Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 8
1.1 Виноградные косточки - как источник ценного растительного масла 8
1.2 Современные технологии переработки виноградной косточки 10
1.3 Изучение технологий рафинации виноградных масел 13
1.4 Разработка лекарственных и косметических средств на основе продуктов переработки виноградной косточки 16
Инструментальные методы анализа сырья и готовой продукции 20
2.2 Методы измельчения масличного сырья 22
2.2.1 Мельница размола сухих растительных продуктов МРП -1 22
2.3 Методы извлечения экстрактивных веществ 26
2.4 Методы изучения липидного состава экстрактов виноградной косточки 31
2.4.1 Высокоэффективная тонкослойная хроматография 31
2.4.2 Газожидкостная хроматография 31
2.5 Лабораторная технология сорбционно-щелочной рафинации 33
3 Экспериментальная часть 37
3.1 Сравнительное исследование липидного комплекса масел косточек винограда 37
3.2 Оптимизация условий измельчения виноградной косточки 47
3.4 Разработка сорбционной технологии рафинации виноградных масел используемых в косметических продуктах 57
3.5 Разработка рецептуры косметического крема с использованием виноградного масла 60
3.6 Оценка окислительной стойкости жировой фазы крема 71
3.7 Исследование показателей качества солнцезащитного крема 73
4 Экономическая часть 74
4.1 Расчет производственной мощности и производственной программы 74
4.4 Расчет численности персонала и фонда оплаты труда 80
4.6 Расчет себестоимости и цены продукции 84
4.7 Расчет показателей, характеризующих эффективность производства 87
Список используемой литературы
- Современные технологии переработки виноградной косточки
- Разработка лекарственных и косметических средств на основе продуктов переработки виноградной косточки
- Мельница размола сухих растительных продуктов МРП -1
- Разработка сорбционной технологии рафинации виноградных масел используемых в косметических продуктах
Современные технологии переработки виноградной косточки
Известные технологии рафинации виноградных масел не позволяют получить масла высокого качества и одновременно устойчивых к окислению в процессе хранения. Качественные показатели существующих виноградных масел снижают их потребительские свойства, а, следовательно, и функциональные свойства.
Рафинация объединяет процессы, направленные на выведение из масел сопутствующих веществ и примесей. [69] Различное качество масел поступающих на рафинацию и требование, предъявляемые к конечному продукту, определяют отдельные стадии рафинации или их сочетание. Свободные жирные кислоты и фосфолипиды являются одними из основных сопутствующих веществ нерафинированных масел. Присутствие их в растительных маслах являются следствием незавершенности синтеза триацилглицеринов, либо процесса гидролитического расщепления триацилглицеринов во время хранения и технологических операциях их переработки [75]. Состав свободных жирных кислот мало отличается от состава их в триглицеридах.
Содержание свободных жирных кислот в виноградных маслах колеблется в широких пределах и зависит не столько от степени зрелости семян, сколько от технологии переработки виноградной ягоды.
Особое внимание в виноградном масле необходимо обратить на присутствие красящих веществ, представленных пигментами группы хлорофиллов. Существующие технологии рафинации направлены на максимальное удаление свободных жирных кислот и сопутствующих веществ. Технология удаления свободных жирных кислот должна удовлетворять следующим требованиям: - обеспечение оптимального взаимодействия свободных жирных кислот с реагентом для нейтрализации; - обеспечение наибольшей скорости нейтрализации; - способности быстрого и полного разделения образовавшихся фаз; - обеспечение максимального выхода нейтрализованного масла. На практике технологии удаление свободных жирных кислот можно разделить на группы: - физико-химические методы, основанные на химической реакции нейтрализации свободных жирных кисло со щелочными реагентами; - физико-химические методы, основанные на удалении свободных жирных кислот методом дистилляции; - сороция.
Нейтрализация растворами щелочи наиболее распространенный метод выведения свободных жирных кислот. Эффективность процесса зависит от качества масла поступающего на рафинацию, то есть от кислотного числа, массовой доли фосфолипидов, красящих веществ, восков и других веществ.
Величина отходов, образующихся на стадии нейтрализации является основной составляющей суммы отходов всего рафинационного производства. В общем случае отходы включают общий жир соапстока, состоящий из свободных жирных кислот и жирных кислот омыленного жира, сопутствующих веществ и нейтрального жира. Стремление снизить отходы и потери на стадии нейтрализации являются основным фактором в совершенствовании технологии рафинации.
Наличие в маслах сопутствующих липидов: фосфолипидов, красящих веществ и других веществ значительно повышает содержание нейтрального жира в соапстоке.
Известен способ сорбционной очистки нерафинированных растительных масел с помощью сорбентов [62].Способ включает введение в масло суспензии из отбельной земли и части масла, тщательное перемешивание в течение 28-32 мин, выдержку при температуре 25-30 С в течение 70-72 ч и декантацию. Причем количество используемой отбельной земли пропорционально величине объемного отстоя исходного масла и составляет 0,5-2,0 % от массы обрабатываемого масла. Способ позволяет получить продукт с пониженным содержанием с нем продуктов окисления, фосфолипидов, восков и свободных жирных кислот. Существенным недостатком данного способа для подготовки виноградного масла к применению его в косметических продуктах является выведение воскоподобных веществ, являющихся ценным компонентом для косметических средств, а также увеличение количества отходов и потерь нейтрального жира.
Поэтому в данной работе будет поставлена работа по разработке технологии получения виноградного масла и его подготовки к применению в качестве жирового сырья в косметических продуктах. 1.4 Разработка лекарственных и косметических средств на основе продуктов переработки виноградной косточки Многими авторами[7,8,10,] проводились работы по разработке рецептур и технологий производства косметических продуктов с применением экстрактов винограда.
Эмульсионным кремам и бальзамам для губ авторами предложено придание функциональных свойств за счет введения в состав экстрактов полученных из целых ягод винограда. Наличие в мякоти винограда большого количества витамина С позволило создавать косметические продукты более длительного срока хранения. Полученные экстракты из винограда обладают высокими антиоксидантными свойствами. Кожица, мякоть и косточки в целых ягодах винограда сорта Изабелла имеет максимальное содержание: в мякоти витамина С и органических кислот, в кожице и косточке -полифенолов. Для получения продуктов виноградного сырья авторы используют 70%-ный раствор глицерина. Использование экстрактов винограда в составе косметического крема способствует повышению упругости кожи но не влияют на ее увлажняемость. Включение экстрактов целых ягод винограда в рецептуру косметического крема не только обеспечивает хорошие функциональные свойства, но и положительно сказывается на устойчивости готового продукта к окислению. Включение экстрактов увеличивает срок годности косметических продуктов на 25 %. Предложенные образцы крема и бальзама для губ приведены в таблицах 2 и 3.
Разработка лекарственных и косметических средств на основе продуктов переработки виноградной косточки
Изучены образцы виноградной косточки, выращиваемых сортов винограда в Краснодарском крае: Бьянко, Рислинг, Совиньон, Мускат цветочный. Массовая доля влаги и сумма экстрактивных веществ в виноградных косточках изучаемых сортов, приведены в таблице 6.
Извлечение липидного комплекса проводилось методом отжима, экстракцией легколетучим органическим растворителем и жидким диоксидом углерода.
СОг-экстракт виноградных косточек представляет собой маслянистую прозрачную жидкость желтовато-зеленоватого цвета с приятным запахом и горьковатым привкусом. Масло, полученное исчерпывающей экстракцией диэтиловым эфиром, представляет собой маслянистую жидкость зеленоватого цвета, так же с приятным запахом и горьковатым привкусом. Масло, полученное методом холодного отжима на лабораторном гидравлическом прессе при усилии сжатия 100 kN/см и времени выдерживания 15 мин., представляет собой маслянистую жидкость желтоватого цвета с приятным запахом и пикантным вкусом. Масла, полученные прессовым способом, экстракцией диэтиловым эфиром и СО2-экстракт были проанализированы методом тонкослойной хроматографии.
Результаты исследования компонентного состава экстрактов приведены на рисунках 9,10,11. На рисунке 9 представлен липидный состав СО2-экстракта виноградной косточки. На рисунке 10 представлен липидный состав виноградного масла выделенного механическим отжимом. На рисунке 11 представлен Липидный состав экстракционного виноградного масла выделенного исчерпывающей экстракцией диэтиловым эфиром
Выход и качественные показатели виноградного масла в зависимости от способа его получения представлены в таблице 7. Как видно из таблицы 7, СОг-экстракт извлекает наибольшее количество БАВ, по сравнению с экстракцией органическим растворителем, а самое максимальное содержание триацилглицеридов содержит прессовое масло. Жирно-кислотный состав определялся методом газо-жидкостной хроматографии по методике, описанной в пункте 2.4.2. Результаты определения жирных кислот виноградного мала сорта Бьянко представлены на рисунке 12. Из таблицы 8видно, что преобладающими в составе жирными кислотами являются: стеариновая и пальмитиновая из насыщенных, линолевая и олеиновая из ненасыщенных. Независимо от сорта винограда в масле виноградной косточки максимальное содержание приходится на линолевую кислоту. Исследования показали, что состав липидного комплекса зависит от способа получения масла и от сорта винограда.
Максимальный выход масла при всех способах его получение зависит от измельчения сырья и вскрытия клеток. Поэтому в работе изучали процессы одностадийного (классический) и двухстадийного измельчения виноградной косточки. На первой стадии измельчение проводили с получением крупки, а на второй стадии вальцевание. Задачей являлось полное разрушение целых косточек с минимальным содержанием мелкой фракции. Для исследования предварительного измельчения процесс проводили с применением метода удара на молотковой дробилке, скалывания на двухдисковом дезинтеграторе, разрезание и скалывание на конусной рифленой мельнице, а процесс вальцевание на 4-х валковом станке. Результаты предварительного измельчения приведены в таблице 9.
Изучение влияния способа измельчение виноградной косточки на размер получаемой мятки проводили методом микроскопирования и денситометрирования полученных снимков. На рисунка16 и 17приведены изображения частиц измельченной мятка прямого лепесткования на вальцевом станке и лепесток предварительно измельченной виноградной косточки.
Из полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что метод совмещенного разрушения резание-скалывание обеспечивает оптимальную предварительную подготовку виноградной косточки по составу крупки: минимум мелкой фракции и максимум фракции, необходимой для лепесткования.
Мельница размола сухих растительных продуктов МРП -1
Полученное по разработанной технологии виноградное масло имеет более низкое содержание фосфолипидов, свободных жирных кислот и хлорофиллов, а содержание токоферолов выше. Обработка мятки электролитом способствует снижению содержания в масле продуктов окисления, что подтверждает снижением анизидинового числа и общего числа окисления.
Задачей разработанной технологии является повышение качества растительных масел для применения их в косметических средствах путем совмещения процесса сорбции и нейтрализации. Техническим результатом является снижение содержания фосфолипидов, массовой доли хлорофиллов (т.е. снизить цветное число), свободных жирных кислот (т.е. снизить кислотное число), перекисей и гидроперекисей (т.е. снизить анизидиновое число и общую окисленность), но при этом в масле сохранить воски и обеспечить максимальный выход триацилглицеридов. Технический результат достигается тем, что в способе сорбционно-щелочной рафинации масел, включающем введение в масло отбельной глины, выдерживание, разделение фаз, перед внесением сорбента масло нагревают до температуры 90-95 С, выдержку осуществляют при остаточном давлении 0,2x10" МПа, в течение времени от 35 до 50 минут, а отбельную глину, предварительно обработанную 25% спиртовым раствором щелочи в количестве 5-25% к отбельной глине с последующим удалением спирта высушиванием, используют в количестве от 1 до 3% к маслу, а разделение проводят методом фильтрации.
Механизм процесса сорбционно-щелочной рафинации принципиально отличается от общепринятого тем, что реакция нейтрализации свободных жирных кислот происходит на границе раздела фаз твердое тело/жидкость, что позволяет: снизить содержание свободных жирных кислот и других нежелательных сопутствующих веществ; - сократить потери нейтрального жира и ценной фракции восков; - сохранить уникальные свойства масла и обеспечить его высокое качество, как ингредиента жировой фазы косметических средств, что достигается посредством снижения кислотного и цветного чисел.
В качестве сорбента в сорбционно-щелочной рафинации используют отбельную глину. Наиболее широкое и разностороннее применение в масложировой отрасли нашли бентонитовые глины серии Filtrol. Основные марки отбельных земель предназначены для адсорбционной очистки масел после этапов рафинации. Кальциевые бентониты серии Filtrol имеют среднюю маслоемкость 30 %, влажность 15-16 %, и насыпную массу 510 п лг\ /3 740 кг/м . Подготовка отбельной земли проводится следующим способом - земля предварительно обрабатывается спиртовым раствором гидроксида натрия в количестве 5-25% по отношению к исходному маслу, с последующим испарением этилового спирта методом нагревания. Обработку масла адсорбентом ведут при температуре 90-95С в течение 35-50 минут под вакуумом 0,2x10-3 МПа при постоянном перемешивании. Сорбент отделяли от масла механической фильтрацией. Основные результаты сорбционно-щелочной рафинации виноградного масла в сравнение с классической рафинацией приведены в таблице 16.
Достоинством данного способа является соединение процессов щелочной нейтрализации с сорбцией, что позволяет регулировать количественный состав компонентов, изменяя соотношение отбельной глины и щелочи, растительных масел: фосфолипиды, триацилглицериды, воски, свободные жирные кислоты, хлорофиллы, продукты окисления. 3.5 Разработка рецептуры косметического крема с использованием виноградного масла
Задачей данного этапа являлось создание эффективного и безопасного солнцезащитного крема для защиты кожи лица и тела от неблагоприятного воздействия солнечных лучей с повышенной окислительной стойкостью. Рецептуры солнцезащитного крема приведены в таблице 17. Оптимизация компонентов проводилась с использованием симплекс решетчатого плана Шеффе. Факторами, подлежащими оптимизации, были выбраны: - Xi-массовая доля виноградного масла; Х2 - массовая доля оливкового масла; Х3 -массовая доля природного антиоксиданта - витамина Е и Х4 - глицерин. В качестве функций отклика выбраны показатели: Yi-показатель влажности кожи, uS; Y2-эластичность кожи, мРа и Уз - цвет кожи, CIELxAxB.
Разработка сорбционной технологии рафинации виноградных масел используемых в косметических продуктах
Принцип дифференциации предполагает разделение производственного процесса на отдельные технологические процессы, которые в свою очередь подразделяются на операции, переходы, приемы и движения. При этом анализ особенностей каждого элемента позволяет выбрать наилучшие условия для его осуществления, обеспечивающие минимизацию суммарных затрат ресурсов всех видов. Так, поточное производство многие годы развивалось за счет все более глубокой дифференциации технологических процессов. изготавливают продукцию ограниченной номенклатуры и отличаются особым производственным процессом.
Принцип пропорциональности предполагает равную пропускную способность всех производственных подразделений, выполняющих основные, вспомогательные и обслуживающие процессы. Нарушение этого принципа приводит к возникновению «узких» мест в производстве или, наоборот, к неполной загрузке отдельных рабочих мест, участков, цехов, к снижению эффективности функционирования всего предприятия. Поэтому для обеспечения пропорциональности проводятся расчеты производственной мощности, как по стадиям производства, так и по группам оборудования и производственным площадям.
Принцип непрерывности предусматривает, чтобы рабочий трудился без простоев, оборудование работало без перерывов, предметы труда не пролеживали на рабочих местах. Наиболее полно этот принцип проявляется в массовом или крупносерийном производствах при организации поточных методов производства, в частности, при организации одно- и многопредметных непрерывно-поточных технологических линий. Он обеспечивает сокращение цикла изготовления изделия и тем самым способствует интенсификации производства.
Принцип ритмичности обеспечивает выпуск одинаковых или возрастающих объемов продукции за равные периоды и, соответственно, повторение через эти периоды производственного процесса на всех его стадиях и операциях.
Принцип автоматичности предполагает максимальное выполнение операций производственного процесса автоматически, то есть без непосредственного участия в нем рабочего либо под его наблюдением и контролем. Особенно важна автоматизация обслуживающих процессов. Автоматизированные транспортные средства и склады не только выполняют функции по передаче и хранению объектов производства, но и могут регламентировать ритм всего производства. Принцип гибкости обеспечивает эффективную организацию работ, дает возможность мобильно переходить к выпуску другой продукции, входящей в производственную программу предприятия, или выпуску новой продукции при освоении ее производства. Он обеспечивает сокращение времени и затрат на переналадку оборудования при выпуске деталей и изделий широкой номенклатуры.
Принцип оптимальности состоит в том, что выполнение всех процессов по выпуску продукции в заданном количестве и в заданные сроки осуществляется с наибольшей экономической эффективностью или с наименьшими затратами трудовых и материальных ресурсов. Оптимальность обусловлена законом экономии времени.
Принцип профилактики предполагает организацию обслуживания оборудования, направленную на предотвращение аварий и простоев технических систем. Это достигается с помощью системы планово-предупредительных ремонтов (ППР).
Принцип электронизации обусловливает широкое использование возможностей числового программного управления, основанных на применении микропроцессорной техники, что позволяет создавать принципиально новые системы машин, сочетающие высокую производительность с требованиями гибкости производственных процессов. С помощью ЭВМ и промышленных роботов, обладающих искусственным интеллектом, можно выполнять самые сложные функции в производстве без участия в нем человека.
Принцип стандартизации предполагает широкое использование стандартизации, унификации, типизации и нормализации при создании и освоении новой техники и новой технологии, что позволяет избегать необоснованного многообразия в материалах, оборудовании, технологических процессах и резко сократить продолжительность цикла создания и освоения новой техники (СОНТ).