CC BY
62
УДК 630.0.866.1:674.873
В.В. Мирошниченко1, Н.А. Осмоловская1, В.Н. Паршикова1, Р.А. Степень2
1 Красноярский государственный торгово-экономический институт 2Сибирский государственный технологический университет
Мирошниченко Вера Владимировна окончила в 1983 г. Красноярский политехнический институт, в 2005 г. Красноярский государственный торгово-экономический институт, старший преподаватель кафедры товароведения и экспертизы непродовольственных товаров Красноярского государственного торгово-экономического института СФУ. Имеет 20 печатных работ, в том числе 10 по микроволновой экстракции хвойных эфирных масел.
E-mail: [email protected]
Осмоловская Наталья Алексеевна окончила в 1999 г. Красноярский государственный торгово-экономический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры товароведения и экспертизы непродовольственных товаров КГТЭИ СФУ. Имеет 20 печатных работ, в том числе14 по проблеме исследования товарных продуктов кедра сибирского. E-mail: [email protected]
Паршикова Валентина Никитична окончила в 1972 г. Сибирский технологический институт, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой товароведения и экспертизы непродовольственных товаров Красноярского государственного торгово-экономического института СФУ. Имеет около 200 печатных работ, в том числе 50 по проблеме исследования товарных продуктов кедра сибирского. E-mail: [email protected]
Степень Роберт Александрович родился в 1936 г., окончил в 1959 г. Сибирский технологический институт, доктор биологических наук, профессор кафедры промышленной экологии Сибирского государственного технологического университета, академик РАЕН. Имеет 300 печатных работ в области экологии. E-mail: [email protected]
СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ ОТГОНКИ ХВОЙНЫХ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ МЕТОДОМ СВЧ ТЕХНОЛОГИИ И ГИДРОДИСТИЛЛЯЦИИ
Приведены данные о количественном и качественном составе и свойствах эфирных масел, полученных из древесной зелени пихты сибирской и кедра сибирского, с применением микроволновой технологии.
Ключевые слова: эфирное масло, гидродистилляция, древесная зелень, фракционный состав, микроволновая технология, цитотоксичность.
Паровая отгонка - единственный способ получения эфирного масла из хвойной древесной зелени [4]. В связи с этим возмржность применения других способов, в частности СВЧ технологии, представляет значительный интерес.
© Мирошниченко В.В., Осмоловская Н.А., Паршикова В.Н., Степень Р. А., 2013
Объектом исследования служила древесная зелень пихты сибирской и кедра сибирского, отобранная в октябре со средней части крон 15 деревьев 100-120-летнего возраста. В опытах использовали охвоенные побеги (диаметр в отрубе 8 мм), которые измельчали и перемешивали. Из 100 г такого сырья методами гидродистилляции в аппарате Клевенджера и СВЧ нагрева в камере лабораторной микроволновой установки (мощность 500 Вт, частота 2,45 ГГц, напряжение 225 В) отгоняли эфирное масло при соотношении сырья и добавленной в колбу воды 1:1. Влажность сырья определяли по потере веса навеской после обработки в сушильном шкафу, выход масла - волюмометрически с учетом его растворимости в жидких отходах. Содержание основных компонентов эфирных масел оценивали методом ГЖХ: хроматограф Хром-5, колонка - 200^3 мм, неподвижная фаза - 8Е-30, 5 % на хроматоне А зернением 0,20...0,25 меш;, температура термостата - 135 °С, детектор - пламенно-ионизационный; газ-носитель - гелий; скорость потока - 40 мл/мин; объем пробы - 0,2 мкл. Выделяли монотерпеновую, кислородсодержащую и сескви-терпеноидную фракции. Кроме того, в составе эфирных масел определяли вклад нетерпеноидных продуктов. Остальные физико-химические показатели определяли по общепринятым методикам: внешний вид, цвет и запах - орга-нолептически, кислотные и эфирные числа - титрометрически, плотность -пикнометрически, коэффициент преломления - рефрактометрически. Анализ микробиологического действия проводили в сертифицированной микробиологической лаборатории Научного косметологического общества г. Новосибирска по методикам [1].
Серьезным недостатком традиционных технологий получения эфирного масла является продолжительное пребывание древесной зелени в высокотемпературной зоне, что ведет к осмолению терпеноидов. Это обусловлено необходимостью отгонки терпеноидов, связанных в комплексы с другими компонентами сырья. Снижение температуры процесса отгонки уменьшает выход масла. Последнего в значительной мере удается избежать при использовании СВЧ технологии. Особенности технологии микроволнового нагрева - выделение теплоты во всем объеме емкости и однонаправленность градиентов температуры и давления [6], благодаря чему достигается ускорение массообмен-ных процессов, что благоприятствует качественной отгонке масла из растительного сырья.
Согласно полученным результатам, важным преимуществом СВЧ технологии является существенное ускорение отгонки эфирного масла. Если при гидродистилляции в лабораторных условиях для достаточно полной отгонки масла из древесной зелени требуется около 3 ч, то при использовании СВЧ источника процесс заканчивается в течение 30.35 мин, т.е. в 5-6 раз быстрее. Дополнительное преимущество - комфортность обслуживания, которая обусловлена низкими тепловыми потерями при преобразовании микроволновой энергии в тепловую и соответственно незначительным нагревом стенок волноводов и рабочей камеры.
Результаты отгонки свидетельствуют, что применение СВЧ технологии на 15.20 % повышает выход эфирного масла из древесной зелени хвойных пород по сравнению с традиционным методом. Предполагается, что выход возрастает не только благодаря полноте выделения свободных терпеноидов из объема частиц сырья на их поверхность в связи с ускорением массообменных процессов, но и за счет эффективной деструкции комплексов с высвобождением этих соединений.
Согласно ранее проведенным [2, 3] и настоящим исследованиям, компонентный состав сравниваемых эфирных масел практически одинаков, хотя соотношение их фракций несколько отличается. Средние данные серии из 5 опытов при одинаковой продолжительности отгонки по выходу эфирного масла пихты и кедра и вкладу основных групп компонентов приведены в таблице.
Выделенное по СВЧ технологии масло несколько беднее монотерпено-выми углеводородами и богаче кислородсодержащими и сесквитерпеноидны-ми соединениями, чем гидродистилляционные продукты. Отсюда следует, что при СВЧ нагреве полнее отгоняются труднолетучие компоненты, повышенный вклад которых снижает долю монотерпенов в маслах. Однако эти расхождения проявляются лишь в виде тенденции и перекрываются отклонениями в содержании этих соединений в отдельных опытах. В обоих исследованных маслах (пихты и кедра), выделенных по СВЧ технологии, отмечается существенное снижение вклада борнилацетата и повышение доли борнеола. Происходящие превращения логично объясняются разрывом сравнительно слабых сложноэфирных связей хвойных масел под действием микроволнового излучения.
Влияние способа отгонки на технологические параметры и состав хвойных эфирных масел
Показатель Пихтовое масло Кедровое масло
Продолжительность, мин 32±1/175±5 33±1/175±5
Выход масла, % от а.с.с. 2,67±0,05/2,20±0,01 1,91±0,03/1,65±0,03
Дисперсия изменения ох 0,123/0,093 0,065/0,057
Коэффициент вариации V, % 4,59/4,34 3,11/3,47
Вклад компонентов групп, % от суммы:
монотерпены 53,7±2,5/60,9±2,3 86,9±2,2/90,2±3,1
кислородсодержащие соединения 38,2±2,0/33,2±1,6 5,2±0,8/3,9±0,3
в том числе:
борнеол 6,5±1,0/1,2±0,4 1,1±0,3/0,7±0,2
борнилацетат 19,6±1,7/22,5±2,1 1,0±0,2/1,6±0,3
сесквитерпеноиды 7,4±0,4/5,2±0,3 7,1±0,9/5,3±1,1
нетерпеноидные соединения 0,7±0,1/0,7±0,1 0,8±0,1/0,6±0,1
Примечание. В числителе приведены данные по СВЧ нагреву, в знаменателе - по гидродистилляции.
Органолептические и физико-химические показатели эфирных масел пихты и кедра, полученных сравниваемыми способами, отличаются незначительно. Вместе с тем для «микроволнового» пихтового эфирного масла свойственна важная специфика: его цитотоксичность по отношению к нативному вирусу группы А (штамм H5N1) вдвое превышает действие гидродистилляци-онного масла [5].
Результаты исследований свидетельствуют о сокращении продолжительности и повышении выхода пихтового и кедрового масел, полученных при СВЧ нагреве, по сравнению с гидродистилляционным способом, а также об изменении их состава.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Децина А.Н. Теория мягких косметических воздействий. Новосибирск: ГУП РПО СО РАСХ, 2001. 505 с.
2. Медведев С.О., Степень Р.А., Соболев С.В. Развитие современного лесопромышленного кластера в Красноярском крае // Лесн. журн. 2011. № 4. С.131-136. (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Осмоловская Н.А., Паршикова В.Н., Степень Р.А.Утилизация древесной зелени кедра сибирского с получением нативных продуктов // Лесн. журн. 2008. № 1. С. 137-142. (Изв. высш. учеб. заведений).
4. Паршикова В.Н., Степень Р.А. Ресурсосберегающие технологии и потребительские свойства эфирных масел. Красноярск: КГТЭИ, 2006. 258 с.
5. Пат. 2370272. Способ получения биологически активного препарата из древесной зелени пихты сибирской / В.Н. Паршикова и др. Заявл. 25 нояб. 2008 г.; заре-гистр. 20 окт. 2009 г.
6. Рахманкулов Д.Л., Шавшукова С.Ю., Латыпова Ф.Н. Применение микроволнового излучения для ускорения процессов в химии и химической технологии // Достижения и перспективы хим. науки. Казань, 2003. С. 406.
Поступила 28.09.11
V. V. Miroshnichenko1, N.A. Osmolovskaya1, V.N. Parshikova1, R.A. Stepen2 Krasnoyarsk State Institute of Trade and Economy 2Siberian State Technological University
Comparison of Pine Oil Distillation Methods оf Microwave Technology аnd Hydrodistillation
The article provides data on qualitative and quantitative composition and properties of volatile oils from wood green of Siberian fir and cedar, obtained by microwave technology.
Key words: volatile oil, hydrodistillation, wood green, fractional composition, microwave technology, cytotoxicity.
