Совершенствование технологии получения биологически активных соединений и пищевых красителей из плодов дикорастущего сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

128

Вестник ДГТУ. Технические науки.

Новые технологии

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ ПЛОДОВ ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ

Т.Н.Даудова, Л.А.Рамазанова, А.С.Меркухова, М.М.Дибирова Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

В последние десятилетия исследования в области получения натуральных пищевых красителей идут несколько в ином ракурсе, поскольку было выяснено [1,2,3], что многие натуральные пигменты помимо окрашивающей способности проявляют и биологическую активность: так, например, каратиноиды и рибофлавин проявляют витаминную активность, антоциановые пигменты связывают радионуклиды и ионы тяжелых металлов, а также являются мощными антиоксидантами и антиканцерогенами. Все это имеет немаловажное значение в свете создавшейся неблагоприятной экологической ситуации в России, да и в мире тоже.

Поэтому одним из важнейших и перспективных направлений является разработка новых технологий и оптимизация существующих с целью сохранения активности функциональных ингредиентов в сырье, обладающих одновременно технологической и физиологической функциональностью. К таким ингредиентам относятся, в частности, антоцианы.

Целью нашей работы была разработка новой эффективной безотходной технологии получения комплексных пищевых добавок, выполняющих технологические и физиологические функции при внесении их в пищевой продукт, а также проведение исследований по интенсификации процесса экстракции красящих веществ из плодов бузины и боярышника черного.

На основании теоретических и экспериментальных данных нами научно обоснован оптимальный растворитель красящих веществ плодов бузины и боярышника - 40-70 % - ные растворы этилового спирта, подкисленные 1% лимонной кислотой; временной интервал экстрагирования - 2-4 часа; температурный градиент - 40-70 0С; гидромодуль - 1:12 - 1:20

[4].

Решение задачи оптимизации процесса экстракции требует построения математического описания этого процесса.

Математическое описание исследуемого процесса было получено эмпирически, при этом математическая модель имела вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе эмпирических данных. Программа исследования была заложена в матрицу планирования экспериментов. Был применен рототабельный план, уравнение регрессии получили по методу Бокса - Хантера [5].

В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, описывающее изучаемый процесс под влиянием исследуемых факторов: для боярышника

У = - 5,5135 + 20,79Е, + 1,045т + 0,0293Т + 0,1001С + 0,024^С -

0,46^т - 0,0059тС - 60,8Е, 2 - 0,113т2 — 0,00027Т2 - 0,0008С2 . (1)

для бузины

У = - 5,5739 + 12,038Е, + 0,4394т + 0,0736Т + 0,1304С + 0,512^т - 36,365, 2 - 0,1025т2 - 0,000921Т 2 - 0,00126С2 . (2)

Данные модели адекватно описывают процесс экстракции красящих веществ из плодов боярышника и бузины на заданных интервалах изменения факторов.Затем методом нелинейного программирования - максимализация целевой функции - была решена задача оптимизации процесса экстракции красящих веществ. Получены следующие оптимальные режимы экстрагирования при одноступенчатой экстракции [6]:

для боярышника: ^ = 3,42/20; т = 2ч 50мин; Т = 540С; С = 55% р-р этилового спирта, подкисленного 1% лимонной кислотой;

для бузины: ^ = 3,68/20; т = 2ч 35мин; Т = 40 С; С = 52% р-р этилового спирта, подкисленного 1% лимонной кислотой.

Известно, что наиболее рациональной является многоступенчатая экстракция, когда происходит максимальное экстрагирование ценных компонентов сырья. Установлена необходимость двухступенчатой экстракции для плодов бузины и трехступенчатой экстракции для плодов боярышника для повышения эффективности этого процесса при получении пищевых красителей [7].

На основе проведенных исследований разработаны технология технологическая схема (рис. 1) получения пищевых красителей из плодов бузины и боярышника.

Для предварительной обработки сырья можно использовать серийное оборудование консервной промышленности.

Свежие (высушенные, замороженные) плоды бузины или боярышника из тары подают на транспортер для инспекции. При инспекции удаляют недозрелые, гнилые, увядшие ягоды, а также посторонние примеси.

Далее сырье поступает на мойку. Затем сырье поступает на гребнеотделение. Для предотвращения постороннего запаха в готовом продукте производят отделение ягод от гребней, плодоножек, побегов и листьев. Допускается наличие плодоножек в сырье, поступающем на экстракцию, не более 5%.

Замораживание плодов проводят в камерах замораживания или камерах хранения мороженых продуктов. Ягоды на противнях направляют по транспортеру в автоматический приемник скороморозильного аппарата, в котором их подвергают замораживанию при -35400 С в течение 25-30 мин.

Во избежание потерь сока измельчают плоды в замороженном состоянии. Сырье поступает на измельчение в резательную (для свежих, замороженных плодов) или дробильную (высушенных, замороженных плодов) машину. После чего проводят экстракцию.

Экстракцию красящих веществ из ягод производят в экстракторах при указанных выше оптимальных условиях экстрагирования. Процесс экстракции осуществляется при периодическом перемешивании экстрагируемой массы в реакторе по 5 мин через каждые 25 -30 мин. Экстракцию проводят до достижения красящих веществ в экстракте не менее 12 г/л.

После завершения экстракции жидкую самотечную фазу отделяют от мезги путем декантирования и направляют в емкости для отстаивания, а в густую массу вновь добавляют экстракт в соотношении сырья и экстрагента 1:2 - 1:3 и экстрагируют при постоянной температуре 50-570 С в течение т =1 ч. По окончании экстрагирования густую массу передают на прессование для отделения экстракта, который впоследствии используют для вторичной экстракции новой партии сырья до достижения красящих веществ в экстракте не менее 12 г/л.

Жидкую самотечную фазу и фракцию, полученную после прессования, смешивают в специальных емкостях и направляют на фильтрацию. Фильтрацию производят на фильтпрессах через картонные фильтры при давлении 0,10-0,15 МПа. При отсутствии фильтпресса отстаивают не менее 6 ч и затем декантируют.

Регенерация спирта

Фасовка —► Маркировка —► Упаковка —1 | 1 - Хранение | 1

Рисунок 1 - Технологическая схема производства красителя из плодов бузины и боярышника.

Жидкую фракцию после фильтрации с помощью насосов перекачивают в вакуум-выпарные аппараты и концентрируют при температуре 50-550 С. Разряжение внутри аппарата должно быть 0,9-0,93 МПа, давление пара в рубашке вакуум-аппарата - 0,25-0,30 МПа. Концентрирование прекращают при достижении сухих веществ в красителе не менее 35% по рефрактометру, красящих веществ не менее 50,0 г/л.

Перед выгрузкой из вакуум-выпарных аппаратов краситель нагревают до 90-930 С и сразу же подают на фасовку. Фасуют краситель в стеклянную тару вместимостью не более 10 л. После заполнения стеклянную тару герметически укупоривают крышками из лакированной жести. Производят упаковку и маркировку.

Натуральные пищевые красители в герметически укупоренной таре хранят в чистых, сухих, хорошо вентилируемых складских помещениях при температуре от 0 до 200С и относительной влажности воздуха не более 75%. Для предотвращения ухудшения цвета красители в стеклянной таре должны храниться в защищенном от света месте.

Транспортирование осуществляют любым видом транспорта в крытых транспортных средствах.

Составлена операторная модель технологической системы производства пищевого красителя (рис. 2) и аппаратурно-технологическая схема линии получения пищевых красителей из плодов бузины и боярышника (рис. 3). Получен патент на разработанный способ получения пищевого красителя [8].

Библиографический список:

1. Филиппова Р. Л., Филатова И. А., Колеснов А. Ю. Значение в профилактике заболеваний фенольных соединений плодов и ягод. // Пищевая промышленность. - 1999. -№ 8. - С. 35-37.

2. Сарафанова Л. А. Применение пищевых добавок. Технические рекомендации. - СПб: ГИОРД. - 1999. - 80 с.

3. Архипова А. Н. Пищевые красители, их свойства и применение. // Пищевая промышленность. - 2000.- № 4. - С. 66-69.

4. Влияние полярности экстрагента и гидромодуля на экстракцию красных пигментов дикорастущего сырья./ Мурадов М.С., Даудова Т.Н., Рамазанова Л.А., Абдуллатипова Д.М., Гаммацаев К.Р.// Сб. науч. тр. российской научно-практ. конф. «Физикотехнические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе».- Ставрополь: СГСХА- Ч.2, 2001.- С. 230-231.

5. Ахнозарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Наука. - 1985 г.

6. Оптимизация процесса экстракции красящих веществ из растительного сырья./ Рамазанова Л.А. и др.// Хранение и переработка сельхозсырья.- 2003.- № 5.- С. 39 - 40.

7. Рамазанова Л. А., Мурадов М. С., Даудова Т. Н. Повышение эффективности экстракции при получении пищевых красителей. // Сборник научных трудов международной науч.- практ. конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции». -Воронеж: ВГАУ. - 2003 г.

8. Патент РФ на изобретение №2280659. Способ получения красного пищевого красителя из растительного сырья // Мурадов М. С., Даудова Т. Н., Рамазанова Л. А., 2006.

Вода

Этиловый спирт

|Вода

Плоды

: Промывная :вода

декантация

Перемешивание Осадок | концентрирование и Цльтрауия________

1! — 1 !г

-Б-*" ы 1 —

мойка

дробление экстракция

ч | 1-^

л—т 1 1 ыжимки

в

I____

11

экстракция

.1 I

прессование

Жом

; Регенерация [ спирта

- Концентрат красителя

маркировка упаковка

; Чистые ; | бутылки •*!>

Стерилизация банок и розлив красителя

Загрязненная вода

| Укупорочный материал Этикетки --

;Брак

_jL.__t._J

[Заверточная бумага

[Готовая продукция

Рисунок 2. Операторная модель технологической схемы производства пищевого красителя из плодов бузины и боярышника

\ \ N

Е?

ы о

0

'Л

1

т \ Ч ч Г

\ \ I ХЛ

===^т1аг1 £ ■=» п П д

I I ]_1<—ГГ-Ч-1 Г-1 I ш1ш -I Л . ^-

готобь/0 продукт

1-Тележка

2 - Весы

3 - Контейнероопрокидыватель

4 - Конвейер

5 - Бункер

6 - Установка для мойки и удаления косточек

7 - насос измельчитесь

8 - Гребнеотделитель

9 - Бункер накопитель с насосом для мезги

10 -Экстрактор 1 1 - Пакпресс

12 - Фильтр грубой очистки

13 - Насос центробежный

14 - Сборник экстракта 1 5 - Фильтр

16- Вакуум - выпариватель

1 7 - Автомат дня расформирования пакетов из ящиков 1 8 - Автомат для выемки бутылок из ящиков

19- Автомат для мойки бутылок

20 - Устройство для инспекции пустых бутылок 2 1 - Аппарат для стерилизации бутылок

22 - Разливочный автомат

23 - Автомат для укупорки

24 - Автомат инспекционный

25 - Автомат для наклеивания этикеток

26 - Автомат для укладки бутылок в ящики

27 - Автомат для формирования пакетов из ящиков

28 - Аппарат для санобработки пакетов и ящиков

Рисунок 3. Машинно-аппаратурная схема линии производства натурального пищевого красителя из плодов бузины и боярышника