автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:Создание мелоотходных технологий переработки растительного сырья Таджикистана с использованием сжиженных газов

- о АП? 1333

На правах рукописи

НЕМАТУЛЛАЕВ ИСМОНХОДЖА

СОЗДАНИЕ МАЛООТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ТАДЖИКИСТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ

Специальность 05.18.13 - Технология консервированных пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па сопскаппс ученой степени кандидата технических паук

Краснодар 1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте консервной и овощесушильной промышленности (ВНИИКОЛ, г. Видное) и научно-производственном предприятии «Апирами» (г.Исфара, Республика Таджикистан).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, академик Международной Академии информатизации при ООН, академик Российской Академии промышленной экологии Г.И. Касьянов.

Научный консультант - кандидат технических наук, старший научный сотрудник О. И. Квасенков

Официальные оппоненты:

О доктор технических наук, профессор, академик международной

Академии холода В.М. Шляховецкий; 0 кандидат технических наук, старший научный сотрудник. Засл. деятель .науки Кубани ЗА Троян; .

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии.

Защита состоится « 24 » « апреля » 1998г. в 10 час. На заседании диссертационного Совета К 063.40.08 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, Краснодар, ул. Московская, 2, корп.А, конференцзап университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного Совета.

Автореферат разослан «__» « » 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, канд. техн. наук, доцент

Т.В.Фрампольская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применяемые традиционные технологии обработки растительного сырья призодпт к значительной утрате природных аромата, вкуса и витаминного состава исходного материала. Даже самые щадящие режимы обработки могут ухудшить срганолептические свойства конечной продукции. Особенно это относится к пряной зелени, фруктовому сырью, сухим пряностям, а также эфирным маслам, спиртовым настоям и эссенциям, добавляемым в пищу.

Так, эфирные масла, получаемые паровой отгонкой, отличаются низким качеством из-за частичного искажения аромата исходного сырья з результате воздействия на термолабильные компоненты высокой температуры. При получении экстрактов с помощью органических растворителей не обеспечивается селективность извлечения ароматических веществ из сырья. Кроме того, при сптонке растворителя, как правило, разрушаются лабильные вещества экстрактов.

Исследованиями последних лет установлено, что получение высококачественных экстрактов из растительного сырья возможно на основе использования в качестве растворителей сжатых и сжиженных газов.

Из пищевых растворителей наиболее приемлемыми для этих целей являются аммиак и, особенно, двуокись углерода. Поэтому экстрагирование пищевого, пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья жидкой двуокисью углерода зарекомендовало себя в консервной отрасли Российской Федерации, Великобритании, США, ФРГ, Франции и Японии как наиболее прогрессивный, рациональный и современный способ их переработки благодаря щадящим температурным и аэраци-онным условиям процесса, селективности растворителя, его доступности и относительной дешевизне.

Однако, в консервной промышленности Таджикистана применение СОг-экстракгов до сих пор не находило широкого применения из-за отсутствия технологических режимов на переработку местного сырья, отсутствия соответствующего оборудования и современных технологий.

Поэтому разработка и совершенствование экстракционной технологии и техники для получения и применения экстрактов является для.~Йада<икистана важной проблемой. Кроме того, все более актуальной проблемой (и не только для Таджикистана) становится более полное использование всех хозяйственно ценных композитов сырья, что требует проведения специальных исследований и разработки тех-

нологических схем утилизации выжимок и косточек, извлечения содержащихся в них полезных веществ с целью повышения эффективности производства и создания новых пищевых продуктов, лечебно-профилактических бальзамов, чаев, косметических средств повышенного качества, новых видов сорбентов.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основной целью работы явился поиск новых технологичесхих решений глубокой переработки фруктового и пряно-эроматического сырья, совершенствование конструкции соответствующих промышленных установок для экстрагирования местных популяций растительного сырья Таджикистана сжиженными газами и отработка технологических режимов получения и применения экстрактов в консервной и смежных отраслях промышленности. При проведении исследований ставились следующие задачи:

в подобрать рациональный ассортимент растительного сырья Таджикистана для переработки;

в усовершенствовать технологию экстрагирования растительного сырья с использованием сжиженных газов;

В выявить недостатки в конструкции существующей лабораторной установки и создать более универсальную аппаратуру;

И разработать техническое задание на проектирование и создать опьггно-промышленную установку для экстрагирования растительного сырья жидкой двуокисью углерода;

в исследовать закономерности экстрагирования ценных компонентов из растительного сырья;

в разработать малоотходные технологии переработки растительного сырья с использованием сжиженных газов;

■ по разработанной технологии получить новые виды СОг-экстрактов, оценить их качество и выработать с их использованием опытно-промышленные партии соков, напитков, фруктовых палочек, бальзама.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Изучена кинетика извлечения ценных компонентов двуокисью углерода и аммиаком из растений среднеазиатского региона (ажгона, зиры, облепихи, солодки шероховатой, перца красного жгучего и шиповника). Установлены численные значения коэффициентов молекулярной диффузии для 7 видов экстрактов. Найденные закономерности выражены в виде математических моделей.

.■•'. ".'б

Получены и проанализированы новые данные по растворимости важнейших компонентов СОг-экстрактов в жидкой двуокиси углерода.

Впервые разработаны режимные параметры, технология (с использованием . ■

двуокиси углерода) и рецептуры нового вида продукции:

-фруктовых и орехово-фруктовых палочек из фруктового сырья;

- лечебно-профилактических чаев и бальзамов из вторичного сырья.

Исследован химический состав и антимикробные свойства СОг-экстрактов аж-гсна, зиры, облепихи, перца красного, солодки и шиповника.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. На основе изучения существующих конструкций лабораторных и опытно-промышленных установок разработаны конкретные рекомендации для изготовления запатентованной лабораторной установки, позволяющей вести экстракцию в системе «твердое тело-жидкость» и «жидкость-жидкость». По разработанному техническому заданию изготовлен и успешно эксплуатируется в течение четырех лет опытно-промышленный экстрактор для обработки сырья и выжимок.

Отработана технология комплексной переработки плодов абрикосов, разработана НТД, выработаны опытно-промышленные партии консервов с использованием полученных ароматизаторов. ?

Получен новый вид концентрата биологически активных веществ из фруктовых выжимок, который по оценкам специалистов найдет применение в смежных отраслях промышленности. Разработана и освоена промышленная технология производства нового вида продукта фруктовых палочек «Абрика».

Экономический эффект от внедрения в производство 7 новых видов экстрактов и комплексной переработки абрикосов составляет 335 тысяч рублей в год (в ценах 1998 г.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах ВНИИКОП (Видное, Мостов. обл. 1990-1994 гг.), на научной конференции Краснодарского политехнического института (Краснодар, 1990), на юбилейной научной конференции МТИПП (Москва, 1991), международной конференции «Экоресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья», (Астрахань,1993), Республиканской научно-технической конференции»«Пробпемы энергетики теллотехнояогии в отраслях АПК, перерабатывающих растительное сырье», (Москва, 1994), Всероссийской конферен-

ции «Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности», (Москва, 1994), Международной научной конференции «Научно-технический прогресс в пищевой промышленности» (Москва, 1995), Международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек» (Москва, 1995), международном симпозиуме «Научные основы и практическая реализация важнейших технологий обработки сырья растительного и животного происхождения сжиженными и сжатыми газами» (Краснодар, 1997).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ, в т.ч. 8 авт. свид. и патентов на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти основных глав, выводов, списка использованной литературы и 5 приложений.

Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, включает 13 таблиц и 26 рисунков. В списке литературы 130 источников, из них 52 публикации зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан аналитический обзор состояния вопроса извлечения ценных компонентов из растительного сырья. Показано, что в настоящее время наиболее перспективным способом их извлечения является экстракция с помощью жидкой двуокиси углерода, поскольку этот экстрагент обладает уникальными свойствами: селективно извлекает биологически активные и ароматические вкусовые вещества, не токсичен, пожаро-взрывобезопасен, недефицитен, сравнительно дешев. Для некоторых видов корневого сырья (например, для солодки) более подходящим оказался другой сжиженный газ - аммиак.

Однако, широкое применение сжиженных газов в качестве экстрагентов длительное время сдерживалось из-за сложности конструктивного оформления процесса, проходящего под давлением до 7,0 - 10,0 МПа. Автором эта проблема была успешно разрешена путем создания оригинальной лабораторной установки, с помощью которой была отработана технология экстрагирования и уточнены технологические характеристики процесса, что позволило • спроектировать опыгно-промышпенную установку.

Во второй главе дано описание исследуемого сырья, методик проведения исследований и лабораторной аппаратуры.

При оценке полезных свойств и подборз рецептурных сочетаний растительного сырья Таджикистана использовались как сведения современных авторов (М. Ход-жиматов и др.),так и материалы древнейших рукописей на таджикском языке, начиная от Абу Али ибн Скно (Авицены).

В качестве объектов исследования было выбрано следующее сырье: абрикос обыкновенный (Armeniaca Vulgaris Mill) семейства розоцветных (Rosaccao), по таджикски зардолу; ажгон (Trachyspennumcorticum (I) Link) семейства зонтичных (Umbrelüferae); зира или кпубиетмин персидский иначе зираи форси (Bunium рег-sicum (Boiss) В. Fedtsch. семейства зонтичных ((Umbrelüferae); облепиха крушиновая иначе акгад ((Hippophae rhamnoides L.) семейства лоховых (Elaeagnaceae), перец красный стручковый (Casicumannuuv L.) семейства пасленовых (Solanaceae); солодка шероховатая-ширинбуп (Clycyrrhiza aspera Pail) семейсшз бобовых (Leguminosae); шиповник самаркандский иначе хори гулоби (Rosa maracandíca Bunge) семейства розоцветных (Ffosaceae).

Для экспериментального определения коэффициентов диффузии использовался капиллярный метод. Капилляры (по 3 на ка>кдый образец экстракта) с внутренним диаметром 0,8 мм и длиной 40 мм, запаянные с одной стороны, заполнялись ис-следуемы.ии экстрактами с помощью медицинского шприца. Затем капилляры взвешивались на аналитических Еесзх, вычислялось исходное содержание экстративных веществ и капилляры вертикально устанавливались в цилиндры, заполняемые затем жидкой двуокисью углерода. По истечении 24 ч. капилляры извлекались и взвешивались. Температура процесса 20 °С, давление Р-5,73 МПз. Колебания температуры во время опыта не превышали в среднем 0,2 "С.

Качественный состав СОг-экстракгов изучался в исследовательских лабораториях отдела качества и стандартизации ВНИИКОП под руководством с.н.с., канд. хим. наук Л.Н. Крейцдель.

Плотность и показатели преломления экстрактов определяли по ГОСТ 1461878.

Массовую долю эфирного масла в экстрактах определяли перегонкой с водяным паром по Ги^сбургу.

Хромотографический анализ эфирных масел и СОг-экстрахтов осуществляли на хроматографе «Сигма-1» фирмы «Перкин-Элмер», снабженном капиллярной колонкой длиной 25 м, диаметром 0,35 мм, /фаза ПЭГ-20М/ и пламенно-

ионизационным детектором. Газ-носитель - гелий /20 см/мин. с делением потока 1:10. Анализ проводили с программирование температуры колонки. Условия хромо-тографического анализа приведены при описании хромотограмм.

Кроме эфирного масла СОг-экстракты содержат,как правило, жирное масло, воски и другие нелетучие компоненты. Анализ жирнокислотного состава лилидов СОг-экстрактов проводили после предварительного метилирования на хроматографе «Сигма-1» снабженным стеклянной насыпной колонкой 3 (2м х Змм),заполненной ДЭГС 10% на хромосорбе, модифицированным НзРО«/1%/, в изотермическом режиме/190 °С/.

При выполнении работы были использованы следующие методики:

в качество консервов, обогащенных экстрактами оценивали по внешнему виду, запаху, цвету, вкусу и консистенции по методике постоянной дегустационной комиссии по пищевой промышленности при ВНИИКОП по пятибалльной шкале с учетом коэффициента важности, а также по ГОСТ 8756.1-79 «Продукты пищевые консервированные. Методы определения органолептиче-ских показателей, массы нетто и массовой доли составных частей.»; •

н основные показатели состава экстрактов из растительного сырья определяли по методам Госфармокопеи СССР (издание XI 1987 г.) и ГОСТ 14618.078 - ГОСТ 14618.12-78. «Масла эфирные, вещества душистые и полупродукты их синтеза»;

я содержание Сахаров, органических кислот, полифенольных соединений -в экстрактах и консервах методом хроматографии на бумаге;

в витамин С в продуктах определяли титрованием 2,6 дихлорфенолиндофенолом;

н витамин В1 и Вг в плодоовощных консервах и экстрактах флуометриче-ским методом;

В каротин в экстрактах облепихи и шиповника по методам Госфармакопеи В капсаицин в перце красном по ГОСТ 14260-89, п.32. Лабораторное и опытно-промышленное оборудование для извлечения ценных компонентов из 7 видов произрастающего в Таджикистане сырья создано с учетом опыта экспериментального завода КНИИХП (г.Краснодар) и НПФ «Тарома» (г.Тамбов). •

Эксперименты по экстрагированию проводились на созданной и запатентованной нами установке [4], которая содержит термосгатируемый корпусов котором размещены экстрактор с источником ультразвука и концентратором колебаний, проходящим насквозь через его полость, разделенную фильтром на два отсека (рис. 1).

1,4- указатели уровня, 2 - сборни* растворителя, 3 - конденсатор, 5 - самоуплотняющийся люк, 6 - источник ультразвука, 7 - компрессор, 8 - фильтрующая перегородка, 9 - экстрактор, 10 -концентратор колебаний, 11 - манипулятор, 12 - термосгатируемый корпус, 13-сменные сборники мисцеллы, 14-пероротная платформа, 15-смотровое окно, 16-подсвет». 17-манометр.

Рисунок 1. Схема лабораторной установки для исследований процесса экстрагирования. (Пат. РФ 2018124 МКИ С 01 N 33/03)

Для изучения кинетики извлечения ценных компонентов из растительного сырья аммиаком или жидкой двуокисью углерода и совершенствования экстракционной аппаратуры необходимо знать величину коэффициента молекулярной диффузии О, определение которого проводили по методу Л.Г. Александрова.

При этом О определяется из выражения:

С _ 8 я 1 С0 яг^(2тя+1)еХР

(2т + \)1л2От

4?

IV

где С,Со - концентрации экстрактов (конечная и начальная) '

т - время диффузии, с I.-длина капилляра, м

При достаточно большом г уравнение (1) представляет быстро сходящийся ряд, всеми членами которого (кроме первого) можно пренебречь.

г, „ С о..

Принимая го=0 и— = —.получим

С, Ч„

<7. 8 . ж2йт Я„ п

= -~-схр(—--). 121

где дк и — начальное и конечное содержание диффундируемого экстракта в капилляре, г

' Логарифмируя уравнение (2), получим:

. ' 9,211* 8 . цк.

= —з—Об—) 'з/

пгх пг д„

Объектами исследования для определения О явились экстракты, извлеченные жидкой двуокисью углерода из плодовых выжимок облепихи крушиновой, шиповника самаркандского, абрикоса, из семян ажгона и зиры, из стручков перца красного и корней солодки шероховатой (табл. 1).

Эксперименты проводились при температуре внутри экстрактора 20 °С и давлении 5,73 МПа.

Результаты экспериментов обрабатывали по уравнению (3) и внесли в таблицу средние величины из 9 определений.

Таблица 1

Коэффициенты молекулярной диффузии для некоторых видов СОг-экстракгов при (=20"С и Р=5,7 МПа

Наименование экстрактов Коэффициент диффузии йх 10'7, м2/с

1. Выжимки абрикосов 3,61

2. Выжимки облепихи 4,15

3. Выжимки шиповника 3,05

4. Семена ажгона 2,43

5. Семена зиры 3,17

6. Стручки перца краснота 2,50

7. Корни солодки 4,75

Значения коэффициентов молекулярной диффузии исследованных экстрактов в 2-4 раза выше коэффициентов молекулярной диффузии растительных масел в экстракционном бензине. Это объясняется тем, что вязкость экстрактов в жидкой двуокиси углерода значительно меньше, чем вязкость растительных масел в бензине.

Согласно фундаментальным положениям теории внутреннего массопереноса в объеме капиллярно-пористых тел общий коэффициент диффузии О возрастает при увеличении давления сжиженного газа. Обработка опытных данных, полученных при Р=5,7 МПа позволила получить новую зависимость усредненного коэффициента диффузии от времени г:

Dcp = Dexp[(2(18•102-6,5•10",'£,) Г], 74/

где О соответствует г= 6х10г ... 9x103 с. Полученная зависимость иллюстрируется графиком (рис.2)

Общей особенностью зависимости коэффициентов диффузии от г является их наибольшее значение в начале экстрагирования и последующее уменьшение.

о

0,6 6 60

Продолжительность экстрагирования, Т;с-102

Экстракты из: 1 — облепихи, 2 — абрикосов, 3 — солодки, 4 — шиповника, 5 — зиры, б — перца красного, 7 — гжгсна.

Рисунок 2. Зависимость коэффициентов диффузии от г

Полученные на лабораторной установке данные, позволили определить кинетику процесса извлечения веществ из сырья и выжимав (рис.ЗУ

О 1,2 2,4 3,6 4,8 6,0 7,2

Продолжительность экстрагирования, с 10 3

1 — облепиха крушинотадная с наложением УЗ-кояебаний, 2 — облепиха «рушиновидиая, 3 — шиповник самаркандский, 4 — перец красный, 5 — ажгон, в — солодка шероховатая, 7 — зира (клубнетмин), 8— абрикосовые выжимки.

Рисунок 3. Зависимость выхода экстрактивных ееществ от времени экстрагирования

Как видно из рис. 3 извлечение основной массы ценных компонентов происходит в первые 10-12 минут, а при наложении интенсифицирующих ультразвуковых

колебаний скорость извлечения возрастает.

Третья глава посвящена описанию исследований по разработке технологии и оборудования для получения экстрактов.

Технологический процесс производства экстрактов из растительного сырья с использованием в качестве растворителей сжиженных газов состоит из операций по подготовке сырья (сушка, инспекция, измельчение, лепесткование) и экстрагирования сырья в герметичных аппаратах под высоким давлением.

Основной особенностью разработанной с участием автора технологии является максимальная интенсификация отдельных процессов переработки плодоовощного сырья и цикла экстрагирования 8 целом с наложением УЗ- колебаний. Применяемый способ позволяет сократить время экстрагирования в 2-3 раза с одновременным увеличением выхода целевого продукта.

С учетом ольпга эксплуатации лабораторной установки создана опытно-промышленная установка, позволяющая обрабатывать сырье с помощью небольшого количества растворителя.

Блок-схема опытно-промышленной экстракционной установки показана на

рис.4 .

ЕЗ

1Н_3=ОВ

1 — конденсатор, 2 — промежуточный сборник растворителя, 3 — сборник для жидкого сораствори-тепя, 4 — пульсатор, 5 — экстрактор, 6 — испаритель с форсункой, 7 — элемент интенсификации (ультразвук), 8 — насос высокого давления.

Рисунок 4, Блок-схема опытно-промышленной экстракционной установки При конструировании опытно-промышленной экстракционной установки мы

использовали опыт экспериментального завода КНИИХП, эксплуатирующего установки конструкции A.B. Пехова и И.Я. Пономаренко.

С целью снижения энергозатрат, в установке для газожидкостного экстрагирования, состоящей из соединенных в замкнутый контур конденсатор, ресивер, экстрактор и сборник экстракта, ресиверная емкость соединена со сборником экстракта через распылительную форсунку (рис.5). Это позволило упростить конструкцию экстракционного модуля за счет исключения из схемы испарителя, что одновременно привело к снижению энергозатрат за счет испарения зкстрагентз при адиабатном расширении, и конденсация паров происходит с меньшими затратами.

Рисунок 5. Аппаратурная схема установки для газожидкосжои экстракций (A.C. СССР №1786710 МКИ В 01 D 11/02).

За счет упрощения конструкции металлоемкость новой установки по сравнению с существующей снижена на 20 %, а энергоемкость на 12 %.

Дальнейшим развитием описанной схемы является обработка растительного сырья смешанными растворителями — гидрофобными и гидрофильными с одновременным увеличением производительное™ экстракционного модуля в 3 раза.

На рис.6 показана модифицированная опытно-промышленная линия, позволяющая экстрагировать сырье жидкой двуокисью углерода, а затем обрабатывать шрот водно-спиртовой смесью в горизонтальном секционном экстракторе.

1 — конденсатор, 2 — сборник жидкой С02, 3 — СОг-экстрактор, 4 — компрессор, 5 — газгольдер, 6 — пульсатор, 7 — испаритель, 8 — сборник СОгЭкстракта, 8 — горизонтальный секционный экстрактор, 10 — фильтр грубой очистки, 11 — микрофильтр, 12 — наполнитель, 13 — закаточная машина, 14 — транспортер, 15 — сборник пульпы, 16 — сборник воднослиртового раствора.

Рисунок 6. Аппаратурно-технологическая схема производства СОг — экстрактов и воднослиртовых бальзамов.

Конструкция такого экстрактора (рис. 7) также оригинальна и защищена автор-

схим свидетельством на изобретение. .

1 — патрубок, 2,10 — перегородка, 3,6 — цилиндрический участок, 4 — барабан, 5 ~ корпус, 7 — диффузорный участок, 8 — манжета, 9 — цилиндр, 11 — отверстие, 12 — полый приводной вал, 13

— привод, 14 —лопатки, 15 —сопла, 16—буртик, 17,18,19 —каналы.

Рисунок 7.Устройство горизонтального секционного экстрапора с СОгпод качкой.

Из экстракционной практики известно, что подбор растворителя в значительной мере зависит от состава ценных компонентов в сырье. Так если для пряно-ароматического сырья и плодовых выжимох вполне целесообразно экстрагирование жидкой двуокисью углерода, то для обработки корней солодки шероховатой потребовался другой экстрагент. При изучении патентно-информационного материала мы обратили внимание на то, что ценные компоненты солодки лучше извлекаются в щелочной среде и предложили проводить экстрагирование жидким аммиаком. Это позволило исключить процесс концентрирования экстраста при высокой температуре, т.к. новый экстраЛэнт удаляется за счет сброса давления в аппарате до атмосфер-нот. _

* V

Процесс экстрагирования жидким аммиаком осуществляют в вышеописанной установке (рис.5).

ю

Таблица 2

Показатели опытно-промышленной экстракции растительного сырья жидкой двуокисью углерода при 1=20° С, Р= 5,7 МПа

Наименование сырья Вид подготовки сырья . и размеры частиц, мм Насыпная масса, кг/м3 Время экстрагирования, с 103 Выход экстра ктив ных веществ, %

1. Абрикосовые выжимки лепесток 0.15— 0,18 220 7,8 2,5

2, Ажгон лепесток 0,16— 0,20 330 6,0 7,5

3. Зира лепесток 0,16— 0,20 320 5,4 3,0

4. Облепиха лепесток 0.15— 0,18 310 7,8 20,0

5. Перец красный крупка 0,80— 1.00 200 6,0 12,0

6. Солодка* крупка 0,20—0,26 310 7,2 5,0

7. Шиповник лепесток 0,15— 0.18 280 7,6 17,0

'Примечание: При экстрагировании солодки аммиаком выход экстрактивных веществ составляет 7,3%. *

Корни и корневища солодки шероховатой подсушивают до влажности 14-20%, измельчают в крупку до размера частиц 0,2 ...0,26 мм, а затем экстрагируют при Л=20...25°С и Р=5,5.,.5,9 МПа в течение 5,4x10 с.

Мисцеллу сливают в мисцеллосборник и снижают давление в аппарате до атмосферного. Полученный экстракт фильтруют и отправляют на фармзавод для выделения целевого продукта — глицирама или глицирризиновой кислоты. Растворитель конденсируют и используют повторно. В табл. 2 приведены физические показатели процесса экстрагирования плодовых выжимок, пряных и лекарственных растений. ■

Полученные на опытно-промышленной установке экстракты проанализированы методом газохроматографического анализа и методик определения качества

эфирных масел. Данные анализов сведены в табл. 3 . Таблица 3

Физико-химические показатели экстрактов

Наименование экстрактов Органолептические показатели Содержание основного компонента Удельная масса «1 Показатель преломления

1. Ажгон Маслянистая жидкость от желтого до светло-коричневого цвета с зеленоватым оттенком. Вкус пряный. 13% п-цимола, 25% тимола 0,8640 0,9170 1,4860 1,5120

2. Зира Маслянистая жидкость желто-зеленого цвета. Вкус горький, вяжущий. 19% п-цимола, 44% куми- нового альдегида 0,8530 0,9540 1,4840 ' 1,4910

3. Облепиха Маслянистая жидкость красно-коричневого цвета. Вкус вяжущий. 0,04% рка ротина, 0,48%токо-фе ролов 0,8610 1,0450 1,4690 1,4940

4.Перец красный Маслянистая жидкость оранжевого цвета. Вкус острожгучий. 8% капсаи-цина 0,9280 0,9380 1,4810 1,4940

5. Солодка Густая маслянистая жидкость светло-коричневого цвета. Вкус горький, 15% гли-циризина 9,9110 0,9870 1,4630 1,5170

б. Шиповник Маслянистая жидкость красно-коричневого цвета. Вкус горький, вяжущий 0,005% /7 каротина 0,8400 1,1130 1,4480 1,5240

Данные физихо-химического анализа экстракта использованы при подготовке технических условий на производство и применение экстракта. Более подробно проанализирован химический состав СОг -экстракта из плодов и облиственных стеблей зиры, заготовленной в Ферганской долине. В составе СОг -экстракта из целого растения зиры идентифицированы аир- пинен, лимонен, п-цимол, камфора, цитраль, куминовый альдегид и тимол. ,.

В четвертой главе описана технология комплексной малоотходной переработки плодов абрикоса, облепихи, солодки, шиповника, конского каштана.

Автором разработана и внедрена в производство технология комплексной пе-

ре работки плодов абрикосов. Она основана на последовательности технологических приемов, позволяющих удалять с поверхности плодов кутикулярные воски, получать абрикосовый сок с мякотью, извлекать ядрышки из косточек. Причем из ядрышек, после извлечения амигдапина, изготавливаются орехово-фруктовые палочки, а из скорлупок получают высококачественный активированный уголь.

Принципиальная схема комплексной переработки плодов абрикосов показана на рис. 8.

Рисунок 8

21 .

Разработана также технология и подобрано оборудование для производства фруктовых палочек из сухофруктов. Эта продукция не содержит синтетических ингредиентов и обеспечивает организм фруктозой, каротином, калием и др. макро и микроэлементами. Технологичесхая схема производства фруктовых палочек показана на рис.9.

1 — ящикоопрокидыватель, 2 — моечная машина, 3 — инспекционный транспортер 4 — конвективный елагоудалитель, 5 — СО? — экстракционный модуль, 6 — измельчитель, 7 — экструдер, 8 — сушильная камера, 9 — фасовочные столы.

Рисунок 9 Технологическая схема производства фруктовых палочек типа «Абрика» по пат. РФ № 2013059 МКИ А 23 В 7/08

Разработанный с участием автора способ осуществляют следующим образом. Сухофрукты (абрикосы, груши, яблоки) моют и инспектируют, удаляют с их поверхности излишнюю влагу и обрабатывают двуокисью углерода в надкритическом состоянии. В процессе обработки происходит удаление кутикулярного слоя с поверхности сухофруктов, размягчение поверхностного слоя и уничтожение зпифитиой микрофлоры, за счет разрушения клеточной оболочки микрофлоры и коагуляции внутриклеточного содержимого.

После удаления кутикулярного слоя и стерилизации, сухофрукты измельчают до получения однородной пастообразной массы, иногда вводят дополнительные натуральные вкусовые экстракты, формуют, а затем при необходимости покрывают сахарным песком или пудрой и сушат до образования на поверхности отформованных изделий твердой сухой корочки. Готовый продукт фасуют в коробки или полимерные пакеты и затем передают на хранение или реализуют потребителю.

Известно, ^то в составе абрикосовых, вишневых, сливовых и персиковых ядер находятся ценные белковые компоненты и жирные масла, ..

Но в косточковых плодах содержится от 4 до 6%, а в горьком миндале от 5 до 3% гликозидов. Некоторые из них, например, цианогенный гликозмд-змигдаг.ин при

ферментативном гидролизе выделяет синильную кислоту НСМ.

Нами разработан способ обработай растительного сырья с целью удаления антипитательных веществ (цианогенных гликозидов). Для гликозидов характерно присутствие в молекуле атомов азота и водорода. Они обладают щелочными свойствами, обычно нерастворимы в воде, но легко образуют соли с различными кислотами, в т.ч. с угольной кислотой. Эти соли хорошо растворимы в воде и легко удаляются из продукта в процессе обработки ведой, насыщенной двуокисью углерода (сатуриро-ванной водой). '

С использованием новых способов обработки сырья сжиженными газами разработана технологическая схема комплексной переработки ядер абрикоса (как заменителя ореха) и фруктов (рис 10).

1 — яи^икоолрокидыватель, 2 — моечная машина, 3 — машина для раскалывания косточек, 4 — сепаратор, 5 — элеватор, 6 — дробилка, 7 — инспекционный транспортер, 8 — кассеты для сырья, 9 — СОгЭкстракционный модуль, 10,13 — шнековый транспортер ,11 — горизонтальный секционный экстрактор, 12 — дозатор фруктовой смеси, 14 — сушилка, 15,20 — столы для фасовки, 16 — смеситель, 17,18—транспортеры, 19—камера для термообработки (пиролиза) скорлупы

Рисунок 10. Технологическая схема производства орехово-фруктовых палочек и активированного угля.

Разработанная технология позволяет получать продукт с высоким содержанием белка (свыше 30%), липидов (9%) и углеводов (31%).

Показанная на рис 11 схема комплексной переработки облепихи состоит из следующих технологических операций: мойки ягод, инспекции, отпрессовки сока, суаки жома, COz -обработки жома с получением СОг -экстракта, водно-спиртовой экстракции шрота. Конечными пищевыми продуктами, получаемыми на этой линии являются: облепиховый сок, СОг -экстракт облепихи и водно-слиртовый экстракт (как

полуфабрикат для бальзама), которые отличаются превосходным качеством, высоким содержанием биологически-активных веществ и высокой калорийностью.

1 — ящикоопрокидьгазтель, 2,4 — моечно-естряхиеающая машина, 3 — инспекционный транспортер, 5 — ленточный пресс, 6 — сушильная установка, 7 — СОг-экстракционный модуль, в — дробилка, 9 — установка для воднослиртовой экстракции, 10 — насос подами водноспиргового экстракта, 11 — насос подачи сока.

Рисунок 11. Схема комплексной переработки облепихи.

В отличии от облепихи корни солодки экстрагировали сжиженным аммиаком.

На рис. 12 представлена схема переработки корней солодки шероховатой. Поступающее на переработку сырье предварительно подвергается сухой очистке. Затем следует инспекция, дробление, лепесткование, N43 — экстрагирование, экстрагирование водорастворимых компонентов шрота (в ультразвуковом поле), концен-

5 — Шэ-экстрактор, 6 — транспортер, 7 — установка для водной УЗ-экстракции, 8 — роторно-пленочный испаритель, 9 — вакуум-насос, 10 — нгсос подачи концентрата.

Рисунок 12. Схема комплексной переработки солодки шероховатой.

Готовая продукция в основном предназначена для пищевой и фармацетиче-;кой промышленности. -

• V

С учетом селективных свойств двуокиси углерода (как экстрагента), нами тредложено использовать шроты растительного сырья (после СОг - обработки) для

&

водной или водно-спиртовой экстракции. На основе шротов растений разработаны рецептуры лечебно-профилактических тонизирующих или успокаивающих чаев, а также бальзамов. Одна из рецептур профилактического поливитаминного чая показана в табл.4.

Таблица4

Рецептурный состав сухого растительного чая

Наименование сырья (шрот после СОг экстракции) Норма закладки, %

1. Шиповник 40

2. Облепиха 10

3. Абрикосы 10

4. Душица (или мелисса 10

лимонная)

5. Солодка шероховатая 5 '

б.Знра 5

7. Ажгон ' 5

8. Горец птичий , . 5

Изготовленный по приведенной рецептуре напиток имеет приятный вкус и аромат, обладает противоскперотическими свойствами, расширяет сосуды и укрепляет их стенки, снимает воспаление и спазмы желудка. * Большие возможности заложены в использовании шротов лекарственных и ароматических растений для производства воднослиртовых бальзамов. Так как шроты являются фактически вторичными сырьевыми ресурсами, то себестоимость их низкая. Но главное в том, что прочая СОг -обработку шрот становится стерильным, его структура более подготовлена к извлечению водорастворимых компонентов, чем исходное сырье.

В табл. 5 приведена одна из рецептур водноспиртовога бальзама, получившего высокую дегустационную оценку.

Таблица 5.

Рецептурный состав водноспиртового бальзама «Исфзра»

Наименование сырья (шрот после СОг-зкстракции) Норма закладки, %

1. Ажгон 5"

2. Аллохруза 5

3. Душица мелкоцветная 15

4. Зира 10

5. Облепиха крушиновая 15

6. Солодка шероховатая 10

7. Стевия 15,5

8. Чай зеленый 4

9. Шиповник 20

Ю.Эфирное абрикосовое маспо 0,1

11. Мумие 0,4

Выполнены исследования по изучению химического состава продуктов выработанных по комплексной малоотходной технологии.

Эти продукты отличаются высоким содержанием биологически-активных веществ, полнотой витаминного состава, приятным цветом, вкусом, большим содержанием минеральных веществ,а так же высокой энергетической ценностью (табл. 6).

Таблица 6. Химический состав продуктов, выработанных по комплексной малоотходной технологии

(в перспективе на 100 г продукта)

Наименование продукта Вода, г Белки, г Жиры, г Монои дисаха-риды, г Клетчатка, г Органические к-ты, г Зола, г Минеральные в-ва, мг Витамины, мг Энер-гети-чес-кая ценность, кДж

Рка-ро-тин в, Вг РР С

Абрикосовый сок 84,0 0,5 - 13,7 0,3 0,8 0,4 295,2 1,3 0,02 0,04 0,23 4,0 234

Облепиховый сок 84,5 0,7 V 10.1 - 1,3 0,3 108,2 8,0 0,12 0,10 0,27 80 276

Шиповниковый сок 82,0 0,1 17,6 - 0,8 0,3 94,4 0,8 сл. 0,02 0,23 400 292

Джем из абрикосов 25,9 0,5 - 58,8 0,7 0,6 0,4 193,5 0,3 0,01 0,02 0,17 2,4 1108

Компот из абрикосов (полояин) 76,2 0,5 - 21,0 0,4 1,0 0,5 221,5 1,3 0,02 0,04 0,37 4,1 355

Маринады томатные " 92,0 V 1,8 1,6 0,9 1,6 3,0 185,0 0,1 сл. 0,01 0,32 2,5 79

Фруктовые палочки «Абрнка» 20,0 5,1 1,5 68,0 3,3 1,4 4,1 250,0 3,6 0,10 0,20 3,00 4,0 983

Орехово-фруктовые палочки 12,0 34,0 9,5 31,0 4,5 0,9 4,4 205,0 0,9 0,05 0,04 0,40 2,6 1153

Томатный ароматизированный напиток 95,0 1,0 0 3,3 0,2 0,5 0,7 90,7 0,5 0,03 0,03 0,12 10 75

Бальзам «Исфара» 50,0 - 0,9 1,5 - 0,2 0,1 18,3 0,1 0 0 0 0 4365

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований разработана и реализована методика оценки ранее не изученных диффузионных свойств выжимок абрикосоз, облепихи, шиповника, семян ажгона и зиры, стручков перца красного, кзк объектов экстрагирования жидкой двуокисью углерода и корней солодки шероховатой -аммиаком;

—впервые- получены опытные данные в области кинетики экстрагирования жидкой двуокисью углерода из 7 видов растительного сырья;

—доказана эффективность наложения ультразвуковых колебаний в процессе обработки растительного сырья жидкой двуокисью углерода;

—при использовании полученной информации созданы и внедрены в производство новые технологические режимы и приемы по извлечению ценных компонентов-из 7 видов растительного сырья, а также аппаратуру для МНз и СОг-обработки, разработанную на уровне изобретений;

—разработана и внедрена в производство новая технология комплексной переработки плодов абрикосов с получением сска с мякотью, экстрактов ароматичных кутикулярных еосков, жирного масла, белкового компонента и активированного угля;

—применение новой технологии и адаптированное к заданному процессу оборудование позволило организовать в промышленном масштабе выпуск фруктовых палочек «Абрика» из сухофруктов;

—отработан рецептурный состав лечебно-профилактического чая, бальзамов от шротов (после С02-экстрагирования), 7 видов плодовых выжимок и трав;

—методами ГЖХ- анализа исследован химический состав ранее не изученных растений зиры и ажгона.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь Засл. д^ят. науки и техники РФ, докг. техн. наук, профессору Владимиру Ивановичу Рогачезу.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

» V

1. Креиндель Л.Н., Нематуллаев И. Исследование кинетики экстрагирования зиры,-В сб. тез. докл. юбил. науч. конф. МТИПП, окт. 1991г. Часть 2.- М.: МТИПП, 1991.-С.18.

2. A.c. 1772926 СССР, МКИ В 01 Д 11/02. Горизонтальный Секционный экстрактор /О. И. Квасенков, П.А. Горшенин, Нематуллаев И. и др.; НКПВЦ "Соварома".-N 4913467/26; Заявл. 18.01.91; Опубл. 27.06.91.

3. A.c. 1786710 СССР, МКИ В 01 Д 11/02. Установка для газожидкостной экстракции Ю.И. Квасенков, А.П. Игнатов, И. Нематуллаев и др.; ВНИИКОП.- N 4913468/26; Заявл. 18.01.91; Опубл. 28.06.91.

4. A.c. 1824908 СССР, МКИ А 23 L 1/221, с 11 В 1/10. Способ экстракции растительного сырья /Л.Г. Александров, Г.И. Касьянов, И. Нематуллаев и др.; НКПВЦ "Соварома",-N 4914053/13; Заявл. 18.01.91; Опубл. 27.12.91.

5. Касьянов Г.И., Нематуллаев И. СОг-экстракгы - натуральные пищевые ароматизаторы.-Пищевая промышленность, N1,1992.-С.32.

6. Середин P.M., Касьянов Г.И., Нематуллаев И. Получение экстракта из травы зубровку душистой. Пищевая пром-сть, инф. сб. N4.-M.: АгроНИИТЭИПП, 1992.-С.8-10.

7. A.c. 1761179 СССР, МКИ В 10 Д 11/02. Экстрактор для извлечения веществ из растительного сырья жидким растворителем /И. Нематуллаев, О.И. Квасенков, Г.И. Касьянов и др.; ВНИИКОП,- N 4890267/26; Заявл. 14.12.90; Опубл. 17.06.91. Бюл. N34, 1992.

8. Обработка растительного сырья сжиженными и сжатыми газами. - / Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков, И. Нематуллаев, В.В. Нестеров. Обз. инф. вып. 2,3 - М.: АгроНИИТЭИПП, 1993. 40с.

9. Касьянов Г.И., Нематуллаев И. Комплексная переработка солодки голой, облепихи и шиповника.- В сб.тезисов докл.междун.конф."Экоресурсосберегащие технологии . переработки сельскохозяйственного сырья.- Москва-Астахань: Биоларус, 1993,- С.55-57.

10. Касьянов Г.И., Пехов 'A.B., Нематуллаев И. Техника и технология СОг-экстракции,- Научн.-техн. реф. сб. "Пищ. пром-сть". Вып.1.- М.: АгроНИИТЭИПП,

1993.-С.4-7.

11. Ас. 1813478 СССР, МКИ В 01 Д 11/02. Вертикальный противоточный экстрактор /Г.Р. Нариниянц, О.И. Квасенков И. Нематуллаев и др.; ВНИИКОП.» N 4886171/26; Заявл. 3.12.90; Бюл. N17,1993. ,

12. Переработка плодов и листьев Aesculus hippocastanum L. /Н.Е. Посокина, Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков, И. Нематуллаев.- В сб. докл. республ. научн.-техн. конф. "Проблемы энергетики теплотехнологии в отраслях АПК, перерабатывающих растительное сырье".-М.: Биоларус, 1994,-С.82-83.

13. Бактерицидные свойства активированных жидкостей. - / Л.А. Русанова, И. Нематуллаев, H.H. Нестерова, Н.Е. Посокина.- В сб. тез. докл. Всерос. конф. "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности". Часть 2,-М.:ВНИИИМТ, 1994,-С.29-30.

14. Пат. 2013059 РФ, МКИ А 23 В 7/08. Способ производства пищевого продукта из сухофруктов "Абрика"УИ. Нематуллаев, О.И. Квасенков, Г.И. Касьянов; НПФ "Апирами".- N 5037832/13; Заявл. 18.04.92; Бюл. N10,1994.

15. Пат. 20118124 РФ, МКИ G 01 N 33/03. лабораторная установка для исследования процесса экстракции /О.И. Квасенков, Л.Г. Александров, Г.И. Касьянов, И. Нематуллаев; ВНИИКОП,- N 4897549/13; Заявл. 12.11.90; Бюл. N15,

1994. 7 •''■■..

16. Пат. 2020838 РФ, МКИ А 23 N 15/00. Устройство для измельчения растительного сырья /И. Нематуллаев, Г.И. Касьянов, О.И. Квасенков; НПФ "Апирами",- N 5059108/13; Заявл. 18.08.92; Бюл. N10,19Р4.

17. Квасенков О.И., Нематуллаев И., Шарапкояа B.B. Получение пищевых загустителей и студнеобразователей из льняных стеблей и луба.- В сб. тез. докл. научно-технического семинара "Повышение эффективности переработки отечественного льняного сырья,- М.: Межд. ассоц. НТО легкой пром-сти, 1995.- С.29.

18. Нестерова H.H., Квасенков О.И., Нематуллаев И. Лабораторная газожидкостная установка,- В сб. тез. докл. Междун. научн. конф. "Научно-технический прогресс в пищевой пром-сти".- М.: МГАПП, 1995,- С.48.

19. Нематуллаев И., Файзулаев Ю. Антимикробная активность СОг-экстрактов.- В Об. тез. докл. Междун. научно-техничес. конф. "Пища, экология, человек"- М.: МГАПБ, 1995,-С.13.

20. Касьянов Г.И., Нематуллаев И., Квасенков О.И. Производство десертных продуктов из сухофруктов. В научно-техн. инф. сб. "Коне., овощесуш., пищеконцентрат. и таб. пром-сть", Вып.1.- М.: АгроНИИТЭИПП, 1996.- С.17-19.

21. Касьянов Г.И., Нематуллаев И. Технология переработки конского каштана //Изв. вузов. Пищевая технология,- N 5-6, 1996,- С.86-87.

22. Касьянов Г. И., Нематуллаев И., Палагина И А Технология производства активированного угля //Изв. вузов. Пищевая технология,- N 5-6, 1996.- С.87-88.

23. Технология десертных продуктов из сухофруктов /Н.М. Алабина, Т.В. Ермакова, И. Нематуллаев, H.H. Нестерова IIB научно-техн. сб. трудов ВНИИКОП "Совершенствование техники и технологии производства плодоовощных консервов",-М.: ВНИИКОП, 1996,- С.131-134.

24. Растворимость натуральных веществ в жидком диоксиде углерода/ Г.И.Касьянов, И. Нематуллаев, Э.А. Шафтан, В.Г. Шапошников . //Изв. вузов. Пищевая технология.- N 2-3, 1997,- С.54-57.

25. Новые виды консервной продукции, выработанные по СО 2-технологиям/ И. Нематуллаев, Е.Е. Касьянова, Н.В. Липицкая, A.A. Гиш. В сб. тез. докл. Междун. симпоз. "Научные основы и практическая реализация важнейших технологий обработки сырья растительного и животного происхождения сжиженными и сжатыми газами",- Краснодар: КНИИХП, 1997,-С.40-41.

<J*C<À!>>

¿¿ДО J—S^Ú^ ^ ч}"?*^

г: ^ C - ^ ^ .

• o', »/i oj^'SJj Ot>toir J-^í^r ^

I/ /

■ C^^Us*? \ сЛсА ^^^^^ . fл At KobW^'"