УДК 615.322:676.023.116
ИЗУЧЕНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЦЕССА
ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
, магистрант
ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)», Россия, г. Кемерово
e-mail: *****@***ru
STUDY WAYS OF IMPROVING EXTRACTION FROM PLANT MATERIAL
master Anarbaeva O. E.
Kemerovo Technological Institute of Food Industry
(University), Russia, Kemerovo city
Аннотация. В статье представлены теоретические вопросы пути повышения эффективности процесса экстрагирования из сырья растительного происхождения. Установлено, что наиболее эффективным методом процесса экстракции является применение ультразвука, которая позволяет извлечь из растительного сырья большинство известных биологически активных веществ.
Abstact. The article presents the theoretical questions ways to improve the efficiency of the process of extraction of raw materials of vegetable origin. It was found that the most effective method for the extraction process is the use of ultrasound, which allows you to extract from plant material, most known biologically active substances.
Ключевые слова: экстрагирование, растительное сырье, функциональные ингредиенты, БАВ, мацерация, перколяция, электрическое поле, электрический ток, ультразвук.
Keywords: extraction, plant materials, functional ingredients, BAS, maceration, percolation, electric field, electric current, ultrasound.
Перерабатывающая промышленность агропромышленного комплекса является емким сырьевым источником получения ценных веществ для пищевой, винодельческой, ликеро-водочной, парфюмерной, фармацевтической промышленностей, обеспечивающая население страны высококачественными продуктами питания. В настоящее время население страдает дефицитом биологически активных компонентов, растительных волокон, витаминов и минеральных веществ в рационе питания, являющееся причиной создания качественных новых видов продукции, обогащенных функциональными ингредиентами. [1, 2]
Важным направлением развития пищевой промышленности это разработка технологий производства функциональных пищевых продуктов. Функциональный пищевой продукт – специальный пищевой продут, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, обладающий научно обоснованными и подтвержденными свойствами, снижающий риск развития заболеваний, связанных с питанием, предотвращающий дефицит или восполняющий имеющийся в организме человека дефицит питательных веществ, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически функциональных пищевых ингредиентов. [3]
Разработка и подбор новых рецептур продуктов функционального назначения, соответствующих требованиям здорового питания, базируется на следующих принципах:
- пищевая безопасность и недифицитность традиционного и нетрадиционного пищевого сырья;
- биологическая полноценность продукта;
- обогащение продукта природными антиоксидантами;
- высокие органолептические показатели продукта.
При получении экстрактивных веществ из сырья растительного происхождения актуальным является использование способов экстрагирования, позволяющих обеспечить максимальное извлечение физиологически активных веществ.
На большинстве предприятий извлечение биологически активных веществ ведется малоэффективными, трудоемкими и длительными традиционными методами (мацерация, перколяция, вываривание, настаивание, отваривание и различные способы механического отжима). При этом используются различные экстрагенты, в качестве которого в большинстве случаев применяют спиртовые растворы с массовой долей спират 40–80%.
Мацерация и вываривание являются наиболее простыми способами, применяемыми при изготовлении экстрактов и настоек. Мацерация представляет собой обыкновенное вымачивание, при котором происходит разрыхление клеточных стенок растительного сырья и растворение экстрагиро-ванных веществ. Несмотря на простоту метода и оборудования процесс трудоемкий и длительность его достигает двух недель. [4]
Известен вихревой метод экстракции (турбоэкстрация), совмещающий интенсивное перемешивание и одновременное измельчение сырья в среде экстракта с помощью быстровращающихся мешалок, снабженных острыми лопастями. Недостаток этого метода – переизмельчение сырья и усложнение процесса очистки. [5]
Одним из традиционных способов изготовления экстрактов и настоев также является перколяция. При перколяции происходит непрерывная фильтрация, процеживание экстрагента сквозь слой сырья. В перколяционный процесс могут вноситься различные вариации. Часто пользуются сочетанием процессов настаивания и перколяции. В настоящее время процесс экстрагирования процеживанием не отвечает задачам интенсификации производства и применяется, как правило, для получения единичных настоек.
Традиционные методы переработки растительного сырья не позволяют максимально использовать экстрактивные вещества и получить экстракты, обогащенные углеводной и белковой природы, микро - и макроэлементами, ароматизирующими и дубильными веществами, витаминами, органическими кислотами, гликозидами и другими соединениями. Поэтому при выборе способа экстракции и экстрагента необходимо учитывать их избирательную способность.
Очевидно, что параметрами, влияющими на скорость и степень извлечения, которые поддаются регулированию в нужную сторону, являются тип экстрагента, степень измельчения, разность концентрации, температура, давление, продолжительность извлечения и гидродинамические условия в аппаратах и камерах.
При интенсификации процесса экстракции можно воздействовать на растительное сырье несколькими способами: физическим (в электромагнитном и ультразвуковом полях), механическим, термодинамическим, гидравлическим, в турбулентном потоке экстрагента и др. При этом особое значение имеет предварительная обработка сырья ферментными композициями. С этой целью используют амилолитические, протеолитические, пектолитические и цитолитические ферментные препараты. Вещества, формирующие вкус и аромат, а также обусловливающие свойства растительных элементов, находятся в клеточном соке растений и бывают связаны с различными структурными элементами клеток и их оболочек. Следовательно, при получении экстрактов из сухого растительного сырья необходимо разрушить клеточные стенки с помощью цитолитических ферментов. За счет этого увеличивается выход экстрактивных, ароматизирующих и красящих веществ, а также других антимикробных и биологически активных веществ. Комплексная ферментативная обработка сырья в зависимости от его химического состава и структурно-механических свойств способствует уменьшению расхода сырья на единицу готовой продукции до 15 %. Ферментативный гидролиз веществ растительного сырья сочетается с любым из существующих способов экстракции, позволяет интенсифицировать процесс и значительно улучшить качество готовой продукции.
Достаточно большое внимание в литературе уделяется экстракционному процессу под действием электрического тока. Поскольку гомогенность расти-тельного сырья нарушена клеточными мембранами, разделяющими внутрикле-точные и внеклеточные области, массообменные процессы в таких системах носят электрохимический характер. Следовательно, они должны зависеть от внешнего электрического воздействия, и электрический ток, проходя через об-рабатываемое сырье, влияет на проницаемость мембран, разрушение клеток. Это, в свою очередь, влияет на процессы массообмена между твердой и жидкой фазами. Данные явления лежат в основе таких процессов, как электро-плазмолиз и электродиализ, используемые для интенсификации извлечения компонентов из растительного сырья. Использование электроплазмолиза в сочетании с механическим воздействием (резание, прессование, перемешивание и т. д.) наиболее эффективно при обработке мезги при производстве соков, причем повышается выход соков и из тяжело прессуемого сырья, например, столовой и сахарной свеклы. [6, 7]
Изучая процесс электрических воздействий на клеточном уровне, было показано, что действие тока может приводить как к увеличению пропускной способности мембран, так и к обратному эффекту.
Перспективным «инструментом» в технологии извлечения БАВ из расти-тельного сырья является ультразвук. Широкое применение ультразвуковых методов обусловлено особенностями физического и химического воздействий ультразвука на вещество.
Применение ультразвука - один из наиболее перспективных методов интенсификации экстрагирования растительного сырья. Ультразвуковой способ экстрагирования позволяет значительно сократить длительность процесса и обеспечить более полное извлечение веществ. Его воздействие способствует интенсификации процесса перемешивания системы сырье – экстрагент и, следовательно, ускорению стадий замачивания, диспергирования и массообмена, а кинетика извлечения БАВ зависит от их принадлежности к определенной химической группе.
Показано, что ультразвуковым воздействием из сырья растительного происхождения в диапазоне частот 19?1500 кГц возможно извлекать практически все известные соединения.
Механизмы же влияния колебательных процессов отличаются достаточной сложностью, поскольку звуковые и ультразвуковые колебания вызывают в жидкой среде ряд разнообразных эффектов. Считается, что к числу факторов, способствующих интенсификации относятся: увеличение скорости обтекания, ускорение пропитки твердого тела жидкостью, увеличение коэффициента внутренней диффузии, кавитационный эффект, приводящий к появлению микротрещин и изменению структуры и дисперсности пористых тел
Поэтому под действием ультразвуковых волн нарушается пограничный диффузионный слой, улучшается проникновение экстрагента в материал. В результате сырьё набухает гораздо быстрее, возникают турбулентные и вихревые потоки, способствующие переносу масс, растворению веществ. Происходит интенсивное перемешивание содержимого даже внутри клетки (чего невозможно достичь другими способами экстракции). Всё это приводит к значительному ускорению процесса перехода действующих веществ из сырья в экстрагент. [8]
Заключение
Выбор оптимальных параметров удельной нагрузки, интенсивности и частоты ультразвука, времени озвучивания, количество и местоположение излучателей и т. д. для отдельных видов сырья, является важным для решения проблемы интенсификации технологических процессов извлечения БАВ из растительного сырья. Таким образом одним из основных направлений в интенсификации процесса экстрагирования растительного сырья является ульртазвуковых колебаний.
Список литературы:
1 Жаркова, состава и функциональных свойств нетрадиционных видов муки [Текст]/ , , // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Материалы 3 Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, Бийск, 2010.
2 Совместное экстрагирование растительного сырья [Текст]/ [и др.]; Московский государственный университет пищевых производств // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2014. - №3. – с. 23-25
3 ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://ru. wikisource. org/wiki/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2_%D0%A0_52349%E2%80%942005 Дата обращения: 07.03.2015 г.
4 Политика здорового питания [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www. medicus. ru/handbook/legal/document24055.phtml Дата обращения: 07.03.2015 г.
5 Муравьев, интенсификации процесса экстрагирования растительного сырья и совершенствование способов его расчета / , , // Материалы конференции по совершенствованию производства лекарств и галеновых препаратов. – Ташкент, 1969. – С. 181.
6 Бутиков, процессов в массообменном оборудовании химических производств наложением электрических полей / // Электронная обработка материалов. – 1983. - № 4. – С. 30 – 32.
7 Семкин, электроимпульсного разрушения материалов / , , . – Л.: Наука, 1995. – 277 с.
8 Фридман, техники и физики ультразвука / , , . – М.: Высш. школа, 1987. – 352 с.
