CC BY
64
66.061.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ ЗА СЧЕТ СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА
Г.И. КАСЬЯНОВ, Г.А. САГАЙДАК
Кубанский государственный технологический университет
При извлечении различных веществ из сложных биологических объектов, к каковым относится природное растительное сырье, используемое в пищевой промышленности, выделяется не одно чистое вещество, а несколько веществ, близких по химическому сродству к применяемому типу растворителя [1]. При этом каждое из экстрагируемых веществ, несомненно, влияет на эффективность процесса экстракции всех остальных компонентов.
В данной статье описан способ увеличения выхода целевых компонентов за счет синергетического эффекта в присутствии этанола, высших спиртов и фенолов для совершенствования процесса извлечения из растительного сырья биологически активных веществ сжиженными газами.
Объектом исследования служили сухие пряности: анис (ГОСТ 18315-91), гвоздика (ГОСТ 29047-91), имбирь (ГОСТ 29046-91), кориандр (ГОСТ 17081-97), перец душистый (ГОСТ 29045-91), перец красный (ГОСТ 29053-91), перец черный (ГОСТ 29050-91), ку-пажные экстракты, в составе которых присутствует эвгенолсодержащее сырье - гвоздика, перец душистый (смеси гвоздики и имбиря в соотношении 1 : 1, перца душистого и перца красного в соотношении 2 : 1). Исследовали также купажные экстракты, содержащие анетол и линалоол: смеси аниса и перца черного в соотношении 1 : 2, кориандра и перца черного в соотношении 1 : 5.
Для обработки полученных результатов и построения графических зависимостей использовались пакеты прикладных программ Microsoft Excel, SPSS 11.0, операционная система Windows XP. Для оптимизации отдельных компонентов рецептур готовых продуктов -пакеты SPSS 11.0 и Statistica 6.0 [2, 3].
Оптимальные параметры технологически совмещенного процесса экстракции и соэкстракции, обеспечивающие высокий выход экстрактивных веществ из всех исследуемых смесей, подобраны экспериментально: температура 20°С, соответствующее оптимальное давление 5729 кПа, продолжительность процесса t 120-180 мин.
Комплексные (купажные) СО2-экстракты получали путем купажирования сухого измельченного растительного сырья до экстракции. Рецептуры купажей составляли с учетом присутствия в химическом составе
каждого вида сырья предполагаемых соэкстрагентов -спиртов, фенолов и др. Комплексные СО2-экстракты обладают значительными преимуществами по сравнению со смесью индивидуальных СО2-экстрактов, так как выравнивание состава и свойств комплексного СО2-экстракта происходит во время экстракции на молекулярном уровне. В результате получили совместимый, сбалансированный продукт, содержащий биологически активные, ароматические, фармакоактивные и другие ценные компоненты.
При изучении технологического процесса обработки эвгенолсодержащего сырья в смеси с другими пряностями установили, что общий выход экстрактивных веществ увеличивается в 1,1—1,5 раза по сравнению с таковым при индивидуальном извлечении каждого компонента с последующим смешиванием. Выход экстрактивных веществ при экстракции жидким диоксидом углерода графически представлен на рис. 1 (кривые: 1 — смесь гвоздики и имбиря в соотношении 1 : 1, 2 — гвоздика, 3 — имбирь).
Суммарный выход экстракта из комплексной смеси гвоздики и имбиря составляет 24,9%, что превышает выход экстракта из гвоздики и имбиря, экстрагируемых по отдельности — 19,1 и 4,05% соответственно — в 1,2 раза.
Установлено, что кроме этилового спирта и фено -лов, явление соэкстракции обеспечивают высшие спирты, кетоны и другие соединения.
Явление соэкстракции позволяет снизить продолжительность процесса экстрагирования основных ком-
понентов смеси и приводит к появлению в экстракте ценных веществ, которые не выделяются при отдельной экстракции каждого компонента.
Для построения модели процесса соэкстракции определяли, каким образом каждое из веществ влияет на сам процесс и на выход другого вещества.
Исследования показали, что на первоначальном этапе определяющее воздействие на процесс соэкс-тракции оказывают фенолы и высшие спирты, ускоряя процесс выхода компонентов из растительного сырья. Вторые компоненты смеси, наоборот, оказывают некоторое угнетающее влияние на процесс, заметное только на его завершающей стадии, когда содержание этих компонентов становится достаточно высоким.
Для прогнозирования выхода экстрактивных компонентов из смеси растительных веществ использовали следующую формулу:
где а = 1,1(^1 + #2) — предельный выход экстракта из смеси; а\ и а2 — предельный выход экстракта соответственно из 1-го и 2-го вещества в отдельности; Ь = + п 2^) — коэффициент пропорционально -
сти; Ь и Ь2 — коэффициенты пропорциональности соответственно 1-го и 2-го вещества; п 1 и п2 — соотношение веществ в смеси; р — среднее арифметическое модулей максимальных отклонений; Т » 100 — период колебаний.
На рис. 2 приведена усовершенствованная технологическая схема установки для экстрагирования ценных компонентов из растительного сырья жидким диоксидом углерода, в которой предусмотрена возможность осуществления процесса соэкстракции, точного регу-
лирования параметров процесса, отбора экспресс-проб, пропитки сухих носителей мисцеллой [4, 5]. Установка включает: 1 - газгольдер, 2 - конденсатор, 3 - сборник, 4 - экстракторы, 5 - пульсатор, 6 -баллоны, 7 - сборник экстракта, 8 - испаритель, В^В13
- вентили, Н1 - насос высокого давления, Н2 - вакуум-насос, У - устройство для отбора экспресс-проб.
Предварительно измельченное и пролепесткован-ное растительное сырье загружают с помощью сетчатых кассет в экстракторы 4, после герметизации которых из аппаратов удаляют остатки воздуха с помощью вакуум-насоса Н2. Из сборника 3 при открытых вентилях В6 и В7 в экстракторы подают жидкий СО2, который пропитывает сырье. Процесс проточной экстракции осуществляют при открытых вентилях В11 и В12, подавая мисцеллу в испаритель 8, внутри которого циркулирует теплая вода. Из-за разницы температур растворитель резко вскипает и через вентиль В2 направляется в конденсатор 2, где остужается. Цикл экстракции многократно повторяется, а готовый экстракт сливается в сборник 7.
На установке апробирован способ повышения эффективности процесса извлечения ценных компонентов из смесей растительного сырья за счет двухступенчатого сброса давления [5, 6]. Установлено, что сливы мисцеллы с периодичностью 25 мин каждый позволяют сократить продолжительность процесса извлечения остаточных веществ в 1,2 раза.
ВЫВОДЫ
1. Выход экстракта в присутствии высших спиртов, фенолов, а также кетонов, линалоолов, анетолов, гера-ниолов, корвакролов, лимоненов и некоторых других соединений увеличивается в 1,1—1,5 раза по сравнению с отдельным экстрагированием каждого из веществ с последующим смешиванием компонентов при той же навеске, степени измельчения и физических параметрах.
2. Описано катализирующее влияние высших спиртов и фенолов на процесс соэкстракции Остальные вещества тормозят выход экстрагируемых веществ, в результате чего процесс носит циклический характер, причем величина первого периода составляет 60—110 мин в зависимости от химического строения вещества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сагайдак Г.А., Касьянов Г.И. Теория и практика газо -жидкостной экстракции. — Краснодар: Сов. Кубань, 2004. — 160 с.
2. Сидоров С.В., Сагайдак Г.А., Круглова И.А. Математическое обоснование эффекта соэкстракции // Хранение и переработка с.-х. продукции: Сб. науч. тр. КНИИХП. — Краснодар: КНИИХП, 1998. — С. 69—70.
3. Касьянов Г.И., Сагайдак Г.А. Математическое обоснование процесса соэкстракции // Изв. вузов. Пищевая технология. — 2001. — № 2—3. — С. 85—86.
4. Сагайдак Г.А. Перспективы применения жидкого диоксида углерода в качестве экстрагента // Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья рас -тительного и животного происхождения: Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. — Краснодар: КНИИХП, 2001. — С. 25.
5. Сагайдак Г.А., Касьянов Г.И. Исследование процесса соэкстракции ценных компонентов из растительного сырья // Изв. вузов. Пищевая технология. — 2004. — № 2—3. — С. 192—193.
6. Сагайдак Г.А. Технология экстракции и соэкстракции компонентов из сырья с использованием экономико-математиче-ских методов // Развитие современных технологий обработки сырья растительного и животного происхождения: Сб. тр. КНИИХП. — Краснодар: КНИИХП, 2004. — С. 111—112.
Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов
Поступила 27.07.06 г.
664.7.05(075.8)
АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ ЗЕРНОВОГО МА ТЕРИАЛА НА ВИБРАЦИОННО-КАЧАЮЩЕЙСЯ РЕШЕТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СЕПАРАТОРА
С.В. ТАРАСЕВИЧ
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Интенсивность процесса сепарирования слоя зернового материала функционально зависима от скорости V его движения по решетной поверхности сепарирующей машины. Изучение динамики этого процесса
— цель настоящей работы.
Известны методы сепарирования движущегося слоя зерновых материалов по наклонной решетной поверхности, вибрирующей в вертикальной или горизонтальной плоскости, и способы сепарирования на качающихся поверхностях различной конфигурации с относительно малой частотой и большой амплитудой колебаний в условиях отсутствия вибрации.
Раздельно эффекты сепарирования, достигаемые описанными способами организации движения рабочего органа, достаточно хорошо изучены. В данной работе предпринята попытка соединить оба указанных взаимно усиливающих способа сепарирования в условиях одной установки, в основе работы которой — виб-рационно-качающийся принцип действия решетного рабочего органа сепаратора с использованием регулирования скорости движения материала в область схода изменением уклона оси качания решета к горизонту.
Для обеспечения максимальной подвижности слоя зернового материала использованы вибрационные ко-
лебания решета в вертикальной плоскости с параметрами вибрации, превышающими уровень порога псевдокипения [1]. Принцип работы подобного устройства представлен на рис. 1.
Неподвижный питатель 1 дозировано подает исходную зерновую смесь на вогнутое цилиндрическое решето 2, совершающее маятниковые круговые колебания и находящееся в состоянии высокочастотной вертикальной вибрации. Последняя ожижает исходный материал и усиливает его подвижность по решету. При круговых маятниковых колебаниях решета с час-
