CC BY
1А.Г. Хантургаев, канд. техн. наук, доц., e-mail: aavn@mail.ru Т.И. Котова, канд. техн. наук, доц. e-mail: tatianakotova74@mail.ru Г.И. Хараев, д-р техн. наук, доц.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 664.3.033
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАВЛЕНИЯ ЖИВИЦЫ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
В статье приведены результаты изучения параметров, влияющих на процесс плавления кедровой живицы в электромагнитном поле сверхвысоких частот: температуры плавления, удельной СВЧ-мощности, продолжительности процесса. Установлены оптимальные параметры процесса плавления кедровой живицы в электромагнитном поле сверхвысоких частот: температура 70-80 С, СВЧ-мощность 500-700 Вт, время плавления 5-7 мин. Продукт получился с высокими органолептическими показателями - натуральный вкус и запах, свойственные виду используемой сырой живицы. Химический состав кедровой живицы после плавления в ЭМП СВЧ, характеризовался высоким содержанием смоляных кислот и монотерпенов, что свидетельствует о положительном влиянии ЭМП СВЧ на качественные характеристики кедровой жевательной смолки.
На основе полученных данных была разработана технология плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ для получения кедровой смолки. Разработанная технология успешно прошла производственную апробацию в ООО «МИП «БайкалЭкоПродукт» при Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления. На разработанную технологию получен патент на изобретение «Способ производства жевательной композиции на основе живицы».
Ключевые слова: живица, оптимальные параметры, электромагнитное поле сверхвысоких частот, плавление, температура плавления, удельная СВЧ-мощность, продолжительность процесса, органолептические показатели, химический состав.
A.G. ^anturgaev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
T.I. Kotova, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
G.I. Kharaev, Dr. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
THE STUDY OF THE MELTING PROCESS OF OLEORESIN IN MICROWAVE ELECTROMAGNETIC FIELD
The results of the study parameters affecting the process of melting of resin cedar in the electromagnetic field of ultrahigh frequencies are given in the article: the melting temperature, microwave power density, process duration. The optimal parameters of the process of fusion of resin cedar in the electromagnetic ^ field of ultrahigh frequencies are set: the temperature of 70-80°C, microwave power of500-700 watts, the melting time of 5-7 minutes. Organoleptic characteristics of cedar oleoresinare are studied, which show that the product has high organoleptic characteristics - natural taste and smell, peculiar to a type of used crude turpentine. The chemical composition of cedar crude turpentine after melting in the microwave EMF is studied, which is characterized by a high content of resin acid and monoterpenes. It indicates the positive effect of EMF on the qualitative characteristics of chewing cedar tar.
On the basis of the obtained data the technology of cedar turpentine melting in microwaves has been developed for receiving of a cedar tar. The developed technology was successfully tested in a production of "BaykalEkoProdukt" in the East Siberia State University of Technology and Management. On the developed technology the patent for the invention "Method for the production of chewing compositions based on turpentine" is received.
Key words: oleoresin, optimal parameters, the electromagnetic^ field at microwave ^ frequencies, melting, melting point, specific microwave power, the duration of the process, the organoleptic characteristics, the chemical composition.
Введение
Живица является продуктом жизнедеятельности деревьев, преимущественно хвойных (сосна, ель, кедр, лиственница, пихта), и представляет собой бесцветное вязкое смолистое вещество с характерным хвойным запахом. В состав живицы входят 40-65% дитерпеновых (смоляных кислот), 20-35% монотерпеновых углеводородов (летучая часть живицы), 5-20% се-скви- и дитерпеновых углеводородов и их производных (нейтральных веществ). Качественный состав для живицы хвойных деревьев, произрастающих в России, в основном одинаков, количественный состав различен и зависит от породы и вида дерева, ареала его распространения и т.п.
В настоящее время живицу добывают регулярным нанесением надрезов на ствол дерева в период вегетации (подсочка) и сбором ее в специальные приемники. При добыче живица на воздухе быстро загустевает, изменяет цвет до светло- или темно-коричневого, обводняется, засоряется. Товарную живицу характеризуют по содержанию летучих терпенов (10-20% по массе), воды (2-10%) и механических примесей (1-5%). Традиционная переработка живицы заключается в удалении воды, очистке от сора, отгонке с паром летучих монотерпеновых углеводородов (при этом получают скипидар) с одновременным сплавлением твердых, смоляных кислот (получают канифоль). Живица лиственницы, кедра, ели, пихты - сырье для производства а- и Р-пиненов, бальзамов (в том числе лечебного), иммерсионного масла, так называемой нейтральной лиственничной смолы, клея-пасты для проклейки бумаги, репеллентов и т.д.
В последнее время в Байкальском регионе, где произрастает значительное количество деревьев хвойных пород, из живицы производят жевательную смолку, выступающую в качестве альтернативы «химическим» импортным жевательным резинкам. Жевательная смолка, изготовленная на основе живицы, благодаря уникальному составу последней обладает антибактериальным, антисептическим, обезболивающим, противовоспалительным, сосудоукреп-ляющим, противовирусным и иммуномодулирующим свойствами, и пользуется популярностью среди местного населения, а также представляет интерес для туристов.
Технология изготовления жевательной смолки заключается в естественном вытапливании собранной смолы в водно-паровой бане под воздействием высокой температуры (100120 °С) до состояния плавления застывшей смолы, при котором она отделяется от основной фракции перерабатываемого вещества и охлаждается в воде. При таком способе теряется значительное количество летучих веществ, что отрицательно сказывается на сохранности натив-ных свойств исходного сырья. Также данная технология отличается громоздкостью оборудования, является энергозатратной и продолжительной [1].
В настоящее время для интенсификации пищевых процессов активно применяется электромагнитное поле сверхвысоких частот (ЭМП СВЧ), позволяющее проводить тепловые процессы за короткий промежуток времени, сохраняя при этом нативные свойства сырья и значительно сокращая энергозатраты [2].
В связи с вышесказанным возможное применение СВЧ-энергоподвода в технологическом процессе производства жевательной смолки является перспективным.
Цель исследования - изучение процесса плавления кедровой живицы в электромагнитном поле сверхвысоких частот.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- определить оптимальные параметры плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ: температуру плавления, удельную СВЧ-мощность, продолжительность процесса;
- исследовать органолептические характеристики полученной при плавлении в ЭМП СВЧ кедровой живицы;
- определить химический состав кедровой живицы после обработки в ЭМП СВЧ.
Материалы и методы исследований
Материалом исследований в эксперименте служила кедровая живица, собранная во втором квартале 2014 г. в Байкальском регионе.
Определение оптимальных параметров плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ проводилось методом планирования экспериментов по Протодьяконову.
Исследование органолептических характеристик полученной при плавлении в ЭМП СВЧ кедровой живицы проводилось методом сенсорного анализа.
Определение химического состава по содержанию смолистых веществ и монотерпенов кедровой живицы после обработки в ЭМП СВЧ проводилось методом ВЭЖХ.
Результаты исследования и их обсуждение
Оптимальные технологические параметры плавления (температура, мощность СВЧ-энергоподвода, продолжительность) были установлены опытным путем. Полученные данные технологических параметров представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технологические параметры плавления живицы
Параметры № опыта
1 2 3 4 5 6 7
Температура, °С 60 65 70 75 80 85 90
Удельная СВЧ-мощность, Вт/кг 300 400 500 600 700 800 900
Продолжительность плавления, мин 11 9 7 6 5 4 3
Результаты исследований показали, что при СВЧ-мощности менее 500 Вт/кг (300400 Вт/кг) живица плавится при температуре 60-65 °С в течение 9-11 мин. Однако указанного предела температуры недостаточно для полного расплавления живицы (живица приобретает достаточно густую консистенцию, что затрудняет ее фильтрование). Увеличение СВЧ-мощности более 700 Вт/кг ведет к закономерному увеличению температуры (более 80 °С), что значительно сокращает время плавления, однако отрицательно сказывается на качестве живицы - резко увеличивается испарение летучих смоляных кислот. Таким образом, оптимальные параметры плавления живицы составили: СВЧ мощность 500-700 Вт/кг, температура плавления 70-80 °С, продолжительность процесса 5-7 мин. Именно при указанных параметрах достигается полное расплавление живицы - она становится жидкой, что позволяет ей легко отделиться от непищевых включений, а кратковременное (5-7 мин) воздействие температуры 7080 °С позволяет максимально сохранить нативные свойства исходного сырья, уменьшить энергозатраты на процесс плавления.
Для установления влияния СВЧ-энергоподвода на качественные характеристики полученной живицы были исследованы ее органолептические показатели и химический состав.
Органолептические характеристики представлены в таблице 2.
Полученные результаты исследования органолептических характеристик кедровой живицы свидетельствуют о том, что использование СВЧ-энергоподвода позволяет получить продукт с характеристиками, близкими к органолептическим показателям сырья, т.е. натуральными вкусом и запахом, свойственными сырой кедровой живице.
Таблица 2
Органолептические характеристики кедровой живицы
Наименование показателя Наименование продукции, характеристика/значение
Внешний вид застывшая масса неправильной формы
Механические примеси отсутствуют
Аромат приятный, смолянисто-кедровый, без постороннего запаха
Вкус при разжевывании - характерный смоляной, со слабой горчинкой
Цвет золотисто-коричневый, от светлых до темных оттенков
При изучении химического состава живицы, нами были исследованы содержание смоляных кислот и монотерпенов в сырой кедровой живице и кедровой живице после плавления (кедровой смолке) в поле СВЧ. Результаты исследований представлены в таблице 3.
Таблица 3
Химический состав кедровой живицы
Наименование физиологически функционального ингредиента Наименование жевательной композиции
сырая кедровая живица живица кедровая после плавления в поле СВЧ (кедровая смолка)
Смоляные кислоты, %
Дегидроабиетиновая 2,4 2,38
Неоабиетиновая 6,8 6,75
Абиетиновая 5,4 5,2
Пимаровая 6,7 6,54
Изопимаровая 3,7 3,5
Левопимаровая 27,5 26,3
Палюстровая 12,1 11,9
Монотерпены, %
Камфен 0,2 0,185
Мирцен 0,5 0,44
Лимонен 0,8 0,79
а-пинен 21,1 20,06
Р-пинен 0,6 0,55
Результаты исследований химического состава кедровой живицы показали, что при плавлении сырой кедровой живицы в ЭМП СВЧ с целью получения кедровой смолки содержание смоляных кислот снижается незначительно: от 0,25 до 1,2%, а содержание монотерпенов - летучих веществ, значительное количество которых теряется при традиционном способе получения кедровой смолки, при данном способе обработки снижается на 0,5-6,3%, что свидетельствует о хорошей сохранности нативных свойств исходного сырья и положительном влиянии СВЧ-энергоподвода на качественные характеристики полученной кедровой смолки.
Выводы
В результате проведенных исследований были получены следующие результаты:
- определены оптимальные параметры плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ (температура 70-80°С, СВЧ мощность 500-700 Вт, время 5-7 мин);
- исследованы органолептические характеристики полученной при плавлении в ЭМП СВЧ кедровой живицы, которые показали, что продукт отличается высокими органолептиче-скими показателями - натуральными вкусом и запахом, свойственными виду используемой сырой живицы;
- исследован химический состав кедровой живицы после плавления в ЭМП СВЧ, который характеризуется высоким содержанием смоляных кислот и монотерпенов, что свидетельствует о положительном влиянии ЭМП СВЧ на качественные характеристики кедровой жевательной смолки.
Заключение
В результате проведенных исследований были определены оптимальные параметры плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ: температура, СВЧ-мощность и время, которые позволили получить продукт с высокими органолептическми показателями и химическим составом, близким к составу сырой живицы.
На основе полученных данных была разработана технология плавления кедровой живицы в ЭМП СВЧ для получения кедровой смолки, прошедшая производственную апробацию в ООО «МИП «БайкалЭкоПродукт» при Восточно-Сибирском государственном университете
технологий и управления. На разработанную технологию получен патент на изобретение «Способ производства жевательной композиции на основе живицы» [3].
Библиография
1. Патент на изобретение RU №2003135157А, МПК 7 С 09F 1/00,C 09 F 1/02 Способ изготовления жевательной смолки; опубл. 20.05.2005.
2. Котова Т.И., Бадмацыренов Б.В., Хантургаев А.Г. и др. Об эффективности воздействия СВЧ ЭМП в вакууме при переработке ягодного сырья // Сб. науч. тр. Вып. 1. Технология и средства механизации в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. - С. 75-76.
3. Патент на изобретение RU 2558441 Способ производства жевательной композиции на основе живицы / Хантургаева В.А., Котова Т.И., Хантургаев А.Г.
Bibliography
1. The patent for the invention "The Method of manufacturing of chewing tar » (RU №2003135157A , IPC 7 With 09F 1 / 00 , C 09 F 1/02, publ. 20.05.2005).
2. Kotova T.I., Badmatsyrenov B.V., Khanturgaev A.G. et al. The efficiency of microwave exposure to EMF in a vacuum in the processing of fruit raw material (paper) // Coll. of scientific works. Issue 1: Technology and means of mechanization in the agro-industrial complex. - Ulan-Ude: ESSTU, 2004. - P.75-76.
3. The patent for the invention (RU 2558441) / Method of production of chewing compositions based on turpentine. Khanturgaeva V.A., Kotova T.I., Khanturgaev A.G.
