Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практические аспекты проектирования фитонапитков на основе сырьевых ресурсов Дальневосточного региона
.pdf
нормализации кровяного давления. Им приписывают и диуретическое действие
(мочегонное), спазмолитическое и холеретическое действие на организм чело
века; они расширяют капилляры, снижают давление крови, тонизируют сердеч
ные мышцы, расширяют коронарные сосуды, уменьшают свертывание кро
ви [152].
Алкалоиды - это органические соединения, содержащиеся в растениях в
виде солей лимонной, яблочной, янтарной, винной, щавелевой, муравьиной, ук
сусной, молочной и других кислот, которые хорошо растворимы в воде. Тогда
как чистые алкалоиды (в несвязанном состоянии) в воде не растворимы.
Содержание алкалоидов зависит от времени года и почвенно-климати-
ческих условий мест произрастания растений. Как правило, в одном растении
встречается несколько разных алкалоидов, причем их количество и состав от
личаются в различных видах растений и в различных частях одних и тех же
растений. Больше всего их содержится в плодах, листьях и корнях.
Фитонциды, содержащиеся в хвое, являются важнейшими антимикроб
ными веществами, в их состав входят эфирные масла - смеси летучих аромати
ческих соединений [74, 152].
Хвоя сосны может служить источником витаминных препаратов. Она со
держит от 250 до 350 мг витамина С, который способствует ускоренному выве
дению шлаков из организма, снижению общего уровня холестерина, регулирует
окислительно-восстановительные процессы, оказывает влияние на белковый и
углеводный обмен. Широко используется для профилактики и лечения гипо- и
авитаминоза С.
Хвоя - источник бета-каротина, на 1 кг хвои приходится 140-320 мг каро
тина. Считают, что он незаменим в профилактике раковых заболеваний. Вита
мин А обеспечивает хорошее зрение, способствует повышению устойчивости
организма к инфекциям.
Хвоя сосны содержит 350-360 мг витамина Е, который является одним из
мощных антиоксидантов [3 5].
На основании изложенного выше можно констатировать, что сосновая
хвоя - ценнейший источник необходимых для организма человека биологиче
31
ски активных веществ. Для обоснования актуальности ее использования в на
правлении конструирования функциональных пищевых систем необходимо
изучить уже существующие продукты переработки хвои.
1.3.3. Продукты переработки хвои сосны
Россия занимает большие площади на территории материка. Больше 60%
этих площадей занимают лесные массивы. Поэтому показатели роста промыш
ленности, занимающейся лесопереработкой, заметно улучшились, особенно в
последние годы, когда современные способы заготовки, переработки и реали
зации древесных ресурсов позволяют использовать до 100% всех возможно
стей. Нужно лишь реализовать их, сделав лесную промышленность безотход
ной, в то время как на данный момент количество этих отходов достигает порой
40% [30].
Современную парфюмерию и косметику, бытовую химию и медицинские
препараты уже сложно представить без вытяжек или экстрактов хвойных рас
тений. Фармацевтическая промышленность широко использует биологические
вещества, содержащиеся в хвое, которые богаты полезными микроэлементами.
Но россияне научились перерабатывать древесную зелень сравнительно
недавно, в 30-х гг. прошлого столетия. Именно в эти годы в Советском Союзе
группа ученых приступила к исследованию хвойных пород деревьев, в том чис
ле изучался и химический состав хвои этих растений [125].
На рис. 14 представлены продукты переработки сосновой хвои.
Хвойно-витаминная мука используется в животноводстве и птицеводстве
в качестве кормовой добавки. Но ограничивают ее применение в большом ко
личестве в необработанном виде из-за наличия дубильных, смолистых веществ
и горьких глюкозидов, придающих корму специфический вкус [93].
М.Е. Титов использовал хвою в качестве антигельминтного средства при
лечении паразитарных заболеваний у водоплавающей птицы. Гусям и уткам
двухнедельного возраста ежедневно в течение 2,5 месяцев скармливали свежую
измельченную зеленую хвою в количестве 8-10% дневного рациона с увлаж
ненным мучным кормом. Вначале гуси неохотно поедали корм с хвоей, но по-
32
степенно привыкли. При копрологическом исследовании и вскрытии у гусей
гельминтов не оказалось.
Хлорофиллин
Хвойно-
талшнн
мука
натрия
Провнтамннный
концентрат
Эфирное
масло
Экстракт для
Рис. 14. Продукты переработки хвои сосны.
Хвойный
воск
Натуральный
клеточный сок
Хлорофиллин натрия (водорастворимое производство хлорофилла) пред
ставляет собой продукт омыленного хлорофилла, содержащий натриевые соли
жирных и смоляных кислот и водорастворимые производные хлорофилла.
Применяется в медицине как кроветворное, тонизирующее и заживляющее
средство, используется при атеросклерозе, кожных и желудочно-кишечных за
болеваниях, понижает артериальное давление. Препарат входит в состав пар-
фюмерно-косметических изделий.
Провитаминный концентрат (неомыляемые вещества) содержит кароти-
ноиды, стерины, витамин Е. Применяется в косметических изделиях как биоак
тивная добавка и в животноводстве как витаминная подкормка.
Хвойный воск используется во многих отраслях промышленности, в ча
стности для придания глянца лучшим сортам бумаги, а также для полировки
мебели, при окраске кож. Применяется также в косметической и парфюмерной
промышленности.
33
Натуральный клеточный сок - витаминная добавка для безалкогольных
напитков. Используется и в животноводстве как ценнейший источник биологи
чески активных веществ [39, 125].
Экстракт для ванн - таблетки или густая жидкость - нашел свое приме
нение в качестве гигиенического, профилактического и лечебного средства.
Хвойная хлорофилло-каротиновая паста - это фитонцидный поливита
минный препарат, содержащий хлорофилл, каротин, каротиноиды, витамин Е,
стерины и другие биоактивные вещества, стимулирующие биологически актив
ные процессы. Препарат используется в медицине для лечения язв, ожогов, об
морожений, заболеваний кожи, в животноводстве и птицеводстве в качестве
витаминной кормовой добавки, в косметической и парфюмерной промышлен
ности в качестве биоактивного компонента.
Эфирное масло в соотношении 1:1 с пищевым растительным маслом
применяется для лечения мочекаменной болезни. Может быть использовано
для ингаляции, для натирания при ревматизме, а также в качестве средства, ос
вежающего воздух, при пульверизации больниц и жилых помещений. Средняя
фракция эфирного масла применяется как отдушка в парфюмерно
косметических изделиях [103, 125].
Применение хвои и продуктов ее переработки помогает при лечении за
болеваний сердечно-сосудистой системы, дистонии сосудов головного мозга,
рассеянного склероза, прогрессирующей атрофии мышц, отслоения сетчатки
глаза, пиелонефрита. Используется для профилактики 90% всех заболеваний
земного шара, в том числе рака [30, 133].
Сосновая лапка - сырье для выработки хвойно-витаминных напитков (го
дится лапка только со свежей, зеленой зимней хвоей).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что использова
ние сосновой хвои в производстве продуктов функционального назначения иг
рает важную роль в обеспечении сбалансированного питания населения, по
скольку является ценнейшим источником биологически активных веществ. А
также позволит снизить промышленные отходы при переработке деревьев, что
является одной из важных задач для деревообрабатывающей промышленности.
34
1.4. Основные способы получения растительных экстрактов
Одним из современных направлений расширения ассортимента напитков
является внесение в их состав в виде добавок различного натурального сырья.
Этот прием издавна использовался при приготовлении квасов, в которые
часто добавляли хмель, различные пряности, травы, листья и другие части рас
тений [114, 156].
Теперь известно, что присутствие в напитках растительного сырья, со
держащего витамины, каратиноиды, фенольные соединения, ферменты способ
ствует повышению тонуса организма, адаптивных возможностей нервной сис
темы и эндокринных желез, повышению устойчивости организма к воздейст
вию неблагоприятных факторов окружающей среды, стимулированию активно
сти антиоксидантной защиты организма [102,115].
Растительное сырье является также оптимальным источником микроэле
ментов, поскольку они находятся в биодоступной, хорошо усвояемой организ
мом форме.
Разумеется, на современном этапе растительное сырье используется не в
нативном виде, а в виде концентратов и готовых экстрактов, полученных из
трав и/или частей растений.
Экстрагированием называется извлечение одного или нескольких компо
нентов из твердого тела с помощью растворителя или экстрагента, обладающе
го избирательной способностью воздействовать только на те компоненты, ко
торые необходимо выделить [108].
Оптимизация процесса экстрагирования направлена на повышение его
эффективности. Для этого выбирают такие значения действующих факторов,
которые исключают влияние различных неблагоприятных воздействий:
1. Температура - с повышением температуры коэффициент диффузии в
твердых частицах увеличивается. После превышения некоторого уровня темпе
ратур изменяются физические характеристики частиц, оцениваемые по измене
нию их упругих свойств, либо повышенная температура неблагоприятно сказы
вается на диффузии их частиц.
35
2. Размеры частиц - их уменьшение существенно ускоряет экстрагирова
ние. Однако при малых размерах частиц возможно их «слипание», в результате
эффективная поверхность соприкосновения с экстрагентом может уменьшиться
до 20-25% и менее от полной внешней площади поверхности частиц. В значи
тельной мере предотвращению неблагоприятного воздействия «слипания» спо
собствует перемешивание частиц различными способами, включая низкочас
тотные механические колебания, организацию процесса в кипящем слое, ульт
развуковые колебания, электроимпульсные воздействия, периодический отжим
продукта;
3. Перемешивание растворителя вокруг твердых частиц, из которых экст
рагируется продукт [14,141].
Влияние факторов на процесс экстрагирования может быть выражено ма
тематически следующим уравнением:
S = DF • t , (1)
X
где F - поверхность раздела фаз, м2; D - коэффициент молекулярной диффузии,
показывающий количество вещества в кг, которое продиффундирует за 1 с че
рез поверхность в 1 м2при толщине слоя 1 м и разности концентрации в 1 кг/м3;
С-с - разность концентраций, кг/м3; х - толщина слоя, через который проходит
диффузия, м; S - количество продиффундировавшего вещества, кг; t - время
диффузии, с.
Согласно этому уравнению, называемому законом диффузии Фика, коли
чество продиффундировавшего вещества прямо пропорционально разности
концентраций, поверхности раздела фаз, времени диффузии, коэффициенту
диффузии и обратно пропорционально толщине слоя.
Коэффициент диффузии представляет собой количество вещества, пере
носимого в единицу времени через единицу поверхности при градиенте кон
центрации равном единице. Это физическая характеристика, определяющая
способность вещества проникать в какую-либо среду. Формула Эйнштейна (2)
отражает зависимость коэффициента диффузии в растворе от температуры,
размера частиц и вязкости растворителя:
36
1— I )
Ы6жг)г
где N - число Авогадро; г| - вязкость среды, Па-с; г - радиус диффундирующих
молекул, м; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура, К.
Из приведенного уравнения видно, что происходит увеличение коэффи
циента диффузии с повышением температуры и уменьшение с увеличением
вязкости среды и размера частиц вещества. Иначе говоря, диффузия протекает
быстрее с меньшим радиусом диффундирующих частиц [3]. Экстрагент выби
рают в зависимости от вида получаемого продукта и его назначения, так как
экстрагент обладает избирательностью по отношению к экстрагируемому сы
рью. Можно получить совершенно разные экстракты из одного и того же рас
тительного материала, если учитывать свойства экстрагента. Экстракты и кон
центраты содержат не только легкоусвояемые экстрактивные вещества, в том
числе продукты гидролиза некрахмальных полисахаридов, вещества углевод
ной и белковой природы, но и моно-, ди- и трисахариды, аминокислоты, вита
мины, макро- и микроэлементы, флавоноиды, органические кислоты и другие
биологически активные вещества. Экстракты практически не содержат балла
стных веществ, что позволяет вносить их в напитки в небольшом количестве,
не изменяя органолептических свойств напитка [115].
Существуют способы экстрагирования статические и динамические. При
использовании статических способов сырье настаивают определенное время,
при этом периодически заливают экстрагентом. При использовании динамиче
ских способов происходит постоянная смена экстрагента или экстрагента и сы
рья.
Среди статических и динамических способов экстрагирования выделяют
периодические, при которых экстрагирование проводится в течение определен
ного времени одной или несколькими порциями сырья.
К статическим периодическим способам относятся одноступенчатые
(мацерация) и многоступенчатые (ремацерация и циркуляция с периодическим
сливом).
37
Среди динамических периодических способов выделяют перколяцию и
реперколяцию с законченным и незаконченным циклами. Среди динамических
способов выделяют прямоточные (экстрагент и материал в одном потоке), про-
тивоточные (активное движение навстречу экстрагента и растительного к мате
риала) и непрерывные (с непрерывной подачей сырья) [108].
К наиболее простым способам экстрагирования относят статические, в
том числе метод настаивания, используемый при производстве экстрактов и на
стоек. Более сложными являются ремацерационные методы (неоднократное на
стаивание), а именно - метод бисмацерации, используемый при производстве
густых и сухих экстрактов. Мацерация в «классическом» виде не отвечает тре
бованиям интенсификации производства, поэтому используется только в ред
ких случаях. Однако простота метода и оборудования являются достоинством
данного способа.
Сейчас разрабатываются и внедряются в производства новые формы ма
церации с максимальной динамизацией всех видов диффузии. К таким модифи
кациям мацерации можно отнести:
экстракцию с использованием ультразвука (акустическая);
методы импульсной обработки сырья;
вихревую экстракцию - турбоэкстрацию;
дробную мацерацию;
центробежную экстракцию.
Центробежная экстракция осуществляется в фильтрующей центрифуге,
где первичный сок уделяется из клеточного материала за счет центробежных
сил. Затем подается свежий экстрагент, который в дальнейшем также удаляется
из материала. После своего насыщения экстрагент сменяется на новый.
При электроимпульсном способе происходят создание в жидкости высо
ковольтного разряда и выделение мощного электромагнитного излучения в
очень короткие промежутки времени.
При дробной мацерации за счет обновления экстрагента происходит эпи
зодическое изменение разности концентраций на границе раздела фаз. При
этом происходит разделение экстрагента на порции и время настаивания: если
38
экстрагирование ведется в соотношении 1:5, первые 4 суток растительный ма
териал экстрагируется трехкратным объемом экстрагента, после прессования
экстрагирование ведут в течение 2 суток однократным объемом чистого экстра
гента и в течение 1 суток - оставшимся однократный объемом экстрагента. Та
ким образом, в сумме время экстрагирования составляет 7 суток, количество
экстрагента - 5 объемов. Если же экстракт готовится в соотношении 1:10, тогда
указанные объемы экстрагента удваиваются, т.е. 6:2:2, что в итоге даст
10-кратный объем [3,141].
Из динамических (периодических) методов в производстве наиболее час
то применяется перколяция.
Перколяция - это непрерывное фильтрование экстрагента через слой сы
рья. Осуществляется в специальных емкостях, представляющих собой цилиндр
с ложным дном и краном внизу.
Перколирование ведется до тех пор, пока в сырье не останется ничтожно
малое количество действующих веществ, поскольку дальнейшее экстрагирова
ние является экономически нецелесообразным. Полноту истощения определя
ют визуально по обесцвечиванию перколята (извлечения) или качественными
реакциями на действующие вещества - алкалоиды, таннаты, гликозиды, кисло
ты и т.п. После этого извлечение разбавляется чистым экстрагентом, если его
объем получился меньше расчетного или содержание действующих веществ
выше стандарта [108].
Т.П. Жюзе предложил теорию об использовании в переработке сжижен
ных газов. И лишь современная наука позволила воплотить эту теорию в прак
тику. Достоинство этого метода - в невысоких температурах технологического
процесса, что позволяет сохранить максимум полезных веществ экстрактов. К
тому же сам процесс более прост за счет отсутствия такой стадии как регенера
ция экстрагента. И самым распространенным в этой области переработки стала
сжиженная СОг.
Экстракция сжиженными газами - один из новейших способов экстрак
ции сырья, содержащего фитонциды, эфирные масла, растительные гормоны,
сердечные гликозиды, то есть летучие вещества.
39
В СНГ освоена экстракция растительного сырья жидкой СОг, при ком
натной температуре (не более 28°С) и давлении 65-70 атм. Вязкость жидкой
СОг в 14 раз меньше воды, в 65 раз - этилового спирта. Температура кипения
сжиженного СОг лежит в пределах от -55,6 до +31 °С, что позволяет быстро
удалять газ из вытяжки и сохранять экстрагированные вещества в вытяжке без
изменений [141].
Многие ученые занимаются усовершенствованием технологий и техниче
ских аппаратов по переработке хвои, стремясь выделить отдельные группы
биологически активных веществ из хвои деревьев. Уже разработан способ вы
вода полипренола, а также способ фракционирования хвойного эфирного мас
ла, которое нашло применение во многих отраслях промышленности [93].
Благодаря разработке новейших способов переработки хвои Россия уже
сейчас снижает количество отходов лесоперерабатывающей промышленности,
что является первостепенной задачей при сложившейся экологической обста
новке.
Таким образом, получение экстрактов из хвои является наиболее простым
и доступным способом ее переработки, а полученные продукты могут быть ис
пользованы для производства пищевых продуктов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]