Локализация эфирных масел, смол и восков

 

Эфирное масло в связанном состоянии обычно распределяется равномерно по тканям промышленной части сырья и не имеет строго ограниченной локализации. Свободное эфирное масло и смолистые вещества находятся в специальных эфирномасличных вместилищах на поверхности или внутри растительных тканей.

Восковые вещества, входящие в состав конкрета, находятся на поверхности всех органов растений.

Тип и строение эфирномасличных вместилищ имеют первостепенное значение в технологии переработки каждого вида сырья, оказывают решающее влияние на потери эфирных масел при уборке, транспортировке, хранении.

Внешние эфирномасличные вместилища образуются из клеток эпидермиса, покрывающего органы растений. Простейшие железистые волоски - сосочки - представляют собой выросты клеток эпидермиса в форме сосков, которые не отделяются от них перегородкой, и составляют с ними одно целое; поверхность их не покрыта кутикулой.

Ввиду параболической поверхности клеток и относительно малого, содержания эфирного масла такой тип вместилищ характеризуется огромной удельной поверхностью массообмена, что создает возможности быстрого извлечения масла в технологических процессах переработки сырья, а также больших потерь его за счет испарения до уборки на плантации и при хранении свежеубранного сырья.

Железистые волоски - более сложные образования по сравнению с сосочками. Они развиваются также из клеток эпидермиса, но отделяются от них и состоят из ножки и головки. Эфирное масло синтезируется в клетках головки, периодически вытесняется путем осмоса через оболочку и скапливается под кутикулой. Когда напор его превышает сопротивление кутикулы, она лопается, эфирное масло растекается по поверхности и испаряется в воздух. Таким образом, в этих вместилищах большая часть эфирного масла отделяется от окружающей среды только кутикулой. Велики потери эфирного масла из сырья с такими вместилищами как при уборке, так и особенно при хранении. Потери уменьшаются только в тех случаях, когда железистые волоски располагаются в углублениях, надежно предохраняются от повреждений обильными разветвленными простыми волосками (лаванда, розмарин) или же когда душистые вещества характеризуются очень низкой упругостью паров (пачули, ладанник). Такой вид вместилищ характерен для герани, шалфея, табака, тагетиса, непеты и др. Строение железистых волосков свидетельствует о возможности очень быстрого извлечения эфирного масла в процессах переработки сырья.

Внутренние эфирномасличные вместилища - железы внутренней секреции и выделительные ходы - образуются преимущественно в результате расслоения клеток внутренних паренхимных тканей (схизогенный способ) или же путем растворения клеток паренхимы (лизигенный способ).

Эфирное масло во внутренних вместилищах хорошо сохраняется и трудно извлекается из них. Сырье с такими вместилищами, как правило, можно высушивать надолго хранить без заметных потерь масел. Однако при его переработке предусматривают измельчение с целью вскрытия вместилищ для интенсификации процессов извлечения масла.

Очень редко сырье однородно по типу вместилищ и по их локализации, как, например, корневища аира или зрелые плоды кориандра. В большинстве случаев эфирномасличные вместилища в одном и том же сырье различаются типом, строением, локализацией и составом масла. Это необходимо учитывать при организации технологической схемы переработки.

Раздел 3. Вспомогательные сырье и материалы в производстве эфирных масел

Вода

 

Вода потребляется для получения технологического пара, для конденсации паров и охлаждения воды, эфирных масел, растворителей, ферментации и гидродистилляцин розы, промывки оборудования, полупродуктов и готовой продукции и других целей.

Для технологических процессов употребляют воду, соответствующую требованиям действующего стандарта, с общей жесткостью не более 7 мг•экв/л. Органические примеси в воде оказывают отрицательное влияние на качество продукции, особенно розового эфирного масла. Для охлаждения холодильников и промывки оборудования можно использовать воду из открытых водоемов после соответствующей очистки.

Температура воды для конденсации и охлаждения паров растворителя должна быть не выше 15-17°С, для других целей 23-25°С.

 

Активный уголь

 

Активные угли применяют как адсорбенты в основном для извлечения розового эфирного масла из водных растворов низкой концентрации (дистилляционных вод), а также жасминового масла из воздуха. Совершенствование техники и технологии адсорбции эфирных масел в ближайшем будущем расширит область применения активных углей. Много лет использовали только березовый активный уголь марки БАУ щелочной, в настоящее время в производство широко внедряется уголь СКТ-6А.

Уголь используют многократно в течение нескольких лет. Как вновь поступивший, так и бывший в употреблении уголь тщательно проверяют перед сезоном. Определяют реакцию по водной вытяжке, содержание экстрагируемого остатка и его кислотность, содержание угольной пыли.

Новый уголь имеет щелочную реакцию. Присутствующие в адсорбенте щелочи изменяют состав эфирного масла, поэтому их необходимо удалять. С этой целью уголь загружают в аппараты периодического действия с паровой рубашкой, дважды заливают водой, нагревают глухим паром н кипятят первый раз в течение 4-6 ч, второй - 2-3 ч, после чего промывают холодной водой в течение 1 ч. Если промывные воды имеют щелочную реакцию, кипячение повторяют до нейтральной реакции водной вытяжки. Нейтральный уголь выдерживают некоторое время в аппарате для того, чтобы стекла вода, а затем выгружают на рамы, обтянутые мелкой сеткой или мешковиной, и сушат до воздушно-сухого состояния. После отсеивания угольной пыли адсорбент готов к применению. На угле, бывшем в употреблении, остается не менее 1% эфирного масла.

Компоненты масла окисляются прн хранении угля, кислотное число достигает 50 мг КОН/г и более. При использовании такого угля кислый остаток масла предшествующего сезона извлекается вместе с вновь сорбированным и резко снижает его качество. Поэтому обработке угля, бывшего в употреблении, придается очень большое значение. Ее следует начинать сразу же после извлечения эфирного масла из угля, проверив содержание его остатка и кислотность. Для удаления кислот уголь повышенной кислотности рекомендуется обработать 5%-ным раствором бикарбоната натрия при температуре 50-60°С в течение 3-4 ч и промыть теплой водой до нейтральной реакции. После этого следует удалить остатки масла двукратным пропариваиием в воде по 12 ч каждое, затем просушить на солнце, отделить от угольной пыли, засыпать в мешки или ящики и поместить на хранение до следующего сезона в сухое прохладное помещение без посторонних запахов.

Перед началом сезона уголь вновь проверяют на содержание экстрагируемого остатка и при его наличии экстрагируют путем трехкратного настаивания диэтиловым эфиром по 2 ч каждое, после слива третьего раствора извлекаемых веществ в эфире отгоняют водяным паром оставшийся на угле растворитель, промывают водой, сушат на солнце и, если нужно, отделяют угольную пыль.

Так же обрабатывается вновь поступивший уголь, если в нем содержатся экстрагируемые вещества.

 

Поваренная соль

 

Поваренную соль применяют в производстве розового эфирного масла как консервант при ферментации цветков в водно-солевом растворе и как высаливающий агент в процессе гидродистилляции ферментированной массы розы, а также при промывке экстракта ладанника, в лабораторных анализах по контролю производства.

Используют пищевую поваренную соль второго сорта в виде «Дробленки» или «Зерновой» с размером зерен не более 4 мм, содержанием хлористого натрия не менее 97%, нерастворимых в воде веществ не более 0,85%, влажностью в пределах 0,25-6,0%.

Поваренную соль хранят в таре или насыпью в сухих закрытых складских помещениях.

 

Растворители

 

С помощью растворителей извлекают коикреты, смолы, резиноиды, СО2-экстракты из сырья, абсолютные масла из конкретов, эфирные масла из адсорбентов, разделяют некоторые конкреты на составные части, удаляют отгонкой остатки воды из эфирных масел и некоторые углеводороды из конкретов.

Для этих целей применяют петролейный эфир, бензин марки А (или НР-3), этиловый спирт, диэтиловый эфир, сжиженный диоксид углерода и в производстве склареола - ацетон.

Петролейный эфир - самый распространенный растворитель. Используется в виде фракции с температурой выкипания в пределах 36-70°С для переработки многих видов эфирномасличного сырья методом экстракции. Нефтеперерабатывающие заводы выпускают петролейный эфир как фракцию бензина марки Б плотностью при 20°С не выше 0,680 кг/м3 и температурой выкипания в пределах 30-80°С. В его составе 16 углеводородов, в основном нормальные и изомерные пентаны и гексаны, а также и-гептан, бензол и другие вещества.

Поступающий на эфирномасличные заводы петролейный эфир, помимо того что имеет более широкий интервал выкипания, чем допускается по технологии производства конкретов, содержит около 0,8% нелетучего остатка с очень сильным и неприятным запахом резины, 0,03-0,05% ненасыщенных углеводородов (олефинов), способных к полимеризации в условиях проведения технологических процессов с образованием нелетучих соединений неприятного запаха, н дурнопахнущие серосодержащие вещества (0,010- 0,012% в расчете на серу). Олефнны присутствуют во фракциях эфира, выкипающих при температуре выше 60°С, серосодержащие вещества - во фракциях с температурой кипения выше 65°С.

Нелетучий остаток, олефины и вещества, содержащие серу, изменяют состав и резко ухудшают аромат конкретов и абсолю. В связи с этим данный растворитель обязательно подвергается дополнительной очистке на заводе, которая осуществляется ректификацией в присутствии парафина, сорбирующего серосодержащие вещества. Очистка проводится в настоящее время двумя способами: по первому - сорбцией парафином из жидкой фазы дурнопахнущих веществ и ректификацией на эффективных насадочных колоннах с отбором фракций до 60 и 60-70°С; по второму - сорбцией парафином серосодержащих веществ из жидкой фазы и ректификацией с адсорбцией ненасыщенных соединений в газовой фазе гумбрином (активная земля).

Очистку по первому способу, основанную на разности температур кипения компонентов, осуществляют в периодическом режиме на обычных установках с насадочными ректификационными колоннами. В куб аппарата загружают 0,65 от его объема петролейного эфира и 3% парафина относительно эфира. Отбор фракций производят по температуре паров на выходе из колонны. Парафин можно использовать на две загрузки эфира. Допускаются его регенерация острым паром и последующее использование на одну загрузку.

Очищенный по первому способу петролейный эфнр не освобождается от олефинов.

Второй способ очистки основан как на разности температур кипения веществ, входящих в состав петролейного эфира, так и на избирательной способности гумбрина адсорбировать олефины из смеси углеводородов в газовой фазе. Его осуществляют в установке, включающей ректификационный аппарат с высокоэффективной тарельчатой колонной, два адсорбера, холодильники, сборники растворителя и водоотделитель.

На заводах используют ректификационные колонны с 42 тарелками. Их можно эксплуатировать в периодическом и непрерывном режимах. В последнем случае растворитель подают на 21 тарелку.

Адсорбционные колонки снабжены четырьмя-пятью промежуточными сетками с подушками из ваты слоем 5 см, обвернутыми тканью, барботером пара для регенерации растворителя из отработанного адсорбента, штуцерами для подвода паров растворителя из ректификационной колонны, отвода на холодильники очищенных паров и смеси паров воды и регенерируемого растворителя. Адсорбционные колонки хорошо изолированы во избежание конденсации паров растворителя.

Адсорбент готовят тщательным перемешиванием шести частей гумбрина и одной части активного угля, отделенного от мелких частиц. Уголь поддерживает адсорбент в проницаемом состоянии, предотвращая его слеживаемость.

Успех очистки зависит от влажности адсорбента, наличия воды в исходном растворителе и равномерности загрузки адсорбента в колонке.

Вода понижает адсорбирующую способность гумбрина по отношению к олефинам. Поэтому необходимо строго контролировать влажность адсорбента перед загрузкой в колонки и не допускать его увлажнения первыми фракциями растворителя, с которыми отгоняется вода, всегда имеющаяся в поступающем петролейном эфире.

Влажность гумбрина перед смешиванием не должна превышать 4%, активного угля - 7%. Предельно допустимая влажность подготовленного адсорбента 6%. Сушку осуществляют на солнце, в аппаратах с рубашками и на жаровнях. Подготовленный адсорбент загружают в колонки на промежуточные сетки равномерным слоем высотой 30-40 см.

Петролейный эфир очищают следующим образом: куб ректификационного аппарата загружают петролейным эфиром на 65-70% его объема, добавляют 3% парафина в расчете на эфир, сливают через спускной штуцер отстоявшуюся воду, после чего приступают к ректификации. Образующиеся пары углеводородов отводятся из ректификационной колонны на один из адсорберов, проходят через слой адсорбента, освобождаются от олефинов и направляются в холодильник, охлажденный очищенный растворитель в сборники. Процесс контролируется температурой паров на выходе из колонны и содержанием олефинов в очищенном продукте по сернокислотной пробе (появление бурой окраски кислотного слоя при взбалтывании 50 мл растворителя с 25 каплями концентрированной Н2SO4). С появлением олефинов адсорберы переключают. Пары растворителя направляют на второй адсорбер, а в первом регенерируют насыщенные углеводороды растворителя острым паром через барботер под нижней сеткой. Пары воды и растворителя поступают из адсорбера в холодильник, образовавшийся дистиллят разделяется в водоотделителе, регенерированный растворитель направляется в сборник неочищенного растворителя, а вода - в канализацию. Отработанный адсорбент заменяется новым. Адсорбционная колонка диаметром 500 мм до перезарядки очищает до 10 т эфира.

Очистка повышает стоимость петролейного эфира и не всегда приводит к желаемым результатам. Кроме того, высокое содержание низкокипящих фракций изменяет состав петролейного эфира при многократном использовании в течение сезона и свойства его как растворителя, способствует большим. потерям за счет низкокипящих компонентов. В связи с этим в промышленность внедряется другой растворитель (НР-3).

Экстракционный бензин марки А или НР-3 состоит в основном из н-гексана (70%) и изомеров гексана (25%), полностью выкипает в интервале температур 62-72°С, содержит в 8 раз меньше олефинов, в 20-25 раз меньше серы, чем петролейный эфир. Ввиду этого экстракционный бензин марки А не требует дополнительной очистки на заводе.

Спирт этиловый применяется для выделения абсолютных масел из конкретов, извлечения смол из ладанника, получения резиноида из дубового мха; в небольших количествах используется при обработке розового масла и конкретов с целью удаления воды и других растворителей.

Этиловый спирт обычно содержит сопутствующие низкомолекулярные соединения, обладающие резкими неприятными запахами. Температура кипения этих веществ значительно выше, чем этилового спирта, вследствие чего они остаются в маслах и снижают их качество. Поэтому к этиловому спирту предъявляются повышенные требования, ограничивающие содержание нежелательных веществ. Им отвечает спирт этиловый ректификованный высшей очистки.

Диэтиловый эфир применяется для извлечения эфирных масел из адсорбентов. Это - бесцветная прозрачная легковоспламеняющаяся жидкость со своеобразным запахом и жгучим вкусом, температурой кипения 34-36°С, растворимая во всех отношениях в этиловом спирте крепостью не ннже 95° и других растворителях, эфирных и жирных маслах; растворимость эфира в воде при 20°С 6,9%, воды в эфире - 1,4%.

От степени чистоты диэтнлового эфира во многом зависит качество розового и жасминового масел. Недостаточно очищенный или долго хранившийся растворитель содержит перекиси и альдегиды резкого неприятного запаха, которые переходят в эфирное масло. Перекиси окисляют компоненты масла и также изменяют его состав и качество. Перекиси образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Поэтому растворитель очищают от этих веществ. Присутствие их определяется качественными реакциями. При взбалтывании эфира, содержащего перекиси, с насыщенным раствором йодистого калия выделяется свободный йод н раствор буреет. Альдегиды вызывают появление розовой окраски у 1%-ного раствора фуксинсериистой кислоты.

Перекиси удаляют обработкой насыщенным раствором железного купороса (из расчета 1-2 л на 100 кг эфира) в течение суток с пятиминутным перемешиванием через каждые 5-6 ч.

Для очистки от альдегидов эфир перемешивают с 15 % насыщенного раствора бисульфита или сульфита натрия в течение 5 мин.

Диэтиловый эфир, освобожденный от перекисей и альдегидов, перегоняют н отбирают фракцию, выкипающую при температуре 34-36°С.

Жидкий диоксид углерода применяется для получения экстрактов из пряноароматического, эфирномасличного и лекарственного сырья, обогащенного биологически активными веществами.

Жидкий диоксид углерода хорошо растворяется в этиловом спирте и диэтнловом эфире и слабо - в воде; при обычных температурах термически устойчив, химически довольно инертен. Его диссоциация начинается при температурах выше 1000°С.

Жидкий диоксид углерода хранят н используют под давлением 5,40 - 5,89 МПа.

Тара

 

Эфирные и абсолютные масла, конкреты и резиноиды упаковывают в различную тару в соответствии с действующими стандартами.

Масла абсолютные жидкие и розовое эфирное масло упаковывают в бутылки для пищевых жидкостей вместимостью до 0,8 л и банки стеклянные вместимостью до 1 л, которые затем помещают в банки из белой жести с прокладкой из ваты, лигнина или асбестового волокна и герметически запаивают.

Масла абсолютные твердые, конкреты и резинонды упаковывают в банки: стеклянные вместимостью до 1 л, из белой жести со съемной крышкой вместимостью до 1 л, металлические для консервов вместимостью до 10 л, металлические для химических продуктов вместимостью до 10 л.

Масло эфирное кориандровое фасуют в бочки (вместимостью до 200 л) стальные сварные с обручем катания на обечайке, стальные сварные толстостенные для химических продуктов, из нержавеющей стали и титана.

Все остальные эфирные масла упаковывают в стальные банки вместимостью до 40 л, бидоны, фляги и бочки.

Банки из белой жести помещают в дощатые ящики, плотно перекладывают сухим прокладочным материалом, стружкой, опилками, соломой, лигнином и закрывают крышкой.