares al material biológico, un desagüe (7) para la recogida
de jugos de la caja de entrega y de la espira completa y de un
extractor (8).
La invención se aclara con ayuda de los ejemplos
siguientes:
Las remolachas almacenadas o recolectadas se
lavan y a continuación se colocan en una instalación de
electroporación (1) habiéndose cortado en trozos grandes o bien sin
cortar, y se someten a pulsos de alta tensión de 0,7 hasta 1,5
kV/cm. De este modo las remolachas o pulpas de remolacha se
encuentran en un medio conductor, con una capacidad conductora de
0,4 hasta 2,1 mS/cm. A través de la electroporación se disgregan las
paredes celulares de una forma conocida.
Las remolachas o pulpas de remolacha que han
sido sometidas a una electroporación son transportadas seguidamente
a un depósito intermedio (2) directamente sobre la máquina de corte
(3), pasan de allí a la máquina de corte (3), son trituradas y
luego pasan a través de una caja de entrega (4) a una espira
completa (5), cuya envuelta exterior así como los recorridos de la
espira se encuentran perforados, para facilitar el flujo del jugo
celular procedente de las pulpas de remolacha, es decir el jugo de
transporte. En el depósito intermedio se añadirá lechada de cal
para reducir las actividades microbiológicas.
La espira completa cerrada tiene el cometido de
transportar las pulpas electroporadas a la sustancia macerada en el
recipiente del extractor (8) previsto para ello. Su disposición
presenta una pendiente hacia arriba en la dirección del transporte.
Es decir, el punto más bajo de la espira se encuentra justo debajo
de la zona de entrega (4) entre la máquina de corte (3) y la espira
(5). Su punto más alto se encuentra directamente antes de la caja
del mosto de pulpas. Entre la salida de la maquina de corte y la
entrada de esta espira completa configurada como espira de
transporte se encuentra una caja de entrega (4) configurada como
caja intermedia. En ella se recogen las pulpas de remolacha recién
electroporadas. En el punto más bajo de la espira existe un desagüe
(7). Este desagüe sirve para la recogida de los jugos celulares, que
durante el transporte por la espira y/o durante el impulso mecánico
aparecen en la caja de entrega, procedentes de las pulpas
electroporadas.
La espira (5) tiene por un lado el cometido de
transportar las pulpas electroporadas al mosto de pulpas, pero por
otro lado tiene también el cometido de impulsar el material a base
de pulpas en el transporte por la pendiente. La presión mecánica de
la caja de entrega es siempre inferior a 2 MPa. Este valor de
presión máxima sirve para toda la instalación, es decir para el
recorrido desde la máquina de corte hasta la masa de pulpas, de
manera que las pulpas electroporadas son sometidas a una presión
inferior a 2 MPa en cada uno de los puntos del recorrido.
El jugo de transporte libre por la espira (5)
durante el transporte de las pulpas pasa a través de la envuelta
exterior perforada de la espira y se recoge en una bandeja que rodea
la espira completa, que desemboca en su punto más bajo en el
recorrido anteriormente descrito (7). Durante el transporte de las
pulpas electroporadas por la espira completa salen debido a la
perforación de la espira y debido a la perforación de la envuelta
exterior de la espira los jugos celulares de las pulpas
electroporadas y van a parar a la bandeja situada alrededor de la
espira y son conducidos al desagüe (7). La bandeja rodea
herméticamente la espira completa.
Entre la bandeja y le envuelta exterior de la
espira se disponen en sentido axial a la espira las tuberías de
enjuague o lavado. Las tuberías de lavado posen unas boquillas que
sirven de dispositivo dosificador (6), de manera que las sustancias
auxiliares son pulverizadas desde fuera sobre la envuelta exterior
de la espira completa. En una modificación, se introducen varios
puntos de dosificación con boquillas dentro de toda la espira,
desde el principio de la espira completa en la dirección del
transporte de la espira completa hasta un punto en la espira, a
partir del cual las pulpas en el funcionamiento normal de la espira,
todavía se mantienen dentro de ella unos 5 minutos. A través de
estas boquillas se dosificarán las sustancias auxiliares. A través
de los puntos de administración de las sustancias auxiliares
situados en el depósito intermedio y en la espira completa las
pulpas recibirán una solución de sacarato de calcio. También pueden
recibir lechada de cal o cal seca. La mayor parte de esta solución
es absorbida por las pulpas. Las pulpas absorben el calcio y se
preparan para una extracción alcalina, que se realiza siguiendo un
método conocido. Las cantidades de lechada de cal o de sacarato de
calcio, que no son absorbidas por las pulpas se recogen en el punto
más bajo de la espira y allí junto con el jugo celular son
transportadas y manipuladas.
Las pulpas de remolacha trituradas antes de la
espira son guiadas a través del recipiente del mosto a un
dispositivo de extracción a contracorriente y son extraídas y se
recoge el extracto. La temperatura de la extracción es de 45 hasta
60ºC; preferiblemente se elige una temperatura superior a los 45ºC,
pero de 60ºC como máximo. El extractor es un extractor de torre y
en él las pulpas son extraídas a contra corriente del medio de
extracción (denominada agua límpida).
Seguidamente se realiza una limpieza o
depuración del jugo de lechada de cal - ácido carbónico. El extracto
purificado (jugo diluido I y II) se manipula de forma convencional:
es decir, tras el concentrado del jugo se obtiene un jarabe que se
coloca en los cristalizadores para que mediante la evaporación y
cristalización sucesiva se obtenga el azúcar. El residuo de
carbonato cálcico separado es deshidratado de forma convencional a
través de una prensa filtradora y es comercializado como abono,
conocido por el nombre de cal de abono.
El jugo celular separado en la espira completa
y/o en la caja de entrega se añadirá a un medio auxiliar floculante
tras su alcalinización previa. El jugo de transporte es conducido
luego a un decantador convencional. Se retira el curso inferior del
decantador y en la instalación de precalcificación se añade el
preparado del extracto. Por el contrario, el curso claro del
decantador es conducido para su evaluación, que incluye la
purificación con jugo diluido del preparado del extracto.
Paralelamente a ello el extracto se somete a una limpieza
convencional.
Las pulpas extraídas son prensadas en prensas de
husillo. El agua de la prensa es devuelta al extractor. Las pulpas
prensadas son deshidratadas térmicamente de un modo convencional, es
decir en estufas a baja temperatura, estufas a alta temperatura o
bien estufas de evaporación.
A continuación se representan los ensayos en una
escala de medición técnica (remolachas manipuladas: 6 kg/h), para
ilustrar las ventajas del método.
Las remolachas son electroporadas en un aparato
de electroporación con una intensidad de campo de 0,7 hasta 1,5
kV/cm y seguidamente se trituran en una máquina de corte (llamada
Alexanderwerk). Luego las pulpas pasan a un mezclador y se añade
lechada de cal (solución de hidrato de cal). Se ha de procurar
mantener la temperatura del tiempo de corte por debajo de los 20ºC.
La cantidad de solución de hidrato de cal (concentración: 220 g
CaO/l) equivale a una adición de alcalinidad efectiva de 0,3 hasta
0,5 g de CaO/100 g remolacha. Las remolachas alcalinizadas se
transportaban a una espira de cangilones del tipo DDS. La envuelta
exterior y los recorridos de las espiras están perforados. La masa
de pulpas es transportada por la espira de transporte. Por el camino
se separa aproximadamente un 20 hasta un 30% del jugo de remolacha
alcalinizado de la masa de remolacha empleada. Se recoge el jugo de
remolacha alcalino (valor del pH: 11 hasta 12).
Las pulpas alcalinizadas son transportadas a un
extractor de cangilones del tipo DDS y allí son extraídas. Las
pulpas y el agua de extracción (con lechada de cal débilmente
alcalinizada y agua endurecida (pH 9,5; 90ºdH) son conducidas en
contra corriente al material triturado. En un modo de trabajo casi
continuo se extraen las pulpas a un ritmo de 4,8 kg por hora
mientras se añade agua límpida en un 60 hasta un 80% respecto a la
masa de pulpas. La extracción se efectúa a una temperatura reducida
de 60ºC en comparación al método convencional.
Esto permite un consumo bajo de energía y que se
consiga un buen tratamiento del material recortado. Esto se
exterioriza especialmente con una mejor calidad del extracto (pureza
elevada) y una mejor capacidad de compresión de las pulpas.
Como ventaja importante de la extracción
alcalina en combinación con la electroporación se observaba en los
ensayos una capacidad de compresión superior frente al método
convencional de las pulpas extraídas (compresión en una prensa de
sellado), lo que conducía a un contenido claro en sustancia seca de
un 8%. Por ejemplo, se incrementa el contenido en sustancia seca a
un 38% TS frente al 30% TS en el método convencional. Esto tiene
como consecuencia un consumo de energía bastante inferior en la
deshidratación térmica siguiente de las pulpas.
La pureza del extracto es del orden del 91,5
hasta 92,5% y por tanto algo superior a la del método convencional.
Las sustancias que no son azúcar, que se extraen en el método
convencional, como las pectinas y las sustancias albuminoideas, se
quedan en las pulpas en el tratamiento alcalino e incrementan su
valor fertilizante en el tratamiento posterior para la fabricación
de abonos.
En la realización técnica del método el agua de
la prensa obtenida en la compresión de las pulpas extraídas vuelve
a la planta de extracción. Por ello es preferible un agua de elevada
pureza, como del 89%.
El jugo de transporte alcalino y el extracto
alcalino son purificados. La purificación del jugo se ha realizado
en un aparato de purificación del laboratorio (matraz de tres bocas
con posibilidad de atemperado). La mezcla se ha efectuado con
lechada de cal (concentración de 220 g CaO/l) (hasta una alcalinidad
de 0,4 hasta 0,6 g CaO/100 ml de extracto). Se realiza un
tratamiento alcalino del jugo a 85ºC. Esta etapa del proceso sirve
para la creación de azúcar invertido y amidas ácidas que dañarían el
siguiente proceso. Las otras etapas del proceso equivalen al
proceso convencional. En la primera y segunda carbonatación al
introducir dióxido de carbono precipita el carbonato cálcico, que
se une por adsorción a las sustancias que no son azúcar y que se
encuentran en el jugo y es eliminado por filtración del jugo. Al
final de la purificación del jugo se obtiene un extracto
purificado.
Los ensayos han indicado que el extracto
purificado es de una calidad superior, es decir de un color
inferior (aprox. 600 hasta 800 I.E.) frente al método convencional
(más de 1000 I.E.). También la estabilidad del extracto purificado
frente a una carga térmica en la posterior evaporación del jugo es
elevado. En una prueba de laboratorio (hervir durante una hora bajo
reflujo del condensado) se producía una coloración escasa del jugo
de meramente unos 25 l.E. Un inconveniente del método es el
contenido relativamente elevado de iones de calcio solubles, las
llamadas sales cálcicas.
Se puede evitar así la etapa del proceso de la
precalcificación, que prevé una precalcificación progresiva en unas
condiciones de temperatura y alcalinidad suaves.
Los precipitados de carbonato de calcio
separados contenían menos sustancias que no eran azúcar que en el
método convencional. Esto incrementa el valor medio del
carbocal.
- -
- A través del tratamiento previo de la remolacha mediante un esfuerzo de compresión mecánico en la espira completa y en la caja de entrega se separa un porcentaje esencial de jugo celular del material de remolacha. El rendimiento es de casi un 10 hasta un 30% de jugo celular con respecto a la masa del material de remolacha aportado.
- -
- Mediante la separación previa del jugo celular se consigue una reducción de la cantidad de azúcar que se va a separar en la extracción posterior, lo que conduce a una reducción sensible del desarrollo de casi un 90%.
- -
- Mediante una reducción del desarrollo se logra un aumento de la pureza del extracto de casi el 92%.
- -
- El material a base de pulpas electroporado es extraído en una extracción a contracorriente a una temperatura baja, es decir a una temperatura de 45 hasta 60ºC, preferiblemente de más de 45ºC y menos de 60ºC. Mediante un tratamiento adecuado del material de pulpas se obtienen en la extracción otras ventajas respecto a la calidad (pureza) del extracto.
- -
- La compresión de las pulpas tras la extracción alcalina es elevada. La ganancia en sustancia seca es de 8% en puntos, por ejemplo de del 30% TS a un 38% TS.
- -
- Mediante la reducción de la cantidad de agua potable necesaria, se reduce el vapor de agua necesario.
- -
- La separación previa del jugo de transporte aumenta el tratamiento aparte en una planta de limpieza de jugos. Debido a esta elevada pureza se produce una separación previa de las sustancias que no son azúcar disueltas en el jugo de transporte.
- -
- La mezcla de jugo de transporte muy puro y extracto de la extracción conduce a unos jugos más puros que los del proceso convencional.
- -
- Mediante la alcalinización de las pulpas de remolacha y del jugo celular separado se incrementa su estabilidad microbiológica a un valor de 10^{4} KBE/ml.
Claims (12)
1. Proceso para la obtención de los componentes
del material biológico, que consta de las siguientes etapas:
- a)
- Electroporación del material biológico,
- b)
- Separación del jugo celular del material biológico electroporado
- c)
- tratamiento alcalino de la extracción del material biológico electroporado a un valor de pH de 7 hasta 14, medido a 20ºC
- d)
- Contenido de componentes del material biológico en el jugo celular y en el extracto.
2. Método conforme a la reivindicación 1, que se
caracteriza porque el material biológico es expuesto en la
etapa a) en un medio conductor a su elevado campo de tensión.
3. Método conforme a la reivindicación 1 ó 2,
que se caracteriza porque en la etapa b) se lleva a cabo la
separación del jugo celular del material biológico mediante un
esfuerzo mecánico, preferiblemente por un proceso de
desnervado.
4. Método conforme a la reivindicación 3, donde
la carga de presión mecánica del material biológico siempre es
inferior a 2 MPa.
5. Método conforme a una de las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza porque la etapa b) tiene lugar
en una espira, preferiblemente en una espira completa.
6. Método conforme a una de las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza porque en la etapa b) se
añaden al material biológico sustancias auxiliares, preferiblemente
cal y/o lechada de cal.
7. Método conforme a una de las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza porque la etapa c) se lleva a
cabo a una temperatura de 0 hasta 65ºC, preferiblemente de 45 a
60ºC.
8. Método conforme a una de las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza porque el material biológico
incluye remolachas (Beta vulgaris) y/o pulpas de
remolacha.
9. Método conforme a una de las reivindicaciones
anteriores, que se caracteriza porque el material biológico
incluye achicoria.
10. Dispositivo, para obtener los componentes
del material biológico, adecuado para realizar el proceso conforme
a una de las reivindicaciones 1 hasta 9, con como mínimo un
dispositivo para la electroporación (1) y al menos un extractor (8)
de manera que entre el dispositivo para la electroporación (1) y el
extractor (8) al menos se disponga una espira completa (5) para la
recogida del material biológico electroporado, que esté perforada
preferiblemente en la envuelta externa y/o en los recorridos de la
espira.
11. Dispositivo conforme a la reivindicación 10,
que se caracteriza porque al menos una espira completa (5)
se ha configurado como espira de transporte y el trozo configurado
de la espira para la recogida del material biológico electroporado
se ha configurado en un punto inferior y el trozo configurado de la
espira para la cesión del material biológico de transporte se ha
configurado en un punto alto de una pendiente que se encuentra entre
ambos trozos.
12. Dispositivo conforme a una de las
reivindicaciones 10 o 11, que se caracteriza porque
adicionalmente contiene al menos un dispositivo dosificador (6)
para la dosificación de sustancias auxiliares.
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