Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор 9
1.1 Способы экстрагирования ягодного сырья 9
1.2 Способы интенсификации процесса экстрагирования 15
1.3 Аппараты для экстрагирования ягодного сырья 19
1.4 Выводы и постановка задачи исследования 31
ГЛАВА 2 Методологическое обеспечение экспериментальных исследований 34
2.1 Выбор объектов исследования и способа их переработки в экстракты... 34
2.2 Методы определения физико-химических свойств экстрактов 38
2.3 Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований в аппарате с вибрационной тарелкой 43
2.4 Выводы по главе 49
ГЛАВА 3 Исследование физико-химических свойств водных и водно-спиртовых экстрактов клюквы и голубики 50
3.1 Анализ результатов исследования физико-химических свойств экстрактов 50
3.2 Выводы по главе 56
ГЛАВА 4 Разработка и исследование способа получения ягодных экс трактов в аппарате с вибрационной тарелкой 57
4.1 Разработка способа 57
4.2 Тепловой баланс процесса 61
4.3 Анализ факторов, влияющих на процесс получения экстрактов из замороженного ягодного сырья 71
4.4 Математические модели и оптимизация процесса 79
4.5 Анализ дисперсного состава твердой фазы 86
4.6 Выводы по главе 94
ГЛАВА 5 Разработка методики расчета и рекомендаций по применению аппарата с вибрационной тарелкой для получения экстрактов из замороженного ягодного сырья 96
5.1 Разработка рекомендаций по реализации способа получения экстрактов
в аппарате с вибрационной тарелкой и методики расчета 96
5.2 Принципиальная- схема получения экстрактов из замороженного ягодного сырья с применением аппарата с вибрационной тарелкой 100
5.3 Разработка рекомендаций по практическому применению концентрированных экстрактов клюквы и голубики. 104
5.4 Бизнес-проект предприятия по производству ягодных экстрактов 106
5.5 Выводы по главе 108
Выводы 109
Список использованной литературы 111
Приложения 122
- Аппараты для экстрагирования ягодного сырья
- Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований в аппарате с вибрационной тарелкой
- Анализ результатов исследования физико-химических свойств экстрактов
- Анализ факторов, влияющих на процесс получения экстрактов из замороженного ягодного сырья
Введение к работе
Актуальность работы. Повседневный рацион питания, достаточный для восполнения умеренных энергозатрат, не может обеспечить организм человека необходимым количеством витаминов и минеральных веществ. Одним из путей решения этой проблемы является создание продуктов, обогащенных биологически активными веществами.
Для производства комбинированных и обогащенных продуктов питания в качестве добавок чаще всего используют концентрированные экстракты. Использование местного растительного сырья для производства экстрактов является экономически обоснованным. Переработка плодово-ягодного сырья также является удобной сферой деятельности малотоннажного производства.
Особое место среди произрастающих в Западно - Сибирском регионе ягодных растений занимают клюква и голубика. Эти ягоды известны своими полезными свойствами и богатым химическим составом. Суровые климатические условия Сибири, короткий срок сбора урожая, а также тот факт, что ягодное сырье является скоропортящимся, диктуют условия, при которых его необходимо подвергнуть консервированию для дальнейшей переработки. При этом одним из распространенных, простых и относительно дешевых способов консервирования является замораживание и хранение при отрицательных температурах. Данный способ позволяет сохранить максимальное количество полезных веществ сырья, а также является удобным способом предварительной обработки растительного сырья для дальнейшего экстрагирования. При медленном замораживании происходит разрушение клеточных оболочек образовавшимися кристаллами льда, что облегчает дальнейшее извлечение целевых компонентов.
Традиционная технология производства экстрактов заключается в дроблении и дефростации ягодного сырья, отжиме сока и экстрагировании жома. Это приводит к увеличению производственных площадей и применению специального оборудования для проведения перечисленных операций.
Обобщая все вышесказанное, можно сделать вывод, что разработка способа получения экстрактов из предварительно замороженного ягодного сырья, обеспечивающего повышение производительности при меньших энергетических затратах, а также являющегося гибким, то есть легко перенастраиваемым на другой вид сырья и соответствующего аппаратурного оформления, с возможностью осуществления как можно большего числа операций в одной технологической единице оборудования является актуальной проблемой.
В данной работе рассматривается запатентованный способ получения экстрактов из замороженного плодово-ягодного сырья в поле низкочастотных механических колебаний с применением в качестве экстрагента воды и водно-спиртовых растворов. При этом процесс осуществляется в аппарате с вибрационной тарелкой, который позволяет проводить одновременно операции размораживания, дробления и экстрагирования.
Работа направлена на совершенствование способа получения экстрактов из замороженного плодово-ягодного сырья (патент РФ № 2341979).
Цель работы. Целью данной работы является исследование процесса получения экстрактов из замороженных ягод клюквы и голубики в аппарате с вибрационной тарелкой, совершенствование способа получения экстрактов и его аппаратурного оформления, а также разработка технологии получения экстрактов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Экспериментальное изучение физико-химических свойств водных и водно-спиртовых экстрактов клюквы и голубики как объектов исследования (переработки);
2. Разработка способа получения ягодных экстрактов из замороженного сырья в аппарате с вибрационной тарелкой. Составление и анализ теплового баланса процесса получения экстрактов.
3. Исследование и оценка основных факторов, влияющих на процесс получения экстрактов и дисперсный состав шрота ягод клюквы и голубики.
4. Исследование основных кинетических закономерностей процесса получения экстрактов клюквы и голубики и выбор оптимальных параметров, обеспечивающих максимальный выход сухих веществ.
5. Разработка рекомендаций и методики расчета аппарата с вибрационной тарелкой, технологии получения экстрактов, технико – экономического обоснования инновационного проекта получения экстрактов из замороженного ягодного сырья.
Научная новизна:
- Определены зависимости основных физико-химических свойств водных и водно-спиртовых экстрактов ягод клюквы и голубики от температуры, содержания сухих растворимых веществ и спирта.
- Составлен тепловой баланс процесса получения экстрактов из замороженных ягод в аппарате с вибрационной тарелкой, выполнен анализ составляющих теплового баланса.
- Исследованы закономерности процесса получения экстрактов из замороженных ягод клюквы и голубики в аппарате с вибрационной тарелкой с использованием воды и водно-спиртовых растворов.
- По результатам планирования эксперимента и статистической обработки экспериментальных данных установлено влияние основных факторов на кинетику процесса экстрагирования.
Практическая значимость:
- Получены экспериментально-статистические зависимости для расчета плотности, вязкости и поверхностного натяжения экстрактов клюквы и голубики, пригодные для инженерной практики.
- На основании комплекса исследований показана целесообразность получения экстрактов из замороженного ягодного сырья в аппарате с вибрационной тарелкой.
- Разработан способ получения экстрактов из замороженного ягодного сырья в аппарате с вибрационной тарелкой. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ №2403808.
- Разработаны рекомендации и методика расчета аппарата с вибрационной тарелкой, предложена технологическая схема и разработано технико-экономическое обоснование инновационного проекта получения экстрактов.
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись:
- на Х Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2009);
- на 3-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (г. Бийск, 2010);
- на V всероссийской научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2010);
- на научных семинарах кафедры МАПП КемТИПП (г. Кемерово, 2007– 2011 г.).
Публикации. Основное содержание исследований опубликовано в 9 работах, в том числе 1 в журнале по списку ВАК, 1 – патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация выполнена на 121 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы (122 источника), 17 приложений, содержит 33 рисунка и 17 таблиц.
Аппараты для экстрагирования ягодного сырья
На процесс экстрагирования в ряде случаев большое влияние оказывает величина внешнего диффузионного сопротивления [52, 53, 88, 93]. На его величину можно воздействовать созданием режима кипящего слоя. Для создания высокоактивной поверхности контакта фаз, как способ интенсификации процесса экстрагирования, используют принцип подведения энергии извне к взаимодействующим в аппарате средам, для чего аппараты оснащают различными перемешивающими устройствами [54, 92]. Одним из наиболее эффективных способов подведения дополнительной внешней энергии является наложение низкочастотных колебаний на взаимодействующие фазы [14,17].
Одним из наиболее простых способов создания поля низкочастотных колебаний является создание аппаратов с вибрирующей насадкой. Конструктивные особенности вибрационных аппаратов, как правило, определяются характером вибрационных колебаний, совершаемых элементами насадки [17,32, 114,118].
В большинстве аппаратов направление вибрационных колебаний насадки совпадает с продольной (вертикальной) осью аппарата. В этом случае применяют насадку, выполненную в виде горизонтальных дисков, закрепленных на вертикальных штангах, совершающих продольные колебательные движения. Значительно реже используют вращательные колебания насадки, совершаемые вокруг продольной оси аппарата. В таких аппаратах насадку выполняют в виде вертикальных перфорированных пластин, прикрепленных к вертикальному валу. Предложены также аппараты, в которых насадка совершает колебания поперек продольной оси аппарата или под углом к ней [1,5,112].
В ряде конструкций вибрационных аппаратов все элементы насадки жестко связаны со штангой или валом и при работе совершают идентичные по частоте и амплитуде (синхронные) колебания. В других конструкциях насадка собрана в два самостоятельных пакета, совершающих колебательные движения с одинаковой частотой, но сдвинутые по фазе на половину периода, в результате чего пакеты движутся в противоположных направлениях (асинхронно).
В вибрационных аппаратах, как правило, используются синусоидальные колебания насадки, хотя известны работы, направленные на использование трапециевидных пилообразных колебаний. Вибрирующие перемешивающие устройства применяют как в колонных аппаратах, где стремятся создать гидродинамический режим, приближающийся к идеальному вытеснению, так и в емкостных аппаратах, где гидродинамический режим приближается к идеальному смешению [17,32]. Классическим образцом колонных аппаратов с вибрационной тарелкой является аппарат СМ. Григорьева [2] (Рис. 1.2). Причем не маловажно, что данный аппарат нашел практическое применение. Он представляет собой колонну, в корпусе которой установлена штанга, с жестко закрепленными перфорированными дисками - тарелками, имеющая возможность перемещаться вдоль вертикальной оси. На верхней крышке аппарата установлен приводной механизм и электродвигатель- Аппарат имеет верхнюю и нижнюю отстойные зоны. При работе взаимодействующие жидкие фазы движутся противотоком, а возвратно-поступательные движения насадки способствуют активному дроблению дисперсной фазы и перемешиванию обеих фаз [2,17,32]. С целью интенсификации массообмена и уменьшения энергозатрат на создание колебаний насадки предложено несколько конструкций вибрационных ашгаратов, у которых насадка разбита на два пакета и каждый пакет относительно другого совершает колебательные движешш, смещенные на половину периода. Так, в конструкции ИЛ. Пономаренко и И.Т. Поколенко и Я. Прохаи [66] в цилиндрическом корпусе аппарата помещены две вертикальные штанги, на которых в чередующейся последовательности закреплены горизонтальные перфорированные диски. Схема устройства вибрационной колонны Я. Прохазки представлена на рис. 1.3. При работе аппарата штанги 2 и 6 движутся в вертикальном направлении, в противоположные стороны, благодаря чему соседние диски - насадки 3 и 5 также движутся в противоположные стороны вдоль вертикальной оси аппарата. Такое движение соседних дисков в противоположные стороны создает зоны «сжатия» и «разрежения» рабочей среды, активизирует взаимодействие среды и насадки, попеременно увеличивая и уменьшая скорости прохождения среды через отверстия в ее дисках. Все это ведет к усилению процессов диспергирования и перемешивания взаимодействующих фаз и таким образом интенсифи-цирует массообмен [17]. В еще одной конструкции вибрационного аппарата, предложенной С. М. Григорьевым (рис. 1.4), одна штанга 4 выполнена в виде короткой трубы, а другая 2 - в виде длинного штока, пропущенного сквозь трубчатую штангу 4. Пакет дисков 5, закрепленных на трубчатой штанге, расположен над пакетом дисков 3, закрепленных на цельной штанге. При работе аппарата оба пакета совершают возвратно-поступательные движения, также сдвинутые относительно друг друга по фазе на 180.
Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований в аппарате с вибрационной тарелкой
Ускорение социального и экономического развития нашего общества настоятельно требует преобразований в структуре и качестве питания населения и предусматривает включение в рацион питания продуктов, обогащенных витаминами и другими активными веществами, рекомендованными к употреблению различным возрастным группам населения в различных регионах [42].
Систематическое употребление в пищу ягод усиливает защитные силы организма, делая его устойчивым против многих болезней, способствует долголетию и высокой трудоспособности. [41] В настоящее время в нашей стране и за рубежом все больше внимания уделяется созданию комбинированных продуктов лечебно-профилактического назначения [21, 28, 55, 62, 81, 113, 115, 116, 117, 120]. Основу таких продуктов питания и напитков составляют экстракты из ягодного сырья, поскольку такое сырье содержит широкий комплекс аминокислот, белков, витаминов, минеральных веществ и др. [42]. Определяющими свойствами пищевой ценности являются, как правило, низкая энергетическая и высокая физиологическая ценность, а также неповторимые органолептические свойства, создающие потребительские предпочтения этой группе. Невысокая энергетическая ценность является достоинством ягод, так как многие другие группы пищевых продуктов отличаются средней или высокой калорийностью. Поэтому наличие низкокалорийных, но физиологически полноценных продуктов очень важно в рационе питания [22, 39, 45, 56, 76, 86]. Кузбасс крупный промышленный центр здесь проживает около трех миллионов человек, из которых более двух с половиной — в городах, рабочих поселках. Большая часть городского населения Кузбасса проживает в крайне неблагоприятной экологической обстановке, поэтому организация питания населения региона требует особого подхода с тем, чтобы обеспечить организм человека необходимыми питательными и биологически активными веществами. Это вызывает острую необходимость увеличить производство ягод. Жители Кузбасса потребляют фруктов менее четверти физиологической потребности организма, а ягод и того меньше [41, 46, 110, 111]. Из 49,82 тыс. га плодовых и ягодных насаждений Сибири 26,8 тыс. занятно под плодовыми культурами, 23 тыс. га под ягодными [41]. Огромное значение имеет сбор и заготовка дикорастущих ягод. Дикорастущая флора России - это неиссякаемый источник сырьевых ресурсов. Для получения урожая дикорастущих пищевых растений не требуется затрат человеческого труда. Необходимо только его собрать и сохранить. Огромные естественные запасы ягод должны служить дополнительными ресурсами сырья для пищевой промышленности [41,104]. Ценность дикорастущих ягодных растений состоит в том, что они имеют относительно высокую приспособленность к местным условиям и проявляют иммунитет ко многим заболеваниям. В связи с этим дикорастущие растения имеют наиболее стабильные урожаи по сравнению с культурными [11,41]. На территории Кемеровской области насчитывается более 20 видов дикорастущих ягод. Хотя запасы дикорастущих ягод западной Сибири, в том числе и Кемеровской области, огромны, однако количество промышленио заготавливаемых ягод очень незначительно. Годовой объем заготовок дикорастущих ягод по Кемеровскому облпотребсоюзу составляет менее 1% урожая в год. Таким образом, возможности увеличения заготовок дикорастущих ягод в регионе очень велики [41,46]. Особое место среди дикорастущих ягод Сибирского региона занимают ягоды клюквы и голубики [31,33,49, 50, 63, 71,72, 73, 87,98, 106]. Наибольшее количество клюквы растет на северных торфяных болотах. Собиршот ее осенью, весной. Подснежная клюква более интенсивно окрашена, содержит больше сахара и меньше кислот по сравнению с осенней [73]. Химический состав ягод клюквы представлен приложение 1X1. Также необходимо отметить, что в состав ягод входят дубильные и красящие, воскообразные и другие вещества, жиры. Из минеральных веществ в состав клюквы входят калий, кальций, фосфор, железо и марганец. В клюкве обнаружено присутствие йода, который входит хоть и в малых количествах (от 26 до 138 частей на биллион частей клюквы), однако в значительно больших величинах, чем во многих других ягодах. Необходимо отметить, что химический состав ягод клюквы изменяется в зависимости от района произрастания, времени сбора и климатических условий года [97]. Одним из перспективных способов концентрирования клюквы является производство клюквенного экстракта. Однако содержание лимонной кислоты обуславливает возможность использования ягод не только для консервирования, получения различных продуктов переработки, но и в качестве исходного сырья для производства лимонной кислоты [97]. Свежие ягоды голубики издавна применяются как противоцинготное средство; кроме того, они усиливают выделение желудочного сока и способствуют лучшему перевариванию пищи. Голубика обладает способностью снимать аллергию, вызываемую лекарствами. Ее рекомендуют людям, работающим на вредных производствах, так как вещества ягоды способны выводить из организма радиоактивные металлы [41,103]. В сравнении с черникой ягоды голубики высокорослой содержат в 2 раза больше Сахаров, но несколько меньше минеральных солей и витамина С. По своему действию на зрение они схожи с черникой. По исследованиям гастроэнтерологов, ягоды голубики высокой полезны особенно пожилым людям для поддержания (активизации) жизненных сил. Из органических веществ в ягодах голубики преобладают углеводы (свыше 70% сухого веса). Сахара представле 37 ны глюкозой и фруктозой, сахарозы в них содержится небольшое количество или она отсутствует [97].
Из органических кислот в составе ягод входят лимонная, яблочная и щавелевая, при этом по количеству преобладает лимонная кислота.
Помимо указанных веществ, в состав ягод входят клетчатка, пектиновые, дубильные и красящие вещества. Семена голубики богаты жиром (28,56-32,17%). Химический состав ягод голубики представлен в приложение П.2.
Свежие ягоды клюквы и голубики хранятся без повреждений короткий промежуток времени, особенно ягоды голубики 2-3 дня. Поэтому с целью удлинения срока хранения применяют различные методы консервирования (сушку ягод, использование в варено-варочном производстве, в виноделии и прочем) [97].
Замораживание — один из простых и совершенных способов консервирования [41]. При этом необходимо учитывать тип дальнейшей переработки замороженной ягоды. Одним из важных параметров для процесса замораживания является его скорость. При медленном замораживании при температуре до -12 С влага сырья образует крупные кристаллы, которые разрывают клеточные оболочки, и при оттаивании сок вытекает. При быстром низкотемпературном замораживании образуются очень мелкие кристаллики льда, не повреждающие даже клеточных оболочек, благодаря чему сохраняются качество и вкус дефро-стированной продукции [107].
Анализ результатов исследования физико-химических свойств экстрактов
Измерение температуры стенки аппарата осуществлялось с помощью хромель-копелевой термопары. По средством мультиметра определялось тер-мо-ЭДС, после чего по градуеровочной таблице находилось значение температуры в градусах Цельсия.
Из анализа, выполненного в работе [29] видно, что относительная погрешность измерения температуры термопарой составляет Зт = ±1,32%. Что приемлемо для расчетной практики. Помимо измерения температуры и полной мощности в процессе работы измерялся такой важный параметр, как содержание сухих веществ.
В обще виде методика эксперимента состояла в следующем. Не измельченные замороженные ягоды температурой -20 С помещались в корпус экстрактора в количестве 375 г и заливались экстрагентом - водой или водно-спиртовой смесью температурой 18 ±2С. При этом, когда применялся экстрагент - водно-спиртовая смесь соблюдалась следующая последовательность: сначала заливалась вода, а после спирт. После чего запускался экстрактор, во время работы, которого отбирались пробы в объеме 15 мл. При этом в течение первых пяти минут пробы отбирались ежеминутно. После пятой минуты и вплоть до пятнадцатой интервал забора проб составлял 2,5 минуты. Начиная с 15-ой минуты и до 30-ой, пробы отбирались с интервалом 5 минут. Все это объясняется тем, что именно впервые минуты процесса происходит оттаивание сырья, его интенсивное измельчение и начинается процесс экстрагирования, при этом движущая сила процесса - разность концентраций в начале процесса максимальна. И именно в этот момент начинается процесс насыщения экстрагента, поэтому интервал забора проб, вначале процесса минимален, для более точного отражения кинетики процесса. В дальнейшем скорость извлечения падает из-за падения разницы концентраций, в виду этого интервалы времени были увеличены.
После окончания процесса полученный экстракт сливался, проводился дисперсный анализ измельченной твердой фазы. Дисперсный анализ проводился при помощи набора сит с номерами: 1,7; 1,25; 1; 0,63; 045; 0,4; 0,315; 0,2. Экстракт процеживали последовательно через все сита в наборе. После чего получепную твердую фазу просушивали при температуре г-23 С в течение 24 часов и взвешивали на аналитических весах 2 класса ВЛР-200г, погрешность которых не превышает ±0,15 мг, с применением набора образцовых гирь, погрешность которых не превышает 0,01 мг.
Пробы, полученные в процессе экстрагирования, подвергались фильтрованию посредством фильтровальной бумаги, с целью удаления мелкоизмель-ченной твердой фракции, которая могла внести поірешность при дальнейших измерениях. После чего, полученные пробы подвергали анализу в случае экстрагента воды - рефрактометрическим методом [25], а в случае экстрагента водно-спиртового - на колориметре фотоэлектрическом КФК-2МП [16]. При этом необходимо отметить, что рефрактометрическим методом непосредственно получали значения содержания сухих веществ в образцах, а при применении колориметра фотоэлектрического получали значения коэффициента пропускания. Предел допускаемой погрешности измерении рефрактометрическим методом — по шкале сухих веществ по сахарозе ±0,1%. Предел допускаемого значения основной абсолютной погрешности колориметра при измерении коэффициентов пропускания ±1%. Предел допустимого значения средне-квадратического отклонения отдельного наблюдения - 0,3%.
Определение содержания сухих веществ в экстракте, полученном с применением водно-спиртового раствора, является затруднительным, так как смесь является тройной: вода - спирт - сухие вещества. Для этого объем в 200 мл отфильтрованного экстракта подвергали упариванию до тех пор, пока не выпарится VA его объема, что гарантирует нам отсутствие спирта в концентрате. После чего в концентрированный экстракт добавляли дистиллированную воду в объеме равном выпаренному и проверяли содержание сухих веществ рефрактометрическим методом. В 150 мл выпаренной водно-спиртовой смеси добавляли 50 мл дистиллированной воды и определяли пикнометрическим методом его плотность, по которой в дальнейшем определяли содержание спирта [3 18, 59].
В процессе работы неизменными оставались следующие параметры: высота расположения тарелки от дна составляла пи.=45 мм; амплитуда колебаний составляла А=14 мм. Варьировались же: гидромодуль -j (соотношение фаз твердое тело : жидкость), диаметры отверстий перфорации тарелки d, мм, частота колебаний тарелки п, Гц, вид экстрагента (вода, водно-спиртовая смесь 30, 40, 60 об. %).
Гидромодуль в опытах составлял j-0,33; 0,4; 0,5; 0,7. Такое соотношение было принято на основании предварительных экспериментов, которые показали, что увеличение доли твердой фазы ведет к повышению плотности суспензии и, как следствие, ухудшаются условия массоотдачи и наблюдается увеличение потерь целевого компонента в сырье. А уменьшение доли твердой фазы приводит к разбавлению экстракта, что нежелательно с точки зрения его дальнейшей переработки. Диаметр и форма отверстий перфорации тарелки составлял d=2,5; 3; 3,5; 4 мм, цилиндрическая. Частота колебаний перфорированной тарелки соответствовала частоте вращения вала электродвигателя и составляла п=5; 6,7; 8,3; 10; 11,7; 13,3 Гц.
Для получения более точных значений измеряемых параметров на каждом режиме работы проводилась серия повторных опытов. Результаты, значительно отличающиеся от средних, исключались. Кроме того, качественный анализ каждой пробы полученного экстракта проводился в трех повторах, что позволяет говорить о достоверности полученных результатов.
Анализ факторов, влияющих на процесс получения экстрактов из замороженного ягодного сырья
В свете концепции о позитивном питании, функциональные продукты способствуют поддержанию здоровья, работоспособности и долголетия человека, помогают избежать как «болезней цивилизации», так и «болезней пожилого возраста». Для создания продуктов здорового питання наиболее технологичны напитки [60].
Особый упор при этом необходимо делать на использование местного сырья растительного происхождения, обладающего наиболее усвояемыми нут-риентамл и обеспечивающего укрепление неспецифического иммунитета и ан-тиоксидантной защиты человеческого организма [42],
Сибирская ягода занимает особое место в этом списке. Однако ягода является скоропортящимся продуктом, а слабо развитая перерабатывающая промышленность не способствует увеличению объемов производства. При этом принимая во внимание суровые климатические условия и короткий срок сбора урожая необходимо отметить, что большой объем ягоды подвергается замораживанию для дальнейшей переработки в течение года. Поэтому получение соков и экстрактов, как сырья для дельнейшего производства на их основе функциональных напитков, связано с переработкой замороженного сырья. Это с одной стороны оказывает положительное влияние тем, что при медленном замораживании происходит разрушение клеточной структуры сырья, что ведет к более полному извлечению целевых компонентов с меньшими затратами энергии и времени, с другой стороны это откладывает отпечаток на процесс получения готового продукта.
Так известен технологический процесс получения сока из замороженных ягод [85]. Замороженные ягоды подвергают дроблению на дробилке с рифлеными вальцами. Измельчённую массу помещают в полиэтиленовые мешки и дефростируют путём кратковременного погружения мешков в горячую воду. Дефростированное сырьё передают на получение сока прессованием или диффузионным способом. Сок из дефростированных ягод рекомендуется извлекать диффузионным способом в диффузорах. Для диффузии используют воду, в которой производили дефростацию ягод. Диффузию осуществляют в батарее содержащей 5... 10 диффузоров. Взамен диффузионных батарей могут быть использованы непрерывно действующие экстракторы шнекового или секционного типов [85].
Однако описанный технологический процесс отличается длительностью, наличием нескольких последовательных операций: размораживания, измельчения и экстрагирования, которые осуществляются на различном оборудовании, потребляющем энергию с невысоким КПД. Это связано с дополнительными затратами времени и энергии как на передачу сырья от одного вида оборудования (одной операции) - к другому, так и на осуществление процесса на каждой операции [36].
Кроме того, размораживание и измельчение ягодного сырья на отдельных операциях сопровождается потерями сока [34]. В частности в [30] отмечено, что потери и отходы сока в производстве по данному способу составляют: для клюквы - 7%, для черноплодной рябины - 8,6%. Отходы и потери при производстве сока клюквы из замороженного сырья составляет 12,5% [30].
Принимая все это во внимание можно утверждать, что описанный способ является энергоемким, длительным и что особенно важно сопровождается потерями ценного продукта.
В связи с этим перспективным является разработанный на кафедре МАПП КемТИПП и запатентованный способ получения экстрактов из замороженного плодово-ягодного сырья [69]. Особенностью данного способа является то, что в одном аппарате протекает несколько процессов, а именно: размораживание, измельчение и экстрагирование плодово-ягодного сырья. Это в свою очередь позволяет существенно сократить время проведения процесса и уменьшить потери.
Однако, не смотря на все положительные стороны описанный способ, имеет и свои недостатки. Одним из важных недостатков является низкая степень извлечения целевых компонентов, а также в виду использования в качестве экстрагента воды - высокая энергоемкость последующей операции концентрирования. Принимая это во внимание, нами был предложен и запатентован новый способ получения экстрактов [70].
Способ осуществляется в аппарате периодического действия с вибрационной тарелкой. Аппарат и подробная методика проведения экспериментов описаны в главе 2.
Продолжительность насыщения экстрагента в данном аппарате, по описанному способу составляет 10 мин. Данный способ был апробирован и показал не плохие результаты.
Сущность способа заключается в том, что замороженные ягоды сразу помещаются в вибрационный экстрактор, куда заливается вода, а затем этиловый спирт. Далее с помощью вибрационной тарелки, перфорированной отверстиями, создается поле низкочастотных механических колебаний. В результате ягоды интенсивно размораживаются, измельчаются, создается высокоразвитая и интенсивно обновляющаяся поверхность контакта фаз, которая является одним из факторов интенсификации процесса экстрагирования.
Положительный эффект от использования в качестве экстрагента водно-спиртового раствора заключается в том, что получаются экстракты с большим содержанием сухих веществ, применение водно-спиртового раствора позволяет растворять многие алкалоиды, органические кислоты, витамины, аминокислоты, минеральные вещества. Спирт в составе экстрагента в водно-спиртовом растворе обезвоживает протоплазму, стенки теряют полупроницаемость и в результате плазмолиза через них происходит свободная диффузия растворимых веществ. Спирт достаточно летуч и спиртовые вытяжки легко сгущаются до густых жидкостей и порошкообразных веществ [30]. Спирт не только коагули 60 рует протоплазму, но уменьшает растворяемость пектиновых и других высокомолекулярных веществ, консервирует вытяжку. Спирт является консервантом полученных экстрактов, оказывая на них антисептическое воздействие.
Добавление спирта в воду непосредственно в экстракторе позволяет подводить к системе (Т-Ж) дополнительное количество тепла, выделяемое при растворении спирта в воде. Это ускорит процесс размораживания и соответственно сократит время получения экстракта, и энергозатраты.
