CC BY
74
БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663.941.35
З. А. Бадретдинова, А. В. Канарский
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТА ЖАРЕНОГО ЦИКОРИЯ
Ключевые слова: цикорий, экстракция, оптимизация.
Рассмотрены способы получения экстракта жареного цикория. Определены факторы эксперимента, оказывающие влияние на выход экстрактивных веществ из жареного цикория.
Keywords: chicory, extraction, optimization.
The methods of obtaining the extract of roasted chicory were considered. The factors of experiment rendering value on the yield of extractive value of roasted chicory were identified.
Актуальность
Известна популярность напитка из жареного цикория, который является самым признанным заменителем кофе. С добавлением цикория аромат кофе становится ярко выраженным, приобретает необычные нотки во вкусе. Постепенно цикорий перестал быть фальсификатом кофе и стал самостоятельно потребляемым напитком [1]. Помимо этого, цикорий обладает полезными свойствами, оказывает благотворное влияние на желудочно-кишечный тракт человека. При этом в цикории отсутствует кофеин, который содержится в кофе [2].
Продукты из цикория представлены в виде сиропообразного и порошкообразного экстракта жареного цикория. Они получаются
экстрагированием из жареного цикория и последующим сгущением или сушкой.[3] Процесс экстракции является самым длительным и энергозатратным при получении экстракта жареного цикория. Для решения данной проблемы применяются различные способы проведения экстрагирования. Показателем эффективности каждого способа является выход сухих веществ [4] и энергопотребление.
В данной статье рассматривается влияние таких факторов, как продолжительность процесса, гидромодуль и способ проведения экстракции на выход экстрактивных веществ.
Методическая часть
Для проведения экспериментов
использовался промышленно обжаренный и
высушенный цикорий. Средний размер частиц -10х8х5 мм. В качестве экстрагента применялась дистиллированная вода. Независимыми
переменными факторами выбраны: Х1 -
продолжительность экстрагирования, мин; Х2 -гидромодуль; Х3 - способ экстрагирования
(ротационное перемешивание, ультразвук и
пульсация [5]). Эксперименты проводились с использованием математического планирования эксперимента по плану Бокса-Бенкена второго порядка [6,7]
Основные факторы эксперимента и уровни их варьирования представлены в таблице 1. В качестве выходного параметра использовали У1 -степень извлечения сухих веществ, определения проводили на влагомере весовом МХ - 50 при температуре 1050С.
Таблица 1 - Основные факторы и уровни их варьирования
Характеристика плана Переменные факторы
Х1, Х2 Х3
Верхний уровень, Х1+ (+1) 90 15 Пульсационный Ультразвуковой Ротационный
Нижний уровень, Х1-(-1) 15 10
Обсуждение результатов
Для обработки результатов данные экспериментов занесли в матрицу планирования эксперимента (табл. 2).
Путем математической обработки значений было получено уравнение регрессии:
71 = Ш ■- Ш | ::1 - Ж ■ х2 + О Я ■ - ЕЩ > й1 --?Ш'к1'кг++раМ'к1'ка+?я1 >к2>из-№
Анализируя карту Парето (рис. 1) и
полученное уравнение регрессии [8], можно сделать вывод, что наибольшее влияние на выход сухих веществ (У1) оказывают продолжительность экстракции (Х1) и гидромодуль (Х2). Остальные факторы не оказывают значительного воздействия, но статистически важны.
Экспериментально установлено (табл. 2), что наибольший выход сухих веществ достигается при следующих режимах: продолжительность - 90 мин, гидромодуль 1:10, с использованием пульсации.
Таблица 2 - Матрица планирования
эксперимента
№ Х1 Х2 Х3 У1, %
1 15 1 10 Ротационный 3,47
2 25 1 10 Ротационный 4,13
3 40 1 10 Ротационный 5,00
4 60 1 10 Ротационный 5,20
5 90 1 10 Ротационный 6,20
6 15 1 15 Ротационный 2,32
7 25 1 15 Ротационный 2,73
8 40 1 15 Ротационный 3,30
9 60 1 15 Ротационный 3,48
10 90 1 15 Ротационный 4,15
11 15 1 10 Пульсационный 2,70
12 25 1 10 Пульсационный 4,96
13 40 1 10 Пульсационный 5,31
14 60 1 10 Пульсационный 5,62
15 90 1 10 Пульсационный 6,37
16 15 1 15 Пульсационный 1,79
17 25 1 15 Пульсационный 3,32
18 40 1 15 Пульсационный 3,56
19 60 1 15 Пульсационный 3,78
20 90 1 15 Пульсационный 4,26
21 15 1 10 Ультразвуковой 2,69
22 25 1 10 Ультразвуковой 3,98
23 40 1 10 Ультразвуковой 4,44
24 60 1 10 Ультразвуковой 5,36
25 90 1 10 Ультразвуковой 6,23
26 15 1 15 Ультразвуковой 1,78
27 25 1 15 Ультразвуковой 2,66
28 40 1 15 Ультразвуковой 2,97
29 60 1 15 Ультразвуковой 3,58
30 90 1 15 Ультразвуковой 4,17
х1 х2
х12 х1х2 х32 х1х3 х3 х2х3
О 3 6 9 12 15
Рис. 1 - Стандартизованная карта Парето
Расчетное и опытное значения извлечения сухих веществ из жареного цикория при определенных ранее условиях представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Расчетное и опытное значения
Степень извлечения сухих веществ
Расчетное значение, % 5,9
Опытное значение, % 6,4
Из таблицы 3 видно, что разница между расчетным и опытным значениями составляет менее 7%, таким образом, полученная математическая модель позволяет получить результаты с достаточно высокой точностью. [8]
Выводы
Проведен процесс экстрагирования жареного цикория при различных режимах. Установлено, что наибольшее влияние на извлечение сухих веществ оказывает продолжительность процесса и гидромодуль.
Максимальное значение извлечения сухих веществ (6,37%) достигается при длительности -90 мин и гидромодуле 1:10. Пульсационный способ является наиболее эффективным.
Литература
1. Врублевская Н. Цикорий полезнее кофе. 2011 (http://pensioneram.info/tsikoriy-poleznee-kofe/)
2. Яценко, А.А. Т.П. Цикорий корнеплодный / А.А. Яценко, А.В. Корниенко, Т.П. Жужжалова. -Воронеж:ВНИИСС, 2002. - 135 с.
3. Бачурская Л. Д. Пищевые концентраты / Л. Д. Бакурская, В.Н. Гуляев - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 168 с.
4. Хазиев Р.Ш., Тынчерова А. А., Гарусов А.В. Создание
оптимальной по содержанию и выходу ментола технологии приготовления водного извлечения из листьев мяты / Р.Ш. Хазиев, А,А, Тынчерова, А.В. Гарусов // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы IV
Всероссийской конференции. 2009
(http://conf.chem.asu.ru/conf-2009/)
5. Ефремов И.Б., Шарафутдинов В.Ф., Николаев А.Н., Ефремов Б.А. Пульсационный способ и аппарат для экстракции веществ из плодов водно-спиртовым растворителем / И.Б. Ефремов [и др.] // Вестник Казан.технол. ун-та. - 2011. - №19. - С. 148-153.
6. Харитонов Е.А., Шагаев Л.И. Компьютерная программа для построения математических моделей многокомпонентных смесей / Е.А Харитонов, Л.И. Шагаев // Вестник Казан.технол. ун-та. - 2011. - №3. -С.274-275.
7. Пен Р.З. Планирование экспериментов в Statgraphics. Красноярск, 2003. - 248 с.
8. Иванов В.А., Мамонтова М.В., Борисова Т.В. Оптимизация процесса извлечения иридоидов из коры калины обыкновенной // Химия растительного сырья. 2008. №4. С. 101-103
© З. А. Бадретдинова - магистр КНИТУ, [email protected]; А. В. Канарский - д-р техн. гаук, проф. каф. пищевой
инженерии малых предприятий КНИТ.
