Ресурсосберегающая технология экстракгирования биологически ценных веществ из плодово-ягодного сырья.
ART 53365
Авторы:
В.
Н. Оробинская, Д.
А. Коновалов
В.
Н. Оробинская, Д.
А. Коновалов Библиографическое описание статьи для цитирования:
Оробинская
В.
Н.,
Коновалов
Д.
А. Ресурсосберегающая технология экстракгирования биологически ценных веществ из плодово-ягодного сырья. // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
1811–1815. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53365.htm.
Аннотация. Наибольшей актуальностью в настоящее время в химико-фармацевтической и пищевой промышленности пользуются методы получе-ния антиокислителей (антиоксидантов), к которым относятся флавоноиды, а
в частности антоцианы. В статье рассматриваются вопросы применения полигармоничного низкочастотного вибрационного воздействия в процессе экстрагирования антоцианов при помощи разработанной модели вибрационного экстрактора, способствующего эффективности процесса и увеличивающего выход биологически активных веществ в 1,5 раза.
Текст статьи
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭКСТРАКГИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПЛОДОВОЯГОДНОГО СЫРЬЯ
Оробинская Валерия Николаевна1Старший преподаватель кафедры ООС и Х1 СевероКавказский федеральный университет, филиал в г. Пятигорскеe:mail: orobinskaya.val@efndex.ru
Коновалов Дмитрий Алексеевич2Профессор, профессор кафедры фармакогнозии, д.фарм.н.2Волгоградский государственный медицинский университет, филиал в г. Пятигорскеe:mail: konovalov_da@pochta.ruАннотация
Наибольшей актуальностью в настоящее время в химикофармацевтической и пищевой промышленности пользуются методы получения антиокислителей (антиоксидантов), к которым относятся флавоноиды, а в частности антоцианы. В статье рассматриваются вопросы примененияполигармоничного низкочастотного вибрационного воздействияв процессе экстрагирования антоцианов при помощи разработанной модели вибрационного экстрактора, способствующего эффективностипроцессаи увеличивающеговыход биологически активных веществв 1,5 раза, Ключевые слова:антоцианы, вибрационный экстрактор, черная смородина, лабораторная установка.
Наибольшей актуальностью в настоящее время в химикофармацевтической и пищевой промышленности пользуются методы получения антиокислителей (антиоксидантов), к которым относятся флавоноиды, а в частности антоцианы.
Антоцианы плодов и овощей привлекли большое внимание, главным образом изза их роли в предотвращении болезней, вызванных в результате окислительного стресса. Окислительный стресс, который высвобождает свободные радикалы кислорода в организме, является причиной множества заболеваний: сердечнососудистых, раковых, катаракты, ревматизма и многих других аутоиммунных болезней помимо старения. Фитохимические вещества действуют как антиоксиданты, удаляют свободные радикалы и действуют как "спасители клетки". Потенциальные выгоды для здоровья от фитохимических веществ из плодов и овощей и их возможность включения в пищевые продукты или пищевые добавки (нутрицевтики) стимул для дальнейшего развития пищевой технологии. Пищевая промышленность может играть существенную роль в увеличении пищевой ценности, обеспечивая присутствие в пищевых продуктах не только традиционных питательных веществ (белков, жиров и углеводов), но также и фитонутриентов. Концепция антиокислительного статуса переработанных пищевых продуктов получает импульс и проявляется как важный параметр оценки качества продукта. С расширением глобального рынка и жестокого соревнования между многонациональными компаниями, параметр антиокислительной активности скоро обеспечит себе место в пищевой маркировке. В этом смысле разработка и использованиеновых методов экстрагирования и создания современного высокоэффективного оборудованиядля получения антоцианов представляет научный и практический интерес [1].
В соответствии с общими кинетическими закономерностями процессов экстракции, скорость протекания процесса экстрагирования в системе «твердое тело –жидкость» прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна диффузионному сопротивлению. Диффузионное сопротивление при экстрагировании складывается из сопротивлений основных стадий процесса –переноса целевого компонента непосредственно в объеме самой жидкости к поверхности и в окружающую её жидкость. Уменьшить диффузионное сопротивление можно путем увеличения кинетических коэффициентов диффузии и массоотдачи и уменьшением размера частиц экстрагируемого объекта [3,4]. Увеличение коэффициента диффузии возможно, например, при повышении температуры процесса или воздействием на внутреннюю структуру объекта.Увеличить значение коэффициента массоотдачи можно различными способами. В настоящее время распространение получили методы, основанные на использовании различного вида силовых полей: ультраи инфразвуковое излучение, электрофизическое, электрохимическое, вибрационное и т.п. [2,3].Одно из этих направлений –использование вибрационных технологических установок, реализующих преимущество вибрационного воздействия дляинтенсификациитехнологических процессовэкстрагирования.Для проведения массообменных процессов (сорбция, экстракция, кристаллизация и т.д.) в непрерывном и периодическом режиме в системе «твердое тело –жидкость» разработаны вибрационные реакторы, экстракторы[4,5].
Как известно, воздействие вибрации позволяет сократить продолжительность настаивания и интенсифицировать технологический процесс за счет наложения вибрационного поля низкочастотных механических колебаний на взаимодействующие фазы, что создаетактивный гидродинамический режимизначительно сокращаетметаллои энергоемкость оборудования. При воздействии низкочастотных механических колебаний в процессе экстрагирования участвует вся поверхность экстрагируемого вещества, происходит интенсивное обновление межфазной поверхности. Аппараты, в которых используются низкочастотные колебания, характеризуются высокой эффективностью массообмена при большой удельной производительности, что объясняется тем, что подводимая внешняя энергия может равномерно, или в заранее заданном режиме, распределяться по перечному сечению и высоте аппарата, и нужным образом влиятьна поле скоростей взаимодействующих фаз[25].
Объекты и методы:
Ягоды черной смородины, благодаря богатому химическому составу,нашли широкое применениекакв пищевой (варенье, джемы, сок), так и в фармацевтической промышленности (сборы, БАДы). В них содержится 56 % растворимых сахаров; 24 % органических кислот; 0,6% эфирных масел. Уникален и витаминный состав черной смородины: до 400 мг%витамина С; 0,1 мг % βкаротина; витамина Р –0,72 мг %. Кроме того, в их составе присутствуют витамины группы В, биотин.Богата черная смородина макрои микроэлементами, такими как калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, бор, йод, марганец, молибден, цинк.В ягодах смородины содержание антоцианов составляет 250500 мкг/кг[6,7].
R1R2АгликонННпеларгонидинOHHцианидинOMeHпеаноидинOHOHдельфинидинOMeOHпетунидинOMeOMeмальвидинПримечание: R3, R4 –Н или гликозидРисунок 1 –Общая формула антоциановИз плодов чёрной смородины выделены следующие антоциановые гликозиды: дельфинидина3рутинозид, цианидина3рутинозид, дельфинидина3глюкозид, цианидина3глюкозид, пеонидина3рутинозид, мальвидина3рутинозид, мальвтдтна3глюкозид, мирицетина3рутинозид, мирицетина3глюкозид, кверцетина3рутинозид.
Таблица 2 –Содержание некоторых представителей классов антоцианов в ягодах черной смородины (мг/100 г свежего веса)Пищевое сырьеАнтоцианыцианидиндельфинидинпеларгонидинпеонидинпетунидинЧерная смородина(RibesnigrumL.)53,36–149,4069,77–272,81
0,79–1,390,26–1,090, 07–12,30Ассортимент продукции, выпускаемой из черной смородины, можно расширить за счет переработки отходов консервной промышленности (выжимок черной смородины). В процессе производства остается до 40% выжимок, богатых антоцианами.Применение комплексной переработки черной смородины позволит снизить количество отходов и получить БАС (антоцианы), которые можно использовать:
как антиокислители;
как красители;как антиаллергические компоненты для производства функциональных продуктов питания.В разработанной нами экспериментальной модели вибрационного экстрактора, в отличие от других вибрационных экстракторов, низкочастотные воздействиясоздаются колебательным движением вибрационной лопасти, а не наложением вибрационных колебаний на корпус аппарата.Сцелью увеличения выхода целевого продукта были разработаны два вида вибрационныхнасадок(лопастей) рис.2и 3.
Рисунок 2–Лабораторная установка
Рисунок 3–Вибрационные насадкиа) конструкция лопасти–в виде б) конструкция лопасти –в виде призмы перфорированных дисков
Предлагаемый метод полигармоничного низкочастотного воздействияпозволяетповысить эффективность процесса.Основными стадиями процесса гидролиза –экстракции являются: 1) диффузия гидролизующего агента (иона водорода) внутрь сырья; 2) гидролиз; 3) диффузия молекул антоцианов к поверхности раздела фаз; 4) массобмен на поверхности раздела фаз; 5) диффузия молекул антоцианов веществ в экстрагенте от поверхности раздела фаз в объем раствора. Лимитирующей фазой суммарного процесса гидролиза –экстракции являются стадии 3,4,5.При наложении вибрационного воздействия создается активный гидродинамический режим, происходит интенсивное обновление межфазовой поверхности, т.е. резко снижается концентрация экстрагируемых веществ на поверхности твердой фазы и в слоях жидкости, прилегающих к частицам сырья, что ускоряет стадии 3,4,5.Вибрационное воздействие практически не влияет на скорость гидролиза, но при соответствующем подборе гидромодулей для каждой операции позволяет снизить количество используемых реагентов.Процесс экстракции ускоряется за счет возвратнопоступательного движения лопастей насадки, при этом в смеси возникает явление виброструйного эффекта, создающего интенсивное перемешивание жидкости, что существенно интенсифицирует процесс экстракции.Мы предлагаем альтернативутрадиционному методу экстрагированияБелгородского государственного университета, согласно которому антоцианы получают из жома черной смородиныметодом настаивания (мацерации) по следующей схеме. Навеску жома (50г.) настаиваютв 100 мл экстрагента в 70 %мрастворе этилового спирта с 1 % раствором хлороводородной кислоты; смесь выдерживают в течение 3–х суток при комнатной температуре при периодическом перемешивание. Недостатком является то, что увеличение времени экстрагирования приводит к выходу балластных веществ, откоторых трудно освободиться при перикристаллизации. Предлагаемый метод получения антоциановсостоит из 2х стадий: 1ая стадия кратковременная электроразрядная обработка жома из черной смородины, чтобы интенсифицировать дальнейший процесс экстрагирования за счет повышения массопередачивследствие увеличения клеточной проницаемости для экстрагента под действием электроимпульсных полей вкамере электроразрядной обработки.
Рисунок4
Схема генератора прямоугольных импульсов: lфформирующая линия; КУ
коммутирующее устройство; lп
передающая линия; Дн
делитель напряжения; ЭК –экстракционная камера.2–ая стадия: экстрагирование 50%мраствором этилового спирта при температуре 60С в течении 1,5 часов в экстракторе рис. 2. (для предотвращения потерь при высушивании используют свежеесырье). Экстракцию проводили при определенном соотношении сырья и экстрагента, подобранного опытным путем (результаты представленыв табл. 3).Таблица 3. Соотношение сырье :экстрагент, при котором наблюдается наибольший выход экстрактивных веществ№ п/пСоотношение сырье/спиртВыход экстрактивных веществ, %1.1:517,02.1:722,03.1:1020,0Наибольший выход достигаетсяпри гидромодуле 1: 7.Качественное определение содержания антоцианов проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ),в разных системах растворителей(НСООН:Н2О:НCl)в соотношениях (5:2:3; 45:1:3), проявлялипарамиаммиака приультрафиолетовомвоздействии.
Таблица 4 Сумма антоцианов полученных из выжимок смородины черной R. nigrumСортОбщее содержаниемг/100г,полученноеметодом мацерации в течение 3 сутокОбщее содержание мг/100г, антоциановполученноеОбщее содержаниеантоцианов в мг/100г свеОбщее содержание антоцианов мг/100г в суПотери при высушивании, %методом вибрационной экстракциижей кожурыхой кожурыДачница43,030,3566,72±0,651,591±0,215,160±0,1216,6Черный жемчуг55,11 0,4374,81±0,463,184±0,197,898±0,1419,7 Время процесса экстрагированияуменьшено с 3х суток до 1,5 часов; выход увеличился в 1,5 раза (рис.5) и снизилось количество балластных веществ
Рисунок5
Выход антоцианов при использовании низкочастотного вибрационного экстрактораПоскольку доставка, приемка, хранение и фильтрование проводились общепринятыми методами, то основная часть наших исследований состояла в определении оптимальных режимов экстрагирования и в стабилизации антоцианов.Стабилизация антоциановых пигментов черной смородины является достаточно важной проблемой. Наибольшая стабильность отмечается при рН ниже 3.
В качестве стабилизаторов антоцианов использовали соляную и яблочную кислоты.Исследования действия стабилизаторов проводили, используя несколько серий экспериментов(1ая серия экспериментов была проведена с 1%мрастворомсоляной кислотыпри помощи 55 60%гораствораэтилового спирта,при температуре экстрагирования 60 С; 2я серия экспериментов с 1 %м раствором яблочной кислотой,4550%мэтиловым спиртом в вибрационном экстракторе при температуре 50С, при помощи низкочастотного вибрационного воздействия в диапазоне 2050 Гц).С точки зрения экологическойбезопасности,яблочная кислота наиболее подходящий стабилизатор антоцианов по сравнению с соляной кислотой, а такжехороший антиоксидант. Варьируя процентной концентрацией этилового спирта и температурным параметром,добивались наиболее полного извлечения антоцианов.
Степень экстракции (СЭ, %) антоцианов рассчитывали по формуле:
СЭ = (А/В)100 (1)где А и В –содержание антоцианов мкг в экстракте и навеске выжимок.
Рисунок 7
Зависимость СЭ антоцианов от интенсивности колебаний (ά) в зависимости от температуры: 1–40С; 2–45С;3–50С;4–55С;5–60С;6–65С; длительности, мин: 1 –5;2–10;3–30;4–15;5–20;рН: 0,7 –1,2; 1,5 –4,5;2,5 –3;2 –6.
Для учета комплекса технологических свойств сырья, режимных и энергетических параметров использовали коэффициент интенсивности процесса.
Y = С/N (2)
где Y показатель, характеризующий эффективность вибрационного воздействия; С –количество извлекаемых сухих растворимых веществ, % от содержания в сырье;
продолжительность экстрагирования до равновесной концентрации, мин; N –мощность, подводимая к электродвигателю, Вт.Получены предварительные экспериментальные данные влияния концентрации этанола, температуры и стабилизатора на процент выхода антоцианов.
Рисунок 4–Динамика извлечения антоцианов
1 –традиционный метод(стабилизатор
1%йраствор соляной кислоты);
2 – в вибрационном экстракторе с дисковой вибронасадкой(стабилизатор –1%йраствор яблочнойкислоты,4550%йэтиловый спирт); 3 –в вибрационном экстракторе с вибрационной насадкой в виде призмы(стабилизатор –1%йраствор яблочнойкислоты, 60%йэтиловый спирт,температура экстрагирования 60 С).
Выводы:В результате экспериментальных исследованийустановлено, что наибольший выход антоцианов наблюдается при условиях проведения процесса экстрагированияпри использовании 55 –60%го
раствора этилового спирта в качестве экстрагирующего компонента;температуре экстрагирования 60 С; с вибронасадкой в виде призмы и использованиев качествестабилизатора антоцианов 1%гораствора яблочной кислоты.
Списокиспользованныхисточников
1. Arts I., Jacobs D.R., Harnak L.J. Dietary catechins in relation to coronary heart disease death amongst postmenopausal women. Epidemiology. –2001. –V. 12. –P. 66875.2.ВарсанофьевВ.Д., КолманИвановЭ.Э. Вибрационнаятехникавхимическойпромышленности. –М.: Химия,1985. с. 32.
3.
ЧленовВ.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. –М.: Наука, 2001. –67с.4. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемешивание. –М.: Наука. 1964. –43с.5. Процессы и аппаратыпищевых производств. М.: Машиностроение, 1976. 6.Зайцев Е.Д. Интенсификация гидромеханических и тепломассообменных процессов при вибрировании и их аппаратурное оформление. Автореф. дисс. дра тех. наук. –М.,1997. –43с.7. Astley S.B., Lindsay D.G. European research on the functional effects of dietary antioxidants EUROFEDA. Molecular Aspects of Medicine. –2002. –Vol. 23, N 13. P. 28791.8.
Cook D., Carey I., Whincup P. Effect of fresh fruit consumption on lung function and wheeze in children. Thorax. 1997. –Vol. 52. –P. 62833.
RESURSOSBEREGAJUSHCHAJA TECHNOLOGY EKSTRAGIROVANIJA OF BIOLOGICALLY VALUABLE SUBSTANCES FROM PLODOVOBERRY RAW MATERIALS
Orobinsky V. Н1, 1 North Caucasian federal university, branch in Pyatigorske:mail: orobinskaya.val@efndex.ruKonovalov D.A.22Volgograd state medical university, branch in Pyatigorske:mail: konovalov_da@pochta.ru
The summary
Of greatest relevance in the present time in the chemicalpharmaceutical and food industry use the methods of obtaining of antioxidants (antioxidants) which include flavonoids, and in particular anthocyanins. In article are considered questions of the application of полигармоничногоlow vibration effect in the process of extraction anthocyanins, with the help of the developed model, vibration extractor, contributing to the effectiveness of the process and increasing the output of biologically active substances in 1.5 times.
Key words: antotsiany, a vibrating extractor, a black currant, laboratory installation.
Оробинская Валерия Николаевна1Старший преподаватель кафедры ООС и Х1 СевероКавказский федеральный университет, филиал в г. Пятигорскеe:mail: orobinskaya.val@efndex.ru
Коновалов Дмитрий Алексеевич2Профессор, профессор кафедры фармакогнозии, д.фарм.н.2Волгоградский государственный медицинский университет, филиал в г. Пятигорскеe:mail: konovalov_da@pochta.ruАннотация
Наибольшей актуальностью в настоящее время в химикофармацевтической и пищевой промышленности пользуются методы получения антиокислителей (антиоксидантов), к которым относятся флавоноиды, а в частности антоцианы. В статье рассматриваются вопросы примененияполигармоничного низкочастотного вибрационного воздействияв процессе экстрагирования антоцианов при помощи разработанной модели вибрационного экстрактора, способствующего эффективностипроцессаи увеличивающеговыход биологически активных веществв 1,5 раза, Ключевые слова:антоцианы, вибрационный экстрактор, черная смородина, лабораторная установка.
Наибольшей актуальностью в настоящее время в химикофармацевтической и пищевой промышленности пользуются методы получения антиокислителей (антиоксидантов), к которым относятся флавоноиды, а в частности антоцианы.
Антоцианы плодов и овощей привлекли большое внимание, главным образом изза их роли в предотвращении болезней, вызванных в результате окислительного стресса. Окислительный стресс, который высвобождает свободные радикалы кислорода в организме, является причиной множества заболеваний: сердечнососудистых, раковых, катаракты, ревматизма и многих других аутоиммунных болезней помимо старения. Фитохимические вещества действуют как антиоксиданты, удаляют свободные радикалы и действуют как "спасители клетки". Потенциальные выгоды для здоровья от фитохимических веществ из плодов и овощей и их возможность включения в пищевые продукты или пищевые добавки (нутрицевтики) стимул для дальнейшего развития пищевой технологии. Пищевая промышленность может играть существенную роль в увеличении пищевой ценности, обеспечивая присутствие в пищевых продуктах не только традиционных питательных веществ (белков, жиров и углеводов), но также и фитонутриентов. Концепция антиокислительного статуса переработанных пищевых продуктов получает импульс и проявляется как важный параметр оценки качества продукта. С расширением глобального рынка и жестокого соревнования между многонациональными компаниями, параметр антиокислительной активности скоро обеспечит себе место в пищевой маркировке. В этом смысле разработка и использованиеновых методов экстрагирования и создания современного высокоэффективного оборудованиядля получения антоцианов представляет научный и практический интерес [1].
В соответствии с общими кинетическими закономерностями процессов экстракции, скорость протекания процесса экстрагирования в системе «твердое тело –жидкость» прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна диффузионному сопротивлению. Диффузионное сопротивление при экстрагировании складывается из сопротивлений основных стадий процесса –переноса целевого компонента непосредственно в объеме самой жидкости к поверхности и в окружающую её жидкость. Уменьшить диффузионное сопротивление можно путем увеличения кинетических коэффициентов диффузии и массоотдачи и уменьшением размера частиц экстрагируемого объекта [3,4]. Увеличение коэффициента диффузии возможно, например, при повышении температуры процесса или воздействием на внутреннюю структуру объекта.Увеличить значение коэффициента массоотдачи можно различными способами. В настоящее время распространение получили методы, основанные на использовании различного вида силовых полей: ультраи инфразвуковое излучение, электрофизическое, электрохимическое, вибрационное и т.п. [2,3].Одно из этих направлений –использование вибрационных технологических установок, реализующих преимущество вибрационного воздействия дляинтенсификациитехнологических процессовэкстрагирования.Для проведения массообменных процессов (сорбция, экстракция, кристаллизация и т.д.) в непрерывном и периодическом режиме в системе «твердое тело –жидкость» разработаны вибрационные реакторы, экстракторы[4,5].
Как известно, воздействие вибрации позволяет сократить продолжительность настаивания и интенсифицировать технологический процесс за счет наложения вибрационного поля низкочастотных механических колебаний на взаимодействующие фазы, что создаетактивный гидродинамический режимизначительно сокращаетметаллои энергоемкость оборудования. При воздействии низкочастотных механических колебаний в процессе экстрагирования участвует вся поверхность экстрагируемого вещества, происходит интенсивное обновление межфазной поверхности. Аппараты, в которых используются низкочастотные колебания, характеризуются высокой эффективностью массообмена при большой удельной производительности, что объясняется тем, что подводимая внешняя энергия может равномерно, или в заранее заданном режиме, распределяться по перечному сечению и высоте аппарата, и нужным образом влиятьна поле скоростей взаимодействующих фаз[25].
Объекты и методы:
Ягоды черной смородины, благодаря богатому химическому составу,нашли широкое применениекакв пищевой (варенье, джемы, сок), так и в фармацевтической промышленности (сборы, БАДы). В них содержится 56 % растворимых сахаров; 24 % органических кислот; 0,6% эфирных масел. Уникален и витаминный состав черной смородины: до 400 мг%витамина С; 0,1 мг % βкаротина; витамина Р –0,72 мг %. Кроме того, в их составе присутствуют витамины группы В, биотин.Богата черная смородина макрои микроэлементами, такими как калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, бор, йод, марганец, молибден, цинк.В ягодах смородины содержание антоцианов составляет 250500 мкг/кг[6,7].
R1R2АгликонННпеларгонидинOHHцианидинOMeHпеаноидинOHOHдельфинидинOMeOHпетунидинOMeOMeмальвидинПримечание: R3, R4 –Н или гликозидРисунок 1 –Общая формула антоциановИз плодов чёрной смородины выделены следующие антоциановые гликозиды: дельфинидина3рутинозид, цианидина3рутинозид, дельфинидина3глюкозид, цианидина3глюкозид, пеонидина3рутинозид, мальвидина3рутинозид, мальвтдтна3глюкозид, мирицетина3рутинозид, мирицетина3глюкозид, кверцетина3рутинозид.
Таблица 2 –Содержание некоторых представителей классов антоцианов в ягодах черной смородины (мг/100 г свежего веса)Пищевое сырьеАнтоцианыцианидиндельфинидинпеларгонидинпеонидинпетунидинЧерная смородина(RibesnigrumL.)53,36–149,4069,77–272,81
0,79–1,390,26–1,090, 07–12,30Ассортимент продукции, выпускаемой из черной смородины, можно расширить за счет переработки отходов консервной промышленности (выжимок черной смородины). В процессе производства остается до 40% выжимок, богатых антоцианами.Применение комплексной переработки черной смородины позволит снизить количество отходов и получить БАС (антоцианы), которые можно использовать:
как антиокислители;
как красители;как антиаллергические компоненты для производства функциональных продуктов питания.В разработанной нами экспериментальной модели вибрационного экстрактора, в отличие от других вибрационных экстракторов, низкочастотные воздействиясоздаются колебательным движением вибрационной лопасти, а не наложением вибрационных колебаний на корпус аппарата.Сцелью увеличения выхода целевого продукта были разработаны два вида вибрационныхнасадок(лопастей) рис.2и 3.
Рисунок 2–Лабораторная установка
Рисунок 3–Вибрационные насадкиа) конструкция лопасти–в виде б) конструкция лопасти –в виде призмы перфорированных дисков
Предлагаемый метод полигармоничного низкочастотного воздействияпозволяетповысить эффективность процесса.Основными стадиями процесса гидролиза –экстракции являются: 1) диффузия гидролизующего агента (иона водорода) внутрь сырья; 2) гидролиз; 3) диффузия молекул антоцианов к поверхности раздела фаз; 4) массобмен на поверхности раздела фаз; 5) диффузия молекул антоцианов веществ в экстрагенте от поверхности раздела фаз в объем раствора. Лимитирующей фазой суммарного процесса гидролиза –экстракции являются стадии 3,4,5.При наложении вибрационного воздействия создается активный гидродинамический режим, происходит интенсивное обновление межфазовой поверхности, т.е. резко снижается концентрация экстрагируемых веществ на поверхности твердой фазы и в слоях жидкости, прилегающих к частицам сырья, что ускоряет стадии 3,4,5.Вибрационное воздействие практически не влияет на скорость гидролиза, но при соответствующем подборе гидромодулей для каждой операции позволяет снизить количество используемых реагентов.Процесс экстракции ускоряется за счет возвратнопоступательного движения лопастей насадки, при этом в смеси возникает явление виброструйного эффекта, создающего интенсивное перемешивание жидкости, что существенно интенсифицирует процесс экстракции.Мы предлагаем альтернативутрадиционному методу экстрагированияБелгородского государственного университета, согласно которому антоцианы получают из жома черной смородиныметодом настаивания (мацерации) по следующей схеме. Навеску жома (50г.) настаиваютв 100 мл экстрагента в 70 %мрастворе этилового спирта с 1 % раствором хлороводородной кислоты; смесь выдерживают в течение 3–х суток при комнатной температуре при периодическом перемешивание. Недостатком является то, что увеличение времени экстрагирования приводит к выходу балластных веществ, откоторых трудно освободиться при перикристаллизации. Предлагаемый метод получения антоциановсостоит из 2х стадий: 1ая стадия кратковременная электроразрядная обработка жома из черной смородины, чтобы интенсифицировать дальнейший процесс экстрагирования за счет повышения массопередачивследствие увеличения клеточной проницаемости для экстрагента под действием электроимпульсных полей вкамере электроразрядной обработки.
Рисунок4
Схема генератора прямоугольных импульсов: lфформирующая линия; КУ
коммутирующее устройство; lп
передающая линия; Дн
делитель напряжения; ЭК –экстракционная камера.2–ая стадия: экстрагирование 50%мраствором этилового спирта при температуре 60С в течении 1,5 часов в экстракторе рис. 2. (для предотвращения потерь при высушивании используют свежеесырье). Экстракцию проводили при определенном соотношении сырья и экстрагента, подобранного опытным путем (результаты представленыв табл. 3).Таблица 3. Соотношение сырье :экстрагент, при котором наблюдается наибольший выход экстрактивных веществ№ п/пСоотношение сырье/спиртВыход экстрактивных веществ, %1.1:517,02.1:722,03.1:1020,0Наибольший выход достигаетсяпри гидромодуле 1: 7.Качественное определение содержания антоцианов проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ),в разных системах растворителей(НСООН:Н2О:НCl)в соотношениях (5:2:3; 45:1:3), проявлялипарамиаммиака приультрафиолетовомвоздействии.
Таблица 4 Сумма антоцианов полученных из выжимок смородины черной R. nigrumСортОбщее содержаниемг/100г,полученноеметодом мацерации в течение 3 сутокОбщее содержание мг/100г, антоциановполученноеОбщее содержаниеантоцианов в мг/100г свеОбщее содержание антоцианов мг/100г в суПотери при высушивании, %методом вибрационной экстракциижей кожурыхой кожурыДачница43,030,3566,72±0,651,591±0,215,160±0,1216,6Черный жемчуг55,11 0,4374,81±0,463,184±0,197,898±0,1419,7 Время процесса экстрагированияуменьшено с 3х суток до 1,5 часов; выход увеличился в 1,5 раза (рис.5) и снизилось количество балластных веществ
Рисунок5
Выход антоцианов при использовании низкочастотного вибрационного экстрактораПоскольку доставка, приемка, хранение и фильтрование проводились общепринятыми методами, то основная часть наших исследований состояла в определении оптимальных режимов экстрагирования и в стабилизации антоцианов.Стабилизация антоциановых пигментов черной смородины является достаточно важной проблемой. Наибольшая стабильность отмечается при рН ниже 3.
В качестве стабилизаторов антоцианов использовали соляную и яблочную кислоты.Исследования действия стабилизаторов проводили, используя несколько серий экспериментов(1ая серия экспериментов была проведена с 1%мрастворомсоляной кислотыпри помощи 55 60%гораствораэтилового спирта,при температуре экстрагирования 60 С; 2я серия экспериментов с 1 %м раствором яблочной кислотой,4550%мэтиловым спиртом в вибрационном экстракторе при температуре 50С, при помощи низкочастотного вибрационного воздействия в диапазоне 2050 Гц).С точки зрения экологическойбезопасности,яблочная кислота наиболее подходящий стабилизатор антоцианов по сравнению с соляной кислотой, а такжехороший антиоксидант. Варьируя процентной концентрацией этилового спирта и температурным параметром,добивались наиболее полного извлечения антоцианов.
Степень экстракции (СЭ, %) антоцианов рассчитывали по формуле:
СЭ = (А/В)100 (1)где А и В –содержание антоцианов мкг в экстракте и навеске выжимок.
Рисунок 7
Зависимость СЭ антоцианов от интенсивности колебаний (ά) в зависимости от температуры: 1–40С; 2–45С;3–50С;4–55С;5–60С;6–65С; длительности, мин: 1 –5;2–10;3–30;4–15;5–20;рН: 0,7 –1,2; 1,5 –4,5;2,5 –3;2 –6.
Для учета комплекса технологических свойств сырья, режимных и энергетических параметров использовали коэффициент интенсивности процесса.
Y = С/N (2)
где Y показатель, характеризующий эффективность вибрационного воздействия; С –количество извлекаемых сухих растворимых веществ, % от содержания в сырье;
продолжительность экстрагирования до равновесной концентрации, мин; N –мощность, подводимая к электродвигателю, Вт.Получены предварительные экспериментальные данные влияния концентрации этанола, температуры и стабилизатора на процент выхода антоцианов.
Рисунок 4–Динамика извлечения антоцианов
1 –традиционный метод(стабилизатор
1%йраствор соляной кислоты);
2 – в вибрационном экстракторе с дисковой вибронасадкой(стабилизатор –1%йраствор яблочнойкислоты,4550%йэтиловый спирт); 3 –в вибрационном экстракторе с вибрационной насадкой в виде призмы(стабилизатор –1%йраствор яблочнойкислоты, 60%йэтиловый спирт,температура экстрагирования 60 С).
Выводы:В результате экспериментальных исследованийустановлено, что наибольший выход антоцианов наблюдается при условиях проведения процесса экстрагированияпри использовании 55 –60%го
раствора этилового спирта в качестве экстрагирующего компонента;температуре экстрагирования 60 С; с вибронасадкой в виде призмы и использованиев качествестабилизатора антоцианов 1%гораствора яблочной кислоты.
Списокиспользованныхисточников
1. Arts I., Jacobs D.R., Harnak L.J. Dietary catechins in relation to coronary heart disease death amongst postmenopausal women. Epidemiology. –2001. –V. 12. –P. 66875.2.ВарсанофьевВ.Д., КолманИвановЭ.Э. Вибрационнаятехникавхимическойпромышленности. –М.: Химия,1985. с. 32.
3.
ЧленовВ.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. –М.: Наука, 2001. –67с.4. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемешивание. –М.: Наука. 1964. –43с.5. Процессы и аппаратыпищевых производств. М.: Машиностроение, 1976. 6.Зайцев Е.Д. Интенсификация гидромеханических и тепломассообменных процессов при вибрировании и их аппаратурное оформление. Автореф. дисс. дра тех. наук. –М.,1997. –43с.7. Astley S.B., Lindsay D.G. European research on the functional effects of dietary antioxidants EUROFEDA. Molecular Aspects of Medicine. –2002. –Vol. 23, N 13. P. 28791.8.
Cook D., Carey I., Whincup P. Effect of fresh fruit consumption on lung function and wheeze in children. Thorax. 1997. –Vol. 52. –P. 62833.
RESURSOSBEREGAJUSHCHAJA TECHNOLOGY EKSTRAGIROVANIJA OF BIOLOGICALLY VALUABLE SUBSTANCES FROM PLODOVOBERRY RAW MATERIALS
Orobinsky V. Н1, 1 North Caucasian federal university, branch in Pyatigorske:mail: orobinskaya.val@efndex.ruKonovalov D.A.22Volgograd state medical university, branch in Pyatigorske:mail: konovalov_da@pochta.ru
The summary
Of greatest relevance in the present time in the chemicalpharmaceutical and food industry use the methods of obtaining of antioxidants (antioxidants) which include flavonoids, and in particular anthocyanins. In article are considered questions of the application of полигармоничногоlow vibration effect in the process of extraction anthocyanins, with the help of the developed model, vibration extractor, contributing to the effectiveness of the process and increasing the output of biologically active substances in 1.5 times.
Key words: antotsiany, a vibrating extractor, a black currant, laboratory installation.
