CC BY
16
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Производство Р-витаминных концентратов из чайного шрота
В.Г.Хведелидзе, Т.Н.Гвинианидзе, Г.В. Хведелидзе
Кутаисский государственный технический университет им. Н.Мусхелишвили
Изучению экстрактивных водорастворимых веществ чая посвящены всеобъемлющие исследования ученых. Однако водорастворимые вещества чайного шрота остались не изученными, поскольку до настоящего времени экстракция чая органическим растворителем, а потом экстракция шрота водой не проводились.
Известно, что содержание водорастворимых экстрактивных веществ уменьшается от нежной части к огрубелой. Аналогичная картина наблюдается и в случае шрота, остающегося после экстракции чая органическим растворителем. По сравнению с исходным материалом в шроте чая содержание экстрактивных веществ уменьшается на 8—10 %. В экстракте практически отсутствуют пигменты и кофеин, что делает шрот чая ценным вторичным сырьем для производства концентратов Р-витаминной активности.
Установлено, что обработанный органическим растворителем чайный шрот интенсивнее подвергается экстракции, поскольку сопротивление внутри частиц уже преодолены. Кроме того, свободная от пигментов, кофеина и других веществ водорастворимая фракция легко поддается концентрированию даже до 65—70 % в стандартных вакуум-выпарных установках.
Для изучения процесса экстракции был использован периодически действующий экстрактор, на котором проводили и двухступенчатую экстракцию. На первой ступени расходовалось 40 % продолжительности экстракции, на второй - 60 %. Соотношение экст-рагента (воды) и шрота на первой ступени составляло 60 %, на второй -40 %.
Экспериментально установлены оптимальные значения факторов, действующих на процесс экстракции: температура 80...900С; продолжительность 10—12 ч; соотношение вода:шрот 8:9 л/кг.
При экстракции чайного шрота в оптимальных условиях концентрация биологически активных экстрактивных веществ в экстракте составляет 2,7— 3,4 %, что является достаточно низким показателем, при этом незначительны
и относительные энергозатраты -0,133—0,136 долл. США на 1 кг экстракта в пересчете на сухую массу.
Экспериментально установлено, что из экстракционного чайного сырья в шроте остаются 91 — 92 % экстрактивных водорастворимых веществ, а после экстракции шрота получается 88,5— 89,5 % содержащихся в шроте экстрактивных веществ.
Концентрирование водного экстракта из чайного шрота в производственных условиях осуществляли в двухкор-пусной выпарной установке типа «Ланг» с производительностью 20 л 3%-ного экстракта в минуту. Температура кипения экстракта в первом корпусе была 800С, а во втором 500С. Концентрация экстракта после выхода из установки составляла 30—31 %. После этого экстракт переносили в вакуум-выпарной аппарат периодического действия и в условиях вакуума 93—95 кПа дополнительно концентрировали при необходимости до 40—60 %.
Анализ интегральных энергозатрат на экстракцию шрота и концентрирование экстракта показывает, что его рост особенно заметен до 30 % концентрации (0,735 долл. на 1 кг сухого экстракта), до 40 %—0,757, до 50 % — 0,796, а до 60 % концентрации суммарные энергозатраты составляют 0,857 долл. на 1 кг сухого экстракта; 78—84 % общих затрат приходится на концентрирование и имеет тенденцию роста с увеличением концентрации.
Таким образом, водная экстракция оставшегося после экстракции чайного листа органическим растворителем шрота и концентрирование экстракта в вакуум-выпарной установке не связаны с какими-либо трудностями. Суммарные интегральные энергозатраты при этом не превышают 0,86 долл. на 1 кг сухого концентрата, а технологические потери биологически активных веществ - 28—30 %.
Нами разработана технология концентратов чая Р-витаминной активности, которая предусматривает экстракцию шрота, концентрирование экстракта, добавление в экстракт порошка высушенного зеленого чайного листа таким образом, чтобы влажность сме-
си составляла в среднем 25 %, после чего происходит гранулирование смеси и сушка гранул.
При производстве концентратов чая Р-витаминной активности следует руководствоваться требованиями фармакопеи: влажность тестообразной массы чая для гранулирования должна быть 25±2 %; масса гранулируется в ситах диаметром 0,5; 1,0; 2,0 мм; гранулы сушатся до влажности не более 4%.
Для перемешивания с экстрактом применяли порошок фиксированного зеленого чайного листа 0,03—0,05 мм фракции с влажностью 4—6 %, что дает возможность исключить использование посторонних для чая веществ (сахар, крахмал, тальк и другие) и повысить концентрацию фенольных соединений в целевом продукте.
Поскольку для гранулирования брали вязкопластическую массу пищеле-чебного назначения, применяли фармацевтический двухвальцовый грану-лятор ситового типа, который был модернизирован с учетом особенностей чайной массы. В частности, с целью интенсификации сушки гранулы после выхода из сита подвергали предварительной сушке воздухом. Кроме того, на приготовленную по рецептуре чайную массу перед подачей к вальцам гранулятора в смесителе оказывалось тепловое воздействие (до 70...75оС). Гранулированный концентрат поступал в сушильную колонку, где гранулы охлаждались воздухом и удалялась излишняя влага.
В результате проведения полного факторного эксперимента получили оптимальные параметры сушильной камеры гранулятора и оптимальные уровни действующих на них факторов. В частности, скорость воздушного потока 0,6 м/с; температура воздушного потока 80...85° С и скорость сита-транспортера 0,2 м/мин. В это время относительные энергозатраты на гранулирование—сушку - Р-витаминных концентратов чая не превышали 0,36— 0,38 долл. за 1 кг, а влажность гранул после выхода из установки составила 3,5—4,0 %.
Гранулы после выхода из установки имеют температуру 60...65о С и требуют интенсивного охлаждения, что осуществляли в стандартных охладительных колонках. В это время гранулы доводили до комнатной температуры и удаляли излишнюю влагу воздушным потоком со скоростью 0,3—0,4 м/с. Гранулы для хранения или расфасовки имели влажность не более 3,5%. Здесь же осуществлялась частичная сепарация гранул удалением порошко-
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
образной фракции, а окончательная сепарация происходила перед расфасовкой на сортировочных ситах.
Химический состав гранулированных чайных концентратов Р-витамин-ной активности зависит от концентрации полученного из шрота водного экстракта и количества и состава добавленного порошка фиксированного чайного листа. Экспериментально исследовали химический состав готового гранулированного чая различной рецептуры. Поскольку Р-витаминной активностью в основном отличаются фе-нольные соединения чая, на них сосредоточено внимание. Изменения содержания фенольных соединений в гранулах чая в различных условиях показаны на рис. 1.
Результаты доклинических испытаний гранулированных чайных концентратов Р-витаминной активности на радиопротекторную активность показали, что полученный продукт обладает выраженным радиозащитным действи-
20
19
18
ч
о и
16
-< ---< V—ч - 4 <
— -
>— U 1— у
2
1
Га
Концентрация водного экстракта чайного шрота, кг/кг
Рис. 1. Графики изменения содержания фенольных соединений в гранулах чая с Р-витаминной активностью: 1- 12%; 2- 14 %; 3-16%; 4-18%
21
17
На основании экспериментально-промышленных исследований и испытаний разработаны технологическая схема и регламент промышленного производства концентратов Р-вита-минной активности, в результате чего разработана и внедрена в производство соответствующая технологическая линия (рис. 2).
Производительность линий зависит от спроса на продукт. Максимальная суточная производительность линий составляет 600 кг концентрата.
Гранулированный концентрат чая Р-витаминной активности хорошо подвергается таблетированию, что дает возможность эффективной расфасовки и получения продукта, менее подверженного порче. В технологической линии для осуществления этого процесса предусмотрена модифицированная нами и внедренная в производство ротационная таблеточная машина типа РТМ-41М.
Рис.2. Технологическая линия по производству чайных концентратов: 1 - экстрактор; 2 - фильтр; 3,6- сборочные баки; 4 - вакуум-испаритель; 5 - диффузор-испаритель; 7 - смесительный реактор; 8 - гранулятор-сушитель; 9 - сепаратор; 10 - таблетирующая машина; 11 - насосы; 12 - краны
ем и его можно использовать для профилактики и лечения на ранних стадиях заболеваний с синдромом лучевой болезни. Рекомендовано его применение для практически здоровых людей в ра-диационно-загрязненных, экологически напряженных регионах.
Таким образом, практически получен совершенно новый, богатый фе-
нольными соединениями, чайный продукт, который характеризуется выраженными радиационно-защитными свойствами. В нем максимально сокращены балластные вещества, приготовлен он полностью на базе грубого и огрубелого чайного сырья, и наполнитель также приготовлен из того же сырья.
Таким образом, разработанная технологическая линия позволяет производить три вида чайной продукции Р-витаминной активности в разнообразном ассортименте: 40 — 60%-ный концентрированный жидкий чайный экстрат, гранулированные и таблети-рованные концентраты.
