Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих технологий переработкиплодовоягодного сырья 7
1.1 Методы хранения растительного сырья 10
1.1.1 Хранение плодов 10
1.1.2 Хранение коры 12
1.1.3 Влияние условий хранения сырья при низких температурах на химический состав 12
1.2 Методы переработки сырья 15
1.2.1 Сбор плодов и коры калины и подготовка их к переработке 15
1.2.2 Методы разделения плодов 17
1.2.3 Экстрагирование биологически активных веществ из растительного сырья 19
1.3 Химический состав калины обыкновенной 25
1.3.1 Химический состав плодов калины обыкновенной 26
1.3.2 Химический состав коры калины обыкновенной 34
1.4 Области применения калины обыкновенной 35
1.5 Фармакологические свойства 37
1.5.1 Фармакологические свойства плодов калины обыкновенной 37
1.5.2 Фармакологические свойства коры калины обыкновенной 38
Глава 2. Разработка аппаратурно-технологической схемы получения различных продуктов, обогащенных БАВ, из плодов и коры калины 41
2.1 Описание аппаратурно-технологической схемы получения различных продуктов из ягод и коры калины 41
2.1.1 Комплексная переработка ягод 41
2.1.1.1 Получение сока 43
2.1.1.2 Получение пюре 43
2.1.1.3 Получение экстрактов из плодов калины 44
2.1.2 Получение экстрактов из коры калины 44
2.1.3 Получение порошковых биологически активных добавок 45
Глава 3. Выбор существующих и разработка необходимых методик планирования и проведения экспериментов 46
3.1 Схема исследования 46
3.2 Объект исследования 47
3.3 Исследование динамики биологически активных веществ в плодах и коре при вегетации 47
3.4 Сбор сырья 47
3.5 Сушка сырья 48
3.6 Измельчение сырья 48
3.7 Получение пюре из плодов калины 49
3.8 Получение неосветленного сока 50
3.9 Осветление сока калины 50
2.10 Извлечение биологически активных веществ из плодов и коры 50
3.10 Утилизация твердых отходов 50
3.11 Определение влажности сырья 51
3.12 Определение содержания биологически активных веществ 51
3.14 Исследование влияния режимных факторов на извлечение БАВ с использованием математического планирования экспериментов... 52
Глава 4. Экспериментальное исследование методов и режимов проведения процессов переработки плодов и коры калины 55
4.1 Исследование исходного сырья 55
4.1.1 Динамика иридоидов и экстрактивных веществ при вегетации... 55
4.1.2 Исследование биологически активных веществ плодов и коры калины обыкновенной, произрастающей в Красноярском крае... 59
4.2 Переработка калины 60
4.2.1 Переработка плодов калины 61
4.2.1.1 Динамика БАВ в плодах калины при холодильном хранении. 61
4.2.1.2 Подготовка плодов калины обыкновенной к переработке 62
4.2.1.2.1 Распределение биологически активных веществ между фазами при разделении 63
4.2.1.3 Исследование выхода и сохранности БАВ при получении пюре из плодов калины обыкновенной 66
4.2.1.4 Исследование процесса извлечения БАВ из пюре плодов калины 68
4.2.1.5 Оптимизация процесса извлечения БАВ из плодов калины... 70
4.2.2 Переработка коры калины 71
4.2.2.1 Методы и режимы измельчения коры 71
4.2.2.2 Влияние гранулометрического состава коры на выход БАВ при экстрагировании 74
4.2.2.3 Исследование влияния режимных условий экстрагирования на выход БАВ из коры калины 75
4.2.2.4 Оптимизация процесса извлечения БАВ из коры калины 78
4.2.3 Использование послеэкстракционного шрота 80
4. 3 Практические результаты работ 81
Глава 5. Технико-экономические показатели комплексной переработки плодов и коры калины обыкновенной 83
Основные результаты и выводы по работе 85
Библиографический список 86
- Влияние условий хранения сырья при низких температурах на химический состав
- Описание аппаратурно-технологической схемы получения различных продуктов из ягод и коры калины
- Определение содержания биологически активных веществ
- Исследование выхода и сохранности БАВ при получении пюре из плодов калины обыкновенной
Введение к работе
Актуальность темы. В современной науке о питании плоды многих растений и сами растения рассматриваются как жизненно необходимые продукты. Они служат источником биологически активных веществ (БАВ). БАВ растений действуют мягче, чем синтетические аналоги, оказывают комбинированное влияние на организм и пригодны для длительного применения.
Сибирь является одним из регионов России, в котором широко распространена калина обыкновенная (Viburnum opulus L.). В ее ягодах присутствуют полифенолы, сахара, гликозиды, органические кислоты, минеральные, пектиновые и дубильные вещества.
Особый интерес вызывают иридоиды – одна из групп гликозидов, обладающих горьким вкусом и представляющих собой производные циклических монотерпенов. Их биологическая активность заключается в повышении аппетита, секреции желудочного сока и стимуляции пищеварения. Кроме того, горькие гликозиды обладают гормональными, мочегонными, седативными, транквилизирующими, гипотензивными, коронарно-расширяющими, спазмолитическими, антиаритмическими, антибиотическими и другими свойствами.
В настоящее время ресурсы растительного происхождения либо не используются вообще, либо перерабатываются с получением ограниченного числа целевых продуктов. Вследствие этого основная часть пригодных для утилизации природных соединений практически не утилизируются.
Целью настоящей работы является создание и внедрение технологий получения продуктов из плодов и коры калины обыкновенной, используемой в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– проанализировать существующие технологии переработки плодовоягодного сырья;
– разработать аппаратурно-технологическую схему получения различных продуктов, обогащенных БАВ, из плодов и коры калины;
– выбрать существующие и разработать необходимые методики планирования и проведения экспериментов;
– экспериментально исследовать методы и режимы проведения процессов переработки плодов и коры калины;
– провести технико-экономическое обоснование технологии переработки плодов и коры калины обыкновенной.
Объект исследования: аппаратурная схема и технологические режимы переработки калины обыкновенной.
Методы исследования: биохимические методы определения биологически активных веществ, статистические методы математического планирования экспериментов и обработки результатов, пакеты компьютерной математики Statgraphics.
Научная новизна: разработаны технология и аппаратурная схема получения различных продуктов из плодов и коры калины обыкновенной; разработаны математические модели и определены оптимальные режимные условия процессов извлечения БАВ из растительного сырья.
Впервые изучена динамика БАВ в ягодах и коре калины в период вегетации.
Новизна полученных результатов подтверждена двумя патентами: композиция ингредиентов для напитков (Пат. РФ № 2372798) и способ получения иридоидов из коры калины обыкновенной (Пат. РФ № 2362576).
Практическая значимость: разработанная на основе результатов работы универсальная аппаратурно-технологическая схема является вкладом в решение важной задачи – использования местного растительного сырья для производства функциональных продуктов с использованием безотходных технологий, позволяющих расширить ассортимент рынка различными продуктами, обогащенными биологически активными веществами.
Положения, выносимые на защиту
-
Динамика биологически активных веществ в плодах и коре калины обыкновенной ходе вегетации.
-
Химический состав плодов и коры калины, произрастающей в Сибири.
-
Универсальная аппаратурно-технологическая схема получения продуктов из коры и плодов калины.
-
Математические модели описывающие влияние режимных факторов на выход иридоидов и экстрактивных веществ.
-
Результаты исследований и оптимальные режимы проведения отдельных технологических операций переработки сырья.
-
Экономическая эффективность комплексной переработки растительного сырья.
Апробация работы: Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях: всероссийских – «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы» (Красноярск, 2005 г.), «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск, 2006 г.), «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2006 г.), «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2007 г.), «Студенческая наука – взгляд в будущее» (Красноярск, 2008 г.), «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск, 2009 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 3 – в журналах, рекомендованных ВАК. Получены 2 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии, состоящей из 128 наименования. Материал изложен на 107 страницах, содержит 25 таблиц и 17 рисунков.
Влияние условий хранения сырья при низких температурах на химический состав
Выбор того или иного способа хранения сырья зависит от его влияния на органолептические свойства и химический состав. Имеющиеся в литературе по этому вопросу сведения приводятся ниже.
Условия и режимы хранения безусловно сказываются на качественных показателях растительного сырья и продуктов переработки, поэтому ряд работ посвящен их определению до и после хранения в разных условиях [43, 44 — 54].
Колодязной B.C. изучено влияние длительного хранения при низких температурах на содержание пектиновых веществ в растительной ткани. Охлаждение проводилось в воздушной среде при температурах минус 24 и минус 35 С, в парокапельной азотной среде (при минус 150 С), а также при минус 18 С. Установлено, что в процессе замораживания и хранения в указанных условиях в растительной ткани происходит гидролиз пектиновых веществ, приводящий к снижению их содержания и изменению соотношения продуктов распада в зависимости от их растворимости, что увеличивает потерю влаги при размораживании [44]. В работе Kalt Wilhelmina [45] приведены результаты экспериментальных исследований по изучению антиоксидантной активности ягод земляники, голубики, малины и черники при температуре хранения минус 30 С в течение 8 суток. Определялось содержание общих фенолов, антоцианина и аскорбиновой кислоты. Установлено, что во всех видах ягод величина антиоксидантной активности варьировала в широких пределах в зависимости от концентрации общих фенолов и антоцианинов Повышение антиоксидантной активности в ягодах земляники и малины связано с увеличением уровня антоцианинов и общих фенолов. Концентрация витамина С мало изменялась при изученных условиях хранения.
Проведены сравнительные исследования [46] изменения качественных показателей быстрозамороженной и свежей клюквы в процессе холодильного хранения в течение 30 недель. Содержание антоцианов к концу хранения в не замороженном продукте снизилось на 20,8 %, в замороженном - на 5,2 %. Потери массы составили 0,14 - 0,02 % в месяц соответсвенно. Сохранение антоцианов, легко окисляемых растительных красителей, малая усушка и высокая вла-гоудерживающая способность гарантируют хороший товарный вид продукта.
Проведена качественная и количественная оценка содержания антоцианинов и летучих соединений в ягодах малины, хранящихся при минус 20 С в течение 1 года. После годового хранения отмечено существенное повышение выхода некоторых антоцианинов при извлечении. Установлено также, что хранение при минус 20 С мало влияет на общие фенолы, но значительно снижает (на 14-21 %) содержание эллаговой кислоты и содержание витамина С (на 33 - 55 %) [47].
Макеевой С.Н. изучено изменение содержания витамина С в процессе хранения порошка ягод жимолости. Получено, что без доступа света при 5 С за первые три месяца содержание витамина С в порошке не изменяется, а за шесть месяцев потери составляют 10 % [48]. Изучено влияние процессов замораживания и оттаивания на микрофлору плодов черноплодной рябины. Промытые плоды замораживали при минус 30 С и хранили при минус 18 С в течение девяти месяцев. Установлено, что в процессе холодильного хранения содержание микроорганизмов различных групп в плодах снижается и через девять месяцев хранения составляет около 10 % от исходного их количества в свежих плодах [49]. Установлено, что замороженная и хранящаяся длительное время в таком состоянии черноплодная рябина сохраняет свои первоначальные качественные свойства и остается богатым источником Р-активных веществ. За счет повышения содержания Сахаров и снижения кислотности улучшаются вкусовые качества ягод. При снижении температуры плодов аронии до значений ниже минус 5 С антоцианы быстро разрушаются (потери приблизительно равны 20 % от исходного содержания). При положительных температурах хранения (6 — 8 С) происходит сильная усушка плодов аронии, отдельные ягоды поражаются плесенью, а сок приобретает светлую серовато-красную окраску. Отсюда следует, что вышеуказанные режимы не пригодны для длительного хранения аронии с целью получения пищевого красителя. При температурном режиме 2 — 4 С плоды аронии могут храниться до марта без заметного изменения их качества с возможностью получения их них пигмента [50-54].
Таким образом, хранение при низких температурах обеспечивает высокую сохранность биологически активных веществ растительного сырья в течение длительного срока, а также более высокие значения качественных показателей продуктов, сравнительно с получаемыми при предварительной сушке, и последующем хранении в условиях положительных температур, о чем свидетельствуют данные Зляева Р.З. [54]. Предлагаемые некоторыми авторами методы хранения в модифицированных средах может быть и обеспечивают сохранность БАВ, однако этот вариант сложен и дорого стоящ конструктивно и технологически. Таким образом, материал рассмотренных выше работ служит подтверждением перспективности холодильного хранения ягод [34, 35]. В то же время сведения о влиянии температурных условий и продолжительности выдерживания плодов на их химический состав скудны, разрознены, получены в несопоставимых условиях, а иногда и противоречивы [44 — 46]. Что же касается динамики биологически активных веществ условиях низких температур, то в подавляющем числе работ приводится лишь значения содержаний БАВ в начале и конце хранения [47 - 54].
Плоды и кору калины употребляют как в свежем, так и в переработанном виде. В основном дикоросы используются для получения соков, как готовых целебных пищевых продуктов. Сухие ягоды и кору применяют чаще всего в измельченном виде, в форме порошков. Также широко распространен метод получения экстрактов БАВ путем извлечения их водой, этиловым спиртом, водно-этанольными смесями. Таким путем получают настои, отвары, настойки, экстракты и другие продукты.
Целью настоящей работы, как излагалось выше, является создание комплексной технологии плодов и коры калины с получением соков с мякотью и осветленных, пюре, экстрактов и порошков, обогащенных биологически активными веществами.
Для лекарственных целей ягоды заготавливают во второй половине августа — сентябре, в пору их полного созревания. Срезают их гроздьями и укладывают в корзины свободно, не утрамбовывая, чтобы не мялись. Чтобы обеспечить сохранность, плоды после сбора подвергают сушке, хранят при отрицательных температурах или же производят процесс экстракции с целью получения БАВ, в таком виде они уже не так подвержены разрушению и имеют наиболее удобную форму для хранения [55, 56].
Заготавливают кору калины ранней весной, собирают только с молодых (обычно двухлетних) ветвей во время сокодвижения, то есть, в период набухания почек, только с разрешения лесничества, в специально отведенных местах (при рубке или при расчистке леса), косо срубая или срезая кустарники ножовкой, оставляя при этом стволики не менее 10 см от земли. При таком способе обеспечивается порослевое возобновление калины. На срубленных ветвях и стволах ножами делают кольцевые надрезы на расстоянии 10-15 см, которые соединяют продольными разрезами, затем полосы коры слегка отслаивают в направлении к нижнему надрезу и, не доведя до него, оставляют на ветке для провяливания, после чего легко снимают кору желобками или трубочками. Не разрешается состругивать кору ножом, так как при этом на ее внутренней стороне остаются куски древесины. Если на стволах имеются наросты мха или лишайников, их предварительно счищают. Если сплошная рубка леса не предусмотрена, то с кустов калины срезают только боковые ветви, не затрагивая основного ствола. Снимают желобоватые куски коры толщиной до 2 мм. В качестве предохранительной меры запрещается заготавливать кору с основного ствола. Повторная заготовка сырья разрешается через 10 лет [55, 56].
Описание аппаратурно-технологической схемы получения различных продуктов из ягод и коры калины
Предлагаемая ниже универсальная Аппаратурно - технологическая схема (АТС) комплексной переработки плодов и коры калины обыкновенной с получением натуральных, обогащенных иридоидами, экстрактов, соков, пюре, порошков, представленная на рисунке 2.1, разработана с учетом сведений, рассмотренных в первой главе диссертации. В схему включены 1-сортировочная; 2-холодильный шкаф; 3,5-ножевой и шнековый измельчители; 4-узел разогрева ягод; 6-емкость; 7-центробежный насос; 8-теплообменник-подогреватель; 9-экстрактор; 10-барабанный вакуум-фильтр; 11-конвективная сушилка; 12-центрифуга; 13-мельница.
Ввиду того, что плоды и кора калины отличаются по составу и свойствам их переработка проводилась раздельно.
При получении сока из ягод калины на стадии сортировки часть сбора направляется на охлаждение до отрицательных температур и последующее хранение в холодильных шкафах 2. Остающаяся масса дробится в измель чителе 5. При переработке ягод, хранимых при отрицательных температурах, их предварительно разогревают в камере 4.
Свежие и свежезамороженные ягоды, содержащие весь комплекс биологически активных веществ, могут направляться на упаковку и последующую реализацию как готовые продукты.
При более глубокой переработке плоды путем прессования разделяются в дробилке 5 на сок с мякотью, богатый биологически активными веществами, пригодный как для непосредственного применения, так и в качестве добавки при производстве разнообразных пищевых продуктов, алкогольных и безалкогольных напитков, для медицинских целей и в ряде других направлений, который направляется на упаковку и дальнейшую реализацию, и жом, пригодный для получения водно-спиртовых экстрактов, содержащих БАВ.
При необходимости сок с мякотью осветляется на центрифуге 12, а осадок, также содержащий БАВ, вместе с жомом, отделенным в дробилке 5, направляется на экстрагирование для извлечения натуральных БАВ в экстракторе 9 экстрагентом, подаваемым из емкости 6 через теплообменник 8 центробежным насосом 7. Схема утилизации остающейся после экстрагирования твердой фазы (шрота) изложена ниже.
По другому варианту с целью достижения максимальной сохранности БАВ замороженные плоды в измельчителе 3 доводятся до пюреобразного состояния. Полученная масса с добавлением сахара или без него может быть упакована и направлена потребителю как готовый продукт. 2.1.1.3 Получение экстрактов из плодов калины
При необходимости часть пюре направляется в экстрактор 9 (сюда же с целью утилизации ценных компонентов направляются жом из дробилки 5 и центрифуги 12), где из него водно-спиртовыми смесями извлекаются БАВ. Пюре, направляемое на переработку, загружается в экстрактор 9, снабженный мешалкой. Сюда же центробежным насосом 7 из емкости 6 закачивается водно-спиртовая смесь температура среды в экстракторе за счет подводимого в теплообменнике 8 тепла, поддерживается постоянной. В аппарате 9 в активном гидродинамическом режиме осуществляется извлечение.
По окончании извлечения система направляется в барабанный вакуум -фильтр 10 для разделения на фильтрат, обогащенный биологически активными веществами, и твердый остаток — промытый с целью удаления остатков водно-спиртовой смеси и частично просушенный послеэкстракционный шрот.
Жидкий экстракт как готовый продукт направляется на розлив, упаковку и последующую реализацию либо подвергается последующей упаковке.
Как показано выше кора калины богата иридоидами. Ниже изложена АТС получения из нее экстрактов обогащенных горькими гликозидами.
Сырье доставляется автотранспортом в подготовительное отделение цеха, первичные операции по обработке коры осуществляются в блоке 1, где она взвешивается, сортируется, удаляются инородные частицы и загрязнения. Сушка сырья проводится в темном хорошо проветриваемом помещении. Измельченная в дробилке 3 сухая кора пакуется в тряпичные пакеты и укладывается в деревянные, картонные или полиэтиленовые ящики (коробки) и, при необходимости, хранится в комнатных условиях. Последующие операции получения экстрактов из коры аналогичны таковым из ягод.
Порошковые добавки получают из твердых отходов переработки вегетативной части калины — послеэкстракционный шрот из вакуум-фильтра 10. Твердый влажный, промытый осадок снимаемый с фильтровальной перегородки подсушивается в барабанной сушилке 11, дробится в мельнице 13 и направляется на упаковку для использования в качестве пищевой добавки.
Определение содержания биологически активных веществ
Навеска сырья заданной массы засыпалась в коническую колбу с притёртым горлышком объёмом 250 мл и заливалась водно-этанольным раствором. Колба устанавливалась на водяную баню аппарата Elpan water bath shaker type 357. Затем в течение заданного интервала времени (1 ч) при амплитуде 30 мм и частоте 150 колебаний в минуту протекало извлечение БАВ из твердых частиц. По окончании процесса содержимое колбы путем фильтрования разделялось на твердую и жидкую фазы. Определялось содержание биологически активных веществ [40, 123 — 127].
Послеэкстракционный шрот выдерживался при температуре 20 ± 2 С в проветриваемом помещении до воздушно-сухого состояния, измельчался на дробилке ударно-раскалывающего действия, после чего в нем определялось содержание биологически активных веществ и перевариваемость. Оценивались перспективы его утилизации.
Влажность определялась по ГОСТу 24027.2 - 80 «Сырье лекарственное растительное. Методы определения влажности, содержания золы, экстрактивных и дубильных веществ, эфирного масла» [123].
Суммарное содержание иридоидов определялось спектрофотометриче-ским методом [40]
Определение витамина С проводилось титрометрическим методом [125].
Количественное определение суммы Р-активных соединений проводилось титрометрическим методом, который основан на их способности окисляться перманганатом калия [125].
Содержание дубильных веществ определялось титрометрическим методом Левенталя [126].
Суммарное содержание антоцианов определялось спектрофотометриче-ским методом [127].
Суммарное содержание флавоноидов определялось спектрофотометриче-ским методом [127].
Содержание экстрактивных веществ определялось согласно [124], методом высушивания до постоянной массы.
Перевариваемость определялось по методике [37]. 3.14 Исследование влияния режимных факторов на извлечение БАВ при помощи математического планирования экспериментов
Под планированием экспериментов понимают совокупность приемов и методов, позволяющих оптимальным образом получать информацию о сложных технологических процессах и использовать эту информацию для исследования и совершенствования (оптимизации) процессов.
Для планирования экспериментов и математической обработки результатов применялись методы теории оптимального эксперимента, дисперсионного и регрессионного анализов. Опыты проводились по плану Бокса-Бенкена второго порядка.
При извлечении биологически активных веществ из плодов определялось влияние тех же факторов, уровни варьирования которых представлены в таблице 3.1.
В качестве выходных параметров использовались: Y! — выход суммы ири-доидов, % от а.с.с; Y2 — выход экстрактивных веществ, % от а.с.с.
При извлечении БАВ из коры калины обыкновенной в качестве независимых переменных использовались X] - температура системы, Х2 — концентрация этанола в экстрагенте, Хз - гидромодуль, уровни варьирования которых представлены в таблице 3.2. Таблица 3.2- Уровни варьирования переменных факторов
Выходными параметрами служили Y3 - выход суммы иридоидов, % а.с.с; Y4 - выход экстрактивных веществ, % а.с.с. — усреднённые значения из двух параллельных опытов, проводимых в случайном порядке.
Зависимости Y-f(Xj) представлялись в виде уравнений регрессии Y=XB, где Y - вектор выходного параметра, прогнозируемый уравнением регрессии; X — структурная матрица независимых переменных; В = {&,-} — вектор коэффициентов регрессии, МНК-оценки которого вычислялись обычным путем: B=(XTX)-1XTY, где Y - вектор величин выходного параметра, полученных в ходе эксперимента. Статистическая значимость коэффициентов регрессии оценивалась по критерию Стьюдента при доверительной вероятности 95 %. Дисперсионный анализ выполнялся аналогично описанному выше. При оценке остаточной дисперсии для математической модели использовалась сумма квадратов невязок. ?жт=(У - XB)T(Y - XB)2/(7V - к - 1), где N - число наблюдений; к — число оцениваемых параметров в уравнении регрессии. Для оценки адекватности модели использовалось -отношение
Кроме того, вычислялся коэффициент детерминации R модели (квадрат выборочного коэффициента корреляции Пирсона), показывающий долю (в процентах) суммарной дисперсии оценок выходного параметра Y относительно его среднего Ycp, обусловленную моделью.
Необходимые вычисления выполнялись с использованием блока Experimental design из пакета прикладных программ Statgraphics Plus [128]. Глава 4. Экспериментальное исследование методов и режимов проведения процессов переработки плодов и коры калины
Исследования, результаты которых изложены в главе 4, проводились с целью выбора оптимальных конструкций используемого оборудования и определения режимных условий проведения отдельных технологических стадий.
Именно поэтому в диссертации исследованы практически все операции, введенные в технологическую схему.
Также учитывая, что в производстве указанных выше продуктов используется значительное число одних и тех же операций, аппаратурно-технологическая схема составлялась так, чтобы, по возможности для их проведения использовались одни и те же аппараты, то есть предлагаемая схема является компактной и универсальной, пригодной для производства всех планируемых к выпуску товаров.
Исследование выхода и сохранности БАВ при получении пюре из плодов калины обыкновенной
Второе направление подготовки плодов калины к последующей переработке заключается в ножевом измельчении до пюреобразного состояния без разделения фаз при котором, параллельно со сжатием и истиранием под давлением шнека, мякоть подвергается резке вращающимся ножом.
Степень разрушения структуры плода при измельчении зависит от конструктивных характеристик шнековой дробилки, поэтому, с учетом того , что размер плодов калины колеблется в пределах 7 — 9 мм, использовались неподвижные ножи с диаметром отверстий 3, 5 и 7 мм. Пределы варьирования ограничивались тем, что при размере отверстия меньше 3 мм высоко сопротивление решетки, велик расход энергии на измельчение и опасно возможное повышение температуры массы, и как следствие, рост потерь БАВ, а при диаметре больше 7 мм степень разрушения ягод недопустимо мала.
Измельчению подвергались замороженные плоды для повышения степени их дробления, эффективности работы ножа, а так же уменьшения влияния разогрева на разрушение БАВ. Оценивалась сохранность суммы иридоидов, экстрактивных веществ, витаминов С, Р, антоцианов, флавоноидов, дубильных веществ и Сахаров, определяемая как отношение массы БАВ, переходящей в экстракт, к таковой в исходном сырье. В свою очередь, на выход БАВ в экстракт влиял размер отверстий неподвижного ножа, при уменьшении которого, как предполагалось, их выход должен был расти, и одновременно, вследствие разогрева и истирания ягод он мог снижаться. Результаты, приведенные в таблице 4.5, являются следствием результирующего совместного противоположного влияния перечисленных факторов.
Как видно, с увеличением диаметра отверстий неподвижного ножа сохранность экстрактивных веществ, антоцианов, флавоноидов, дубильных веществ, витаминов Р и С возрастает, что очевидно. Поведение сахаридов носит 68 противоположный характер, еще сложнее ситуация с иридоидами, что, по всей вероятности, связано с индивидуальными особенностями этих веществ проявляющимися в ходе разрушения ягод, потери витамина С растут с уменьшением диаметра отверстий неподвижного ножа. Анализ полученных результатов приводит также к заключению о том, что выбор того или иного метода подготовки плодов калины к экстрагированию связан с тем, какие при этом ставятся задачи. Если, помимо получения экстрактов БАВ, параллельной технологической задачей является отделение витаминизированного сока, то целесообразнее использовать шнековое прессование размороженных ягод, обеспечивающее достаточно высокий выход жидкой фазы и большую сохранность БАВ.
Если же при дроблении ягод нет необходимости получения сока, а единственной целью является максимально большее извлечение БАВ, .то предпочтительнее ножевое измельчение в присутствие решетки с диаметром отверстий 5 мм, позволяющее сократить потери БАВ и увеличить их выход.
При изучении процесса экстрагирования БАВ из ягодного пюре калины определялось влияние гидромодуля — Хь концентрации — Х2 и температуры Х3, варьируемых в следующих пределах (таблица 3.2).
Диапазон варьирования X] 2-15 был выбран потому, что, в отличие от коры, полученная суспензия при гидромодуле, равном 2, обладает текучестью вследствие высокой влажности сырья (80 %). Верхнее значение гидромодуля выбиралось с учетом экономических соображений.
На основе экспериментальных результатов получены следующие уравнения регрессии: Y, = 1,25 + 1,03X, + 0,33X2 - 0,39Хз + 0,42XiX2 - 0,29X,X3 + 0,35X3 (4.1)
Y2 = 38,60 + 6,66X, - 2,68X3 - 2,91X,2 (4.2)
Их анализ (4.1, 4.2) позволяет сделать вывод, что основным фактором, влияющим на выход контролируемых компонентов, является гидромодуль (Xi), что хорошо видно на картах Парето (рисунки 4.5 и 4.6). Выход иридоидов так же зависит от содержания этанола в растворителе и снижения температуры системы. Выход экстрактивных веществ от концентрации спирта в экстрагенте не зависит. При этом определение оптимальных режимных условий следовало вести методом крутого восхождения, однако, при оценке его целесообразности оказалось очевидным, что увеличение X) бесперспективно по экономическим соображениям, а возможные диапазоны изменения Х2 и Хз чрезвычайно малы. Стоящая задача решалась путем сканирования исследованного объема трехмерного факторного пространства.
