Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

ВИНОКУР  МИХАИЛ ЛЕОНИДОВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПАНЦИРЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ОТ РАЗДЕЛКИ РАКООБРАЗНЫХ ДЛЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ УГЛЕКИСЛОТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ЛИПИДНО-КАРОТИНОИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ

05.18.04 Технология  мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой  степени

кандидата  технических наук

Калининград 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюднжетном обнранзовантельном учреждении высшего профессиональнного образования Канлининграднский государственный техниченский университет (ФГБОУ ВПО КГТУ)

Научный руководитель доктор технических наук,

старший научный сотрудник,

  Андреев Михаил Павлович

Официальные оппоненты:

Фатыхов Юрий Адгамович Ц доктор технических наук, пронфеснсор, ФГБОУ ВПО Калининградский государственный технинчеснкий унинвернситет, заведующий  кафедрой пищевых и холодильных машин

Рубцова Татьяна Евгеньевна, кандидат технических наук, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт рыбнного хозяйства и океанографии, ведущий научный сотрудник лаборатории аналитического и нормативного обеспечения каченства и безопасности

Ведущая организация ОАО Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по развитию и эксплуатации флота (ОАО Гипрорыбфлот)

Защита состоится 14.12.2012 г. в 1700 ч. на заседании диснсертационного совета Д 307.007.01, на базе ФГБОУ ВПО Калиннинградский государственный технический университет, по аднресу: 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1, конференцнзал (ауд. 255).

Факс: 8 (4012) 91-68-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Калининградский государственный технический универсинтет.

Автореферат разослан  11.2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор  Великанов Нинколай Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений эффективного иснпольнзования водных биологических ресурсов (ВБР), определяненмых в Коннцепции развития рыбного хозяйства Российской Феденранции на пенринод до 2020 г., является обеспечение глубокой и комнпнлекнсной перенранботки сырья на базе научно обоснованных ресунрнсоснбенрегающих технологий переработки ВБР, в том числе беспознвонночнных. В мировом промысле ненрыбнных объектов ракообразные составляют около трети от общего вынлонва беспозвоночных. Доминирующее положение среди ракообразных заннинмают креветки, при переработке которых на пищевую продукцию обнранзуется значительное (от 40 до 60 %) количество панцирьсодержащих отходов (ПСО).

ипиды ракообразных по сравнению с другими ВБР обладают почнти на порядок большей эффективностью в лечении и предотвращении ишемической болезни, атеросклороза и пр. [Bunea et al., 2004; Ferramosca et al., 2012]. Рядом отечественных и зарубежных исследователей  обнарунженны в ракообразных биологически активные вещества - БАВ (в том числе липиды и каротиноиды), проявляющие широкий спектр биолонгинчеснкой активности [Бахолдина, Кривич, 1981; Вендт и др., 1981; КанСАнинкинна, Лобанова, 1981; Ржавская, Макарова, 1989; Cantrell et al., 2003; Chew, Park, 2004; Konishi et al., 2006; McNulty et al., 2008]. Известны  технологии, обеспечивающие экстракцию липидно-каротиноидных комнпнлекнсов (ЛКК) из ПСО ракообразных растительными маслами и органинчеснкими растворителями (Быков и др., 2001; Chen et al., 1982; Armenta-Loннpez et al., 1983; Chen et al., 1983; Аrmenta-Lopez et al., 2002; Sachindra et al., 2005; Holanda et al., 2006; Sachindra et al., 2006].  Однако эти спонсонбы обладают рядом недостатков, препятствующих их широкому пронмышнленному освоению. 

Более экономичным и экологически безопасным способом вынденленния как  липидов, так и каротиноидов  из сырья растительного и животннонго происхождения является экстракция с использованием сверхнкринтинческого углекислого газа в качестве растворителя (СК-СО2 - экстракция) [Yamaguchi et al., 1986; Temelli et al., 1995; Borch-Jensen, Mollerup, 1997;  Dunford et al., 1998].

Вместе с тем данные относительно  СК-СО2 - экстракции ЛКК  из ранконобразных носят отрывочный характер и недостаточны для обоснования технологического процесса выделения этого продукта из ПСО ракообразных.

Таким образом, актуально проведение дальнейших работ по проблеме  использования ПСО ракообразных в качестве сырья для получения ЛКК способом сверхкритической углекислотной экстракции (СК-СО2 - экстракнции). Это позволит не только расширить сырьевую базу БАД на их основе, но и разработать более эргономичную и экологичную технологию по сравнению с традиционными. Исследования по изучаемой теме проводились в рамках федеральной целевой программы Научное обеспечение новых технологий глубокой переработки водных биологических ресурсов (Госконтракт № 5-04/09 Разработка инновационной технологии сверхкритической углекиснлотнной экстракции биологически активных веществ  из  панцирьсодержащих отнхондов, в т.ч., антарктического криля).

Цель исследования. Целью исследования явилось повышение эффекнтивнности использования панцирьсодержащих отходов ракообразных путем научно обоснованной  разработки технологии их подготовки и  сверхнкринтинчеснкой углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов с вынсонкими показателями качества и биологической активности.

Задачи исследования:

- исследовать фракционный и жирнокислотный состав липидов ПСО северной розовой креветки и определить степень их гидролитической и окиснлительной порчи в целях  оценки ПСО как сырья для производства ЛКК;

- научно обосновать выбор способа обезвоживания ПСО креветки с ценлью обеспечения высоких показателей качества извлекаемых ЛКК и астакнсаннтина и изучить влияние степени измельчения ПСО креветки на выход ЛКК и астаксантина при СК-СО2 - экстракции;

- исследовать особенности СК-СО2 - экстракции ЛКК из ПСО кренветнки в зависимости от термодинамических параметров и  присутствия этинлонвонго спирта;

- разработать технические условия и технологическую инструкцию на процесс получения ЛКК из ПСО креветки способом СК-СО2 - экстракции;

- дать оценку пищевой ценности ЛКК, извлеченных СК-СО2 - экстнранкнцией из ПСО креветки, и разработать рекомендации по их использованию;

-произвести расчет экономической эффективности от внедрения разнранбонтанной технологии.

Научная новизна работы. Впервые научно обосновано испольнзонвание панцирьсодержащих отходов ракообразных для получения липидно-канронтиноидных комплексов с высокими показателями качества и пищевой ценнности по технологии сверхкритической углекислотной экстракции, вклюнчаюнщей предварительное обезвоживание сырья при низких параметрах вакуума и температуры.

При значениях равновесной влажности сухих ПСО выход ЛКК из прондукта, полученного при вакуумной сушке, в зависимости от прондолнжинтельности экстракции в 1,5-2,0 раза превышал количество экстракта, полученного из ПСО, подвергнутых конвекционной сушке.

Определена рациональная степень предварительного измельчения ПСО креветки, обеспечивающая наибольший выход астаксантина при размере частиц 0,3 - 0,5 мм, в то время как выход ЛКК практически не зависит от размера частиц сухих отходов в пределах 0,3 - 4,0 мм.

Установлено влияние термодинамических параметров СК-СО2  и сондернжания в нем этилового спирта (в дозировках от 5 до 20 %) на эфнфекнтивнность извлечения ЛКК, а также определена минимальная концентрация даннного сорастворителя  позволяющая значительно увеличить выход и  повысить пищевую ценность получаемого экстракта БАВ.

Установлена наибольшая степень извлечения (до 85 - 90 %) ЛКК и астаксантина на этапе, соответствующем линейной зависимости их выхода от продолжительности процесса. Определено влияние расхода растворителя на кинетику СК-СО2  - экстракции ЛКК и астаксантина из ПСО креветки.

Практическая значимость работы и реализация результатов. По результатам проведенных исследований разработаны и утверждены Техннические условия ТУ 9281-220-00472093-2012 Экстракт липидно-канронтиноидного комплекса креветки и Технологическая инструкция ТИ 9281-220-00472093-2012 Изготовление экстракта липидно-каротиноидного конмннплекса креветки.

Показана возможность комплексной переработки ПСО раконобнразнных с использованием СК-СО2 - экстракции, позволяющая наряду с понлуннчением  ЛКК приготавливать из оставшегося обезжиренного продукта пинщевую белково-минерально-хитиновую добавку в одном технологинчеснком процессе. Рассчитана себестоимость продукции, изготовленной в сонотнветствии с разработанной технологией. Изготовлена экспенрименнтальнная партия  продукции  в ООО ГОРО-Инжениринг  в  г. Ростов на Дону.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Научно обоснованная разработка технологии подготовки панцинрьсондернжащих отходов и сверхкритической углекислотной экстракции из них линпидно-каротиноидных комплексов.

2.  Преимущества использования способа сушки ПСО креветки под низким вакуумом по сравнению с конвекционным и их измельчения до размера 0,3 - 0,5 мм, обеспечивающего наибольший выход СК-СО2 - экснтннрангируемого астаксантина. 

3. Термодинамические параметры СК-СО2 - экстракции  и рационнальнная концентрация этанола в качестве сорастворителя, способствующие значительному увеличению выхода липидно-каротиноидных комплексов (ЛКК), а также содержания в них омега-3 жирных кислот и астаксантина.

4. Рекомендации по использованию СК-СО2 - экстракции для  понлунчения ЛКК и хитин-белково-минеральных добавок пищевого назнанченния в одном технологическом процессе переработки ПСО ракообразных.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабонты были представлены на VШ-ой Международной научной конференции Инновации в науке и образовании - 2010 (Калининград, 2010); VII-ом международном конгрессе Биотехнология: состояние и перспективы разнвития (Москва, 2011); IХ-ой Международной научной конференции Инновации в науке и образовании - 2011 (Калининград, 2011); II-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного компнлекнса (Москва, 2011); VШ-ой Международной научно-практической  коннфенренции Производство рыбной продукции: проблемы, новые техннонлонгии, качество (Калининград, 2011).

Полученный по разработанной технологии экстракт липидно-канронтинноидного комплекса был отмечен дипломом победителя смотра-коннкурнса Современный рыбный продукт на II-ой Международной рынбонхонзяйнственной выставке INTERFISH (Москва, 2010).

Публикации. По материалам диссертационной работы опублинконвано 7 печатных работ, в том числе 2 - в изданиях по перечню ВАК Миннобрннауки России, и подана заявка на получение патента Способ понлучения липидно-каротиноидных комплексов регистрационный № 2012118961.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из ввенденния, четырех глав, включающих обзор литературы, методическую часть (объекнты, материалы и методики постановки экспериментов, методы исслендонванния), экспериментальную часть, расчет экономической эффекнтивнности вненднрения новой технологии, выводов и списка литературы. Работа изложена на 163 страницах, содержит 30 таблиц, 24 рисунка и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель иснследования и намечены пути ее достижения, сформулированы научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, показана пранктинческая значимость работы.

В первой главе Анализ научных и практических разработок по использованию панцирьсодержащих отходов ракообразных и друнгих видов биологического сырья для получения липидно-канронтиннониднных компонентов (обзор литературы) приведены сведения о паннцирьнсодержащих отходах ракообразных как сырьевом ресурсе для понлунченния липидно-каротиноидных компонентов при их комплексной пенренраннботке, а также изложены современные представления о способах изнвнлечения липидно-каротиноидных компонентов из сырья животного и раснтительного происхождения, обладающих значительной биолонгинчеснкой активностью.

Во второй главе Объекты и материалы. Методы постановки экспериментов и проведения исследования приведены сведения о характеристиках используемых в эксперименте ПСО, а также методах их технологической обработки и физико-химических анализов

Объектом исследования являлась северная креветка Pandalus boнreaнlis. Материалом служили ПСО (панцирь и головогрудь) от разделки варено-мороженой креветки.

Сушку ПСО проводили инфракрасным излучением при низком ванкунуме (в гипобарометрической среде) на опытно-промышленной уснтанновнке ТА-1 (давление 1,33 х 10-3 - 2,66 х 10-3 МПа и температура 12-22оС) и на специальной конвекционной установке в потоке воздуха, пондогнретого до температуры 70оС.

Сверхкритическую углекислотную экстракцию липидно-каротиннониднных комплексов из ПСО креветки проводили на установке УСВЭ-33 фирнмы ООО ГОРО-Инжениринг при давлениях 14-40 МПа и критинчеснкой температуре 31оС и выше.

Влажность сухих и сырых ПСО определяли по ГОСТ 7636-85. Линпинды из них экстрагировали по методу Фолча (Folch et al., 1957), киснлонтнное число липидов устанавливали по ГОСТ Р 52110, перекисное число - по ГОСТ 5693. Анализ жирно-кислотного состава липидов проводили ментодом газожидкостной хроматографии на приборе Variav 3400. Сондернжание астаксантина определяли по оптической плотности на спекнтнронфонтометре СФ-46 при длине волны 472 нм с использованием гексана в канчестве растворителя. Фракционный состав липидов устанавливали ментондом тонкослойной хроматографии.

При статистической обработке результатов исследований и поснтнроеннии графических зависимостей использована стандартная программа StatSoft 5.5.

Третья глава лОбоснование технологических параметров поднгонтовнки панцирьсодержащих отходов от разделки ракообразных и свернхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов посвящена оценке гидролитической и окислительной порнчи липидов ПСО креветки, исследованию влияния на выход и состав ЛКК способа предварительного обезвоживания, а также степени изнмельнченния сырья, термодинамических параметров давления и температуры сверхнкритического углекислого газа в качестве растворителя, прондолжинтельности СК-СО2-экстракции, количества используемого полярного сонраснтворителя этилового спирта.

Установлено, что для различных партий  ПСО креветки значения кислотного числа составляли 1,2  - 1,8 мг КОН на 1 г липидов, перенкисннонго числа - 1,5 - 2,6 ммоль акт. О на 1 кг липидов, тиобарбитурового числа - 0,9 - 1,9 мг малонового альдегида на 1 кг липидов (таблица 1).

Анализ результатов определения тиобарбитурового и перекисного чисел липидов ПСО указывает на незначительный уровень происнхондянщих в них окислительных процессов. Это свидетельствует о возможнноснти получения качественного экстракта липидов из ПСО креветки с доснтанточно продолжительным сроком хранения.

При этом возможно исключение дополнительных операций рафиннанции и дезодорирования, уменьшающие выход продукта и удонронжаюнщие процесс. Полученные данные кислотных чисел также подтвердили низкое содержание свободных жирных кислот, характерное для начальнной стадии протекания процесса липолиза жиров ракообразных [Saether, 1976].

Таблица 1  - Характеристика степени гидролитической и окислительной порчи липидов, выделенных из  ПСО креветки

Номер

образца креветки

Продолжительнность хранения до анализа, при

-18оС, мес.

Перекисное число, ммоль акт. О на 1 кг липидов

Кислотное число, мг КОН на 1 г липидов

Тиобарби-туровое число, мг МА на 1 кг липидов

1

5

1,50 0,03

1,23 0,07

0,92 0,07

2

4

1,83 0,05

1,62 0,05

1,05 0,06

3

6

2,62 0,08

1,85 0,06

1,90 0,07

4

6

2,43 0,04

1,54 0,05

1,15 0,07

5

4

1,70 0,05

1,35 0,07

1,04 0,05

С целью научного обоснования выбора рационального способа и продолжительности предварительного обезвоживания сырья проведено сравнение качества липидов ПСО, полученных способами сушки при низком вакууме (давление 1,33х10-3 - 2,66х10-3 МПа и температура 12-22 оС), и конвекционным способом по установленному Niamnuy (2007) рациональному режиму при T = 70оС (таблица 2).

Таблица 2 - Характеристика гидролитической и окислительной порчи липидов, выделенных из ПСО, высушенных различными способами

Показатель

Свежее сырье

Сухие ПСО

Высушенные коннвекнционным способом

Высушенные

под вакуумом

Перекисное число, ммоль акт. О2 на 1 кг липидов

2,43 0,04

3,42 0,03

2,54 0,05

Кислотное число, мг КОН на 1 г липидов

1,54 0,06

0,98 0,07

1,53 0,07

Тиобарбитуровое число, мг малонового альдегида на 1 кг липидов

1,15 0,05

1,72 0,07

1,28 0,07

Сравнительный анализ показателей качества сухих ПСО, полунченнных в разных условиях, подтвердил, что качество липидов сырья и ПСО кренветки после вакуумной сушки практически не отличается, что, в знанчинтельной степени, обусловлено низкими параметрами температуры (12-22оС) и давления сушки (концентрация кислорода в камере вакуумного сушильного аппарата в 40-70 раз ниже содержания кислорода в атнмоснфернном воздухе. После конвективной сушки значения перекисного и тионбарнбитурового чисел липидов ПСО увеличиваются в 2,0 и 1,5 раза, соотнветнснтвенно, по сравнению с сырьем. Наличие окислительной деструкции липидов в таких образцах обусловлено как температурным  фактором, так и интенсивным воздействием кислорода воздуха.

При исследовании влияния способа предварительной сушки ПСО до равновесной влажности (10-12%) на выход ЛКК, установлено, что их количество при продолжительности экстракции 4-5 минут было наинбольншим (при экстракции давление 30 МПа и температура 31 оС) (рисунок 1).

Рисунок 1  Ц  Влияние способа предварительного обезвоживания на

эффективность СК-СО2 - экстракции ЛКК

При этом из образцов вакуумной сушки извлекалось в 1,5 - 2,0 ранза  больше экстракта, чем из сырья после конвекционной сушки. По мненнию некоторых авторов это связано с понижением проницаемости кленточнных мембран из-за частичной окислительной полимеризации их струкнтурнных липидов [Yamaguchi et al., 1986; Rodriguez et al., 2008].

Выход ЛКК из фракций сухих ПСО с различной степенью изнмельнченния  (0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 мм) не отличается, в то время как выход астаксантина зависит от размера частиц сухих ПСО (рисунки 2 и 3) 

Выход акстаксантина из образцов сухих ПСО, состоящих из часнтиц размеров менее 1 мм, резко увеличивается, что, вероятно, обуснловнленно разрушением структуры глаза креветки, содержащего большое колинчеснтво указанного пигмента. Заметное увеличение выхода астаксантина наблюдается с повышением степени измельчения до 0,3-0,5 мм. Дальннейншее измельчение не приводит к улучшению указанного  эффекта. Даннные, представленные на рисунках 4 и 5, показывают, что во всем иннтернванле давлений, соответствующих высоким значениям коэффициентов сенпанрации липидов с низкой молекулярной массой, в том числе свободных жирных кислот и продуктов их окисления [Lucas et al., 2002], набнлюнданетнся значительный рост выхода ЛКК с увеличением значения давления, а общее количество перекисей, экстрагируемых при 20 и 22 МПа, нанхондитнся практически на одном уровне. С учетом этого увеличение давления свынше 20 МПа с целью снижения перекисного числа  липидов сухих ПСО явнлянется нецелесообразным.

Рисунок 2 - Выход  астаксантина на разных этапах экстракции чистым СК-СО2

в зависимости от размеров частиц

Рисунок 3 Ц  Влияние размера частиц на выход астаксантина при экстракции смесью СК-СО2  с этанолом (10 %  к массе смеси).

Рисунок 4 - Выход ЛКК из ПСО при температуре 50оС

Рисунок 5 - Выход перекисей из ПСО при температуре 50оС

Проведен эксперимент по экстракции ЛКК в соответствии с выбранной матрицей значений варьируемых факторов, соответствующей рототабельному униформ-плану (таблица 3).

Таблица 3 - Результаты регрессионного анализа по установлению завинсинмоснти выхода целевых продуктов от давления и температуры

Выход

целевого продукта

Содержание этилового спирта в СК-СО2 , %

Уравнение, характеризующее зависимость выхода целевого компонента от давления и температуры

Коэффи-циент детерминации

КК (в г

на 1 кг сунхих

ПСО)

0

0,89

5

0,94

10

0,92

15

0,95

Астакнсантин

(в мг на

1 кг сухих ПСО)

0

0,87

5

0,88

10

0,89

15

0,83

Проведена экстракция ЛКК из сухих ПСО с преобладающим разнмером частиц 0,3-0,5 мм с использованием СКЦСО2 и смесей СКЦСО2 с  этиловым спиртом (в различных концентрациях) в интервале давлений 20 - 40 МПа и температур 40 - 60оС. Удельный расход растворителя соотнветствовал 10 кг СО2/ ч на 1кг сухих ПСО. Продолжительность экнстракции составляла 2,5 часа, по истечении которой извлечение ЛКК почнти полностью прекращалось. Графически обсуждаемые зависимости представлены в виде поверхностей (рисунки 6, 7).

Рисунок 6 - Зависимость выхода ЛКК от температуры и давления СК-СО2

Высокие значения коэффициентов детерминации свидетельствуют о том, что все уравнения обеспечивают хорошее приближение к экснпенринментальным данным как по астаксантину так и ЛКК. Знаки при соотнветнствующих коэффициентах во всех полученных математических моделях не зависят от содержания  этилового спирта в  СК-СО2. Это указывает на отсутствие влияния давления и температуры на процесс экстракции ЛКК при различных концентрациях сорастворителя.

Максимальный выход астаксантина  (17,6 мг на 1 г сухих ПСО) при использовании чистого СО2 может быть получен  при  параметрах давнления 35,3 МПа и температуры 47,5оС. При температуре 40оС и давнленнии 20 МПа удается извлечь 29,8 % астаксантина и 84,9 % ЛКК от их максимально экстрагируемого количества.

Рисунок 7 Ц  Зависимость выхода астаксантина от температуры и давления СК-СО2

Это, в свою очередь, дает возможность повысить концентрацию аснтанксантина при поэтапном проведении процесса, включающем пренднванринтельную экстракцию преимущественно ЛКК при невысоких значениях давления и температуры.

Зависимости выхода астаксантина от концентрации этилового спинрта при фиксированных значениях температуры и давления в целом схонжие.

Из анализа данных таблицы 4 следует, что суммарное содержание  эйкозапентаеновой и докозогексаеновой кислот (ЭПК и ДГК) возрастало  с величением концентрации этилового спирта. Вероятно, это обунснлонвнлено повышением растворимости фракции фосфолипидов, содержащих значительное количество указанных кислот, за счет применения полярннонго сорастворителя. Использование спирта с СК-СО2 в качестве сонрастнворителя позволяет значительно увеличить выход ЛКК по  сравнению с чистым СК-СО2 лишь при его добавлении в количестве до 10 %.

При концентрациях спирта выше 10 % не происходит сущестнвенннонго повышения выхода ЛКК, а также суммарного содержания в нем эйнконзапентаеновой и докозогексаеновой кислот.

Таблица 4 - Зависимость выхода целевых продуктов от концентрации этилового спирта в СК-СО2 (Р = 30 МПа и Т = 50 оС)

Содержание этанола в

СК-СО2 в %

Выход ЛКК

(в г на 100 г сухих ПСО)

Выход астанксантина

(в мкг на 1 г сухих ПСО)

Содержание астаксантина

(в мкг на 1 г экстракта)

Суммарное содержание ЭПК и ДГК,

в %

0

1,98 0,03

17,50 0,04

883,8

11,2

5

2,62 0,08

23,45 0,05

895,0

15,9

10

3,15 0,06

28,30 0,05

901,5

20,4

15

3,26 0,06

30,10 0,06

923,4

21,2

Таким образом, сверхкритическую углекислотную экстракцию можнно рекомендовать как способ, позволяющий регулировать состав экстнракнтов ЛКК, получаемого из ПСО, в т.ч. повышать концентрацию в нем астаксантина и омега-3 кислот.

Оценка влияния расхода растворителя на кинетику экстракции ЛКК по режиму, определяемому значениями давления и температуры 30 МПа и 50оС, показала, что расход растворителя  составлял: 5, 10, 15, 20 кг СО2 /ч на 1 кг сухих ПСО. Экстракцию при каждом отдельном режиме произнвондинли до практически полного прекращения извлечения целевых  комнпонненнтов.

Полученные результаты показали, что при расходе растворителя 5 и 10 кг СО2/ч на 1 кг сухих ПСО в течение первых 75 минут наблюдается линейный характер зависимости выхода ЛКК от длительности экстракнции. В ходе дальнейшей экстракции наблюдается снижение скорости  пронцесса. При расходе растворителя 15 кг СО2 /ч на 1кг сухих ПСО и 20 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО, линейная зависимость возможна лишь в первые 30 минут. На основе полученной закономерности в дальнейшем провондинли эксперименты при расходе растворителя 5 и 10 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО. Результаты аппроксимировались в соответствии с уравнением 1.

Y = k t (1)

Y - выход целевого компонента; k - линейный коэффициент; t - продолжительность экстракции.

В таблице 5 представлены  значения линейного коэффициента k, а танкнже коэффициентов детерминации R уравнения (1), полученных в рензульнтанте аппроксимации данных за различное время от начала процесса экснтнракнции.

Таблица 5 - Результаты регрессионного анализа кинетики экстракции ЛКК из сухих ПСО

Доля этилового спирта, %

Длительность экстракции, мин.

Расход растворителя,

кг СО2 / ч на 1 кг сухих ПСО

Коэффициент k, мкг/мин

Коэффициент детерминации, R

0

60

5

0,014

0,98

10

0,027

0,98

75

5

0,014

0,98

10

0,024

0,95

90

5

0,014

0,98

10

0,017

0,91

10

60

5

0,018

0,98

10

0,036

0,98

75

5

0,018

0,98

10

0,036

0,98

90

5

0,017

0,98

10

0,035

0,95

10

0,230

0,98

0

60

5

0,120

0,98

10

0,230

0,98

75

5

0,120

0,98

10

0,210

0,95

90

5

0,120

0,98

10

0,190

0,91

10

60

5

0,190

0,98

10

0,380

0,98

75

5

0,190

0,98

10

0,380

0,98

90

5

0,190

0,98

10

0,360

0,95

Для чистого СК-СО2 после 75 минут, а для смеси СК-СО2 с этаннонлом после 90 минут экстракции происходит уменьшение коэффициентов детерминации. Это свидетельствует об усилении влияния внутренней дифнфузии на выход ЛКК. Факт ослабления внешней диффузии также следует из уменьшения с течением времени соотношения между знанченнинями коэфнфициента k для расхода растворителя 10 и 5 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО.

Характер кинетики экстракции астаксантина аналогичен установнленнному для ЛКК. Это свидетельствует о невозможности использования фактора времени для проведения селективного фракционирования в ценлях увеличения концентрации БАВ.

Из анализа данных таблицы 6 следует, что более 90 %  как ЛКК, так и астаксантина извлекается в течение первых 75 и 90 минут экстнракнции при использовании чистого СК-СО2 и его смеси с этанолом, соотнветнственно.

Таблица  6 - Степень извлечения ЛКК и астаксантина при различной продолнжинтельности их экстракции и расходе растворителя 10 кг СО2/ ч на 1 кг сухих ПСО

Концентрация сорастворителя,

%

Длительность экстракции,

мин

Степень извленчения астакнсаннтина, в % к колинчестнву, извлеканенмонму в течение 2,5 ч

Степень извлечения ЛКК, в % к конлинчеству, извнленканенмонму в течение 2,5 ч

0

60

80,2

81,8

75

91,1

90,9

90

92,5

93,2

10

60

72,8

73,9

75

84,5

83,6

90

92,7

90,5

Четвертая глава Разработка технологической схемы приготовления экнснтракта ЛКК и ее применение при комплексной переработке ПСО кренветки включает описание технологических операций разнранбантынваенмой технологии и перспективные направления комплексной  перенранботнки ПСО ракообразных с использованием  СК-СО2 экстракции.

С учетом результатов экспериментальных исследований разранбонтана технология получения ЛКК из предварительно обезвоженного сынрья. Обезвоживание ПСО ракообразных рекомендовано производить способом вакуумной сушки при давлении 5-20 мм. рт. ст. Последующее изнмельнчение высушенных ПСО должно обеспечивать получение частиц не более 0,3-0,5 мм. Экстракцию ЛКК предлагается осуществлять в два этапа. На пернвом этапе для извлечения ЛКК с низким содержанием омега-3 кислот и астаксантина процесс осуществляется при давлении  20 МПа чистым СК-СО2. На втором этапе используется смесь СК-СО2 с этиловым спиртом эту операцию проводят при давлении 30 МПа и температуре 50оС. В этих условиях экстрагируется ЛКК с высоким содержанием основных омега-3 кислот, фосфолипидов и астаксантина. (табл. 7). Полученный ЛКК может быть использован для получения БАД с близким к крилевому жиру содержанием основных групп биологически активных веществ.

Таблица 7 - Сравнительная характеристика показателей пищевой ценности  ЛКК

Показатели пищевой ценности

Нормативный уровень показателей для крилевого жира*

КК

Содержание астаксантина (в мкг на 1 г экстракта)

> 110

90,1

Содержание омега-3 кислот,  в г на 100 г экстракта

> 30,0

32,7

Содержание фосфолипидов,  в г на 100 г экстракта

> 40,0

38,7

* Реестр БАД № 77.99.11.3.У.1200.3.10)

Из расчета экономической эффективности от внедрения техннонлонгии липидно-каротиноидного комплекса креветки следует, что даже при довольно низкой норме доходности проект будет полностью окупаться на втором году реализации.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообнразнность использования панцирьсодержащих отходов ракообразных, содернжанщих биологически активные компоненты (фосфолипиды, каротиноиды, полинненнансыщенные жирные кислоты и др.) и отличающихся низкой степенью происходящих в них гидролитических и окислительных процессов, для пронизнводства экстрактов липидно-каротиноидных комплексов по разработанной технологии подготовки данного вида сырья и сверхкритической углекиснлонтнной экстракции целевого продукта с высокими показателями качества и бионлонгической активности.

2. Установлено, что  способ сушки при низком вакууме (давление 1,33х10-3 - 2,66х10-3 МПа и температура продукта 12-22оС) является более предпочтительным по сравнению с конвективной сушкой при температуре 50 - 70оС с точки зрения сохранения качества липидов и повышения эффекнтивнности сверхкритической углекислотной экстракции. Выход экстракта линпиндно-каротиноидных комплексов из сухих панцирьсодержащих отходов, полученных при вакуумной сушке, в зависимости от продолжительности экнстракции в 1,5 - 2,0 раза превышает количество экстракта, получаенмонго из сырья, подвергнутого конвекционной сушке.

3. В целях обеспечения максимальной эффективности послендуюнщей сверхкритической углекислотной экстракции астаксантина величина при предварительном измельчении сухих панцирьсодержащих отходов  не должна превышать 0,3 - 0,5 мм, в то время как выход липидно-каронтинноидных комплексов не зависит от размера частиц сухих паннцирьнсонденрнжащих отходов  в пределах 0,3 - 4,0 мм.

4. Установлено, что с целью снижения перекисного числа липидов сухих панцирьсодержащих отходов следует проводить сверхкринтинчеснкую углекислотную экстракцию при давлениях 20 - 22 МПа, однако при этом температура не оказывает влияния на процесс селективного извнленченния перекисей из панцирьсодержащих отходов креветки.

5. С использованием методов математического моделирования экспенринмента установлена возможность повышения концентрации астаксантина и омега-3  жирных кислот в получаемом экстракте за счет варьирования таких факторов как температура, давление и содержание полярного сорастворителя (этилового спирта).

6. Использование этилового спирта в сверхкритической углекиснлотнной экстракции в качестве сорастворителя в количестве до 10 % по сравнненнию с экстракцией без добавления этилового спирта значительно увелинчинвает выход липидно-каротиноидного комплекса и суммарное содержание в целевом продукте эйкозапентаеновой и докозогексаеновой кислот.

7. Установлено, что более 80 % липидно-каротиноидных комнпнлекнсов и акстаксантина извлекается в период экстракции, определяемый линнейннной зависимостью выхода извлекаемых компонентов от продолнжинтельнности процесса.

8. Разработаны и утверждены технические условия и технологическая инструкция на процесс получения экстракта липидно-каротиноидного комнпнлекнса из панцирьсодержащих отходов варено-мороженой креветки способом сверхкритической углекислотной экстракции.

9. Оценка экономической эффективности от внедрения технологии получения экстракта липидно-каротиноидного комплекса показала, что при комплексной переработке панцирьсодержащих отходов инвеснтинциноннный проект его производства будет полностью окупаться на втором гонду реализации.

10. Показано, что в состав белково-минерально-хитинового компнлекннса, остающегося после сверхкритической углекислотной экстракции линпиднно-каротиноидных комплексов, входят два вида функциональных иннгрендиненнтов: пищевые волокна (хитин и неусваиваемый белок - хитин-белнковый комнплекс) и минеральные вещества, количество которых при вненсении в фаршевые системы,  близко по физиологическому действию к нерастнвонринмым пищевым волокнам, вследствие чего белково-миненральнно-хитиновый комплекс можно рассматривать, как перспективное сырье для создания пищевых функциональных формованных продуктов широнко потребления.

Основное содержание диссертации опубликовано

следующих работах:

Публикации в изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России:

1 Винокур М. Л., Андреев М.П. Зависимость выхода и состава линпиднно-каротиноидного комплекса из отходов ракообразных от панранметнров углекислотной экстракции // Хранение и переработка сельхозсырья. Ц  2011. - № 10. - С. 22 - 24.

2 Винокур М. Л., Андреев М.П. Исследование кинетики свернхнкринтинческой углекислотной экстракции липидно-каротиноидных компнлекнсов из панцирьсодержащих отходов ракообразных // Хранение и перенранботка сельхозсырья. - 2012. - № 2. - С. 37-39.

Работы, опубликованные в других изданиях:

3 Винокур М. Л. Обоснование способа обезвоживания панцирьнсондернжащих отходов ракообразных при подготовке сырья в технологии свернхнкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комнплексов // Известия КГТУ. - 2012. № 25. - С. 75-78.

4 Андреев М.П., Винокур М.Л. Использование сверхкритической угнлекислотной экстракции для повышения концентрации каротиноидов в экстракте липидно-каротиноидных комплексов из панцирьсодержащих отходов ракообразных // Труды IX международной конференции, Инннонванции в науке и образовании-2011, Калининград, 18 - 20 октября, 2011 г. - Калининград, 2011. - С. 243 - 245.

5 Андреев М.П., Винокур М.Л. Исследование процесса сенлекнтивннонго удаления перекисей из отходов креветки с использонванием сверхкринтической СО2 - экстракции // Материалы VII монсковского международнного конгресса, Биотехнология: состояние и перспективы развития, Москва, - 21 - 25 марта, 2011 г. - М., 2011. - С. 244 - 245.

6 Винокур М.Л. Использование сверхкритической СО2 - экстнракнции для получения биологически активных веществ липоидной природы из панцирьсодержащих отходов креветки // Материалы конференции, Пинщевая и морская биотехнология, Светлогорск, - 1 - 2 июля, 2011 г. - М., 2011. - С. 18 - 19.

7 Винокур М.Л. Исследование влияния способов предварительной обнранботки панцирьсодержащих отходов ракообразных на эффективность свернхнкринтической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комнпленкнсов // Материалы VIII международной научно-практической коннфенреннции Пронизводство рыбной продукции: проблемы, новые технонлонгии, канчеснтво, Светлогорск, - 6 - 9 сентября, 2011 г. - Калининград, 2011. - С. 176 - 179.

8 Винокур М.Л. Изучение влияния предварительного высушивания панцирьсодержащих отходов ракообразных на эффективность сверхкринтинческой углекислотной экстракции липидно-каротиноидного комплекса // Материалы II научно-практической конференции молодых ученых Совнременные проблемы и перспективы рыбохозяйственного компнлекнса, Москва , - 17 - 18 ноября, 2011 г. - М., 2011. - С. 187 - 190.

Заказ а337 Подписано в печать а06.11.2012 г.  Формат 60x84 1/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз.  Беснплатно

АтлантНИРО, 236022, Калининград, ул. Дм. Донского, 5

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям