CC BY
122
1
УДК 664.951:69.512
ОБОСНОВАНИЕ СТЕПЕНИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ В ПРОЦЕССАХ ИХ ВОДНОГО ЭКСТРАГИРОВАНИЯ
В.М. Соколова, Ю.П. Маслюков, Дальрыбвтуз, Владивосток
Изучено влияние степени измельчения водоросли на процесс водного экстрагирования бурых водорослей. Выяснено, что с увеличением размера частицы водоросли от 3 до 100 мм количество экстрагента возрастает более чем в 2 раза, а степень извлечения компонентов водорослей уменьшается более чем 2,3 раза. Совместным рассмотрением процессов экстрагирования и удаления экстракта прессованием обосновано использование шинкованной водоросли (1.=3,5±0,5 мм) при переработке водорослей в гелеобразный продукт.
Бурые водоросли благодаря уникальному химическому составу широко используются для производства биологически активных веществ (БАВ), пищевых добавок функционального назначения. Также издавна водоросли используются для производства различных продуктов питания: кулинарной продукции, салатов или консервов. При термической обработке водорослей многие полезные вещества либо разрушаются, либо теряются с варочными водами.
Отмечено, что в технологиях производства БАВ из бурых водорослей теряется до 55-60 % минеральных солей, 7,0-12,0 % органических веществ (Огородникова и др., 1995; Ковалева, 1999; Вишневская, 2001).
В технологии изготовления гелей из бурых водорослей («Модифилан», «Ламиналь») отсутствуют водорослевые отходы, но при производстве образуется от 70 до 100 дм3 технологических стоков на килограмм воздушно-сухой водоросли (Пат. РФ № 2030881; Пат. РФ № 2041656).
Ранее проведенными исследованиями была обоснована целесообразность проведения поэтапного водного экстрагирования, включающего предварительное экстрагирование (замачивание) воздушно-сухих водорослей и три экстракции (Маслюков, 2005; Маслюков, Соколова, 2006).
Целью данной работы явилось исследование влияния исходного размера водорослей на степень экстрагирования компонентов водоросли и последующее удаление экстракта из водорослевой массы.
В качестве исходного материала для исследований использовали ламинарию японскую сушеную (I.аттапа ]ароп1еа АгввЬ) двухлетнюю, добытую в Приморье в июне-августе, измельченную на куски размером от 100 мм до 3 мм и частицы эквивалентным диаметром 5 мм. В качестве экстрагента использовали воду. Процесс экстракции вели при
2
массовом соотношении водоросль:экстрагент (гидромодуле) от 1:7 до 1:15; температуре 20±2 0С и продолжительности процесса до 12 ч.
Содержание сухих веществ в водорослях, экстрактах определяли стандартными методами (ГОСТ 26185-86), вязкость экстрактов -методом вискозиметрии на вискозиметрах типа ВПЖ-2 при диаметре капилляра вискозиметра (0,81 -3,5)10-3 м.
Экспериментально получено, что степень измельчения водоросли в значительной степени влияет как на условия осуществления процессов экстрагирования, так и на выход сухих веществ в экстракт (табл. 1, 2).
С увеличением степени измельчения возрастает степень набухания водоросли и выход растворимых компонентов в экстракт, так как увеличивается удельная поверхность (поверхность водоросли в единице массы) водоросли и связанная с этим поверхность разрушенных клеточных мембран, которые, очевидно, обладают большей проницаемостью к экстрагенту и меньшим диффузионным сопротивлением, чем поверхностный слой слоевища.
3
Таблица 1
Влияние степени измельчения на выход растворимых компонентов водоросли в экстракт на стадии предварительного экстрагирования (гидромодуль 1:15, продолжительность 12 ч)
Сырье Содержание сухих Масса Степень Вязкость
веществ, % водоросл. извлечен экстракта,
Экстракт Водоросл. остаток остатка, кг ия, % д, 10-3 Пас
Исходная - 1,0 1,2 -
водоросль
Куски слоевищ
длиной, мм - 100 24,5 3,7 9,9 1,8
- 50 21,4 4,2 14,2 1,8
- 30 20,3 4,4 17,7 1,9
Водоросль: 4,8 18,0 5,0 24,7 2,4
шинкованная
(3 мм) - дробленая 4,9 17,2 5,2 25,8 2,5
(с1экв- 5 мм)
Вязкость экстрактов изменяется от 0,0018 до 0,0025 Па с и не оказывает значительного влияния на процесс удаления экстракта. Но степень измельчения водоросли влияет на содержание водорослевых частиц размером менее 1,2 мм в экстракте, которое увеличивается пропорционально степени измельчения от 0,1 до 2,5-3,0 % для водоросли длиной 100 мм и шинкованной или дробленой (I. = 3 мм, бэкв = 5 мм).
В задачу исследований входила минимизация расхода экстрагента для уменьшения количества жидких технологических стоков. Экспериментально установлено значение минимального гидромодуля и выход растворимых компонентов водорослей в экстракт (табл. 2).
При экстрагировании из целых слоевищ или кусков слоевищ (длина 30-100 мм) удельный объем водорослевой массы значительно возрастает за счет увеличения гидромодуля до 1:15, что приводит к возрастанию рабочего объема камеры экстрагирования. Кроме того, затруднено перемешивание ввиду значительной неоднородности смеси. Выход экстрагируемых веществ составляет от 12,7 до 9,9 %. Также происходит возрастание расхода экстрагента, необходимого для покрытия им водорослей (минимального гидромодуля) с 7 дм /кг водоросли до 15 дм3/кг водоросли при увеличении длины куска водоросли с 3 до 100 мм. Вязкость экстрактов, полученных на этапе предварительного экстрагирования, осложненным набуханием водорослей, зависит от массы экстрагента, концентрации сухих
4
веществ и составляет
0,0056 ± 0,0018 Пас для частиц водоросли от 5 до 100 мм.
Таблица 2
Влияние степени измельчения на значения минимального гидромодуля и выхода растворимых компонентов водоросли в экстракт на стадии предварительного экстрагирования
Сырье Условие обработки Содержание сухих веществ, % Масса водорсл. остатка, кг Степе нь извлеч ения, % Вязкость экстракт га п, 10'3 Па.с
ГІМмин т, ч Экстра кт Водор осл. остато к
Исходная - - - - 1,2
водоросль
Куски слоевищ
длиной
- 100 мм 15 10 9,9 3,7 9,9 1,8
- 50 10 10 12,2 4,1 12,2 2,7
- 30 10 9 12,7 4,3 12,7 2,9
Водоросль
- шинкован- 7,0 6 4,8 16,7 4,6 16,7 5,1
ная (3 мм)
- дробленая 7,0 6 4,9 17,2 4,7 16,8 5,6
(бэкв = 5 мм)
При отделении экстракта прессованием происходит закупорка отдельных объемов жидкости, а также значительная деформация и разрушение слоевищ в местах излома.
При использовании дробленой водоросли с размером частиц 3-8 мм набухание водорослевой массы и экстрагирование происходит значительно быстрее (4-6 ч) за счет увеличения поверхности массообмена, выход сухих веществ составляет до 16,7-16,8 %.
Увеличивается выход в экстракт некоторых веществ, например, йода экстрагируется в 2,5-3,2 раза больше. Однако при этом в экстракт переходит большое количество нерастворимых веществ, в том числе частиц клеточных стенок, тонкоизмельченных фрагментов водоросли. Затруднено разделение жидкой и твердой фаз, так как происходит запрессовка мелких частиц в свободные объемы, сокращение в связи с этим сечения для движения жидкой фазы. Мелкие частицы засоряют фильтрующую перегородку, снижая ее пропускную способность; требуется частая ее промывка и замена. Значительный выход сухих веществ также отмечается на стадиях нейтрализации (до 12,8 %).
Частицы измельченной на волчке водоросли сильно деформированы. При таком измельчении происходит их сильное
5
сжатие и скручивание и, как следствие, нарушение клеточных оболочек, что ухудшает условия экстрагирования.
Наилучшие результаты достигаются при использовании водоросли, шинкованной на полоски шириной 5 мм. Выход экстрагируемых веществ составляет 40-43,5 %, причем в экстракт переходят преимущественно растворимые вещества. Отделение жидкой фазы прессованием происходит достаточно эффективно. Продолжительность процесса больше, чем для мелкодробленой водоросли (экстрагирование происходит в течение 10-12 ч), но качество экстракта при этом выше.
Библиографический список
1. Вишневская Т.И., Аминина Н.М., Гурулева О.Н. Разработка технологии йодсодержащих продуктов из 1ат'тапа ]ароп1еа: // Изв. ТИНРО. 2001. С. 163-170.
2. Ковалева Е.А., Вишневская Т.И., Подкорытова А.В. Разработка технологии вкусовой быстрорастворимой приправы из 1ат'тапа ]аропюа // Изв.ТИНРО. 1999. Т. 125. С. 62-67.
3. Маслюков П.Ю. Исследование процесса экстрагирования при комплексном использовании компонентов бурых водорослей: Науч. тр. Дальрыбвтуза: Владивосток: Дальрыбвтуз. 2005. Вып. 17. С. 60-64.
4. Маслюков П. Ю., Соколова В.М. Обоснование технологических регламентов при переработке бурых водорослей // Изв. ТИНРО. 2006. Т. 145. С. 369-375.
5. Огородникова А.А., Подкорытова А.В., Кушева О.А. и др. Технология переработки бурых водорослей - комплексная, экологически чистая // Химические и биологические основы обработки гидробионтов // Изв. ТИНРО. 1995. Т. 118. С. 142-146.
6. Патент РФ № 2030881 от 25.06.91 Способ переработки водорослей с получением продукта, содержащего альгинат натрия.
7. Патент РФ № 2041656 от 20.08.95 Способ получения пищевого полуфабриката из ламинариевых водорослей.
