CC BY
98ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СВЧ-ЭКСТРАКТОРА ЭФИРНЫХ МАСЕЛ Шпилёв А.Н.
Шпилёв Андрей Николаевич - студент магистратуры, кафедра химии и химической технологии,
Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в статье анализируется текущее состояние эфирномасличной промышленности в Казахстане, приводится экспериментальная модель СВЧ-экстрактора эфирных масел.
Ключевые слова: эфирное масло, СВЧ-экстрактор, экстракция.
Актуальность темы исследования предлагаемого проекта связана с решением проблемы импортозамещения в производстве эфирномасличных препаратов из растительного сырья в Республике Казахстан.
Производство эфирных масел в Республике отсутствует, в то время как присутствуют обширные источники сырья. На основе обзора рынка эфирных масел и их производных, стран-производителей и поставщиков эфирных масел подчеркивается потребность страны в этом продукте. Вся информация приведена по данным Комитета по статистике Министерства национальной экономики Республики Казахстан.
Стоимость эфирного масла на мировом рынке, в зависимости от его вида, составляет от 15 до 5000 долларов США за 1 кг. Объектом международной торговли являются около 200 видов эфирных масел, объемы продаж колеблются от нескольких килограммов до 30 тыс.т и более. Основной объем производства находится в странах Америки - 40%, Азии - 30%, Европы - 25%. К оптовым покупателям этой продукции относятся США, ФРГ, Великобритания и Япония по данным Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан.
Потребности экономики Казахстана в эфиромасличном сырье на сегодняшний момент сложно определить, поскольку никто не может дать статистически достоверную информацию и характеристику процесса формирования рынка эфиромасличного сырья. По подсчетам различных специалистов, потребность в эфирном масле в стране составляет от 400 до 600т, рост которой с каждым годом возрастает, что обусловливается все большим количеством потребителей сырья. Согласно данным Комитета по статистике Министерства Национальной экономики РК показатели объема производства эфирных масел в Казахстане составляли 2,0 млн тг. в 2013 году, 1,1 млн тг. в 2014 году, и всего лишь пол миллиона тенге на начало 2015 года. В дальнейшем данные о производстве эфирных масел в Казахстане не предоставляются. 0,5 млн сумма маленькая даже для индивидуального предпринимателя, не говоря уже о промышленности. Торговый баланс эфирных масел на 2014 год составил -362,9 млн долл. США согласно прогнозу социально-экономического развития Республики Казахстан на 2015-2019 годы, протокол № 37 от 27 августа 2014 года, с учетом внесенных изменений (протоколы № 48 от 4 ноября 2014 года и№ 50 от 14 ноября 2014 года), одобрен на заседании Правительства Республики Казахстан [1, 2].
Картина складывается парадоксальная: при наличии богатейших природных ресурсов и разнообразия климатических условий нашей страны, способствующих возделыванию сотни видов культур, служащих для получения эфирных масел, душистых смесей, страна закупает мятное, шалфейное, ромашковое эфирные масла, масло тмина, тимьяна, розы.
В связи с этим, разработка методов их селективного извлечения из техногенного растительного сырья будет иметь и социально значимый эффект, поскольку станет одним из важных этапов в решении проблемы импортозамещения в фармпромышленности РК.
Анализ статей и патентных образцов показали перспективность использования технологии СВЧ-экстракции для разработки новой перспективной модели экстрактора.
Микроволновая экстракция без растворителей была разработана и запатентована в 2004 году Chemat Б. [3, 4]. СВЧ-экстрация - это один из новейших методов экстракции эфирных масел с помощью микроволн, без растворителя и воды при атмосферном давлении. Процесс в основном состоит из четырех элементов: один реактор, в который помещается только обрабатываемое сырьё, микроволновый излучатель, холодильная система и контейнер для конденсата, в котором скапливается эфирное масло и водный раствор солей.
Основанный на относительно простом принципе, этот процесс представляет собой сухую дистилляцию с помощью микроволн, в ходе которой свежее растительное сырье помещается в микроволновый реактор без добавления воды или органического растворителя. Подогрев воды от сырья разрушает мембраны клеток, содержащие эфирное масло и воду. Это высвобождает эфирное масло, которое затем переходит в паровую фазу вместе с паром, полученным из матричной воды. Система охлаждения, расположенная снаружи микроволнового реактора, обеспечивает непрерывную конденсацию дистиллята, который состоит из воды и эфирного масла, и избыточное количество воды возвращается внутрь баллона, что позволяет поддерживать надлежащий уровень влажности матрицы.
Разработана модель полунепрерывного экстрактора эфирных масел на базе СВЧ-экстрактора с использованием шнековой системы транспортировки сырья, шести излучателей-магнетронов на 1 кВ, контейнерами-воронками для загрузки сырья и выгрузки шрота, холодильником и сборником (рис. 1).
1 - загрузочный контейнер, 2 - шнековый транспортер, 3 - экстрактор, 4 - холодильник, 5 - контейнер для шрота,
6 - сборник
Рис. 1. Схема СВЧ-экстрактора эфирных масел
Свежее эфирномасличное сырье загружается в контейнер 1 неизмельченное, либо измельченное до минимально необходимого размера для прохождения в транспортер (2), сырье медленно движется по колонне сквозь зону излучателя (3), подвергаясь воздействию микроволн и нагреваясь. Выделяющаяся паровая фаза попадает в холодильник 4 благодаря созданию небольшого вакуума с помощью насоса, где конденсируется и собирается в сборнике (6). Эфирное масло будет в верхнем слое, раствор солей - в нижнем водном слое. Отработанное сырье уносится шнеком в контейнер для шрота (5).
Время воздействия излучения на сырье регулируется скорость вращения шнека и зависит от вида используемого сырья. Выход эфирных масел практически полный, уменьшается с уменьшением влажности используемого сырья.
Представленную модель рекомендуется использовать для создания относительно дешевых и быстросборных экстракторов в непосредственной близости от источников эфирномасличного сырья.
Список литературы
1. Национальное агентство по экспорту и инвестициям «KAZNEX INVEST». [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.kaznexinvest.kz/napr/export/library/brochures_rus_ 2012/chem_rus_1/ (дата обращения: 22.12.2018).
2. Вестник промышленности. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://365-tv.ru/index.php/analitika/kazakhstan/129-kazakhstan-analiz-osnovnykh-otraslej-promyshlennosti-strany/ (дата обращения: 22.12.2018).
3. Chemat F., Smadja J., Lucchesie M.E., 2004. Solvent free microwave extraction of volatile natural compound. European Patent EP 1 439218 B.
4. Chemat F., Lucchesie M.E., Smadja J., 2004. Solvent free microwave extraction of volatile natural substances. American Patent US 0187340 A 1.
