автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.10, диссертация на тему:Технология получения и применения экстрактов из субтропического растительного сырья

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КИЗИМ Ирина Евгеньевна

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ ИЗ СУБТРОПИЧЕСКОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

05.18.10 - технология чая, табака и субтропических культур

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: • Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор [И.Г. Мохначев • Доктор технических наук, профессор Г.И. Касьянов

Краснодар - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................4

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНО-ИОНФОРМАЦИОННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 .Направления использования пряно-ароматических и

лекарственных растений.................................................................6

1.2. Современное состояние переработки пряно-ароматического

и лекарственного растительного сырья.....................................16

1.3. Выбор растворителя......................................................................31

Глава 2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Характеристика сырья и вспомогательных

материалов......................................................................................54

2.2. Методы оценки качественного состава сырья, полуфабрикатов и готовой продукции........................................63

2.3. Способы определения ароматических

и вкусовых ингредиентов..............................................................69

2.4. Описание лабораторных установок...............................................81

2.5. Методы математического планирования

эксперимента...................................................................................85

Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Кинетика извлечения ценных компонентов из растительного сырья жидким аргоном

и водно-спиртовыми смесями.......................................................89

3.2. Химический состав и свойства экстрактов ................................95

3.3. Использование методов математической статистики для обработки результатов исследований.........................................99

Глава 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ...............................................................................102

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ..........................................................................113

ЛИТЕРАТУРА ...................................................................................................114

ПРИЛОЖЕНИЯ:

1. Технологическая инструкция по производству экстрактов из пряно-ароматического и лекарственного растительного

сырья, извлекаемых жидким аргоном.........................................................132

2. Технические условия 9169-035-04801346-98. «Аргоновые экстракты из субтропического пряного

и лекарственного растительного сырья.......................................................143

3. Задания к лабораторным исследованиям в системе УИРС «Технологические свойства пряностей и экстрактов из них, используемых в пищевой промышленности................................................149

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важных направлений работы отраслей пищевой промышленности является улучшение вкуса и аромата пищи. В связи с этим целесообразно уделить должное внимание применению пряно-ароматического и лекарственного растительного сырья, которое существенно улучшает вкусовые качества пищевых продуктов и способствует их лучшему усвоению организмом. Это обусловлено тем, что многие из этих растений обладают ценными лечебными или профилактическими свойствами. В настоящее время, благодаря тысячелетним изысканиям веществ растительного происхождения, их количество в мире достигает несколько тысяч наименований / 7, 9, 58, 59, 84, 104 /.

Обеспечивая высокие органолептические свойства пищи, пряно-ароматические и лекарственные растения способствуют нормализации и оздоровлению кишечной микрофлоры, что приводит к снижению интенсивности гнилостных процессов в кишечнике и снижению аутоинтоксикации организма. Последнее обстоятельство приобретает все большее значение в последние годы из-за усиливающегося распространения явлений дисбактериоза практически у всех возрастных групп населения. Благодаря активации и нормализации работы пищеварительной системы, происходит оздоровление всего организма человека в целом.

Эти положения уже доказаны учеными и не нуждаются в дальнейших подтверждениях, а лишь требуют от работников пищевой промышленности более широкого применения и внедрения пряно-ароматических и лекарственных растительных веществ. Но в то же время, недостаточно создать какую-либо композицию, соответствующую вкусам потребителей, нужно еще рационально ввести ее в продукт, обеспечить устойчивость вкуса и аромата, предупредить возможность химического взаимодействия компонентов между

собой или с пищевым продуктом, изучить возможное изменение химического состава при хранении и, главное, убедиться в полной безопасности ее для организма человека.

По мере расширения ассортимента вкусо-ароматических добавок для пищевой промышленности и смежных производств все больше выявляется необходимость проведения широких исследований их химического состава и свойств.

Целью работы также являлся сравнительный анализ свойств растворителей из числа сжиженных газов, позволяющих практически мгновенно удалять растворитель из мисцеллы и в то же время не влиять на увеличение кислотных и перекисных чисел экстрактов.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Направления использования пряно-ароматических и лекарственных растений

Большую группу вкусо-ароматических веществ составляют пряности -растительные продукты, обладающие выраженными вкусовыми и ароматическими свойствами. При употреблении в малых дозах, они способны передать их любому пищевому продукту. Пряные растения имеют диетическое и непосредственно пищевое значение. Это обусловлено, главным образом, содержанием в них витаминов, а также тем, что некоторые вещества, содержащиеся в пряных растениях, оказывают на организм и, в частности, на пищеварительную систему физиологическое воздействие в сторону усиления обмена веществ, что ведет к наилучшей усвояемости пищи / 24, 47 /.

Впервые о пряностях упоминается около пяти тысяч лет до нашей эры в древних странах Востока. Вначале пряности употребляли только с пищей, затем некоторые из них стали применяться в религиозных обрядах, в воскурении благовоний, а также при бальзамировании умерших и, наконец, в медицине. В настоящее время пряности производятся на Африканском континенте, в Азии, Южной Америке, Индии, Вьетнаме и др. / 23, 173 /.

Учитывая историческое и географическое применение, пряности можно разделить на две большие группы: классические (или экзотические) пряности и пряности местные.

К классическим пряностям относятся части тропических и субтропических растений (листья, плоды, корни, и т.п.), прошедшие предварительную обработку (сушку, ферментацию, очистку и т.п.).

К важнейшим тропическим пряным растениям относятся: гвоздика; имбирь, корневище которого является известной пряностью; мускатное дерево,

-о

Рисунок 1. - Внешний вид ряда субтропических пряностей: 1-кайеннский перец, 2- перец черный горький и белый, 3- тмин, 4- лавровый лист,5- имбирь, 6- гвоздика, 7- мускатный орех и цвет, 8- смесь пряностей — кэрри,9- шафран, 10- корица, 11- можжевеловые ягоды, 12- паприка.

растущее на Зондских, Молуккских и Антильских островах, дает мускатный орех и мускатный цвет; перец черный, от которого используются семенные ядра и незрелые плоды; коричное дерево, дающее корицу; кардамон, многолетнее растение, культивируемое в Индии, Китае и Японии (рисунок 1). Все эти пряности употребляются исключительно в сухом виде и служат для придания пищевым продуктам новых вкусовых свойств /126, 169/.

К местным пряностям относятся пряности, употребляемые в свежем виде вблизи места произрастания. Они в свою очередь, делятся на пряные овощи (в основном используется подземная часть растения) и пряные травы (используется только надземная часть растения) /46, 60, 80, 81/.

К пряным растениям отечественного происхождения относятся лук, чеснок, хрен, эстрагон, укроп, петрушка и другие. Значение этих растений не ограничивается только вкусовым эффектом, они также обладают выраженной биологической активностью. В их состав входят витамины С и В6, железо, фолиевая кислота, (3-каротин и каротиноиды. Поэтому даже при введении небольшого количества местных пряностей в пищу, этот комплекс биологически активных веществ проявляет свое физиологическое воздействие /88, 90/. Многие пряности (имбирь, майоран, куркума и др.) обладают выраженной антиокислительной активностью и способны тормозить явления пероксидации в организме человека /51, 108, 137 /.

В таблице 1 представлен ассортимент главных пряностей, применяемых в пищевых отраслях промышленности, а также используемые части пряных растений и содержание основного действующего вещества / 8, 10 /.

Таблица 1 - Ассортимент основных импортных и отечественных пряностей,

используемых в пищевых отраслях промышленности

Название пряности Производящее растение Используемая часть растения Основное действующее вещество Его содержание, % Отрасли про-мышлен.

1 2 3 4 5 6

ИМПОРТНЫЕ

Бадьян, звездчатый анис Illicium verum Hook. f. Плоды Эфирное масло 5,05,5 КП, ЛВ, НП,Р, Мяс, X

Ваниль Vanilla planifo-lia Jackson Плодовая коробочка Ванилин 2,04,5 Кон,НП, Х,ЛВ ,Р

Гвоздика Eugenia aromatica L. Почки, не вполне созревшие цветы Эфирное масло 10,026,0 X, Мяс, ЛВ, НП

Зедоария Curcuma Zedoaria (Christm). Rose. Корневище Эфирное масло 1,01,5 НП

Калган Potentilla erecta (L.) Raüsch Корневище Эфирное масло 1,0 НП

Кардамон Elettaria Carda-momum (L.) Maton Семена Эфирное масло 3,54,5 X, НП, Р

Корица китайская Cinnamomum Cassia Blume Кора Эфирное масло 0,52,25 X, НП, Мяс

Корица цейлонская Cinnamomum Zeylanicum Blume Кора Эфирное масло 0,52,25 X, НП, Мяс

Куркума Curcuma longa (L.) Корневище Эфирное масло Куркумин 3,05,5 0,3 НП

Имбирь Zingiber officinale Rose. Корневище Эфирное масло Гингерол 2,53,5 0,5-1,0 X, Мяс, НП,Р

Мускатный орех Myristica fragrans Houtt. Околоплодники, семенные ядра Эфирное масло 6,015,0 X, Мяс, НП

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

Перец Piper nigrum L. Незрелые Пиперин 4,0-7,5 Мяс, Р,

черный плоды иногда до 13 НП

Перец белый Piper nigrum L. Зрелые плоды без оболочек Пиперин 5,5-9,0 Мяс, Р, НП

Перец Pimenta offic. Незрелые Эфирное 2,0-4,0 Мяс, Р,

душистый плоды масло НП

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ

Аир Acorus Calamus Корневище Эфирное масло 2,0-3,0 ЛВ, НП, Р

Анис обык- Pimpinella Плоды Эфирное 1,5-5,0 ЛВ, НП,

новенный Anisum L. масло Мол, Р, Мяс, X

Горчица черная Brassica nigra (L.) Koch Семена Синигрин 4,0-5,0 Мол, НП

Горчица сарептская Brassica juncea (L.) Czem. Семена Синигрин 4,0-5,0 КП,НП, Р,Х

Горчица Sinapis alba Семена Синальбин 3,0-4,5 Мол,НП,

белая Мяс

Донник Melilotus officinalis (L.) Pall Цветы и листья Кумарин 0,3-0,4 Мол,ЛВ, Мяс, НП

Душица Origanum vulgare L. Вся трава Эфирное масло 0,150,50 ЛВ

Дягиль Archangelica officinalis (Moench)Hoffin Корневище с корнями Эфирное масло 0,351,00 ЛВ, Р, НП

Кориандр, Coriandrum Плоды Эфирное 0,15- КП, ЛВ,

кишнец sativum L. масло 1,00 Мяс, Р, НП, X

Лавровый лист Laurus nobulis L. Листья Эфирное масло 0,52,5 КП, НП, Мол, Р, Мяс

Майоран Origanum Majorana Вся трава Эфирное масло 1,52,0 КП, НП, Мол, Р, Мяс

Мята Mentha piperita Листья Эфирное 0,8-3,0 КП, ЛВ,

перечная L. масло НП, Р,Х

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

Перец красный Capsicum L. Стручки Капсаицин 0,5-1,0 КП, ЛВ, Мол, НП

Петрушка Petroselinum sativum Вся трава, корневище Эфирное масло 2,0-3,0 КП, НП, Мяс, Р

Полынь Artemisia inthium L. Вся трава Эфирное масло 0,3-2,0 ЛВ

Тмин С arum Carvi L. Плоды Эфирное масло 5,0-7,0 КП, НП, Мол, Р, Мяс, JIB

Укроп Anethum graveolens L. Плоды Эфирное масло 2,8-4,0 КП, ЛВ, НП,Р

Фенхель Foeniculum officinale Плоды Эфирное масло 4,0-6,0 НП, Р

Хрен Cichlearia Aromoracia Корневище Синигрин 0,151,00 КП,НП

Чернушка Nigella sativa Семена Эфирное масло 0,5 кп,х

Шафран Crocus sativus L. Цветочные рыльца Кроцетин Эфирное масло 4,0-5,0 0,7-1,0 JIB, НП, X

Эстрагон Artemisia dracunculus L. Вся трава Эфирное масло 0,3-1,5 КП, JIB, Мол, Р

Примечание: Приняты следующие сокращения: КП- консервная и пищекон-

центратная промышленность, JIB- ликероводочная, Мол- молочная, Мяс- мясная, НП- народное питание, Р- рыбная, Х- хлебопекарная промышленность, Кон- кондитерская промышленность.

Самостоятельную группу составляют искусственные и синтетические пряности, которые широко используют в консервной и пищеконцентратной промышленности, ликероводочной, рыбной, мясной и других отраслях промышленности / 27, 56, 82, 115, 165 /.

Лекарственные растения — обширная группа растений, применяемых для профилактических и лечебных целей при различного рода заболеваниях. Лекарственные растения были известны человеку еще в глубокой древности. Упоминания об их целебных свойствах можно найти в памятниках древнейшей культуры — санскритской, древнееврейской, греческой, китайской, римской /95/. Уже в то время были известны лечебные действия подорожника, алоэ, можжевельника, клещевины и многих других растений. Объясняется это, с одной стороны общностью основных жизненных функций животной и растительной клетки, а с другой — тем, что животные развивались на Земле в течении долгих миллионов лет в тесной связи с растениями, бывшими для них основным источником пищи, из которой строилось тело животного / 84 /.

В современной медицине лекарственные растения играют вспомогательную роль, а в некоторых случаях, например при недостаточности кровообращения, в качестве желчегонных или противоглистных средств, остаются основными средствами /18, 75/. Лекарственные и ароматические растения являются также ценным и незаменимым сырьем для многих отраслей промышленности — пищевой, химико-фармацевтической, парфюмерной и др. / 70, 83, 86, 99 /.

В пищевой промышленности сухие экстракты лекарственного растительного сырья используются в качестве добавок в напитки, желе и т.п. Это делается с целью смягчения действия растительных биологических активных веществ на организм человека /25/. Многие лекарственные растения применяются для уменьшения аппетита и дегенеративных заболеваний центральной нервной системы. Например, для местной анестезии пищеварительного тракта применяется смесь веществ — капсаицина, выделяемого из некоторых видов перца, корицы, мускатного ореха и др. и экстрактов из Valeriana officinalis, Turneta diffusa, Metricaria chamomilla, Passiflora incarnata, Hamulus Iupulus и др. /1/.

Травяной экстракт, используемый в виде концентрата растений Mellissa Sp., Avena Sp. и Tilia Sp., вносится в пищевые продукты и напитки в качестве добавок или усилителей аромата /173/. Эфирные масла многих лекарственных растений используются для профилактики и лечения язвенных колитов, хронического гепатита и других заболеваний, вызываемых избыточной секрецией лейкотриенов и/или простогландинов, а также в качестве бальзамов, обладающих противовоспалительным действием/109, 156, 157/.

В настоящее время насчитывается более 200 видов лекарственных растений, из этого количества около 65% составляют дикорастущие растения /5,12, 52, 53,103 /.

Успешное изучение лекарственной флоры позволило выявить новые виды, представляющие научный и практический интерес. Например, мак малолистный рассматривается сегодня как новый сырьевой источник изохинолинового алкалоида оритавина, на основе которого возможен синтез новых болеутоляющих и антинаркотических препаратов. Мак песчаный предложен в качестве источника бензилизохинолинового алкалоида макростомина, превосходящего по спазмолитической активности папаверин /78/.

В таблице 2 приведены основные отечественные лекарственные растения, имеющие значение для различных отраслей пищевой промышленности. Таблица 2 - Направления использования отечественных пряно-ароматических

и лекарственных растений

Название лекарственного растения Производящее растение Культивируемое или дикорастущее Используемая часть растения Отрасли промышленности

1 2 3 4 5

Анис обыкновенный Anisum vulgare Gaertn.(Pimpinella anisum L.) Культивируемое Плоды КП, Мол, Мяс, JIB, НП, Р,Х

Арника горная Arnica montana L. Культивируемое Цветочные корзинки ЛВ

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5

Бузина Sumbucus nigra L. Дикорастущее Цветки, плоды НП

Вахта трехлистная Menyanthes trifoliata L. Дикорастущее Листья лв

Горец аптечный Polygonum bistorta L. Дикорастущее Корневище и корни лв

Горчица сарептская Brassica juncea (L.) Czern. Культивируемое Семена КП, НП, Р,Х

Душица обыкновенная Origanum vulgare L. Дикорастущее Надземная часть до плодоношения лв, Р

Дягиль лекарственный Archangelica officinalis (Moench) Hoffin. Культивируемое Корневище и корни лв,нп, Р, КП

Зверобой Hypericum perforatum L. Дикорастущее Цветки и листья ЛВ,Р

Кориандр Coriandrum sativum L. Культивируемое Молодые побеги, плоды НП, Мяс, КП, лв, Р,Х

Лапчатка прямостоячая Potentilla erecta (L.) Raüsch Дикорастущее Корневище р

Лимонник китайский Shisandra chinensis (Turcz.) Baill. Дикорастущее Плоды ЛВ, НП

Мелисса лекарственная Mellissa officinalis L. Культивируемое Листья и верхушки цветущих стеблей КП, лв, НП

Можжевельник Juniperus communis L. Дикорастущее Шишко-ягоды (соплодия) ЛВ, КП, р

Мята перечная Mentha piperita L. Культивируемое Листья КП, лв, НП, Р,Х

Перец красный стручковый однолетний Capsicum annuum L. Культивируемое Плоды целые Плоды молотые КП, лв, НП, Мол КП, Мяс, НП,Р

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5

Пижма Tanacetum Дикорастущее Цветки и НП,Р

обыкновенная vulgare L. листья

Полынь Artemisia Дикорастущее Листья и ЛВ

горькая absinthium L. верхушки стеблей

Ромашка Matricaria Культивируемое Цветочные ЛВ

лекарственная chamomilla L. корзинки

Тимьян Thymus serpyllum L. s. 1 Культивируемое Надземная часть до плодоношения ЛВ, Мол

Тмин Carum carvi L. Культивируемое Плоды Листья КП,ЛВ,Р, М�