ES2384554T3 - Deshidratación de material de biomasa que comprende polisacáridos, método para la extracción de polisacáridos de material de biomasa, y material de biomasa deshidratado - Google Patents

Abstract

Un método para deshidratar material de biomasa que comprende polisacárido y agua, donde dicho método comprende: humedecer el material de biomasa con una composición humectante que comprende un alcohol para formar una suspensión espesa de biomasa que comprende material de biomasa humedecido y un componente líquido; separar mecánicamente al menos una porción del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa; y separar mecánicamente al menos una porción del agua del material de biomasa humedecido para formar material de biomasa deshidratado.

Description

DESCRIPCIÓN

Deshidratación de material de biomasa que comprende polisacáridos, método para la extracción de polisacáridos de material de biomasa, y material de biomasa deshidratado

Campo de la invención

Esta invención se refiere a materiales polisacáridos, y más particularmente se refiere a la deshidratación de materiales que contienen polisacáridos.

Antecedentes de la invención

Los polisacáridos tales como la pectina y la carragenina son útiles como gelificantes en muchas aplicaciones que incluyen, entre otras, la preparación de alimentos. Los polisacáridos se pueden extraer de materiales de biomasa que contienen polisacáridos y dichos materiales de biomasa pueden incluir cáscara de cítricos, pulpa de manzana, residuos de remolacha azucarera de la producción de azúcar, residuos de girasol de la extracción de aceite, residuos de patata de la extracción de almidón de patata, algas marinas rojas y algas marinas pardas.

Algunos materiales de biomasa contienen zumo, aceite esencial, azúcar, agua o combinaciones de los mismos. A menudo, materiales tales como zumo, aceites esenciales y azúcar se eliminan o extraen del material de biomasa y luego se extrae la pectina del material de biomasa restante. Dicho material de biomasa puede contener cantidades sustanciales de agua, incluida el agua presente de forma natural en el material y el agua añadida al material durante la extracción de azúcar u otros componentes.

En los países que no tienen fuentes nacionales adecuadas de material de biomasa que contenga polisacáridos, puede importarse el material de biomasa de otros países y, a menudo, se transporta largas distancias para la extracción de polisacáridos. Por lo tanto, puede ser necesario por razones económicas eliminar cantidades sustanciales de agua del material de biomasa que contiene polisacáridos antes del transporte del material de biomasa a largas distancias. Los materiales de biomasa que contienen polisacáridos se secan típicamente para su transporte mediante calentamiento directo con gas natural quemado. El uso de grandes cantidades de agua para extraer componentes de material de biomasa que no contienen polisacáridos tales como azúcar del material de biomasa y limpiar el agua efluente de este proceso puede ser económica y ambientalmente indeseable. Además, el secado de material de biomasa que contiene polisacáridos húmedos mediante calentamiento directo con gas natural quemado también puede ser indeseable desde el punto de vista económico y medioambiental. En consecuencia, puede existir la necesidad de un método para tratar y deshidratar material de biomasa que contenga polisacáridos que use menos agua y, por lo tanto, produzca menos efluentes, o que reduzca el consumo de energía y la emisión de gases de efecto invernadero como el CO² , o ambos.

Resumen de la invención

Esta invención aborda una o más de las necesidades descritas anteriormente al proporcionar un proceso para deshidratar material de biomasa que comprende polisacárido y agua como se reivindica en la reivindicación 1. Sin desear limitarse a la teoría, el alcohol en la composición humectante parece facilitar la separación mecánica del agua del material de biomasa humedecido.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para extraer polisacárido de un material de biomasa que comprende el polisacárido en agua, como se reivindica en la reivindicación 21.

(Eliminado)

Las realizaciones de esta invención se exponen a continuación en la siguiente descripción detallada, dibujos y reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama esquemático de un lavado con alcohol etílico en contracorriente de cuatro etapas con un solo prensado de acuerdo con una realización de esta invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un lavado con alcohol isopropílico en contracorriente de cuatro etapas con una sola etapa de prensado.

La figura 3 es una vista en despiece ordenado de una celda de prensado para uso en el prensado de cáscaras de frutas de acuerdo con realizaciones de esta invención.

La figura 4 es una vista en perspectiva de la celda de prensado de la figura 3 montada en un analizador.

Descripción detallada de realizaciones

Como se resumió anteriormente en la presente memoria, esta invención abarca un método para deshidratar material de biomasa que comprende polisacárido y un método para extraer polisacárido de material de biomasa.

De acuerdo con las realizaciones de esta invención, los materiales de biomasa que comprenden un polisacárido y agua se deshidratan para la extracción posterior de al menos una porción del polisacárido del material de biomasa. Los materiales de biomasa que contienen polisacáridos adecuados incluyen cáscara de cítricos, pulpa de manzana, residuos de remolacha azucarera de la extracción de azúcar, residuos de girasol de la extracción de aceite, residuos de patata de la producción de almidón y otros materiales de biomasa que contienen pectina. Además, otros materiales de biomasa que contienen polisacáridos adecuados incluyen algas marinas rojas que contienen carragenina y agar, y algas marinas pardas que contienen alginato.

De acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención, el material de biomasa que contiene polisacárido adecuado incluye cáscara de cítricos, tal como, pero sin limitación, cáscara de naranja, cáscara de limón, cáscara de lima y cáscara de pomelo. La cáscara seca de cítricos es una materia prima importante en la fabricación de pectina, pero el costo de secar la cáscara de cítricos es alto y puede ascender a aproximadamente la mitad del costo de producción de cáscara seca de cítricos. La cáscara de cítricos se ha secado convencionalmente con calentamiento directo de la combustión de gas natural.

Antes de la deshidratación de acuerdo con las realizaciones de esta invención, el material de biomasa que contiene polisacárido puede someterse a un proceso de extracción para extraer uno o más componentes del material de biomasa, como zumo y aceites esenciales de frutas cítricas, azúcar de remolacha azucarera, aceites de girasol de semillas de girasol, zumo de manzana de fruta de manzana y almidón de patatas. Además, la cáscara de cítricos puede someterse a un lavado acuoso para retirar el azúcar de la cáscara.

Sin desear limitarse a teoría alguna, se cree que los polisacáridos presentes en el material de biomasa pueden unirse al agua, dificultando así la eliminación del agua del material de biomasa que contiene polisacáridos mediante prensado. Sorprendentemente, el tratamiento del material de biomasa que contiene polisacáridos con alcohol de acuerdo con las realizaciones de esta invención hace que el polisacárido in situ pierda su capacidad de unión al agua y, por lo tanto, hace posible el prensado y aumenta la proporción de materia seca del material de biomasa que contiene polisacáridos. Como se usa en la presente memoria, materia seca se refiere al material en el material de biomasa que queda después de que dicho material se seque a una temperatura de 65 °C a 70 °C durante 20 a 24 horas.

Antes de la deshidratación, el material de biomasa que contiene polisacárido se puede triturar picando, cortando, triturando o por otros medios. De acuerdo con ciertas realizaciones, el material de biomasa que contiene polisacárido se puede cortar a un tamaño de partícula promedio en el intervalo de alrededor de 10 mm a alrededor de 30 mm, determinándose el tamaño de partícula midiendo la dimensión más grande de la partícula.

De acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención, el material de biomasa que comprende polisacárido y agua se humedece con una composición humectante que comprende un alcohol para formar una suspensión espesa de biomasa que comprende material de biomasa humedecido y un componente líquido. De acuerdo con ciertas realizaciones, la composición humectante se agrega al material de biomasa en una cantidad suficiente para cubrir el material de biomasa. La etapa de humedecer el material de biomasa comprende lavar el material de biomasa con la composición humectante y puede incluir agitar la suspensión espesa de biomasa. El material de biomasa se puede lavar una vez con la composición humectante o se puede lavar varias veces con la composición humectante. Según ciertas realizaciones, el material de biomasa se lava con la composición humectante de 2 a 4 veces. Después de cada lavado con alcohol, el proceso incluye separar mecánicamente al menos una parte del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa y comprende drenar el componente líquido del material de biomasa con un tamiz curvo u otro dispositivo de separación.

La composición humectante comprende alcohol, y los alcoholes adecuados incluyen, entre otros, etanol, isopropanol y combinaciones de los mismos. De acuerdo con ciertas realizaciones, el alcohol está presente en la composición humectante en una cantidad de alrededor de 40 a alrededor de 85 % en peso de la composición humectante, o al menos alrededor de 70 % en peso de la composición humectante. De acuerdo con ciertas realizaciones, la composición humectante también puede incluir agua además de alcohol y, en algunas realizaciones, el agua constituye todo o sustancialmente el resto de la composición humectante además del alcohol.

De acuerdo con ciertas realizaciones, el pH del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede oscilar de alrededor de 4 a alrededor de 7, la temperatura del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede oscilar de alrededor de 20 °C a alrededor de 50 °C o de alrededor de 20 °C a alrededor de 30°C, y la duración de cada etapa de lavado puede oscilar de alrededor de 10 minutos a alrededor de 30 minutos o de alrededor de 15 minutos a alrededor de 20 minutos.

El proceso de deshidratación comprende además separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido. Además, según determinadas realizaciones, el proceso de deshidratación comprende además separar mecánicamente al menos una parte del agua y al menos una parte del alcohol del material de biomasa humedecido. En realizaciones en las que la composición humectante comprende alcohol y agua, el alcohol puede separarse del material de biomasa humedecido como un azeótropo. Esto se hace prensando el material de biomasa humedecido. De acuerdo con realizaciones particulares, la presión durante el prensado puede oscilar de alrededor de 0,5 bar a alrededor de 8 bar o de alrededor de 2 bar a alrededor de 4 bar, y la duración del prensado puede oscilar de alrededor de 1 minuto a alrededor de 25 minutos, o de alrededor de 10 minutos a alrededor de 25 minutos, o de alrededor de 15 minutos a alrededor de 25 minutos. Según una determinada realización, la etapa de prensado puede realizarse con una prensa de tornillo.

Según una realización particular, el material de biomasa que contiene polisacáridos puede someterse a un único lavado con alcohol con la composición humectante seguido de un único prensado. Cuando se usa etanol en esta realización, la concentración de etanol en la composición humectante puede ser de al menos un 60 % en peso de la composición humectante, mientras que cuando se usa isopropanol, la concentración de isopropanol en la composición humectante puede ser de al menos alrededor de un 40 % en peso de la composición humectante. Sin embargo, en las realizaciones que usan material de biomasa más denso, como material de remolacha azucarera después de la extracción de azúcar o pulpa de patata de la producción de almidón, se pueden usar concentraciones de alcohol más altas y tiempos de lavado con alcohol más prolongados. En dichas realizaciones, la concentración de alcohol puede oscilar de alrededor del 60 % a alrededor del 80 % en peso de la composición humectante, o de alrededor del 70 % a alrededor del 80 % en peso de la composición humectante, la duración del lavado puede oscilar de alrededor de 30 minutos a alrededor de 24 horas, o de 30 minutos a alrededor de 6 horas, o de alrededor de 1 hora a alrededor de 3 horas. De acuerdo con una determinada realización, se puede lograr un contenido de materia seca marginalmente mayor en el material de biomasa prensando el material de biomasa lavado y prensado por segunda vez.

De acuerdo con ciertas realizaciones, la etapa de humectación en el proceso de deshidratación puede comprender lavar el material de biomasa con la composición humectante una pluralidad de lavados, y la etapa de separación mecánica de al menos una parte del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede comprender separar mecánicamente al menos una porción del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa después de cada uno de la pluralidad de lavados.

De acuerdo con realizaciones particulares, la pluralidad de lavados puede ser de alrededor de 2 a alrededor de 4 etapas consecutivas de lavado del material de biomasa con alcohol y prensado después de cada lavado. En esta realización, el alcohol utilizado puede tener una concentración de al menos un 70 % en peso de la composición humectante para evitar la pérdida de pectina, el alcohol en la composición humectante puede comprender isopropanol o etanol o ambos, la duración de cada etapa de lavado puede oscilar de alrededor de 20 a alrededor de 30 minutos para una cantidad baja de azúcar residual en el material de biomasa, el pH del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede oscilar de alrededor de 4 a alrededor de 7, y la temperatura del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede variar de alrededor de 20 °C a alrededor de 50 °C o de alrededor de 20 °C a alrededor de 30 °C. Según esta realización, el prensado se puede realizar una o varias veces. Cuando se usan solo dos lavados, dos o tres prensados aumentan la cantidad de materia seca en el material de biomasa y reducen el contenido de azúcar residual en el material de biomasa, pero con más etapas de lavado, puede ser adecuada una etapa de prensado. De acuerdo con esta realización, la duración del prensado del material de biomasa puede oscilar de alrededor de 1 minuto a alrededor de 25 minutos o de alrededor de 15 minutos a alrededor de 25 minutos, y la presión aplicada puede oscilar de alrededor de 0,5 bar a alrededor de 8 bar o de alrededor de 2 bar a alrededor de 4 bar

De acuerdo con una determinada realización, la pluralidad de lavados puede realizarse en contracorriente seguido de una sola etapa de prensado al final. Según esta realización, el número de lavados en contracorriente puede oscilar de alrededor de 2 a alrededor de 4, la concentración de alcohol en el primero de los lavados puede oscilar de alrededor del 40 % a alrededor del 50 % en peso de la composición humectante o de alrededor del 45 % a alrededor del 50 % en peso de la composición humectante medida por cromatografía de gases, la concentración de alcohol en la composición humectante en el último lavado puede ser de alrededor del 80% en peso de la composición humectante. De acuerdo con esta realización, los alcoholes adecuados pueden ser isopropanol o etanol o una combinación de ambos, la duración de cada etapa de lavado puede variar de alrededor de 10 minutos a alrededor de 30 minutos o de alrededor de 15 minutos a alrededor de 20 minutos, el pH del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede oscilar de alrededor de 4 a alrededor de 7, y la temperatura del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa puede oscilar de alrededor de 20 °C a alrededor de 50 °C o de alrededor de 20 °C a alrededor de 30 °C. De acuerdo con esta realización, la etapa de prensado puede llevarse a cabo en cualquier dispositivo de prensado industrial y la duración de la etapa de prensado puede oscilar de alrededor de 1 minuto a alrededor de 25 minutos o de alrededor de 10 minutos a alrededor de 25 minutos. De acuerdo con cierta realización, el dispositivo de prensado puede ser del tipo de prensa de un solo tornillo usando una contrapresión en el intervalo de alrededor de 0,5 bar a alrededor de 4 bar o de alrededor de 2 bar a alrededor de 4 bar.

De acuerdo con ciertas realizaciones, la etapa de separación mecánica de al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido se lleva a cabo de manera que el material de biomasa deshidratado comprenda materia seca en una cantidad de alrededor del 35 % a alrededor del 60 % en peso del material de biomasa deshidratado, o de alrededor del 45 % a alrededor del 60 % en peso del material de biomasa deshidratado. Además, de acuerdo con ciertas realizaciones, el azúcar residual en el material de biomasa deshidratado oscila de alrededor del 3 % a alrededor del 30 %, o de alrededor del 3 % a alrededor del 20 %, o de alrededor del 3 % a alrededor del 15 % en peso del material de biomasa deshidratado.

Cuando la materia seca está presente en el material de biomasa deshidratado en una cantidad de al menos alrededor de un 45 %, o de alrededor de un 45 % a alrededor de un 60 %, o de alrededor de un 45 % a alrededor de un 55 % en peso del material de biomasa deshidratado, el material de biomasa deshidratado es combustible sin secado adicional. De acuerdo con ciertas realizaciones de esta invención, el proceso para deshidratar material de biomasa puede comprender además quemar al menos una parte del material de biomasa deshidratado para formar calor, y este calor puede usarse en el proceso de deshidratación, como para calentar la composición humectante o, en ciertas realizaciones, para secar el material de biomasa deshidratado, o en otras aplicaciones de calentamiento. De acuerdo con ciertas realizaciones, dicho sistema de calentamiento puede complementarse con la combustión de otros materiales de biomasa tales como residuos de caña de azúcar o madera. Así, de acuerdo con cierta realización de esta invención, el proceso de deshidratación puede comprender además secar el material de biomasa con calor después de la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido para formar material de biomasa deshidratado seco. Asimismo, este material de biomasa deshidratado seco puede quemarse para formar calor, y el calor puede usarse en el proceso de deshidratación. El secado del material de biomasa deshidratado puede reducir el costo de transportar el material de biomasa deshidratado a largas distancias. De acuerdo con otra realización, el calor producido a partir de biomasa deshidratada se puede usar en aplicaciones distintas del proceso de deshidratación de biomasa para reducir aún más la necesidad de otros recursos productores de calor o energía, como petróleo, gas natural y similares.

De acuerdo con realizaciones de esta invención, el material de biomasa deshidratado puede usarse en la producción de polisacáridos. De acuerdo con un aspecto particular, un proceso para extraer polisacáridos de un material de biomasa que comprende polisacárido y agua comprende humedecer el material de biomasa con una composición humectante que comprende un alcohol para formar una suspensión espesa de biomasa que comprende material de biomasa humedecido y un componente líquido, separar mecánicamente al menos un parte del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa, separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido para formar material de biomasa deshidratado, y extraer al menos una parte del polisacárido del material de biomasa deshidratado. De acuerdo con una determinada realización, las etapas de humectación y separación mecánica se llevan a cabo en una primera ubicación, la etapa de extracción de polisacáridos se lleva a cabo en una segunda ubicación retirada de la primera ubicación, y el proceso comprende además transportar al menos una parte del material de biomasa deshidratado seco desde la primera ubicación hasta la segunda ubicación. El material de biomasa deshidratado resultante puede transportarse largas distancias a precios más económicos que el material de biomasa deshidratado por medios convencionales.

De acuerdo con otra realización, el proceso de extracción de polisacáridos puede comprender además secar el material de biomasa con calor después de la etapa de separar mecánicamente al menos una porción del agua del material de biomasa para formar material de biomasa deshidratado seco. Esto puede reducir aún más el costo de transportar el material de biomasa deshidratado seco.

Además, el polisacárido resultante de la extracción de acuerdo con tales realizaciones de esta invención puede caracterizarse por una calidad idéntica o similar a los polisacáridos obtenidos a partir de los mismos materiales de partida, pero sin haber sufrido el proceso descrito por tales realizaciones de la presente invención.

Además, hay varios usos efectivos del material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol. Dichas realizaciones incluyen el uso de material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol en productos alimenticios y no alimenticios. Como se usa en la presente memoria, los productos alimenticios incluyen alimentos sólidos, líquidos, semisólidos, gelatinosos y fluidos, e incluyen bebidas. Un método para preparar un alimento puede comprender añadir material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol a un material de base alimentaria. Los materiales de base alimentaria adecuados incluyen cualquier material comestible que incluye, entre otros, agua, productos lácteos, dulces, zumos de frutas, zumos de verduras, salsas, jarabes, productos de panadería y similares.

El menor costo de deshidratar el material de biomasa de acuerdo con las realizaciones de esta invención puede hacer que el uso del material de biomasa deshidratado sea más económico para ciertas aplicaciones de menor costo, tales como aplicaciones de control de la alcalinidad. Una de tales aplicaciones abarca el uso del material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol en granjas de animales para neutralizar el amoníaco, y otra es el uso del material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol para controlar el pH de la piel de animales o seres humanos. Tal aplicación en granjas avícolas puede reducir o eliminar las quemaduras en los corvejones. Por lo tanto, un método para controlar el pH de la piel animal o humana puede comprender exponer la piel a una composición que comprende un material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol. Otro método para controlar el amoníaco transportado por el aire en granjas de animales puede comprender exponer los desechos animales descargados por los animales en la granja de animales a una composición que comprende el material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol.

El material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol puede usarse en forma húmeda o en forma seca en las aplicaciones descritas anteriormente. El material de biomasa que contiene polisacárido prensado y lavado con alcohol se puede moler, y en particular se puede moler hasta obtener una consistencia similar a la de una harina.

Volviendo a las Figs. 1 y 2, se ilustran procesos de deshidratación por lavado con alcohol en contracorriente de cuatro etapas de acuerdo con ciertas realizaciones de esta invención. Los procesos ilustrados en las Figs. 1 y 2 son idénticos, excepto porque se usan diferentes alcoholes. Se usa isopropanol en el proceso ilustrado en la Fig. 1 y se usa etanol en el proceso ilustrado en la Fig. 2. En consecuencia, los números de referencia son los mismos para ambas figuras y el proceso se describe solo una vez a continuación con respecto a estas Figs. 1 y 2. Ambas figuras también ilustran un balance de masas que se describe más adelante en la descripción de los ejemplos de ciertas realizaciones de la invención.

Las Figs. 1 y 2 ilustran un esquema de proceso de deshidratación 10 que comienza con la adición de cáscara de cítricos 12 a un primer lavado 14 que comprende alcohol. El efluente 16 del primer lavado 14 se descarga del sistema y la cáscara de naranja del primer lavado 18 se entrega al segundo lavado 20 que también comprende alcohol. El efluente 22 del segundo lavado se retroalimenta al primer lavado 14 en contracorriente. La cáscara de naranja del segundo lavado 24 se alimenta al tercer lavado 26 que comprende alcohol y el efluente 28 del tercer lavado 26 se alimenta en contracorriente al segundo lavado 20. La cáscara de naranja 30 del segundo lavado 26 se alimenta al cuarto lavado 32 que comprende alcohol. El efluente 34 del cuarto lavado 32 se alimenta al tercer lavado 26. La cáscara de naranja 36 del cuarto lavado 32 se alimenta a una estación de prensado 38 y el efluente 40 de la estación de prensado 38 también se alimenta en contracorriente al tercer lavado 26. El alcohol 42 se agrega al sistema a través del cuarto lavado 32. La estación de prensado 38 descarga la cáscara de naranja deshidratada 44.

Ejemplos

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que no deben interpretarse de ningún modo como limitantes del alcance de la misma. Por el contrario, debe entenderse claramente que se puede recurrir a otras diversas realizaciones, modificaciones y equivalentes de los mismos que, después de leer la presente descripción, se les pueden ocurrir a los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. A menos que se especifique lo contrario, los % son en peso.

Procedimientos de prueba

Los procedimientos de prueba usados para evaluar muestras de las realizaciones de esta invención de acuerdo con los Ejemplos fueron los siguientes:

Determinación del grado de esterificación (GE) y ácido galacturónico (AG) en pectina no amida

Aparatos:

1. Balanza analítica

2. Vaso de precipitados de vidrio, 250 ml, 5 unidades

3. Vaso medidor, 100ml

4. Bomba de vacío

5. Matraz de succión

6. Crisol filtrante de vidrio n.° 1 (embudo Büchner y papel de filtro)

7. Cronómetro

8. Tubo de ensayo

9. Armario de secado a 105 °C

10. Desecador

11. Agitador magnético e imanes

12. Bureta (10 ml, precisión ± 0,05 ml)

13. Pipetas (20 ml: 2 unidades, 10 ml: 1 unidad)

14. Medidor de pH/bureta automática o fenolftaleína

Productos químicos:

1. Agua sin dióxido de carbono (agua desionizada)

2. Isopropanol (IPA), 60% y 100%

3. Ácido clorhídrico (HCl), 0,5 N y fumante al 37%

4. Hidróxido de sodio (NaOH), 0,1 N (corregido hasta cuatro decimales, p. ej., 0,1002), 0,5 N

5. Nitrato de plata (AgNO3), 0,1 N

6. Ácido nítrico (HNO³), 3 N

7. Indicador, fenolftaleína, 0,1 %

Procedimiento - Determinación del % de GE y % de AG

(Alcohol ácido: 100 ml de IPA al 60% 5 ml de HCl fumante al 37%):

1. Pesar 2,0000 g de pectina en un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml.

2. Añadir 100 ml de alcohol ácido y agitar con agitador magnético durante 10 min.

3. Filtrar a través de un crisol filtrante de vidrio pesado y seco.

4. Enjuagar el vaso de precipitados completamente con 6 x 15 ml de alcohol ácido.

5. Lavar con IPA al 60% hasta que el filtrado esté libre de cloruro* (aproximadamente 500 ml).

6. Lavar con 20 ml de IPA al 100%.

7. Secar la muestra durante 2 / horas a 105 °C.

8. Pesar el crisol después de secarlo y enfriarlo en un desecador.

9. Pesar con precisión 0,4000 g de la muestra en un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml.

10. Pesar dos muestras para una determinación doble. La desviación entre las determinaciones dobles debe ser máx. del 1,5% absoluto. Si la desviación supera el 1,5%, se debe repetir la prueba.

11. Humedecer la pectina con aprox. 2 ml de IPA al 100 % y añadir aprox. 100 ml de agua desionizada sin dióxido de carbono mientras se agita en un agitador magnético.

* (Prueba de cloruro: Transferir aproximadamente 10 ml de filtrado a un tubo de ensayo, añadir aproximadamente 3 ml de HNO³3 N y añadir unas gotas de AgNO3. El filtrado estará libre de cloruro si la disolución es clara, de lo contrario habrá una precipitación de cloruro de plata).

La muestra ahora está lista para la titulación, ya sea por medio de un indicador o usando un medidor de pH/bureta automática.

Procedimiento - Determinación del % de GE únicamente

(Alcohol ácido: 100 ml de IPA al 60% 5 ml de HCl fumante al 37%):

1. Pesar 2,00 g de pectina en un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml.

2. Añadir 100 ml de alcohol ácido y agitar con agitador magnético durante 10 min.

3. Filtrar a través de un embudo Büchner con papel de filtro.

4. Enjuagar el vaso de precipitados con 90 ml de alcohol ácido.

5. Lavar con 1000 ml de IPA al 60%.

6. Lavar con aproximadamente 30 ml de IPA al 100%.

7. Secar la muestra durante aproximadamente 15 min en un embudo Büchner con succión al vacío.

8. Pesar aproximadamente 0,40 g de la muestra en un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml.

9. Pesar dos muestras para una determinación doble. La desviación entre determinaciones dobles debe ser máx. del 1,5% absoluto. Si la desviación supera el 1,5%, se debe repetir la prueba.

10. Humedecer la pectina con aproximadamente 2 ml de IPA al 100% y añadir aprox. 100 ml de agua desionizada mientras se agita en un agitador magnético.

La muestra ahora está lista para la titulación, ya sea por medio de un indicador o usando un medidor de pH/bureta automática.

Nota: Es muy importante que las muestras con un % de GE < 10 % se titulen muy lentamente, ya que la muestra solo se disolverá lentamente durante la titulación.

Titulación con indicador:

1. Añadir 5 gotas de indicador de fenolftaleína y titular con NaOH 0,1 N hasta el cambio de color (registrar como título V1).

2. Añadir 20,00 ml de NaOH 0,5 N mientras se agita. Dejar reposar exactamente 15 min. En reposo, la muestra debe cubrirse con papel de aluminio.

3. Añadir 20,00 ml de HCl 0,5 N mientras se agita y remover hasta que desaparezca el color.

4. Agregar 3 gotas de fenolftaleína y titular con NaOH 0,1 N hasta el cambio de color (registrar como título V2). Prueba con enmascaramiento (se realiza una determinación doble):

• Añadir 5 gotas de fenolftaleína a 100 ml de agua sin dióxido de carbono o desionizada (del mismo tipo que la utilizada para la muestra), y titular en un vaso de precipitados de 250 ml con NaOH 0,1 N hasta el cambio de color (1-2 gotas).

• Añadir 20,00 ml de NaOH 0,5 N y dejar reposar la muestra sin tocar durante exactamente 15 minutos. Al reposar, la muestra debe cubrirse con papel de aluminio.

• Añadir 20,00 ml de HCl 0,5 N y 3 gotas de fenolftaleína, y titular hasta el cambio de color con NaOH 0,1 N (registrar como B1). La cantidad máxima permitida para la titulación es 1 ml de NaOH 0,1 N. Si se titula con más de 1 ml, se debe diluir el HCl 0,5 N con una pequeña cantidad de agua desionizada. Si la muestra ha cambiado de color al añadir HCl 0,5 N, se debe diluir el NaOH 0,5 N con una pequeña cantidad de agua sin dióxido de carbono. La dilución máxima permitida con agua es tal que las disoluciones están entre 0,52 y 0,48 N.

Titulación con medidor de pH/bureta automática:

Usando la bureta automática tipo ABU 80, se pueden aplicar los siguientes ajustes:

1. Titular con NaOH 0,1 N a pH 8,5 (registrar el resultado como título V1).

2. Añadir 20,00 ml de NaOH 0,5 N mientras se agita y dejar reposar la muestra sin agitar durante exactamente 15 minutos. Al reposar, la muestra debe cubrirse con papel de aluminio.

3. Añadir 20,00 ml de HCl 0,5 N mientras se agita y agitar hasta que el pH sea constante.

4. Posteriormente, titular con NaOH 0,1 N a pH 8,5 (registrar el resultado como título V2).

Prueba con enmascaramiento (Se realiza una determinación doble):

1. Titular 100 ml de agua sin dióxido de carbono o desionizada (del mismo tipo que se usó para la muestra) a pH 8,5 con NaOH 0,1 N (1-2 gotas).

2. Añadir 20,00 ml de NaOH 0,5 N mientras se agita y dejar reposar la muestra de prueba con enmascaramiento sin agitar durante exactamente 15 minutos. Al reposar, la muestra debe cubrirse con papel de aluminio.

3. Añadir 20,00 ml de HCl 0,5 N mientras se agita y agitar hasta que el pH sea constante.

4. Titular a pH 8,5 con NaOH 0,1 N (registrar como B1). La cantidad máxima permitida para la titulación es 1 ml de NaOH 0,1 N. Si se titula con más de 1 ml, se debe diluir el HCl 0,5 N con una pequeña cantidad de agua desionizada. Si el pH no cae por debajo de 8,5 al añadir HCl 0,5 N, se debe diluir el NaOH 0,5 N con una pequeña cantidad de agua sin dióxido de carbono. La dilución máxima permitida con agua es tal que las diluciones estén entre 0,52 y 0,48 N. Cálculo:

. Vt = V i ( V 2 - B i )

• % de GE (grado de esterificación) = {(V² - Bi) x 100} / Vt

• % de GAL (grado de ácido libre) = 100 - % de GE

• % de AG* (grado de ácido galacturónico) = (194,1 x Vt x N x 100) / 400

• Sin cenizas ni humedad

194,1: Peso molecular para AG

N: Normalidad corregida para el NaOH 0,1 N utilizado para la titulación (p. ej., 0,1002 N)

400: peso en mg de la muestra lavada y seca para la titulación

% de pectina pura = {(cantidad de pectina lavada con agua y secada) x 100} / (cantidad pesada de pectina) Determinación de azúcar residual en cáscaras

Aparatos

1. Vaso de precipitados de vidrio, 400 ml

2. Balanza (precisión 0,2 g)

3. Agitador magnético

4. Imán

5. Filtros de papel (grueso) p. ej. tipo AGF 614

6. Armario de secado a 65-70 °C

7. Embudo Büchner

8. Bomba de vacío

Disoluciones

1. Isopropanol al 50%

Procedimiento

1. Pesar alrededor de 3 g de cáscara seca en un vaso de precipitados de vidrio.

2. Añadir 100 ml de isopropanol al 50 %.

3. Agitar durante 4 horas en un agitador magnético y filtrar.

4. Lavar el filtrado con 250 ml de isopropanol al 50 %.

5. Colocar el filtro y el filtrado en un armario de secado a 65-70 °C durante la noche y determinar el peso del filtrado. Calcular el azúcar residual en las cáscaras:

(Peso de cáscara seca - peso de cáscara lavada seca) x 100 / peso de cáscara seca

Determinación del peso molecular, viscosidad intrínseca y distribución de pesos moleculares en pectina de naranja, lima y limón

Las moléculas se separan según su tamaño mediante cromatografía de exclusión por tamaño mediante permeación en gel. El efluente de la columna de cromatografía pasa por tres detectores, índice de refracción (RI), dispersión de luz láser de ángulo recto (RALLS) y un detector de viscosidad (DP). El software Viscotek convierte las señales del detector en peso molecular y viscosidad intrínseca y calcula promedios ponderados para toda la población.

Principio

Los análisis se realizan utilizando SEC (cromatografía de exclusión por tamaño). El principio de SEC es que las moléculas se separan en función del tamaño, las moléculas más grandes eluyen primero, luego las moléculas más pequeñas y luego las sales.

Equipo de análisis y condiciones.

Instrumento Viscotek Tri-Sec

Bomba Viscotek VE 1121GPC

Desgasificador

Muestreador automático AS3500 con módulo de preparación de muestras, Thermo Separation Products

Horno de columna para 3 columnas, STH 585 (40 °C)

3 columnas TSK GMPWXL, de Supelco y una precolumna.

Detector RALLS, detector de dispersión de luz láser de ángulo recto LD 600

Detector doble, detector RI, índice de refracción y detector de viscosímetro, módulo 250

Administrador de datos, unidad de adquisición

Computadora, software Tri-Sec

Disolvente: tampón de acetato de litio 0,3 M, pH 4,8.

Caudal: 1,0 ml/min

Conc. de pectina: Aproximadamente 1 mg/ml

Temperatura: 40 °C

Volumen de inyección: 100 pl de bucle completo.

El tiempo de análisis para una ejecución es de 50 minutos. Las muestras se prueban haciendo dos ejecuciones y comparándolas. Si hay más del 10 por ciento de desviación (% STDV) entre los resultados de Pm, se realizan dos nuevas ejecuciones.

Preparación manual de muestras:

Las muestras que se sabe que contienen material insoluble deben disolverse y filtrarse manualmente (filtro de 0,45 pm) antes de la inyección.

1. Se pesan 40,0 mg de muestra en una botella Blue Cap de 100 ml.

2. Se añade un imán y 100 ml de etanol.

3. La muestra se coloca en un agitador magnético que incluye un baño de agua a 75 °C o un calentador de bloque.

4. Mientras se agita suavemente, se añaden 40 ml de disolvente.

5. Se cierra la tapa de la botella y se agita suavemente la muestra a 75 °C durante 30 min.

6. La muestra se enfría en un baño de agua aprox. a 20 °C hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Preparación de muestras con muestreador automático AS3500:

Pesar aprox. 1,5 mg de pectina en un vial de muestreo automático. Esto se coloca en la gradilla del muestreador automático. Utilizar la plantilla 4 del muestreador automático AS3500. Se utilizan las siguientes unidades en el muestreador automático:

Ciclos de dilución: 3

Calentador: Temperatura de encendido: 70 °C

I - Cargar 20 pl de disolvente S-1 (S-1 = etanol al 96%)

5- Añadir 10 pl a la muestra

I I - Cargar 1500 pl de disolvente S-2 (S-2 = tampón de acetato de litio 0,3 M)

15- Añadir 1300 pl a la muestra (disolución de pectina al 0,1 % - 1 mg/ml)

16- Mezclar durante 9,9 minutos

18 - Mezclar durante 9,9 minutos

19 - Esperar 5,0 min.

Habilitar superposición: SÍ (inicia la siguiente preparación de la muestra antes del final del análisis para ejecutar la muestra)

El tiempo de ejecución en el muestreador automático se establece en 50 minutos o más. Se utiliza una inyección de bucle completo de 100 ml. Cuando se utiliza el muestreador automático, la muestra se filtra automáticamente mediante un filtro en línea de 0,5 mm colocado después del bucle del muestreador automático. Como muestra de control, se usa un dextrano con un peso molecular de 70.000 Daltons, una concentración de alrededor de 3,0 mg/ml y una muestra de pectina con un Pm conocido. Además, el detector de RI, la recuperación, debe controlarse con una disolución de pectina con una concentración conocida. Para el control diario se usa el patrón de dextrano. Para el control semanal se usa la muestra de pectina. Para el control mensual de la recuperación se usa la disolución de pectina. Para la calibración se utilizan Dextrano T 70 Pm 70.000 y Pullulan Pm 212.000. La calibración solo la realiza un supervisor de Viscotek.

Para el registro de los datos del instrumento, se mantiene un libro de registro con datos sobre purga, caudal, presión de la bomba, temperatura del horno, señales del detector, equilibrio del puente y recuperación.

Preparación de eluyente 1 L

30,603 g de acetato de litio dihidrato M= 102,01

17,157 ml (18,02 g) de ácido acético al 100%

Agua MilliQ hasta 1 L

0. 25.g de azida sódica para la conservación

Ultrafiltración 0,2 |u después de la disolución

Todos los productos químicos deben ser de grado analítico.

Criterio de aprobación

Para probar una muestra, siempre se hace una determinación doble y se comparan los resultados. Si hay más del 10 por ciento de desviación (% STDV) entre los resultados de Pm, se debe realizar una nueva determinación doble. Para los patrones de pectina, el criterio de aprobación es un 10 por ciento (% STDV) en el resultado de Pm. Para Dextrano de 70,000 Daltons, el criterio de aprobación es una desviación del 5 por ciento del peso molecular del patrón en el resultado de Pm.

Determinación de la sensibilidad al calcio

Principio

Se disuelve una cantidad fija de pectina en agua caliente y el pH de la disolución se ajusta a 3,60 utilizando tampón acetato 3,0 M. La adición posterior de 272 ppm de calcio aumenta la viscosidad. La sensibilidad al calcio, CS-99-2, se define como la viscosidad (en centipoises) de esta disolución después de 19 horas a 5 °C.

Aparato

1. Copas de viscosidad, 48 mm de diámetro interno, altura 110 mm

2. Agitador magnético

3. Barras agitadoras magnéticas, triangulares: longitud 40 mm, lado 6 mm

4. Baño de agua (75 °C) con agitador magnético o termostato de bloque agitador apropiado

5. Papel de aluminio u otro material de recubrimiento tolerante al calor, p. ej. vidrios de reloj

6. Pipetas volumétricas de 5 y 20 ml (o dispensadores adecuados)

7. Matraces aforados: 2000 ml (o 5000 ml)

8. Medidor de pH con electrodo combinado

9. Báscula de laboratorio

10. Campana extractora

11. Viscosímetro Brookfield LVT sin lazo protector

Productos químicos

• Isopropanol (2-propanol), 100%

• Cloruro de calcio dihidrato (CaCl², ² H²O)

• Acetato de sodio trihidrato (C2H3NaO2, ³ H²O)

• Ácido acético (C²H⁴O²), >99%

• Agua desionizada

Reactivos

• Tampón de acetato de sodio 3,0 M, pH 3,60 (2000 ml)

Disolver 81,64 g de acetato de sodio trihidrato en aprox. 1200 ml de agua desionizada en un vaso de precipitados volumétrico. Transferir esta disolución cuantitativamente a un matraz aforado de 2000 ml.

En una campana extractora, añadir 309 ml de ácido acético. Mezclar el contenido y añadir agua desionizada hasta 2000 ml. El pH de la disolución debe ser de 3,60 ± 0,05 y debe verificarse antes de su uso.

• Tampón de acetato de sodio M, pH 3,60 (5000 ml)

Disolver 204,00 g de acetato de sodio trihidrato en aprox. 1200 ml de agua desionizada en un vaso de precipitados volumétrico. Transferir esta disolución cuantitativamente a un matraz aforado de 5000 ml.

En una campana extractora, añadir 772 ml de ácido acético. Mezclar el contenido y añadir agua desionizada hasta 5000 ml. El pH de la disolución debe ser de 3,60 ± 0,05 y debe verificarse antes de su uso.

• Disolución de cloruro de calcio

• Pesar 32,0 g de cloruro de calcio dihidrato en un plato de pesaje o vaso de precipitados volumétrico y transferir cuantitativamente a un matraz aforado de 1000 ml. Añadir aproximadamente 200 ml de agua desionizada, mezclar el contenido y añadir agua desionizada hasta 1000 ml.

Procedimiento

1. Pesar la pectina en una copa de viscosidad; para pectina sin estandarizar: 0,64 g (es decir, 0,4 %) y para pectina estandarizada: 0,80 g (es decir, 0,5 %)

2. Añadir 5,0 ml de isopropanol.

3. Agitar la muestra en un agitador magnético mientras se añaden 130 ml de H²O hirviendo (>85 °C). Es importante que la copa de viscosidad esté cubierta (p. ej., con papel de aluminio) durante todas las etapas de agitación, es decir, (3)-(5).

4. Añadir 20 ml de tampón de acetato de sodio 3,0 M pH 3,60 antes de 1 minuto después de la adición de agua (3).

5. Antes de 1 min después de (4), colocar la muestra en un baño de agua a 75 °C con agitación magnética continua durante 10 ± 2 min.

6. Si la muestra contiene grumos visibles, la muestra debe desecharse y debe repetirse el procedimiento completo de disolución.

7. Agitar la muestra con un agitador vórtex de aprox. 2 centímetros Añadir rápidamente (en 2 segundos) 5 ml de disolución de cloruro de calcio a la muestra y mezclar durante aprox. 10 seg.

importante

Si el vórtice desaparece mientras se añade el calcio y/o se observa gelificación local o burbujas de aire atrapadas, la muestra debe marcarse como pregelificada como resultado del análisis. Cabe destacar que, dejando la muestra con la intención de que desaparezcan espontáneamente las burbujas y procediendo como para muestras "normales", el resultado obtenido será demasiado bajo. En tales casos, el análisis podría realizarse utilizando una concentración de pectina más baja.

1. Retirar el imán para no disminuir la viscosidad antes de su medición y cubrir el vidrio, p. ej., con papel de aluminio.

2. Antes de 5 min desde (7), colocar la muestra en un baño de agua a 5 °C durante 19 ± 3 horas. Asegurarse de que el nivel del agua del baño de agua sea igual al nivel de la superficie de la muestra.

3. Si hay burbujas de aire en la superficie de la muestra, eliminarlas con cuidado antes de realizar las mediciones de viscosidad con un viscosímetro LVT de Brookfield. sin su bucle protector. Medir la viscosidad de la muestra a 5 °C con el husillo n.° 2 y una velocidad de husillo de 60 rpm. Tomar la lectura del viscosímetro después de 1 min.

4. Si la lectura está por debajo de 10, cambiar al husillo n.° 1 y volver a medir a 60 rpm después de 1 min.

5. Si la lectura está por encima de 100, colocar la muestra en el baño de agua a 5 °C durante 19 ± 3 horas y volver a medir la viscosidad de 1 min utilizando el husillo n.° 3 a 60 rpm.

6. Calcular la viscosidad en centipoises multiplicando la lectura del viscosímetro por el factor dependiente del husillo apropiado. El valor CS es igual a la viscosidad calculada.

Determinación de isopropanol en la composición humectante

Principio

Las muestras se analizan en un cromatógrafo de gases. A las muestras individuales se les añade una disolución de terc-butanol.

Aparato

• Balanza analítica

• Pipeta automática

• Pipetas

• Matraces aforados de 50 y 100 ml

Productos químicos

• Alcohol isopropílico, grado analítico

• Terc-butanol, grado analítico

• Agua desionizada

Procedimiento

1. Pesar alrededor de 5,0000 g de composición humectante en un matraz aforado de 100 ml que contenga alrededor de 20 ml de agua desionizada y pesar el contenido con cuatro decimales.

2. Llenar el matraz hasta la marca con agua desionizada

3. Transferir 5 ml a un matraz aforado de 50 ml que contenga 10 ml de terc-butanol al 2 % (p/v).

4. Llenar el matraz hasta la marca con agua desionizada

5. Transferir muestras a viales e inyectar tres veces por vial

6. Preparar muestras patrón que contengan 0,1,0,2, 0,3 y 0,4 % (p/v) de isopropanol y 0,4 % de terc-butanol Procedimiento para tratar cáscaras en los ejemplos

En los siguientes ejemplos, la fruta se procesó en experimentos a escala de laboratorio, experimentos a escala de planta piloto con lavado y prensado consecutivos, y experimentos a escala de planta piloto con lavado y prensado en contracorriente. Además, la pectina se extrajo en experimentos a escala de laboratorio y experimentos a escala de planta piloto. Dichos procedimientos fueron los descritos a continuación:

Tratamiento de cáscaras a escala de laboratorio

1. Aparato

2. Pelador de patatas

3. Vasos de precipitados de vidrio - 1000 ml, 2000 ml

4. Exprimidor de mano

5. Medidor de pH

6. Analizador de texturas TA-XT2, Stable Micro Systems

7. Celdas de carga - 25 kg, 50 kg.

8. Celda de prensa 60 ilustrada en las Figs. 3 y 4. La celda de prensa 60 comprende un pedestal 62, una placa de tamiz 64 montada en el pedestal, un cilindro 66 para acoplar el pedestal y sujetar la cáscara, y un émbolo 68 para prensar la cáscara en el cilindro 66 contra la placa de tamiz 64. El pedestal 62 comprende una base 70 y un tubo cilíndrico hueco 72 que se extiende hacia arriba desde la base 70 que tiene un primer compartimento 74 para el líquido recibido que se retira prensando la cáscara. La placa de tamiz 64 tiene orificios de 1 mm a través de los cuales pasa el líquido prensado, y descansa sobre un hombro (no mostrado) dentro del primer compartimento 74 del tubo 72 cerca de la parte superior 76 del tubo 72. El cilindro de retención de cáscaras 66 tiene un segundo compartimento 78 para recibir la cáscara y el émbolo 68 tiene un diámetro de 28 mm y se acopla recíprocamente dentro del cilindro de sujeción de cáscaras 66 a través de una abertura superior 80 en el cilindro de sujeción de cáscaras. Toda la celda de prensa está montada en un analizador de texturas TA-XT2 82 (elemento 6 en esta lista) para prensar la cáscara.

Materiales

1. Limón y naranjas frescos comprados en el supermercado local

2. Agua desmineralizada

3. Etanol al 96%

4. Isopropanol al 100%

5. Ácido nítrico al 10%

Procedimiento

1. Se peló el flavedo de la fruta

2. Se exprimió la fruta

3. La fruta exprimida se cortó en cubos pequeños de alrededor de 5 mm

4. Los trozos de fruta cortada se lavaron y se prensaron

5. Los trozos de fruta prensados se secaron durante la noche a alrededor de 68 °C.

Con una celda de carga de 25 kg la presión utilizada fue de alrededor de 4 Bar, y con una celda de carga de 50 kg de alrededor de 8 Bar.

Tratamiento de cáscara a escala de planta piloto - lavado y prensado consecutivos

Equipo:

Envases de plastico de 100 litros

Báscula de planta piloto

Agitador, IKA Werke RW 44, Alemania

Prensa de tornillo Vincent P-4, EE. UU.

Dispositivo de medición de densidad

Recipiente de extracción de 25 litros

Materiales:

Cáscara de naranja exprimida obtenida de Futura, Grontorvet, Dinamarca

Agua desmineralizada

Isopropanol al 80%

• Ácido nítrico concentrado

• Resina de intercambio iónico, Lewatit S-1468, LANXESS, Leverkusen, Alemania

• Auxiliar de filtración, tierra de diatomeas

Lavado y prensado de cáscaras

1. Al llegar, la cáscara de naranja exprimida se sumergió y se agitó en alcohol isopropílico al 80 % durante 30 minutos.

2. La cáscara lavada se prensó en una prensa de tornillo Vincent con una contrapresión de 4 bares.

3. La cáscara prensada se cubrió con IPA al 80% y se lavó en IPA al 80% durante otros 30 minutos.

4. La cáscara lavada se prensó en una prensa de tornillo Vincent con una contrapresión de 4 bares.

5. Se continuó con el ciclo de lavado y prensado hasta que la materia seca de la cáscara prensada fue constante.

6. Para algunas ejecuciones, la cáscara prensada se secó y se realizó una extracción de pectina estándar:

• 18 litros de agua desmineralizada

• 80 ml de ácido nítrico

• Extracción durante 7 horas a 70 °C

• Intercambio de iones con 50 ml de resina de intercambio de iones durante 30 minutos con agitación • Precipitación con tres volúmenes de IPA al 80%

Tratamiento de cáscara a escala de planta piloto - contracorriente

Esta escala piloto se realizó de acuerdo con el diagrama esquemático de la Fig. 2.

Equipo:

Envases de plastico de 100 litros

Exprimidor de planta piloto, Otto 1800, Centenario, Brasil

• Báscula de planta piloto

Agitador, IKA Werke RW 44, Alemania

• Prensa de tornillo Vincent P-4, Vincent Corporation, EE. UU.

Cortador, cortador Rex, 30 litros, Kilia, Alemania

Dispositivo de medición de densidad

Recipiente de extracción de 25 litros

Embudo Büchner

Materiales:

Naranjas frescas obtenidas de Futura, Grontorvet, Dinamarca

Agua desmineralizada

Etanol al 96%, WWR International ApS, Dinamarca

Ácido nítrico concentrado

Resina de intercambio iónico, Lewatit S-1468, LANXESS, Leverkusen, Alemania

Auxiliar de filtración, tierra de diatomeas, Celite 545

Lavado y prensado de cáscaras

7. Se exprimieron naranjas frescas en el exprimidor

8. Se cortaron alrededor de 20 kg de cáscaras en el cortador hasta un tamaño de partícula de alrededor de 10 mm y se sumergieron en etanol al 80% durante alrededor de 20 minutos con una ligera agitación.

9. La cáscara se escurrió para obtener el alcohol.

10. La cáscara escurrida y cortada se lavó durante 20 minutos con etanol mientras se agitaba, bien con etanol fresco al 80% o bien con el etanol de las etapas de lavado posteriores, y se escurrió sobre un tamiz.

11. Después de cinco etapas de lavado en contracorriente, el último lote de cáscara lavada se prensó en una prensa de tornillo Vincent con una contrapresión de 4 bares.

12. Para algunas ejecuciones, la cáscara prensada se secó y se realizó una extracción de pectina estándar:

• 18 litros de agua desmineralizada

• 80 ml de ácido nítrico

• Extracción durante 7 horas a 70 °C

• Intercambio de iones con 50 ml de resina de intercambio de iones durante 30 minutos con agitación

• Precipitación con tres volúmenes IPA al 80%

Extracción de pectina a escala de laboratorio

Aparato

1. Vaso de precipitados de vidrio - 2000 ml

2. Embudo Büchner

3. Agitador de hélice, Eurostar digital, IKA Werke

4. Paño de nailon

Productos químicos

1. Agua desmineralizada

2. Ácido nítrico al 62%

3. Tierra de diatomeas

4. Resina de intercambio iónico, Amberlite SR1L, producida por Rohm&Haas

5. Isopropanol al 100%

6. Isopropanol al 60%

Procedimiento

1. Se calentaron alrededor de 900 ml de agua desmineralizada a 70 °C en un vaso de precipitados equipado con un agitador y control de temperatura.

2. Se añadieron al agua alrededor de 20 g de cáscara seca y el pH se ajustó a 1,7 - 1,8 mediante la adición de ácido nítrico al 62%.

3. La extracción se llevó a cabo a 70 °C durante 5 horas con agitación.

4. Después de la extracción, el contenido del recipiente se filtró en un embudo Büchner utilizando tierra de diatomeas como auxiliar de filtración previamente enjuagada con una mezcla de 10 ml de ácido nítrico al 62% y 500 ml de agua desmineralizada.

5. El extracto filtrado se sometió a intercambio iónico con agitación añadiendo alrededor de 50 ml de resina (Amberlite SR1L, producida por Rohm & Haas) por litro de extracto filtrado. Mientras se agitaba, el intercambio iónico se llevó a cabo durante 20 minutos con agitación.

6. El filtrado de intercambio iónico se filtró en un embudo Büchner equipado con un paño.

7. El filtrado de intercambio iónico filtrado se precipitó añadiéndolo a tres partes de isopropanol al 100 % con agitación suave.

8. El precipitado se recogió sobre un paño de nailon y se prensó a mano para eliminar la mayor cantidad posible de isopropanol.

9. El precipitado prensado a mano se lavó una vez en isopropanol al 60% y luego se secó a alrededor de 68 °C en un armario de secado a presión atmosférica.

10. Después del secado, se molió la pectina.

Extracción de pectina a escala de planta piloto

1.600 g de cáscara seca, 18 litros de agua desionizada y 80 ml de ácido nítrico al 62% se mezclaron en un recipiente de extracción de 18 litros y se extrajeron durante 7 horas a 70 °C con agitación.

2. La mezcla se filtró en un embudo Büchner con tierra de diatomeas.

3. El filtrado se sometió a intercambio iónico con 50 ml de resina de intercambio iónico por litro de filtrado a 45 °C durante 30 minutos.

4. La resina de intercambio iónico se escurrió sobre un paño de nailon.

5. El filtrado de intercambio iónico se precipitó en tres volúmenes de alcohol isopropílico al 80%.

6. El precipitado se lavó una vez con alcohol isopropílico al 60% y se secó a 65 °C durante 24 horas.

Análisis de muestras de los Ejemplos

Los Ejemplos 1 - 10 tratan de experimentos de laboratorio, mientras que los Ejemplos 11 - 14 tratan de experimentos en planta piloto y los Ejemplos 15 - 18 tratan de experimentos en planta piloto con materiales de desecho de pectina y carragenina.

Ejemplo 1: Efectos de la concentración de alcohol

En el primer conjunto de experimentos, la materia seca de la cáscara, el rendimiento de pectina, la concentración de azúcar residual en la cáscara GE y el peso molecular de la pectina Pm se midieron después de un lavado y un prensado en diferentes condiciones, y los datos se muestran a continuación en la Tabla 1.

Tabla 1: Materia seca, concentración de azúcar, rendimiento de pectina, GE y peso molecular de la cáscara lavada y prensada.

De acuerdo con los datos de la Tabla 1, el rendimiento de pectina aumentó al aumentar la concentración de alcohol en la composición humectante. Esto indica que una concentración de alcohol de al menos el 70 % resultó en una pérdida significativamente menor de pectina en el lavado.

La Tabla 1 también muestra que el GE aumentó marginalmente con la concentración de alcohol, y el peso molecular aumentó a medida que la concentración de alcohol aumenta del 70 % al 96 %. Esto indica que la concentración de alcohol fue relevante para la pérdida de pectina durante el lavado, y que una concentración de alcohol de al menos alrededor del 70% al 96% puede ser deseable para algunas realizaciones. Además, la Tabla 1 muestra que sin lavado y prensado, la materia seca de la cáscara es de alrededor del 13%. Con lavado en agua corriente y con agua a pH 4, la materia seca se reduce a alrededor del 11%. Cuando se lava en alcohol seguido de un prensado, la materia seca de la cáscara aumenta con la concentración de alcohol hasta alrededor del 20% cuando se usa alcohol al 96%. En estos experimentos, el lavado en agua corriente y en agua con un pH de 4 proporcionó alrededor de la misma concentración de azúcar en la cáscara que el lavado con alcohol. En ambos casos, la concentración de azúcar se redujo a alrededor del 22 - 25%.

Por lo tanto, estos primeros experimentos muestran que, en particular, el rendimiento de pectina aumenta mediante el lavado con alcohol, y la materia seca de la cáscara aumenta sustancialmente, mientras que el azúcar residual disminuye marginalmente en comparación con un lavado regular con agua.

Ejemplo 2: Efecto del número de lavados con alcohol

En este conjunto de experimentos, se investigó el número de etapas de lavado con alcohol.

Tabla 2: Materia seca y azúcar residual en la cáscara lavada un número diferente de veces.

De acuerdo con los datos de la Tabla 2, con 2 - 3 lavados en alcohol al 96 %, la materia seca de la cáscara aumentó alrededor de un 20 % después de un prensado. 2 - 4 lavados en alcohol al 96 % redujeron la concentración de azúcar en la cáscara a alrededor del 18 % o alrededor del 30 % en comparación con un lavado una vez en alcohol al 96 %. Por lo tanto, 2 - 4 lavados proporcionaron la materia seca más alta y la concentración de azúcar residual más baja en la cáscara lavada.

Ejemplo 3: Efecto del tiempo de lavado

A continuación, se investigó el tiempo de lavado. Se registró la materia seca de la cáscara y el azúcar residual de la cáscara que se lavó durante diferentes tiempos en alcohol al 96% seguido de un prensado.

Tabla 3: Materia seca y azúcar residual en cáscara lavada durante diferentes tiempos.

De acuerdo con los datos de la Tabla 3, con un prensado, la materia seca de la cáscara no cambió cuando el tiempo de lavado aumentó de 15 minutos a 30 minutos, y el azúcar residual disminuyó al aumentar el tiempo de lavado. Por lo tanto, los datos de la Tabla 1 indican que el lavado durante alrededor de 30 minutos proporcionó una gran cantidad de materia seca de la cáscara y un bajo contenido de azúcar residual en la cáscara.

Ejemplo 4: Efecto de la temperatura de lavado

En los siguientes experimentos, la cáscara se lavó a diferentes temperaturas en alcohol al 70%. Después de cada lavado de 60 minutos, la cáscara lavada se prensó tres veces.

Tabla 4: Efectos de la temperatura de lavado

De acuerdo con los datos de la Tabla 4, una mayor temperatura del líquido de suspensión espesa de biomasa proporcionó una menor materia seca de cáscara, y la materia seca de cáscara se redujo en alrededor de un 5 % cuando la temperatura de lavado se incrementó de 24 a 50 °C. Además, al aumentar la temperatura de lavado, se redujo la concentración de azúcar en la cáscara lavada. El nivel de azúcar se redujo en alrededor de un 40% cuando la temperatura de lavado se incrementó de 24 a 50°C. Los datos de la Tabla 4 también muestran que el rendimiento de pectina aumentó en alrededor de un 5 % cuando la temperatura de lavado se incrementó de 24 a 50 °C, lo que puede ser el resultado de una menor cantidad de azúcar residual. Además, el GE de la pectina resultante parece haber aumentado de alrededor del 75% a alrededor del 79% cuando la temperatura de lavado se incrementó de 24 a 50°C y, cuando la temperatura de lavado se incrementó de 24 a 50°C, el peso molecular parece haberse reducido en alrededor de un 8%. Por lo tanto, una temperatura de lavado alta puede favorecer un nivel de azúcar residual más bajo en la cáscara, un mayor rendimiento de pectina y un GE más alta, mientras que una temperatura de lavado baja puede favorecer un peso molecular más alto.

Ejemplo 5: Efecto del pH en el lavado

En el siguiente conjunto de experimentos, se lavó la cáscara fresca en alcohol a un pH diferente. La cáscara se lavó cuatro veces y cada vez durante una hora. Después de cada lavado, la cáscara lavada se prensó tres veces.

Tabla 5: Efecto del lavado a diferentes pH

Los datos de la Tabla 5 muestran que la materia seca de la cáscara fue constante independientemente del pH en el componente líquido de la suspensión espesa de biomasa, mientras que parece que la concentración de azúcar en la cáscara lavada aumenta al aumentar el pH del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa. El nivel de azúcar se redujo en alrededor de un 30 % cuando el pH del componente líquido de la suspensión espesa de biomasa se redujo de pH 10 a pH 1. Según los datos de la Tabla 5, la pectina alcanzó un máximo cuando el lavado se realizó en el intervalo de pH de alrededor de 4 a alrededor de 7. El rendimiento de pectina fue alrededor de un 15% menor a pH 10 que a pH 4. En el intervalo de pH de alrededor de 1 a alrededor de 7, el GE fue constante. Sin embargo, a medida que el pH se incrementó aún más hasta 10, el GE se redujo en alrededor de un 10 %. El peso molecular de la pectina resultante se mantuvo sustancialmente constante después del lavado en el intervalo de pH de alrededor de 1 a alrededor de 7. Sin embargo, a medida que el pH aumentaba más hasta 10, el peso molecular descendía alrededor de un 30%. Por lo tanto, los datos de la Tabla 5 indican que un pH bajo favorece un bajo contenido de azúcar residual en la cáscara, un alto rendimiento de pectina, un alto GE y un alto peso molecular de la pectina.

Ejemplo 6: Efecto del número de prensados

En la primera serie de estos experimentos, la cáscara fresca se lavó tres veces durante una hora en alcohol. Después de cada lavado, la cáscara lavada se prensó una o dos veces. En el segundo conjunto de estos experimentos, la cáscara fresca se lavó cuatro veces en alcohol y después de cada lavado se prensó una, dos y tres veces.

Tabla 6: Efecto del número de prensados

De acuerdo con los datos de la Tabla 6, prensar dos veces aumentó la materia seca de la cáscara. Sin embargo, parece que el doble prensado en alcohol al 70% proporcionó el aumento más fuerte de la materia seca de la cáscara. En comparación con un control en el que la cáscara se lavó una vez y se prensó una vez, el lavado tres veces con etanol al 70 % y el prensado dos veces después de cada lavado aumentó la materia seca de alrededor del 13 % a alrededor del 24 %, casi el doble de la materia seca. El número de etapas de prensado no cambió mucho el nivel de azúcar. Sin embargo, el etanol al 70% parece haber proporcionado la concentración de azúcar más baja en la cáscara lavada y prensada. Los datos de la Tabla 6 indican que prensar dos veces da como resultado una ligera disminución del rendimiento de pectina. El GE de la pectina resultante apenas se vio afectado por el número de prensados. Estos datos pueden indicar una tendencia al lavado en etanol al 96 % para proporcionar una GE ligeramente más alta. Además, los datos de la Tabla 6 parecen indicar una tendencia a que el peso molecular disminuya a medida que aumenta el número de prensados. Esta tendencia fue más pronunciada para el lavado con alcohol al 70% que con el alcohol al 96%.

Así, la primera serie de experimentos indicó que el número de prensados favorece una mayor materia seca de cáscara y en cierta medida la cantidad de azúcar residual. Sin embargo, un alcohol de concentración reducida parece haber tenido un efecto más fuerte. Por otro lado, el número de prensados parece haber favorecido un GE y un peso molecular marginalmente más bajos.

Los datos de las Tablas 5 y 6 muestran que no parece haber una gran diferencia en la materia seca de la cáscara si la cáscara se lava tres o cuatro veces y se prensa dos o tres veces. Sin embargo, la concentración más baja de azúcar en la cáscara lavada se logró usando cuatro lavados y tres prensados después de cada lavado. Además, los datos de las Tablas 5 y 6 muestran que el número de lavados y el número de prensados no tuvieron un efecto importante en el rendimiento de pectina, una tendencia a un rendimiento ligeramente menor a medida que se incrementó el número de prensados, y el GE de la pectina resultante se mantuvo sin cambios a medida que aumentó el número de lavados y el número de prensados.

Los datos de la Tabla 6 muestran que cuatro lavados proporcionaron un mayor peso molecular y el prensado una vez proporcionó un mayor peso molecular. Así, esta segunda serie de experimentos indica que más lavados y mayor número de prensados favorecen un menor nivel de azúcar residual en la cáscara, mientras que más lavados y un bajo número de prensados favorecen un mayor peso molecular de la pectina resultante. Los datos de las Tablas 5 y 6 también indican que la materia seca de la cáscara, el rendimiento de pectina y el GE de la pectina resultante parecen no verse afectados por más etapas de lavado y un mayor número de prensados.

Ejemplo 7: Efecto del tiempo de prensado

En estos experimentos, el número de lavados con alcohol fue de cuatro, y después de cada prensado, el tiempo de prensado se fijó en varios tiempos que iban desde 0 segundos hasta 600 segundos.

Tabla 7: Efecto del tiempo de prensado

Los datos de la Tabla 7 muestran que cuando la cáscara se prensó una vez, pero con un tiempo de retención de 60 segundos, la materia seca fue alrededor de la misma que cuando se prensó la cáscara tres veces, pero sin tiempo de retención. A medida que se aumentó el tiempo de retención, la materia seca de la cáscara aumentó, y la materia seca de la cáscara usando un prensado triple con tiempos de retención de 180 segundos, 600 segundos y 600 segundos, respectivamente, proporcionó la mayor cantidad de materia seca de la cáscara, alrededor del 37 %, que fue alrededor de tres veces el valor de la cáscara lavada en agua y prensada una vez sin tiempo de retención. Con etanol, la materia seca de la cáscara fue casi tan alta como con IPA.

Los datos presentados en la Tabla 7 indican que el nivel de azúcar fue generalmente bajo, pero pareció haber una ventaja en el prensado con un tiempo de retención total de alrededor de 20 minutos. Se observó el mismo resultado con etanol.

De acuerdo con los datos de la Tabla 7, tanto el rendimiento de pectina como el GE de la pectina resultante parecían ser independientes del tiempo de prensado. En los Ejemplos presentados en la Tabla 7 con IPA, el peso molecular parecía ser más alto cuando los tiempos de prensado no superaban los 180 segundos. A medida que aumentaba el tiempo total de prensado, disminuía el peso molecular. Sin embargo, con etanol, el peso molecular se mantuvo alto incluso en tiempos de prensado totales prolongados.

Por lo tanto, los datos de la Tabla 7 indican que el tiempo de prensado favoreció un alto contenido de materia seca de cáscara y un bajo contenido de azúcar residual, mientras que el tiempo de prensado no influyó en el rendimiento de pectina ni en el GE de la pectina resultante.

En los Ejemplos presentados en la Tabla 7, parecía haber una tendencia a un peso molecular más bajo de la pectina resultante cuando se lavaba con IPA y el tiempo de prensado superaba los 180 segundos. Sin embargo, con el etanol, el alto peso molecular parecía verse favorecido por tiempos de prensado más prolongados.

Ejemplo 8: Efecto de la presión durante el prensado

Para indicar el efecto de la presión utilizada durante el prensado, se realizaron dos pruebas. Uno con una celda de carga que permite una presión de 25 kg. y una celda de carga que permite una presión de 50 kg.

Tabla 8: Efecto de la presión durante el prensado

En los Ejemplos presentados en la Tabla 8, el aumento de la presión proporcionó, en el mejor de los casos, un aumento marginal en la materia seca de la cáscara, mientras que parece que una mayor presión condujo a una concentración de azúcar algo mayor. Además, una presión más alta parecía conducir a un rendimiento de pectina algo más bajo. Sin embargo, el rendimiento fue comparable con los resultados anteriores. Se observó una ligera disminución del GE a alta presión, pero ambos valores de GE estaban dentro de los hallazgos anteriores.

Ejemplo 9: Efecto del tipo de alcohol

En este conjunto de experimentos, se investigó más a fondo la diferencia entre IPA y etanol. En el caso de IPA, se realizaron cuatro pruebas independientes.

Tabla 9: Efecto del tipo de alcohol

En los datos presentados en la Tabla 9, al usar IPA, la materia seca de la cáscara aumentó alrededor de un 5 % en comparación con el etanol. Sin embargo, la concentración de azúcar fue alrededor de un 15 % menor cuando se usó etanol en comparación con IPA. El etanol pareció proporcionar un rendimiento ligeramente mayor, alrededor del 5%, y un GE marginalmente mayor. El etanol parecía proporcionar un peso molecular más alto, alrededor del 10%. Así, en el Ejemplo 9, el etanol favoreció un mayor rendimiento de pectina y un mayor peso molecular de pectina, mientras que el IPA favoreció una mayor cantidad de materia seca de la cáscara y un menor azúcar residual.

Ejemplo 10: Comparación de limón y naranja

Se realizó una comparación de los distintos tratamientos realizados sobre cáscara de limón y de naranja.

Tabla 10: Comparación de limón y naranja

En los datos presentados en la Tabla 10, la materia seca se redujo notablemente cuando el lavado se realizó a pH 4, el lavado en etanol al 70 % y el prensado tres veces después de cada lavado aumentaron la materia seca, la materia seca aumentó con naranja en comparación con limón, el lavado y el prensado redujeron en gran medida la concentración de azúcar, y el lavado y el prensado con etanol fueron muy efectivos. Además, el rendimiento de pectina aumentó con el lavado y fue más alto cuando la cáscara se lavó con etanol; sin embargo, el GE no se vio afectado.

Los ejemplos a escala de laboratorio anteriores indicaron:

Con respecto a la concentración de alcohol, el rendimiento de pectina aumentó cuando la concentración de alcohol fue del 70% en peso de la composición humectante o superior. La materia seca de la cáscara aumentó sustancialmente y el azúcar residual disminuyó marginalmente en comparación con el lavado con agua. El número de etapas de lavado tuvo un efecto sustancial, y 2-4 etapas de lavado parecían ser el número óptimo de etapas de lavado para proporcionar la materia seca más alta en la cáscara y la concentración de azúcar residual más baja en la cáscara lavada. El tiempo de lavado también desempeñó un papel, y el tiempo de lavado óptimo parecía ser de alrededor de 30 minutos para proporcionar un alto contenido de materia seca de la cáscara y un bajo nivel de azúcar residual en la cáscara. La alta temperatura de lavado pareció favorecer un menor nivel de azúcar residual en la cáscara, un mayor rendimiento de pectina y un mayor GE de la pectina resultante. Sin embargo, la baja temperatura de lavado pareció favorecer un mayor peso molecular de la pectina resultante. Un pH bajo favoreció un bajo contenido de azúcar residual en la cáscara, un alto rendimiento de pectina, un alto GE de la pectina resultante y un alto peso molecular de la pectina resultante. El número de prensados después del lavado pareció favorecer una mayor materia seca de la cáscara y en menor medida el nivel de azúcar residual. Sin embargo, al combinar el número de etapas de prensado con el número de etapas de lavado, el azúcar residual se redujo mientras que la materia seca de la cáscara se mantuvo sustancialmente constante. El tiempo de prensado favoreció un alto contenido de materia seca de la cáscara y un bajo contenido de azúcar residual, pero no influyó en el rendimiento de pectina ni en el GE de la pectina resultante. Utilizando un lavado de tres etapas en alcohol al 70 % combinado con un prensado triple con tiempos de espera de 180 600 600 segundos, la materia seca de la cáscara se triplicó hasta el 37 %. La presión durante el prensado pareció no tener un impacto sustancial, y lo mismo pareció ser cierto cuando se duplicó el volumen del líquido de lavado. Con respecto al tipo de alcohol, el etanol pareció favorecer un rendimiento de pectina marginalmente más alto y un peso molecular de pectina marginalmente más alto, mientras que el isopropanol favoreció una materia seca de la cáscara marginalmente más alta y un azúcar residual más bajo. Por lo tanto, el etanol y el isopropanol podrían usarse indistintamente. Con respecto al material de partida de pectina, el limón y la naranja se comportaron de la misma manera. De acuerdo con estos experimentos de laboratorio, una realización particularmente deseable parece ser un proceso en el que la cáscara fresca se lava tres veces en alcohol al 70 % a temperatura ambiente, cada etapa de lavado se realiza durante 30 minutos y después de cada lavado, la cáscara lavada se prensa tres veces a 4 - 8 bar, manteniéndose cada tiempo de prensado durante alrededor de 200 - 600 segundos.

Los siguientes ejemplos se realizaron para validar los hallazgos de laboratorio a escala de planta piloto y para evaluar el concepto de usar un lavado con alcohol en contracorriente con una sola etapa de prensado después del lavado.

Ejemplo 12: Lavado y prensado consecutivos de cáscara fresca en planta piloto

En el Ejemplo 12, se usó cáscara de naranja recién exprimida como material de partida y para prensar se usó una prensa de tornillo.

Los resultados de los experimentos de lavado y prensado se enumeran en la Tabla 11. Después de cada prensado, se añadió IPA al 80% nuevo para el siguiente lavado.

Ejemplo 11: Resultados de lavado con IPA seguido de prensado

La Tabla 12 muestra los resultados del análisis de laboratorio. Como medida del peso molecular, se eligió la viscosidad intrínseca.

Tabla 12: Análisis de laboratorio

Los datos presentados en las Tablas 11 y 12 indican que el lavado y el prensado de 4 a 6 veces aumentaron la materia seca de la cáscara por encima del 50 % en peso de cáscara, y en esos lavados y prensados, la concentración de IPA en el IPA gastado fue constante a alrededor del 80% en peso de la composición humectante. Además, el rendimiento de pectina se incrementó por encima del 30%. Además, después de alrededor de 5 prensados, el nivel de azúcar residual en la cáscara prensada cayó a un 10 % aproximadamente. Además, en los datos presentados en las Tablas 11 y 12, el GE, AG y VI (peso molecular) de los productos de pectina resultantes fueron bastante constantes independientemente del número de lavados y prensados. Además, todos están dentro del intervalo normal, lo que puede indicar que el alto rendimiento de pectina no está causado por impurezas. Sin embargo, la claridad de la disolución fría de los productos de pectina resultantes parecía disminuir a medida que aumentaba el número de lavados y prensados, mientras que la claridad de las disoluciones calientes de pectina permanecía alta.

Esto podría deberse a la mayor maceración de la cáscara con el mayor número de prensados. Aun así, las impurezas parecían ser solubles en caliente. Esto podría haber indicado que la baja claridad podría ser el resultado de que la fruta utilizada en los ejemplos esté encerada.

Por lo tanto, los Ejemplos presentados en las Tablas 11 y 12 mostraron que cuando se usaba una prensa de tipo tornillo, se podía lograr una materia seca de cáscara sustancialmente mayor en comparación con la prensa de tipo hidráulico usada en los experimentos de laboratorio. Estos ejemplos también verificaron el tiempo de prensado como un factor importante. La prensa de tipo tornillo utilizada en estos ejemplos funcionó a alrededor de 20 rpm, lo que correspondía a un tiempo de funcionamiento de alrededor de 10 a 15 minutos.

Ejemplo 11: Lavado en contracorriente de cuatro etapas con isopropanol en planta piloto

Los resultados del lavado de la cáscara se enumeran en la Tabla 13.

Tabla 13: Tiempo de lavado y densidad de IPA

Los resultados del lavado y prensado se enumeran en la Tabla 14.

Tabla 14: Resultados del lavado y prensado en contracorriente

La Tabla 15 enumera los análisis de laboratorio de los productos de pectina resultantes de cada etapa en el lavado y prensado en contracorriente.

Tabla 15: Análisis de los productos de pectina resultantes

El balance de masas teórico se muestra en la Tabla 16.

Tabla 16: Balance de masas teórico según la serie E

Un balance de masas según la serie E:

Tabla 17: Balance de masas de lavado en contracorriente

De manera similar, un balance de masas según la serie D:

Tabla 18: Balance de masas de lavado en contracorriente

La Fig. 1 muestra un balance de masas de la serie E y muestra que existe una buena correlación entre la concentración de IPA en el componente líquido gastado de la suspensión espesa de biomasa y la concentración de IPA en la composición humectante de IPA entrante anterior. Además, las cantidades de componente líquido de la suspensión espesa de biomasa que se usa en la etapa de lavado anterior se correlacionan razonablemente bien con el componente líquido gastado de la etapa de lavado posterior. Sin embargo, los datos reales no igualaron los valores teóricos. Esto puede reflejar el hecho de que hubo algunas pérdidas durante el proceso, por lo que la escala puede haber sido demasiado pequeña. Por lo tanto, el esquema en contracorriente utilizado en estos experimentos proporcionó un sistema de estado estacionario razonable en el que el lavado en contracorriente da como resultado alrededor de 4 kg de cáscara con una materia seca de alrededor del 28% en peso de la cáscara y una cantidad gastada de alcohol para la destilación que asciende hasta alrededor de 35 kg con una concentración de IPA de alrededor del 34%. En cuanto a la energía, el IPA gastado que se destilará proviene del IPA en la cáscara prensada y el IPA gastado del primer lavado. Tras el prensado se producen 3,8 kg de cáscara húmeda, que corresponden a 1,846 kg de cáscara seca y 1,954 kg de IPA. El IPA tiene una concentración del 62,8 % en peso de la composición humectante que se traduce en 1,227 kg de IPA. En teoría, el IPA gastado en el primer lavado es el IPA que se lleva al lavado n.° 4, es decir, 24 kg con una concentración del 80 % o 19,2 kg de IPA menos el IPA que se va con la cáscara prensada. Así, la cantidad de IPA a destilar es de 17,973 kg. Teóricamente, la cantidad de IPA que sale del lavado n.° 1 es la cantidad de IPA que sale del lavado n.° 2 menos el IPA que sale con la cáscara lavada. Esto asciende a 40,2 kg, lo que se traduce en que este IPA tiene una graduación del 45%, algo superior a la medida real del 33,4%. Para calcular el consumo de energía, se debe suponer que el IPA que entra en el lavado n.° 4 no es de 24 kg sino solo 15 kg. En este caso, el IPA gastado en el lavado n.° 1 se convierte en 31,2 kg con una concentración del 34,5 %, que está cerca de las medidas reales.

Las siguientes tablas muestran el consumo de energía de un proceso de lavado con alcohol de acuerdo con una realización de esta invención y el proceso de secado convencional.

Tabla 19: Consumo de energía del proceso de lavado con alcohol

Tabla 20: Consumo de energía del proceso de secado convencional

Tabla 21: Ahorro al utilizar el proceso de lavado con alcohol

Como se muestra en las Tablas 19 - 21, por 1 Tm de cáscara seca, un proceso de lavado y prensado con alcohol según una realización de esta invención reduce el coste energético en alrededor de 280 USD por Tm de cáscara seca. Además, el proceso con alcohol de acuerdo con una realización de esta invención ahorra en el consumo de agua y efluentes y reduce la cantidad de CO² emitido en alrededor de 1 Tm de CO² por 1 Tm de cáscara seca producida. Con respecto a la calidad de la pectina, parece haber una tendencia a un mayor GE en la pectina que ha sido sometida al proceso de lavado con alcohol. Como se observó previamente, la claridad pareció sufrir durante el proceso de lavado con alcohol. Así, dado que en este trabajo se aplica un solo prensado, la cantidad de finos fue sustancialmente menor que la observada con un proceso de lavado y prensado consecutivos. Sin limitarse por la teoría, se espera que la falta de claridad fuera causada por el hecho de que el material de partida era cáscara de naranjas frescas destinadas a ser consumidas como fruta fresca. Dicha fruta se encera convencionalmente, y se sospecha que la cera es la causa de la menor claridad. Además, el ácido galacturónico era alto, lo que indicaba una pectina pura, y el lavado con alcohol retiró cantidades sustanciales de azúcar de la cáscara fresca.

Ejemplo 13: Lavado en contracorriente de cuatro etapas con etanol en planta piloto

Se realizó un experimento en contracorriente con etanol en lugar de isopropanol.

La Tabla 22 muestra los datos del esquema de lavado y prensado.

Tabla 22: Resultados del lavado y prensado en contracorriente. Nota: Extracción realizada en cáscara seca.

La Tabla 23 enumera los análisis de laboratorio de los productos de pectina resultantes de cada etapa en el lavado y prensado en contracorriente.

Tabla 23: Análisis de los productos de pectina resultantes

El balance de masas teórico se muestra en la Tabla 24.

Tabla 24: Balance de masas teórico según la serie E

Un balance de masas según la serie E:

Tabla 25: Balance de masas de lavado en contracorriente

La Fig. 2 muestra el balance de masas según la serie E, y hubo una correlación bastante buena entre el balance de masas teórico y el real.

Desde el punto de vista del ahorro de energía, el ahorro de costes es el mismo que se encontró en los experimentos con isopropanol, lo que también significa que la emisión de CO² se reduce al mismo nivel que con el lavado con isopropanol. Con respecto a la calidad de la pectina resultante, está como mínimo a la par con la calidad de la pectina resultante de la cáscara lavada sin alcohol. El lavado con etanol parecía haber proporcionado un producto de pectina con un peso molecular más alto medido por la viscosidad intrínseca, un GE más alto y una pureza de pectina más alta medida por el ácido galacturónico. Además, el lavado con etanol aumenta la claridad de la pectina resultante en disolución. Además, la sensibilidad al calcio de la pectina parece reducirse algo mediante el lavado con etanol, sin embargo, esto puede muy bien estar dentro del error experimental.

Ejemplo 14: Lavado en contracorriente en dos etapas con etanol en planta piloto

Los Ejemplos 12 y 13 muestran que el lavado con alcohol y el subsiguiente prensado una vez proporciona un ahorro de energía sustancial en el siguiente secado del material que contiene polímero lavado y prensado. También muestran que la calidad resultante del polímero cuando se extrae del material lavado, prensado y secado permanece al menos a la par con el polímero resultante de la extracción del mismo material, es decir, el material que no se lava ni se prensa.

La Tabla 26 muestra el resultado del experimento de la planta piloto con un lavado en contracorriente de dos etapas seguido de un prensado.

Tabla 26: Resultados del lavado y prensado en contracorriente

De acuerdo con los Ejemplos 12-14, la materia seca de la cáscara después del prensado fue de alrededor del 60 %, que era lo mismo que la materia seca de la cáscara usando un esquema de lavado de cuatro etapas, por lo que fue posible lograr un ahorro de energía usando un lavado en contracorriente de dos etapas seguido de prensado una vez. Por lo tanto, los Ejemplos 12 - 14 mostraron que el uso de un esquema de lavado en contracorriente que constaba de 2 - 4 etapas de lavado proporcionó un alto rendimiento de pectina incluso con concentraciones de alcohol en los lavados en el intervalo de alrededor del 45% a alrededor del 80%. Además, dicho esquema de lavado en contracorriente proporcionaba un producto de pectina que estaba al menos a la par con el producto de pectina que se extraía de la cáscara, que no se había sometido a dicho lavado en contracorriente.

Ejemplo 15: Lavado en contracorriente de cuatro etapas de residuos de pectina con isopropanol en planta piloto

Otro ejemplo de un material que contiene polímero es el material de desecho de la producción de pectina. Dichos residuos se utilizan tradicionalmente para la alimentación del ganado, y este ejemplo se realizó para evaluar el proceso de lavado y prensado con alcohol para establecer si este proceso conduciría a un producto de desecho que tuviese suficiente materia seca para ser combustible. Los resultados del experimento se enumeran en la Tabla 27.

Tabla 27: Resultados del lavado y prensado de material de desecho de pectina

Así, al utilizar un lavado en contracorriente de cuatro etapas con isopropanol seguido de un solo prensado, se logró una materia seca de los residuos de alrededor del 50%. Esto hace que los residuos sean combustibles con un valor de combustión asumido similar al de la madera con alrededor de un 50 % de materia seca.

Valor de combustión de residuos de pectina: 8 GJ/ton

Valor de combustión del gas natural: 39 GJ/1000 m3

Por lo tanto, mediante el uso de tales residuos de pectina lavados y prensados, se puede ahorrar alrededor de un 20 % de gas natural con la consiguiente reducción en la emisión de CO² .

Ejemplo 16: Lavado y prensado consecutivos con isopropanol de residuos de pectina en planta piloto

Con el fin de establecer si se obtendría la misma materia seca del residuo de pectina mediante lavados y prensados consecutivos, el material de desecho de pectina se lavó con isopropanol al 80% durante 20 minutos y posteriormente se prensó en una prensa de tornillo a una contrapresión de 4 bar.

Los resultados se enumeran en la Tabla 28.

Tabla 28: Materia seca de residuos de pectina lavados y prensados

Los datos de la Tabla 28 indican que un solo lavado con isopropanol al 80% seguido de un solo prensado a 4 bar es suficiente para aumentar la materia seca de los residuos de pectina por encima del 50%.

Ejemplo 17: Material de desecho de pectina lavado una vez con diferentes concentraciones de etanol

En este experimento, el material de desecho de pectina se lavó una vez con diferentes concentraciones de etanol y posteriormente se prensó una vez con una prensa de tornillo a 4 bar de contrapresión.

Los resultados se enumeran en la Tabla 29.

Tabla 29: Materia seca de residuos de pectina lavados con diferentes concentraciones de etanol

Estos datos de la Tabla 29 muestran que se produce un material de desecho combustible cuando se usa una concentración de etanol de al menos alrededor del 60%.

Ejemplo 18: Material de desecho de carragenina lavado una vez con isopropanol y etanol

El residuo de carragenina es otro ejemplo de material que contiene un polímero aglutinante acuoso. Dichos residuos se utilizan tradicionalmente como mejora del suelo. En este experimento, el material de desecho de carragenina se lavó con isopropanol al 40 % y se prensó en una prensa de tornillo. Además, el material de desecho de carragenina se lavó con etanol al 60% y se prensó en una prensa de tornillo.

Los resultados se enumeran en la Tabla 30.

Tabla 30: Materia seca de residuos de carragenina lavados con isopropanol y etanol

Los datos de la Tabla 30 indican que el lavado con isopropanol o etanol y el prensado de los residuos de carragenina conducen a un alto contenido de materia seca en los residuos, lo que los hace combustibles. Además, los resultados indican que el isopropanol se puede utilizar a concentraciones más bajas que el etanol.

En resumen, los Ejemplos 15 - 18 muestran que se puede utilizar un proceso de acuerdo con las realizaciones de la presente invención para aumentar la materia seca del material de desecho que contiene polisacáridos para proporcionar un material combustible para ahorrar energía y reducir la emisión de CO².

Ejemplo 19: Material de desecho de remolacha azucarera lavado con isopropanol.

En este ejemplo, se utilizaron residuos de remolacha azucarera obtenidos tras la extracción del azúcar según una realización de la presente invención. La materia seca de los residuos de remolacha azucarera fue del 28,0%, y en un primer ensayo, 15 kg. Los residuos de remolacha azucarera se lavaron durante 20 minutos con 30 litros de isopropanol al 40%. Los residuos de remolacha azucarera lavados no se pudieron prensar en la prensa de tornillo utilizada en los ejemplos anteriores, y cuando se prensaron en una prensa de doble tornillo (Stord Bard), la materia seca alcanzó el 26,7%. Del mismo modo, cuando los residuos de remolacha azucarera lavados pasaron por un decantador convencional, la materia seca del material resultante alcanzó el 28,2%. Sin limitarse por la teoría, se cree que la estructura más densa de los residuos de la remolacha azucarera requiere concentraciones más altas de alcohol y probablemente tiempos de lavado más prolongados.

En consecuencia, se realizaron una serie de lavados utilizando 15 kg de residuos de remolacha azucarera y 30 litros de isopropanol en cada serie. El lavado se llevó a cabo de 1 hora a 45 horas y la materia seca del material resultante se determinó después de ser prensado una y dos veces en la prensa de tornillo utilizada en los ejemplos anteriores.

Tabla 31: Materia seca de residuos de remolacha azucarera lavados y prensados

Los datos de la Tabla 31 muestran que la materia seca aumentó hasta alrededor del 50% en peso del material de desecho de remolacha después de lavar con isopropanol al 80% en peso durante una hora, y que un segundo prensado aumentó marginalmente la materia seca. Este ejemplo muestra que cuando se trata de materiales que contienen polisacáridos más densos, puede ser necesario lavar con alcohol durante un período superior a alrededor de 20 - 30 minutos.

Ejemplo 20: Lavado con alcohol en dos etapas y prensado de cáscara fresca lavada convencionalmente con agua. En este ejemplo, se lavaron primero alrededor de 20 kg de cáscara de naranja en zumo con 40 litros de agua a temperatura ambiente y luego se procesaron de acuerdo con el Ejemplo 14 usando etanol para el lavado.

Tabla 32: Resultados del lavado con alcohol en dos etapas de cáscara de naranja lavada con agua convencional

Comparando con la Tabla 26 del Ejemplo 14, se indica que un primer lavado con agua convencional dio como resultado una menor materia seca de la cáscara y un menor rendimiento de pectina. Sin limitarse por la teoría, esto puede explicarse a través de una pérdida de pectina durante el primer lavado convencional con agua.

La Tabla 33 enumera los análisis de laboratorio de los productos de pectina resultantes.

Tabla 33. Análisis de los productos de pectina resultantes

Los datos de la Tabla 33 indican que un prelavado con agua parece haber reducido un poco el azúcar residual en comparación con el lavado con alcohol de cuatro etapas del Ejemplo 13. Además, el peso molecular medido como viscosidad intrínseca es menor que el de la Tabla 13. Sin limitarse por la teoría, esto puede deberse a la disolución de alguna pectina de alto peso molecular durante el lavado con agua. Sin embargo, otras características de los productos de pectina resultantes están a la par con las encontradas en el Ejemplo 13. Por lo tanto, un prelavado con agua tiene la ventaja de reducir aún más el azúcar residual en la cáscara, pero sufre con respecto a la materia seca de la cáscara, el rendimiento de pectina y el peso molecular del producto de pectina resultante.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para deshidratar material de biomasa que comprende polisacárido y agua, el proceso comprende: a) lavar el material de biomasa con una composición humectante que comprende un alcohol para formar una suspensión espesa de biomasa que comprende material de biomasa humedecido y un componente líquido;

b) separar mecánicamente al menos una parte de un efluente de la etapa de lavado de la suspensión espesa de biomasa drenando el efluente del material de biomasa humedecido; y

c) separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido de la etapa b) prensando el material de biomasa humedecido para formar un material de biomasa deshidratado,

donde el material de biomasa se selecciona del grupo que consiste en cáscara de cítricos, pulpa de manzana, residuos de remolacha azucarera de la producción de azúcar, residuos de girasol de la producción de aceite de girasol, residuos de patata de la producción de almidón, algas marinas rojas y algas marinas pardas.

2. Un proceso según la reivindicación 1, que comprende además extraer al menos un componente de biomasa del material de biomasa antes de la etapa de lavado, preferiblemente en el que al menos un componente de biomasa comprende zumo.

3. Un proceso según la reivindicación 1, que comprende además triturar el material de biomasa antes de la etapa de lavado.

4. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la etapa de lavado tiene una duración de 10 minutos a 30 minutos.

5. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la etapa de lavado comprende una pluralidad de lavados y la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del efluente de la suspensión espesa de biomasa comprende drenar al menos una parte del efluente de la suspensión espesa de biomasa después de cada uno de la pluralidad de lavados.

6. Un proceso según la reivindicación 5, en el que la pluralidad de lavados es de 2 a 4 lavados.

7. Un proceso según la reivindicación 5, en el que la pluralidad de lavados se realiza en contracorriente.

8. Un proceso según la reivindicación 5, en el que la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido comprende prensar el material de biomasa humedecido después de cada uno de la pluralidad de lavados.

9. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido comprende prensar el material de biomasa humedecido aplicando una presión de 0,5 bar a 8 bar durante un tiempo de 1 minuto a 25 minutos.

10. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido comprende prensar la biomasa humedecida con una prensa de tornillo.

11. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la etapa de separar mecánicamente al menos una parte del agua del material de biomasa humedecido se lleva a cabo de manera que el material de biomasa deshidratado comprende materia seca en una cantidad de alrededor del 35 a alrededor del 60% en peso del material de biomasa deshidratado, preferiblemente en una cantidad de alrededor del 45 a alrededor del 60% en peso del material de biomasa deshidratado.

12. Un proceso según la reivindicación 1, que comprende además quemar al menos una parte del material de biomasa deshidratado para producir calor y usar el calor en el proceso de deshidratación o en otras aplicaciones de calentamiento.

13. Un proceso según la reivindicación 1, que comprende además secar el material de biomasa deshidratado con calor después de la etapa de separar mecánicamente al menos una porción de la composición humectante, agua o una combinación de los mismos del material de biomasa humedecido para formar material de biomasa deshidratado seco, y opcionalmente que comprende además quemar al menos una parte del material de biomasa deshidratado seco para formar calor y usar el calor en el proceso de deshidratación.

14. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el material de biomasa comprende cáscara de naranja.

15. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el polisacárido es pectina.

16. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el polisacárido es carragenina.

17. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el alcohol es etanol, isopropanol o una combinación de los mismos.

18. Un proceso según la reivindicación 15, en el que el alcohol está presente en la composición humectante en una cantidad del 40 al 96% en peso de la composición humectante.

19. Un proceso según la reivindicación 1, en el que el alcohol está presente en la composición humectante en una cantidad de alrededor del 40 a alrededor del 85 % en peso de la composición humectante, preferiblemente en una cantidad de al menos alrededor del 70 % en peso de la composición humectante.

20. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la composición humectante comprende además agua.

21. Un proceso para extraer un polisacárido de un material de biomasa que comprende el polisacárido y agua, y el proceso comprende:

formar un material de biomasa deshidratado de acuerdo con el proceso de la reivindicación 1; y

extraer al menos una parte del polisacárido del material de biomasa deshidratado.

22. Un proceso según la reivindicación 21, en el que el polisacárido es pectina.

23. Un proceso según la reivindicación 21, en el que el polisacárido es carragenina.

24. Un proceso según la reivindicación 21, que comprende además secar el material de biomasa deshidratado con calor después de la etapa de formar el material de biomasa deshidratado, pero antes de la etapa de extracción, para formar un material de biomasa deshidratado seco.

25. Un proceso según la reivindicación 21, en el que la etapa de formar un material de biomasa deshidratado se lleva a cabo en la primera ubicación, la etapa de extracción de polisacárido se lleva a cabo en una segunda ubicación alejada de la primera ubicación, y el proceso comprende además transportar al menos una parte del material de biomasa deshidratado desde la primera ubicación hasta la segunda ubicación.