Ekstrakcja – wiadomości wstępne

Prezentacja na temat: "Ekstrakcja – wiadomości wstępne"— Zapis prezentacji:

1 Ekstrakcja – wiadomości wstępne

2 Ekstrakcja - pojęcie Ekstrakcja – metoda wyodrębniania określonych składników z ich mieszaniny za pomocą selektywnych rozpuszczalników jedna z najbardziej wydajnych i selektywnych metod separacji stosowanych w biotechnologii po ekstrakcji należy oddzielić rozpuszczalnik poprzez: destylację krystalizację adsorpcję

3 Rozpuszczalniki stosowane w ekstrakcji - dobór
Selekcja rozpuszczalników pod względem ich powinowactwa do ekstrahowanego materiału wykorzystuje głównie oddziaływania hydrofilowo- hydrofobowe

4 Rozpuszczalniki stosowane w ekstrakcji - przykłady
Rozpuszczalniki silnie polarne woda bufory roztwory soli Rozpuszczalniki polarne metanol etanol aceton

5 Rozpuszczalniki stosowane w ekstrakcji - przykłady
Rozpuszczalniki niepolarne Estry organiczne i wyższe alkohole octan etylu octan amylu octan butylu alkohol butylowy Węglowodory i etery eter naftowy benzyna ekstrakcyjna eter etylowy

6 Właściwości ekstrakcyjne substancji
Zdolność do rozpuszczania maleje ze wzrostem masy cząsteczkowej rozpuszczalnika rozpuszczalność substancji o masie cząsteczkowej powyżej 500 jest bardzo ograniczona

7 Właściwości ekstrakcyjne substancji
Wzrost zdolności rozpuszczania jest negatywnie skorelowany z selektywnością ekstrakcji

8 Kryteria doboru rozpuszczalników
Dyfuzyjność Selektywność Parametry krytyczne Łatwość sprężania Mała lepkość Neutralność w stosunku do surowca Nietoksyczność Bezpieczeństwo

9 Podział procesów ekstrakcji
Ekstrakcja ciecz - ciało stałe bardzo popularna w tradycyjnej technologii żywności: cukrownictwo olejarstwo produkcja ekstraktów kawy i herbaty istotna metoda izolacji metabolitów z materiału roślinnego Ekstrakcja ciecz – ciecz

10 Ekstrakcja ciecz-ciecz
Warunkiem prawidłowego przebiegu ekstrakcji w układzie ciecz – ciecz jest występowanie dwóch faz, które po zakończeniu procesu można łatwo mechanicznie rozdzielić łatwo mechanicznie

11 Równowaga ekstrakcyjna w układzie ciecz-ciecz
Współczynnik podziału k k = c1/ c2 c1 – stężenie składnika ekstrahowanego w fazie pierwszej c2 – stężenie składnika ekstrahowanego w fazie drugiej

12 Ekstrakcja ciecz – ciało stałe
Proces ekstrakcji w układzie ciecz – ciało stałe polega na selektywnym wymywaniu jednego lub kilku składników z wieloskładnikowego ciała stałego Ciała stałe w biotechnologii są zazwyczaj substancjami kapilarno porowatymi, często są to komórki

13 Dyfuzja – prawo Ficka J = -DAB*dcA/dcB
J – strumień molowy składnika A w kierunku osi y [kmol/m2s] DAB* - współczynnik dyfuzji (dyfuzyjność) składnika A względem B [m2s] cA - stężenie składnika A [kmol/m3] cB - stężenie składnika A [kmol/m3]

14 Dyfuzyjność cieczy gazów i ciał stałych
Gazy CO2 w układzie CO2 - O2 Para wodna w układzie woda - powietrze Ciecze Kwas octowy w układzie kwas octowy – woda Ciała stałe Glin w układzie glin - miedź Dyfuzyjność [m2s] 0,9* 10-4 0,22* 10-4 1,24* 10-9 1,3* 10-34

15 Szybkość dyfuzji w cieczach i gazach
Uwaga! Wartości dyfuzyjności w cieczach są o 4 – 5 rzędów wielkości niższe niż w gazach. Nie oznacza to jednak, że szybkość dyfuzji w cieczach musi być dużo mniejsza gdyż jest rekompensowana bardzo dużymi wartościami gradientu stężenia

16 Dyfuzyjność a temperatura
wzrasta ze wzrostem temperatury w biotechnologii mamy do czynienia z nieodpornymi termicznie materiałami takimi jak surowce roślinne, biomasy mikroorganizmów - ich ściany komórkowe wyściełane są membranami fosfolipidowymi , które w temperaturze 70-80°C ulegają denaturacji w biotechnologii temperatura ekstrakcji nie przekracza 70°C jest praktycznie niezależna od ciśnienia

17 Charakterystyka ciała stałego
Powierzchnia właściwa – wpływa na procesy adsorpcji stopień rozdrobnienia materiału Porowatość – wpływa na procesy dyfuzyjne ciała o budowie tkankowej – mała prędkość dyfuzji zalecana dezintegracja ścian komórkowych

18 Sposoby prowadzenia procesu ekstrakcji
okresowo w sposób ciągły współprądowo przeciwprądowo

19 Ekstrakcja okresowa

20 Bateria ekstraktorów

21 Ekstraktory bateryjne
Baterie ekstraktorów są standardem stosowanym w przemyśle cukrowniczym Stosowany jest tam proces ekstrakcji przy pomocy wody proces ekstrakcji przy pomocy wody jest zwyczajowo nazywany ługowaniem

22 Porównanie procesów ekstrakcji współprądowej i przeciwprądowej

23 Ekstraktory przeciwprądowe

24 Ekstraktory przeciwprądowe c.d.

25 Zastosowanie ekstrakcji ciecz - ciało stałe w biotechnologii
Izolacja antyoksydantów z materiałów roślinnych (np. ziół i przypraw) Otrzymywanie aromatów naturalnych z olejów roślinnych Izolacja barwników z materiałów roślinnych

26 Ograniczenia ekstrakcji ciecz – ciało stałe
Konieczność dokładnego usuwania rozpuszczalników (niekiedy toksycznych) Nietrwałość (głównie termiczna) izolowanego materiału w warunkach przetwórstwa

27 Ekstrakcja parą Para łatwiej penetruje ekstrahowany materiał dzięki niższej lepkości Dyfuzja par do materiału roślinnego przebiega efektywniej niż dyfuzja cieczy Destylacja olejów z para wodną przebiega efektywniej dla cząsteczek zawierających tlen dzięki mieszalności z wodą

28 Ekstrakcja parą

29 Zastosowanie ekstrakcji parą
Produkcja kawy instant zmiana parametrów ekstrakcji wpływa na: efektywność ekstrakcji obecność substancji zapachowych produkcja kawy instant w procesie wielostopniowym Usuwanie zanieczyszczeń organicznych z produktów mleczarskich

30 Ograniczenia ekstrakcji parą
Tworzenie mocno zanieczyszczonych ścieków Ograniczona efektywność ekstrakcji