Организация межфазной поверхности

Массоотдача локализованного в биомассе вещества от порошка биомассы к жидкости в аппарате - не самый лучший способ экстрагирования. При этом образуются агломераты биомассы, в результате чего не все клетки оказываются доступными для экстрагента. Кроме того, для повышения коэффициента массоотдачи важно повысить относительную скорость движения биомассы и жидкой фазы. Для улучшения структуры межфазной поверхности часто из биомассы формируют специальной формы гранулы, называемые «лепесток». Так поступают при экстракции липидов (жиров) из микробной биомассы. Для этого сначала просто гранулируют биомассу, получая сферические гранулы. Затем эти гранулы пропускают через вальцы, получая сплющенные лепешки толщиной 0,2 - 0,3 мм - «лепестки». Далее уже эти «лепестки» загружают в аппарат для экстрагирования, и при этом обеспечивается более эффективная массоотдача.

3.2.Экстрагирование «суперкритическими» жидкостями

При выделении липидов и всякого рода неустойчивых, лабильных соединений, проводя экстрагирование, следует учитывать дальнейшие операции выделения. Поэтому часто используют легкокипящие соединения - спирт, нефрас, гексан, ацетон, которые в дальнейшем удаляют путем выпаривания. Но для выпаривания этих соединений требуются относительно высокие температуры, которые могут повлиять на качество выделяемых биопродуктов. При этом также необходимы затраты энергии на испарение экстрагентов и их последующую конденсацию.

Кажется очевидным, что для решения этих проблем следовало бы брать в качестве растворителей жидкости, имеющие более низкую температуру кипения. Одной из таких жидкостей является диоксид углерода. Правда, при атмосферном давлении температура его кипения довольно низка (ниже -50 °С). Но с повышением давления температура повышается: при давлении 7,3 МПа, например, температура кипения составляет +31 °C.

Поэтому если и температура, и давление выше своих критических значений, вещество обладает свойствами, промежуточными между жидкостью и газом. Эта фаза - фаза «суперкритической» жидкости.

Физические и диффузионные свойства «суперкритических» жидкостей находятся в диапазоне между значениями соответствующих свойств газов и истинных жидкостей и обычно весьма благоприятны для их применения в качестве экстрагентов. В частности, очень низка их вязкость, что снижает затраты на перекачивание. Кроме того, при работе на границе области критических значений температуры и давления можно путем небольших температурных воздействий переводить «суперкритические» жидкости в газы и обратно в жидкости. Таким образом, процесс выделения продукта проводится при обычной температуре и не требует выпарки для разделения продукта и растворителя-экстрагента.

«Суперкритические» жидкости являются неполярными растворителями и лучше растворяют неполярные вещества. Ионизированные вещества в «суперкритических» жидкостях практически нерастворимы. Хорошо растворяются: углеводороды и растворимые в жирах органические соединения - парафины, многие эфиры, лактоны и глицериды; многие лекарства, кофеин, никотин, стероиды и алкалоиды, вкусовые и ароматические компоненты. Интересно, что выделение может быть даже из водных растворов.

Общая оценка процесса экстрагирования «суперкритическими» жидкостями такова.

Преимущества:

- высокая энергетическая эффективность;

- низкие температуры;

- нетоксичные и недорогие растворители (экстрагенты);

- низкая вязкость, высокая диффузионная способность;

- силой растворителя можно управлять.

Недостатки:

- необходимо оборудование высокого давления;

- относительно низкая сила растворителя;

- плохие растворители для полярных соединений;

- недостаточно данных для надежного проектирования (все нужно проверять экспериментально).