Содержание к диссертации
Введение
1 Способы переработки пряно-ароматического растительного сырья, пригодного для создания поликомпозитных пищевых добавок 12
1.1 Обзор и классификация пряно-ароматического сырья для получения поликомпозитных пищевых добавок 12
1.2 С02-экстракционные технологии извлечения компонентов из пряно-ароматического растительного сырья 23
1.3 Применение СОг-экстрактов и поликомпозитных пищевых добавок в пищевой промышленности 30
1.4 Заключение по главе 1 34
2 Объекты и методы исследований 37
2.1 Объекты исследования 37
2.2 Методы исследования 37
3 Экспериментальная часть 49
3.1 Обоснование выбора и исследование химического состава пряно-ароматических растений для изготовления поликомпозитных пищевых добавок 49
3.2 Теоретическое обоснование усовершенствованной технологии переработки пряно-ароматического сырья 58
3.3 Усовершенствование способа вакуумной СВЧ-сушки пряно-ароматического растительного сырья 63
3.4 Разработка установки для вакуумной СВЧ-сушки пряно-ароматического растительного сырья 66
3.5 Совершенствование технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок поэтапной экстракцией диоксидом углерода в суб- и сверхкритическом состоянии 68
3.6 Разработка нового ассортимента пряно-ароматических поликомпозитных пищевых добавок 74
3.7 Исследование химического состава поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок из растительного сырья 77
4 Опытно-промышленная апробация технологии применения поликомпозитных пищевых добавок 93
4.1 Разработка технологических приемов по применению поликомпозитных пищевых добавок из пряно-ароматического сырья для обогащения продуктов питания 93
4.2 Разработка проекта технической документации 96
4.3 Расчет ожидаемого экономического эффекта от производства поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок из растительного сырья и от реализации обогащенных продуктов питания 98
Выводы 107
Список иллюстративного материала
- С02-экстракционные технологии извлечения компонентов из пряно-ароматического растительного сырья
- Применение СОг-экстрактов и поликомпозитных пищевых добавок в пищевой промышленности
- Теоретическое обоснование усовершенствованной технологии переработки пряно-ароматического сырья
- Разработка нового ассортимента пряно-ароматических поликомпозитных пищевых добавок
Введение к работе
1.1 Актуальность работы. Совершенствование технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок из растительного сырья актуально в настоящее время, когда действуют санкции ЕС и США в отношении России на передачу наукоемких технологий.
Согласно Техническому регламенту Таможенного союза 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» к натуральным вкусоароматическим препаратам относятся вещества, выделенные с помощью физических или других способов из растительного сырья, обладающего не только многокомпонентным химическим составом, но и специфическим ароматом и вкусом. Пряно-ароматические растения являются уникальным дополнительным сырьем благодаря содержанию в них целебных масел, легкоусвояемых углеводов, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, водо- и жирорастворимых витаминов, макро- и микроэлементов, ароматических веществ.
Существующие способы получения пищевых добавок из индивидуального пряно-ароматического растительного сырья основаны на их сушке на воздухе, стерилизации, измельчении и имеют несбалансированный химический состав. При этом часть ценных компонентов видоизменяется или теряется. Эту проблему можно было бы решить путем применения технологических приемов и аппаратурно-технологических решений, позволяющих провести щадящую переработку сырья, не допуская при этом потерь ценных компонентов. Использование биологически активных добавок (БАД) к пище в качестве эффективного средства коррекции питания и здоровья людей подтверждено имеющимся мировым опытом и работами известных ученых Л.В. Донченко, Л.Г. Елисеевой, Г.М. Зайко, Т.Н. Ивановой, СА. Калманович, Е.П. Викторовой (Корненой), Е.П. Кошевого, АА. Кочетковой, В.Г. Лобанова, В.И. Мартовшука, Н.В. Матвеевой, А.П. Нечаева, ИА. Палагиной, В.М. Позняковского, Г.В. Семенова, Т.И. Тимофеенко, Е.В. Щербаковой и других.
Извлечение ценных компонентов из растительного сырья обычно осуществляется отгонкой с водяным паром, в атмосфере инертных газов, экстрагированием с помощью органических растворителей или сжиженными газами.
Наиболее перспективным способом извлечения ценных компонентов из растительного сырья является экстрагирование сжиженными газами. Но вместе с тем до настоящего времени недостаточно исследованы вопросы конструирования рецептур поликомпозитных пищевых добавок, требуют дальнейшего совершенствования газожидкостные способы извлечения ценных компонентов из пряно-ароматического растительного сырья с целью создания сбалансированных по химическому составу поликомпозитных пищевых добавок.
Поэтому совершенствование технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок из растительного сырья, сбалансированных по химическому составу является актуальным.
Работа выполнялась в рамках целевой Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг., утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2012 г., № 717.
-
Цель работы. Целью исследований явилось совершенствование технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок из растительного сырья путем поэтапной экстракции поликомпозитных пряно-ароматических смесей диоксидом углерода в субкритическом состоянии и десорбции извлеченных компонентов сжатыми газами в сверхкритическом, флюидном состоянии.
-
Основные задачи исследований. Обоснование выбора и исследование химического состава пряно-ароматического растительного сырья, заготавливаемого в странах Южной и Восточной Азии, не поддержавших санкции ЕС и США против России.
Научное обоснование возможности и целесообразности поэтапного из-
5 влечения ценных компонентов из малораспространенного пряно-ароматического сырья диоксидом углерода в субкритическом и сверхкритическом состоянии.
Разработка установки для вакуумной сушки пряно-ароматического растительного сырья в электромагнитном поле сверхвысокой и низкой частот (ЭМП СВ и НЧ).
Совершенствование технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок экстракцией диоксидом углерода в суб- и сверхкритическом состоянии.
Исследование химического состава поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок, полученных из растительного сырья.
Разработка новых рецептур пищевых продуктов с использованием поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок, полученных из растительного сырья.
Апробация усовершенствованных технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок в условиях экстракционного завода ООО «Компания Караван» и используемых для обогащения продуктов питания в консервном цехе ОАО «Комбинат детского питания» (ст. Крылов-ская, Ленинградского р-на Краснодарского края).
Разработка проекта технической документации на получение поликомпозитных пищевых добавок в производственных условиях.
Расчет ожидаемого экономического эффекта от производства поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок, полученных из растительного сырья, производства и реализации обогащенных продуктов питания.
1.4 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и высокая эффективность совершенствования технологий получения поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок со сбалансированным химическим составом путем поэтапной экстракции диоксидом углерода в суб- и сверхкритическом состоянии.
Научно обоснованы режимы вакуумной сушки пряно-ароматического
сырья в ЭМП СВ и НЧ с целью увеличения выхода и сохранения качества полезных экстрактивных веществ.
Теоретически обоснован способ получения поликомпозитных пищевых добавок из пряно-ароматического растительного сырья со сбалансированным химическим составом.
Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена получением патента РФ на изобретение № 2518391 МПК A23L1/325 Способ производства консервов "Пикша обжаренная в томатном соусе".
1.5 Практическая значимость работы. Усовершенствованы техноло
гии переработки пряно-ароматического сырья, позволяющие получать поли
композитные пищевые добавки со сбалансированным химическим составом.
Сконструирована и апробирована в производственных условиях экстракционного завода ООО «Компания Караван» технологическая установка для вакуумной СВЧ-сушки сырья. Разработаны режимы вакуумной сушки пряно-ароматического сырья в ЭМП СВ и НЧ.
Усовершенствована установка для экстрагирования ценных компонентов из пряно-ароматического сырья диоксидом углерода в суб- и сверхкритическом состоянии.
Разработан проект технической документации «С02-экстракты из индивидуальных пряностей и их поликомпозитных смесей» (ТУ 399-02067862-2015).
Ожидаемый экономический эффект от производства поликомпозитных пищевых добавок, получаемых из пряно-ароматического растительного сырья, составляет 448,3 руб. на 1 кг пищевой добавки, а от реализации обогащенных продуктов питания - от 11847,9 до 23486,5 руб. на 1 т готовой продукции.
1.6 Научные положения, выносимые на защиту. Теоретическое
обоснование выбора растительного сырья для получения поликомпозитных
пряно-ароматических пищевых добавок. Новые технологические режимы
вакуумной сушки пряно-ароматического сырья в ЭМП СВ и НЧ. Новые
7 технологические режимы поэтапного извлечения ценных компонентов из пряно-ароматического сырья диоксидом углерода в суб- и сверхкритическом состоянии. Поликомпозитные пряно-ароматические пищевые добавки, сбалансированные по химическому составу и предназначенные для обогащения продуктов питания.
1.7 Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертационная работа соответствует пунктам 3, 5 и 6 паспорта научной
специальности 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции
и виноградарства.
1.8 Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы были доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических
семинарах Института пищевой и перерабатывающей промышленности
КубГТУ (2013-2014 гг.), на международной научно-практической
конференции «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб- и
сверхкритической С02- обработки сельскохозяйственного сырья», (г.
Краснодар, 2010 г.), международной научно-технической интернет-
конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г.
Краснодар, 2011 г.), международной научно-технической интернет-
конференции «Инновационные технологии в мясной, молочной и рыбной
промышленности» (г. Краснодар, 2012 г.), международной научно-
технической интернет-конференции «Современные научные исследования и
инновации в области применения суб- и сверхкритических технологий» (г.
Краснодар, 2014 г.), международной научно-технической интернет-
конференции «Современные достижения в исследовании натуральных
пищевых добавок» (г. Краснодар, 2014 г.), международной научно-
практической конференции «Инновационные технологии переработки сырья
животного происхождения» (г. Краснодар, 2015 г.).
1.9 Публикации. Основные результаты выполненных исследований
опубликованы в 20 научных работах, в их числе 4 монографии, 4 статьи в
8 журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ, 11 тезисов докладов, получен патент РФ на изобретение.
1.10 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентно-информационной литературы, методического раздела, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения.
С02-экстракционные технологии извлечения компонентов из пряно-ароматического растительного сырья
Наиболее обширным и сегодня свободным является рынок С02 -экстрактов и обогащенных С02-экстрактами продуктов питания функциональной и лечебно-профилактической направленности. Потребность в С02 - экстрактах только мясной промышленности России оценивается в 20 тонн в год [30].
Сегодня свои потребности в С02 -экстрактах пищевые, фармацевтические и парфюмерно-косметические предприятия России удовлетворяют не полностью. Следует отметить, что импортные С02 -экстракты в Россию теперь не поставляются, а способы производства С02 -экстрактов считаются высокотехнологичными и составляют за рубежом коммерческую тайну, обладают режимной засекреченностью на предприятиях-производителях экстрактов (речь идет о новых или новейших производственных мощностях).
Трудами отечественных ученых и специалистов Пеховым А.В., Касьяновым Г.И., Кошевым Е.П., Латаным Н.Н. и другими, разработан наиболее эффективныйС02-экстракционный метод извлечения, концентрирования и разделения БАВ растительного сырья, освоенный в промышленных масштабах [30].
Более изучены докритические экстракционные системы, имеющие практическое значение в пищевой и косметической промышленности. Преимуществами жидкого диоксида углерода как растворителя является возможность препаративное разделение эфирных масел из-за их различной растворимости, практически полное удаление С02 из мисцеллы при снижении давления до атмосферного, химическая индифферентность СОг к различным соединениям (в отсутствии катализаторов), сравнительно низкая стоимость и доступность самого растворителя и химическое сродство с кислородсодержащими соединениями, с целью селективной экстракции [4,22].
Важным этапом работы является подбор технологического оборудования и обоснование особенностей извлечения ценных компонентов из растительного сырья диоксидом углерода в до - и сверхкритическом режимах экстракции. Анализируя факторы, влияющие на скорость процесса и глубину извлечения ценных компонентов из растительного сырья жидким СОг, Сагайдак Г.А. установила феномен эффекта так называемой «соэкстракции» [86].
Установлено, что на продолжительность процесса экстрагирования и увеличение выхода экстрактивных веществ существенно влияет добавление в экстракционную смесь высших спиртов. Однако, необходимость удаления из готового экстракта сорастворителей, снижает другие преимущества этого способа.
Рядом исследователей теоретически установлена и подтверждена на практике возможность использования в качестве сорастворителей углеводородных газов типа бутана, метана, этана, этилена, пропана и смеси бутан-пропан. При этом следовало учитывать совместимость сырья и возможность использования на практике купажных СОг-экстрактов. Изучалась возможность использования в качестве сорастворителей фенолэфиров и спиртов, входящих в состав пряно-ароматического сырья [86].
Промышленный выпуск С02-экстрактов организован в г. Краснодаре на предприятиях ООО «Компания Караван», ЗАО «Явента», в г. Томске на Сибирском заводе экстрактов и биотехнологий и на ряде предприятий Московской области. Анализ структуры затрат на производство С02-экстрактов показывает, что в их общей сумме на долю сырья приходится 35-40% и 60-65% на долю эксплуатационных затрат [94].
Для оценки эффективности работы перечисленных предприятий был выполнен сравнительный анализ их деятельности. Наиболее устойчивые экономические показатели имеет завод С02-экстрактов ООО «Компания Караван» [43]. Исходный материал обрабатывался методами математической статистики, в частности, методами многофакторного корреляционного анализа. Полученные результаты обработки типовых процессов легли в основу расчетов экономико-математических моделей процесса С02-экстракции и нахождения оптимальных режимов, сопровождаемых эффектом соэкстракции [47,48].
Режимы работы экстракционных предприятий задаются в зависимости от покомпонентного состава исходных пряностей и готового экстракта, а также, содержания экстрактивных веществ и сухого шрота. Чем ниже это соотношение, тем селективнее протекает процесс извлечения ценных компонентов. На рисунке 4 приведена схема С02-экстракционного модуля ООО «Компания Караван». Нами, совместно с научным руководителем, предложено усовершенствовать эту установку за счет ультразвуковой обработки сырья в экстракторе [47]. Это позволило сократить продолжительность процесса экстракции в 1,2- 1,5 раза.
Исследования, проведенные в лабораторных условиях на экспериментальном стенде, подтвердили, что режимы субкритической С02-экстракции во многом зависят от состава исходных смесей сырья, наличия в составе сырья высших спиртов и фенолов, температуры процесса, качества подготовки сырья и др.
Определение таких зависимостей проводилось с использованием экспериментально-статистических методов, основанных на математической обработке данных, полученных на экспериментальной лабораторной экстракционной установке. 1 -испаритель, 2,6 -вентили, 3 -указатель уровня, 4,13 - манометры, 5-конденсатор, 7-сборники СОг, 9 -компрессор, 10 -ресивер, 11 -коллектор,
Отбор информации предполагал регистрацию технологических параметров процесса экстрагирования компонентов из смеси сухого сырья, а активный эксперимент был основан на использовании искусственных возмущений (в частности, добавления сорастворителей), вводимых в объект по заданной схеме с использованием методологии наименьших квадратов.
С использованием эффекта парных взаимодействий определены зависимости и кривые распределения величин входных факторов и выходных параметров. Получены коэффициенты уравнений регрессии и получены уравнения, в которых каждый выходной параметр описывался линейным уравнением корреляционной зависимости от всех учитываемых существенных факторов.
Планирование эксперимента использовали для изучения и математического описания процессов С02-экстракции путем построения математических моделей (в форме уравнений регрессии) или соотношений, связывающих параметры значения факторов с откликами результатов эксперимента. Главным требованием, предъявляемым к планам факторного эксперимента, является оптимизация числа опытов, при которой можно получать достоверные оценки вычисляемых параметров.
Значительный объем исследований в области разработки теории и практики экстракционных процессов внесли участники, созданной при КубГТУ, научно-педагогической школы «Научные основы и практическая реализация обработки сельскохозяйственного сырья сжиженными и сжатыми газами». За истекший период участниками школы опубликованы важные сведения по практической и теоретической С02-экстракции [21,22,24-26].
Применение СОг-экстрактов и поликомпозитных пищевых добавок в пищевой промышленности
Плоды и семена необходимо собрать при полном их созревании. Подземную часть растения - корни, корневища, корне- и клубнеплоды заготавливают до наступления зимнего покоя, кору - в начале или конце сезона активной вегетации.
Ввиду того, что целевые компоненты большинства из перерабатываемых растений являются термо- и оксилабильными, подготовка сырья к промпереработке представляет очень ответственный момент.
Экстракция жидким диоксидом углерода по действующей технологии требует низкого влагосодержания в сырье, этого же требуют и условия даже краткосрочного хранения растительного сырья. Общеизвестно, что при влажности растений выше 14 % начинаются процессы активного развития плесеней, забраживания, гниения.
Свежеу бранное сырье подвергается сушке. В зависимости от количества в партии сырья и условий заготовки сушку проводят в естественных условиях на стеллажах или поддонах в тени при естественном вентилировании и периодическом легком перемешивании массы сырья. В промышленных условиях сушку производят в сушилках камерного или конвейерного типа. Процесс сушки сырья обеспечивается за счет вентилирования горячего воздуха через движущийся или неподвижный слой сырья. Температура греющего агента при сушке пряно-ароматического, лекарственного или витаминного растительного сырья не должна превышать 80 С. Однако, существуют сушилки, в которых при подвижном слое в псевдоожиженном режиме кратковременное нагревание сырья осуществляется при температуре до 300 С.
Принимая во внимание особенности химического состава интересующих конечных продуктов промышленной переработки вышеназванного сырья всегда предпочтительно принимать для его сушки самые щадящие режимы.
Вторым, но не менее важным условием сушки сырья является минимальное травмирование клеток, так как последнее приводит к значительным потерям летучих веществ, окислению оксилабильных соединений. Так плоды, семена, цветки, мелкие растения, небольшие корневища предпочтительнее не измельчать вообще. Крупные растения, а также корни и корневища можно измельчить на части, удобные для сушки и последующего хранения.
Следует отметить, что как показали проведенные в КНИИХП многочисленные исследования, оптимальной для последующей промпереработки влажностью сырья является 8-11 %. Как уже отмечалось, остаточная влажность более 14 % приводит к порче сырья при хранении, а остаточная влажность менее 6-7 % делает сырье хрупким, что в свою очередь приводит к большим потерям сырья при предэкстракционном измельчении и хранении. При этом та часть сырья, которая в виде пыли попадает в экстрактор нормально не может экстрагироваться, а создает так называемые застойные зоны вследствие отсутствия дренирующей структуры.
Высушенное, предварительно грубоизмельченное сырье необходимо транспортировать какое-то время и хранить до переработки.
Затаривание каждого вида сырья после сушки производят в соответствии с его физическими размерами и состоянием. Семена, плоды, цветы упаковывают в мешки, траву - в тюки, корни и корневища - в мешки или короба.
Подготовка пряного сырья к СОг-экстракции требует предварительного удаления большей части влаги из сырья. В основном сырье на С02-экстракцию поступает в сухом виде и технологи не могут влиять на качество предварительной сушки. Но от режимов сушки сырья во многом зависит и качествоС02-экстрактов.
Кратковременная вакуумная СВЧ-сушка пряно-ароматического сырья с наложением электромагнитного поля низкой частоты позволяет продлить сроки хранения сырья и стабилизировать содержание ценных компонентов. Изображенная на рисунке 19 СВЧ-сушилка типа «Родник» позволяет сушить термолабильные продукты при температуре 30-50С.
СВЧ-сушилка Комбинированная микроволновая и вакуумная сушка проводится сравнительно быстро и при отсутствии кислорода воздуха позволяет получать не окисленный пищевой продукт. В воде высокие диэлектрические потери. Физический смысл описываемого процесса комбинированной сушки заключается в том, что большая разница величины диэлектрической проницаемости влаги (81) и сухого продукта (3) способствует тому, что наиболее сильное энергопотребление происходит в наиболее влажной части растительной клетки. При этом влажность всего сырья автоматически выравнивается.
Разработка установки для вакуумной СВЧ-сушки пряно-ароматического растительного сырья Предлагается технологический способ СВЧ-сушки пряно-ароматического сырья и устройство для его осуществления (рисунок 20). 1,5,12 - барабанные прессующие вальцы; 2 - загрузочный бункер; 3,6 - генератор ЭМП СВЧ; 4,7 - вытяжка;8,13 - фторопластовые пористые транспортерные ленты; 9,14 -подача инертного газа; 10,15 - генератор ЭМП НЧ; 11 - скребок; 16 - приемный бункер Рисунок 20 - Установка для вакуумной СВЧ-сушки пряного сырья Сушка растительного пряно-ароматического сырья с технологической точки зрения - процесс удаления (обезвоживания) жидкости из поступающего для экстракции материала.
Поступающее пряно-ароматическое растительное сырье содержит, как правило, 30-40%, а высушенное (оптимальное для процесса экстракции) - 10-15% влаги.
Существенным отличием разработанной с участием автора сушильной установки является способ обработки высушиваемой массы электромагнитным полем низкой частоты в диапазоне от 18 до 80 Гц. Этот технологический прием позволяет сократить продолжительность сушки пряностей практически в 1,5 раза.
На основании ранее полученных экспериментальных данных нами предложено проводить извлечение ценных компонентов из индивидуальных образцов сырья и их смеси. Этот технологический прием позволяет повысить общий выход экстрактивных веществ в 1,2-1,5 раза за счет эффекта соэкстракции. Установлено, что в первый период С02-экстракции (10-15 мин.) из сырья извлекаются легколетучие компоненты с небольшой молекулярной массой, преимущественно фенолоподобного типа. Появившись в С02-мисцелле, эти вещества начинают играть роль сорастворителя, позволяя дополнительно извлекать жироподобные вещества.
В лаборатории экстракционного завода ООО «Компания Караван» (г. Краснодар) подготовлены модельные смеси растительного сырья. В состав первой рецептуры поликомпозитной пряно-ароматической пищевой добавки (ППД) входят С02-экстракты из пряно-ароматического сырья, выращиваемого во Вьетнаме, Индии и Китае: авраамово дерево (1), базилик китайский (2), имбирь китайский (1), кориандр вьетнамский (1), лавр индийский (1), перец мелегетта (2), тмин индийский (1). Смесь С02-экстрактов из перечисленных видов сырья вносится в пищевые продукты в растворе оливкового масла.
Теоретическое обоснование усовершенствованной технологии переработки пряно-ароматического сырья
Углубленный анализ состава поликомпозитной пряно-ароматической пищевой добавки показал наличие ценных природных соединений, это терпеноиды, жирорастворимые витамины и провитамины, красящие вещества (в основном каротин и хлорофилл), неомыляемые вещества, карбонильные соединения, стерины и фенолы. Установлено, что массовая доля компонентов зависит от сорта пряно-ароматического сырья, времени заготовки и от условий хранения
Сумма 4595192 96600 Как видно из данных таблицы 17 в липидном составе поликомпозитной пряно-ароматической пищевой добавки идентифицированы ароматические и воскоподобные вещества, диглицериды, жирные кислоты, моноглицериды, органические кислоты, триацилглицериды и фосфолипиды.
Липидный состав поликомпозитных пряно-ароматических пищевых добавок (ППД) представлен классическими компонентами: свободными жирными кислотами, фосфолипидами, красящими веществами (в основном каротином, хлорофиллом), неомыляемыми и воскоподобными веществами. Установлено, что массовая доля компонентов зависит от сорта пряности, времени заготовки и от условий хранения.
Таким образом, по результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Полученные образцы ППД из растительного пряно-ароматического сырья содержат эфирное масло в диапазоне 7-15 %, жирное масло от 5 до 14 %, влажность 2-3 %. 2. Анализ полученных ППД показал, что легколетучая эфирная часть экстрактов представлена а- и Р-пиненом, линалоолом, перилкетоном, цинеолом, тимолом и другими соединениями. Спектры представленных экстрактов подтверждают большое количество биологически активных веществ. 3. Исследование состава ППД, полученных суб- и сверхкритическим экстракционным способом показывает целесообразность извлечения экстрактов из листьев и корневищ в режиме субкритики, а из семян и плодов с высоким содержанием жирных масел - сверхкритическим способом. 4. Анализ химического состава С02-шротов из семян и плодов пряностей показал целесообразность применения их в качестве белково углеводных добавок в мясные и рыбные продукты.
Предложен способ иммобилизации С02-мисцеллы пряно-ароматических и лекарственных растений на пшеничной и ржаной муке для производства пищевых добавок и определены факторы, влияющие на процесс. Оптимизировали такие параметры процесса, как концентрация ароматических и вкусовых частиц на поверхности частичек муки при иммобилизации.
Следующий этап исследований связан с характеристикой физико-химических свойств иммобилизованных компонентов на поверхности С02 шрота семян тыквы. Были выбраны оптимальные параметры иммобилизации: величину сорбции, константу сорбции, изменение энтальпии и изобарно-изотермического потенциала.
На основании проведенных исследований разрабатывали технологию получения иммобилизованных на хлебопекарной муке пряно-вкусовых веществ, для использования в хлебопечении и кондитерском производстве.
Некоторую часть муки (входящую в рецептуру изделий) загружают в герметичный аппарат и обрабатывают С02-мисцеллой пряно-ароматических или лекарственных растений.
В экстрактор 5 загружают предварительно подготовленное пряно ароматическое сырье, заливают жидким СОг и экстрагируют ценные компоненты. Полученную мисцеллу направляют в герметичный реактор 1, в котором находится пшеничная или ржаная мука. Благодаря высокой проникающей способности С02-мисцеллы, мука мгновенно и равномерно пропитывается ароматическими и вкусовыми веществами. Затем давление в реакторе 1 сбрасывается до атмосферного и газообразный диоксид углерода направляется в конденсатор 2, где он вновь переходит в жидкую фазу.
Побочным, но очень важным эффектом предложенного способа ароматизации муки является удаление нежелательной микрофлоры муки за счет С02-обработки, что происходит за счет уменьшения величины рН от 6,0 до 4,0 и резкого сброса давления в реакторе от 5 МПа до атмосферного.
Такая организация процесса позволяет снизить на один порядок микробиологическую обсемененность муки.
Полученные экспериментальные данные позволили разработать технологическую схему получения иммобилизованной на поверхности муки СОг-мисцеллы аниса, базилика, корицы, кориандра, тмина для использования в различных процессах хлебопекарного и кондитерского производства.
Изучение антимикробной активности поликомпозитных смесей проводили методом серийных разведений с учетом предпочтений каждого микроорганизма к питательной среде с дальнейшим высевом на питательную среду. Например, для энтеробактерий использовали агар Эндо, а для микробов кокковой флоры - среду Чистовича.
Исследуемую аликвоту С02-экстрактов разводили в бульоне Хоттингера в двукратноубывающей концентрации с 1/2 до 1/512. В каждое разведение добавляли по 0,2 мл 1 тыс. микробных клеток (по стандарту мутности). Инкубировали в течение 2 ч в термостате, затем проводили высев на твердые питательные среды. Определялась полная задержка роста микроорганизмов по сравнению с контролем.
Для изучения антимикробной активности СОг-экстрактов использовалась способность компонентов экстрактов диффундировать в агар и подавлять росттест-культур микроба. Активность изучаемых СОг-экстрактов по отношению к патогенным микроорганизмам проводили в чашках Петри с плоским дном, в которые наливали по 15 мл расплавленной питательной среды - агара. Затем в чашки помещали 1-2 мл взвеси микроорганизма, просверливали колодцы, которые заполняли образцами экстрактов и для контроля - только растворителем. Чашки термостатировали и оценивали зону задержки роста микробов вокруг «колодца» и диаметр самого «колодца». Чувствительность микроорганизмов к конкретному экстракту определяли по диаметру зоны задержки роста микробов: 10 мм -умеренная, если больше 10 мм - то высокая чувствительность микроорганизма к данной концентрации экстракта.
Всего для изучения антимикробной активности было взято 5 культур, являющихся характерными для растительно-животных консервированных продуктов (таблица 18). В таблице 18 приведены данные антимикробной активности смеси С02-экстрактов в мм задержки роста в чашках Петри.
Из представленных в таблице 18 данных видно, чтоСОг-экстракты обладают активностью как к патогенным, так и условно-патогенным микроорганизмам, и зависит от вида штамма.
Анализируя экспериментальные данные можно заключить, что разработанная автором поликомпозитная смесь С02-экстрактов имеет широкий спектр антимикробной активности даже в сверхмалых концентрациях. Таблица 18 - Антимикробная активность смеси С02-экстрактов из поликомпозитной смеси № Наименование микроорганизмов Дозировка, %
Разработка нового ассортимента пряно-ароматических поликомпозитных пищевых добавок
СОг-экстракты фасуют в металлические банки по ГОСТ 5981 из белой жести с вкладышем из полиэтиленовой пленки по ГОСТ 10354 из базовых марок полиэтилена ГОСТ 16337.
Допускается фасование в банки из полимерных материалов по действующей нормативной документации (из ПЭВД ГОСТ 1637, ПЭВД ГОСТ 16338 или их смесей ТУ 6-05-1870-79).
Допускается фасование в стеклянные банки по ГОСТ5717, вместимостью не более 3 дм , по согласованию с потребителем.
Каждая единица упаковки экстракта должна иметь воздушное пространство не менее 3% емкости тары. Металлические банки с экстрактом укупоривают плотно прилегающим кружком жести, который припаивают к крышке или горловине по всей окружности.
Стеклянные банки укупоривают металлическими лакированными крышками. Банки металлические, стеклянные или из полимерных материалов упаковывают в ящики по ГОСТ 13358. В качестве прокладок используют сухие прокладочные материалы: стружки, опилки, солому, лигнин. При отгрузке мелких партий допускается упаковка в посылочные ящики. Допускается использовать многооборотные ящики по ГОСТ 11354.
Приемку экстрактов проводят партиями. Партией считают количество экстракта, изготовленное одним предприятием, предназначенное к единовременной отправке потребителю и оформленное одним документом о качестве.
Для контроля качества продукции от партии отбирают выборку методом случайного отбора по ГОСТ 30145.
Партию продукции принимают, если средняя проба соответствует требованиям настоящих технических условий.
При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей, по этому показателю проводят повторное испытание на удвоенном количестве образцов выборки, взятых от той же партии экстракта. Результаты повторных испытаний являются окончательными.
Партию экстракта бракуют, если показатели качества не удовлетворяют хотя бы одному из показателей требованиям, установленным настоящими техническими условиями и возвращают в производство для доработки.
Контроль за содержанием токсичных элементов осуществляют в соответствии с порядком, установленным производителем продукции по согласованию с органами Госсанэпиднадзора.
Цвет экстрактов определяют просмотром пробы в количестве 10-20 г, приготовленной в соотношении 1:1с органическим растворителем (толуол, гексан, спирт этиловый) и помещенной в стакан из бесцветного стекла, вместимостью 100 мл, диаметром 134 мм, высотой не более 90 мм. Стакан устанавливают на листе белой бумаги и окраску просматривают в проходящем или отраженном свете.
Внешний вид экстракта определяют просмотром пробы, нанесенной на лист белой бумаги тонким слоем до 1 мм при естественном освещении.
Запах экстракта определяют на полоске плотной бумаги размером 10x100 мм, смоченной на 1/6 погружением в экстракт или нанесением тонкого слоя экстракта до 1 мм на полоску бумаги. Запах проверяют периодически в течение 15 мин. Определение показателя преломления. Определение показателя преломления производят по ГОСТ 14618.10. Определение показателя преломления вязких, желеобразных и темно окрашенных экстрактов производят в растворе экстракта в органическом растворителе. Для проведения анализа приготавливают 1%-ный раствор экстракта (в хлороформе по ГОСТ 20015, в толуоле по ГОСТ 5789 или в этиловом спирте по ГОСТ 5962) и проводят определение показателя преломления по ГОСТ 14618.10, раздел 4. Показатель преломления экстракта (ПД) рассчитывают по формуле: Пд= 100-Я2-(100д)-Я1 где а - массовая доля экстракта в растворе, %; П2 - показатель преломления раствора; Ш - показатель преломления растворителя. За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,002.
Определение плотности экстрактов. Определение плотности СОг-экстрактов проводят по ГОСТ 14618.10. 6.7 Определение растворимости в растительном масле. 6.7.1 Применяемая аппаратура и реактивы:
В коническую колбу (с притертой пробкой) берут навеску экстракта хмеля (1,2... 1,5 г), результат взвешивания в граммах записывают с точностью до четвертого десятичного знака.
Затем экстракт количественно переводят в делительную воронку 15 см этилового спирта, добавляют отмеренные пипетками (с помощью аспиратора) 40 см петролейного эфира. 30 см 1%-ного водного раствора хлористого натрия и 10 см 0,1 моль/дм раствора соляной кислоты (необходимо строго соблюдать последовательность введения растворов: спирт - петролейный эфир - соль - кислота и после добавления каждого раствора смесь энергично перемешивают).
Делительную воронку энергично встряхивают в течение 2 мин. Образующееся при этом внутри воронки давление устраняют, переворачивая ее пробкой вниз (пробку придерживают рукой) и медленно открывая кран. Затем воронку оставляют на 1 ч в покое для разделения фаз. Верхний слой, полученный после разделения фаз, представляет собой экстракт горьких веществ в петролейном эфире и используется в качестве исходного раствора при определении кондуктометрической величины горечи.
Из исходного раствора (петролейной фазы) отбирают пипеткой 10см , переносят в стеклянный стакан емкостью 100 см . добавляют 40 см 5%-ного спиртового раствора глицерина и опускают якорь магнитной мешалки. Стакан вставляют в гнездо магнитной мешалки, на штативе которой закрепляют микробюретку с раствором уксуснокислого свинца.
Перед началом титрования в стакан опускают датчик прибора ПАК - 1, включающий мешалку, определяют нулевую точку (устанавливают стрелку прибора на отметке 20миллиампер) и начинают титрование.
Раствор уксуснокислого свинца приливают по 0,1...0,2 см (при постоянном перемешивании титруемого раствора) и после каждой порции записывают показания миллиамперметра. Как только сила ток начинает значительно увеличиваться, приливают еще 4...5 порций уксуснокислого свинца.
По полученным данным значений силы тока строят график титрования. На оси абсцисс откладывают объем раствора уксуснокислого свинца, израсходованного на титрова-ние (см ), а на оси ординат - силу тока, проходящего через раствор (МА). Точки соединяют прямыми линиями. Из точки пересечения прямых опускают перпендикуляр на ось абсцисс и находят точку эквивалентности «а», соответствующую количеству уксуснокислого свинца, израсходованного на титрование гумулона и продуктов его окисления, обладающих горечью.