Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов

Диссертационная работа:

Козлова Алевтина Евгеньевна. Разработка метода экстракции и применение серосодержащих веществ чеснока : Дис. ... канд. техн. наук : 03.00.04, 05.18.06 Москва, 2004 158 с. РГБ ОД, 61:04-5/3066

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВНДЕНИЕ 4

1. Литературный обзор 7

1.1 Сверхкритическая флюидная экстракция 7

  1. Сверхкритическое состояние ...7

  2. Сверхкритическая двуокись углерода 10

1.13 Математическое моделирование процесса экстракции 11

  1. Фазовое равновесие и растворимость в сверхкритической двуокиси углерода 15

  2. Растворимость в сверхкритической двуокиси углерода Применение энтрайнеров 19

  3. Применение сверхкритической двуокиси углерода для экстракции из природных матриц 21

  4. Применение сверхкритической двуокиси углерода в аналитических целях 31

1.2 Биологическая система чеснока 35

1.2.1 Исторические перспективы медицинского применения

чеснока 35

1.2.2 Химия чеснока 37

1.2.1 Разложение тиосульфинатов 39

1.2.4 Состав и свойства экстрактов чеснока 40

1.2.5 Использование экстрактов чеснока в качестве пищевой
добавки 42

1.2.6 Биологическое действие чеснока 44

1.3 Выводы по литературному обзору 62

2. Экспериментальная часть 63

2.1. Аппаратура и методы экстракции 65

2.1.1. Влияние способа подготовки сырья и способа
улавливания на эффективность экстракции 67

2.1.2. Влияние температуры и давления на эффективность

экстракции 70

2_2. Анализ сверхкритических флюидных экстрактов из чеснока 72

2.2.1. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) 72

  1. Хроматомасс-спектрометрия (ГХ-МС) 74

  2. Газожидкостная хроматография (ГЖХ) 79

  1. Анализ чесночных масел фирмы FORMATECH 83

  2. Исследование антиоксидантой активности экстрактов 87

2А1 Механизм окислительной порчи масел и жиров S7

2.4.2 Использование антиоксидантов в пищевой

промышленности , 88

  1. Исследование антиоксидантных свойств сверхкритический флюидных экстрактов из чеснока на модели «масло» по методу ускоренного окисления 91

  2. Исследование антиоксидантных свойств сверхкритических флюидных экстрактов из чеснока на модели «масло» в процессе хранения 99

  3. Исследование антиоксидантных свойств сверхкритический флюидных экстрактов из чеснока на модели «майонез» .,,.102

  1. Применение экстрактов из чеснока как ароматизатора и вкусовой добавки , 106

  2. Применение экстрактов из чеснока как антимикробной

добавки . . . 108

3. Выводы .. 114

Список использованных источников.. 116

Введение к работе:

В последние десятилетия в пищевой промышленности широкое распространение получила практика ввода в пищевые продукты натуральных экстрактов с целью повышения питательности, изменения органолептических свойств, способности к хранению и переработке, усиления лечебно-профилактического действия. Особенно актуально применение натуральных добавок комбинированного действия, то есть сочетающих в себе полезные функциональные свойства (увеличение сроков хранения, изменения органолептических свойств и т.д) с лечебно-профилактическим эффектом.

Одним из наиболее интересных растений, с точки зрения создания многофункциональных пищевых добавок, является чеснок. Данное растение широко используется во всем мире и как специя, и как фитотерапевтическое средство. Многочисленные исследования показали, что чеснок и препараты на его основе могут успешно применяться для профилактики и лечения таких опасных заболеваний как рак и атеросклероз, оказывают гепатопротекторное и антиоксидантное действие, обладают антибактериальными свойствами.

Среди всех существующих на сегодняшний день методов получения
пищевых экстрактов из растительного сырья наиболее перспективным
представляется метод сверхкритической флюидной экстракции СФЭ.
Данный метод позволяет получать экстракты пищевого качества без
дополнительной очистки, что делает его чрезвычайно привлекательным для
пищевой промышленности. Кроме того, метод СФЭ позволяет

эффективно проводить экстракцию в мягких условиях, что обеспечивает максимальную сохранность органолептических свойств и химического состава экстрактов.

Исходя из вышесказанного, представляется актуальным разработка метода получения сверхкритических флюидных экстрактов чеснока с целью

5 их дальнейшего введения в комбинированные продукты питания в качестве натуральных пищевых добавок многофункционального назначения.

Настоящая работа посвящена разработке методов получения сверхкритических флюидных экстрактов из чеснока, исследованию качественного состава и количественного содержания сераорганических веществ в данных экстрактах в зависимости от условий экстракции. Изучению возможности их практического использования в качестве пищевой добавки.

Научная новизна* На основании экспериментальных данных научно
обосновано применение СФЭ в качестве многофункциональных добавок в
комбинированные продукты питания и растительные масла. Установлена
зависимость химического состава сверхкритических флюидных экстрактов
от температуры экстракции. Впервые получены данные и количественные
зависимости вкусовых, ароматических, антимикробных и

антиокислительных свойств от состава экстрактов.

На модели ускоренного окисления растительного масла впервые определена антиоксидантная активность экстрактов чеснока, полученных при давлении 250 атм и различных температурах. Установлено, что температурные режимы производства сверхкритических флюидных экстрактов (СФЭ) из чеснока определяют их антиоксидантиые свойства. Впервые изучено влияние введения СФЭ на сроки годности майонеза.

Исследовано влияние данных экстрактов на развитие посторонних микроорганизмов в майонезах. Показано, что все СФЭ из чеснока проявляют антибактериальное действие.

Впервые осуществлено сопоставление вкусо-ароматических свойств майонеза, содержащего полученные экстракты чеснока. Проведено сравнение органолептических свойств данных экстрактов со свойствами коммерческих образцов, применяемых в качестве ароматизаторов и вкусовых добавок.

Новизна подтверждена положительным решением о выдаче

Патента РФ.

Практическая значимость полученных результатов. Разработаны методы экстракции из свежего чеснока двуокисью углерода в свсрхкритичсском состоянии. Установлено, что гемпература процесса позволяет получать экстракты чеснока с разной направленностью вкуса.

В результате проведенных исследований антиоксидантной активности, антибактериальной активности и вкусо-ароматических характеристик полученных эксфактов показана возможность их использования в качестве полифункциональной пищевой добавки для растительных масел и майонезов.

Экспериментально установлены дозировки экстракта,

обеспечивающие требуемую интенсивность заданного вкуса и антиокислительное и антибактериальное действие. Совместно с ООО МТО «Каскад» разработана рецептура и выработана опытная партия майонеза «Осенний», содержащего в качестве пищевой добавки СФЭ чеснока.

Для достижения цели решались следующие задачи:

- разработка метода экстракции сверхкритических флюидных
экстрактов из чеснока на основе изучения влияния технологических
параметров на качественный и количественный состав;

органолептическое сопоставление вкусовых и ароматических свойств сверхкритических флюидных экстрактов из чеснока с их составом и с представленными на отечественном рынке коммерческими ароматизаторами «чеснок»;

определение антиоксидантной активности экстрактов;

определение антиоксидантной активности полученных экстрактов в комбинированных продуктах питания на примере майонеза;

исследование антимикробной активности экстрактов;

- разработка рецептур майонезов, содержащих сверхкритические
флюидные экстракты из чеснока.

1* Литературный обзор

1Л. Сверхкритическая флюидная экстракция 1.1.1. Сверхкритическое состояние

Для того, чтобы наглядно представить сверхкритическое состояние рассмотрим простой пример: если в прозрачный замкнутый сосуд поместить некоторое количество жидкости и начать нагревать, то уровень жидкости в сосуде будет постепенно снижаться, а давление в сосуде расти, так как все большее количество молекул жидкости будет переходить в газообразное состояние- При этом, если объем сосуда достаточно велик по сравнению с объемом жидкости, то в итоге вся жидкость в сосуде перейдет в газообразное состояние, если же объем сосуда мал, то граница раздела пар-жидкость будет сохраняться вплоть до достижения критических давления и темперагуры, а при достижении их мгновенно исчезнет с образовагшем новой фазы, физико-химические свойства которой сильно отличаются как от газа, так и от жидкости. В научной литературе данная фаза получила название сверхкритический флюид (supercritical fluid) [1].

Таким образом сверхкритическое состояние вещества-это состояние при температуре и давлении выше критических (Т>Ткр, р>ркр), в замкнутом объеме меньше критического (Vkp). На диаграмме состояния р-Т (рисЛ) критическая точка отмечает конец линии сжатого газа-

в ташшце

швеские ші

остых веществ

.блица 1. Критические параметры некоторых простых веществ

,,. пі м

isveiaic u Vi*;t

132^ 240,5

ІІ'ІОІїрОУШЮ^Ш Ulilf

! Xj it ірі риф і г>|шспі і і

ї^.З

%> "Ї52.Й"

ЇМ.ЇГ

23-1.2 267.0

~шХ

111 J

9 Впервые сверхкритическое состояние было обнаружено Cagniard de la Tour в начале 19-го века, В 1879 году Ноппау и Hogarth [2] продемонстрировали чрезвычайно высокую растворяющую способность сверхкритических флюидов с помощью опытов по растворению неорганических солей в сверхкритическом этаноле. Дальнейшие исследования показали, что причиной столь высокой растворяющей способности сверхкритических флюидов является то, что они сочетают в себе свойства газа и жидкости. Так, плотность сверхкрити чес кого флюида незначительно отличается от плотности жидкости, т.е. флюид обладает значительной емкостью, вязкость близка к вязкости газа, коэффициент диффузии имеет промежуточное значение, что существенно ускоряет процессы массопереноса. Такое сочетание свойств делает чрезвычайно привлекательным использование сверх критических флюидов в качестве зкетрагентов самых различных соединений [3]. Для сравнения характеристики газов, жидкостей и сверхкритических флюидов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные физические свойства газов, жидкостей и сверх критических флюидов

Кроме этого, следует также отметить, что растворяющая способность флюида очень сильно зависит от температуры и давления. Например, при изучении растворимости нафталина в сверхкритической двуокиси углерода было установлено, что в приделах критической области растворимость меняется плавно, а при давлении ниже критического падает практически до нуля. Таким образом, посредством изменения давления можно легко

10 контролировать процесс экстракции. Данное обстоятельство позволяет, не только проводить экстракцию в СК-средах, но и осуществлять разделение полученных экстрактов на фракции с помощью ступенчатого изменения давления [4].

Как видно из таблицы 1 критические параметры многих простых соединений, особенно сжиженных газов, таких как этан, пропан, двуокись углерода, закись азота и др., являются достаточно мягкими и легко достижимы как в лабораторных условиях, так и в промышленности. Поэтому, начиная с 70-х годов прошлого века, наблюдается все возрастающий интерес к практическому использованию сверхкритических флюидов вместо органических растворителей в самых различных процессах экстракции. 1,1,2- С верх критическая двуокись углерода

На сегодняшний день, в качестве сверхкритического флюида наиболее широко применяется двуокись углерода. Ее широкое применение связано с рядом свойств, которые делают двуокись углерода уникальным растворителем, а именно:

критическая температура близкая к комнатной ( 31,7С) и невысокое критическое давление (73 атм);

экологическая безопасность и чрезвычайно низкая токсичность, что делает ее не заменимой в пищевой и фармацевтической промышленности;

взрыво и пожаробезопастность;

низкая стоимость и общедоступность;

при атмосферном давлении является газом, что обеспечивает полное отделение экстракта с помощью сброса давления.

Основным недостатком двуокиси углерода является то, что ее молекулы полностью симметричны и не имеют дипольного момента, поэтому двуокись углерода является хорошим растворителем только для неполярных или слабо полярных веществ. Но, во многих случаях, этот

11 недостаток удается преодолеть с помощью добавления к двуокиси углерода небольших количеств (5-10%) полярных растворителей, называемых модификаторами или энтрайнерами [5]. Как правило, в качестве энтрайнеров используются метанол, этанол, вода и ацетон. Более подробно использование энтрайнеров будет обсуждаться в соответствующем разделе. L1.3. Математическое моделирование процесса экстракции

Разработка промышленных процессов на основе СФ для твердых матриц требует проведения соответствующего моделирования механизмов массопсреноса в плотных слоях. Параметры массопереноса, рассчитанные по данным, полученным в лаборатории или на опытной полупромышленной установке, могут быть использованы для масштабирования и проектирования промышленных производств

Для количественного описания кинетики процесса экстракции
применяется ряд математических моделей. В общем, все они основаны на
уравнениях, описывающих явления массопереноса, и включают

специальные параметры, которые могут быть соотнесены с экспериментальными данными, т.е. выходом или концентрацией в определенный момент времени. В основном экстрагируемый материал рассматривается как псевдокомпонент. Несколько упрощенных идей и подходов к моделированию процесса экстракции будет рассмотрено ниже-Согласно работе Brunner [6] процесс экстракции может быть разделен на три этапа:

Перенос вещества из толщи твердой матрицы к поверхности (твердая фаза);

Перенос вещества с поверхности твердой матрицы в фазу флюида (переход твердое тело-флюид);

Перенос вещества от поверхности раздела флюид - твердая матрица в толщу флюида (фаза флюида).

В упрощенных моделях не рассматривается каждый из этапов в отдельности. Некоторые этапы объединены в один. Пели рассматривать

12
процесс экстракции как установившийся, при котором отсутствуют потоки
внутри фазы флюида, то количество экстракта, переносимого в единицу
времени, пропорционально площади массопереноса и градиенту

концентрации, необходимому для осуществления массопереноса, т.е. процесс подчиняется законам Фика и закону Ноейса-Уитни. Коэффициент пропорциональности имеет вид или коэффициента диффузии из твердой фазы к поверхности раздела флюид-твердая фаза, или коэффициента диффузии от этой поверхности вглубь флюида. Величины коэффициентов прямой и обратной диффузии могут быть просуммированы для получения общего взаимного коэффициента диффузии. Так как сопротивление массопереносу в твердой фазе гораздо больше, чем в фазе флюида, общий коэффициент диффузии можно приближенно считать равным коэффициенту диффузии в твердой фазе.

Как правило, процесс сверхкритической флюидной экстракции осуществляется в динамическом режиме и для его описания необходимо применять более сложные модели, учитывающие все вышеприведенные этапы экстракции. С точки зрения масштабирования наибольший интерес представляют модели массопереноса, основанные на дифференциальных уравнениях массового равновесия для тонкого цилиндрического сектора плотного слоя, впервые предложенные Bulley at. all. [7], Данные модели рассматривают поток сверхкритического флюида, который с постоянной объемной скоростью (F) проходит через экстрактор высотой Н и объемом V. Для математической обработки слоя разбивают на дифференциальные объемные элементы высотой Дг (рис.2). Работы с использованием этого подхода были опубликованы: Cuperus at all. [8], Roy at. all. [9], Goodarznia and Eikani [10], а также несколько работ исследовательской группы Reverchorn [11-13].

Cfct}

F, U

Cf[z+ezA)

Рис.2, Математическая модель процесса массопєрепоса в сверхкритических флюидах.

Для решения упомянутых выше уравнений должны быть известны как конкретный механизм массопереноса в данном экстракционном процессе, так и равновесное распределение вещества между твердой матрицей и сверхкритическим флюидом. Многие исследователи [10J1J3] рассматривали коэффициент распределения К (отношение СДСг, где Сч -концентрация вещества в твердой матрице, а Сг концентрация вещества в фазе флюида) как постоянную величину. В работе Perrut et. all. [14] величина К также предполагается постоянной, но только до достижения точки насыщения. Goto et. all, [15] предложили более сложную изотерму сорбции для описания межфазного равновесия.

Несколько авторов использовали модель, в которой предполагается внешний контроль скоростей массопереноса, таким образом, был определен «объемный» коэффициент массопереноса для экстракции масла канолы [7,16], масла из Dirnorphoteca pfuvialis [8], масла из семян подсолнечника [14] и эфирного масла из почек гвоздики [13] сверх критической двуокисью углерода. В других работах предполагался внутренний контроль скоростей массопереноса, таким способом были описаны процессы экстракции

14 эфирного масла из шалфея [12] и эфирного масла, а также триглициридов из нескольких видов сырья [11]. Авторы в последнем случае (внутренний контроль) предполагали, что остаточная концентрационная кривая внутри твердой матрицы имеет параболическую форму, гем самым, упрощая математическое решение проблемы. Они заканчивали свои расчеты определением внутреннего коэффициента массопереноса вместо истинного коэффициента диффузии, описывающего скорости экстракции. Ooodarznia и Eikani [10] предложили более общую модель, которая рассматривает как диффузию вещества внутри твердого тела и внешние сопротивление массоиереносу, так и градиентно-направленную аксиальную дисперсию вещества в сверхкритической фазе внутри слоя. Описанные выше подходы приводят к более или менее сложным системам уравнений, из которых могут быть получены граничные условия. Аналогично законам теплопереноса эти системы могут быть упрощены с помощью объединения специфических параметров в безразмерные комплексы.

Более упрощенный подход к экстракции из твердого слоя,
предполагающий пренебрежение любыми коэффициентами аксиальной
дисперсии, диффузией внутри твердого материала и сопротивлением
массопереносу при переходе из твердой фазы в фазу флюида, предложен в
[17]. Sovova [18] описал модель экстракции жирного масла, которая
сочетает легкий доступ к веществам в разрушенных клетках при начале
экстракции, и вещества, закрытые в целых клетках. В данной работе также
предложено решение дифференциальных уравнений- Reverchon и

Маггопе [19] использовали похожий метод для моделирования процесса экстракции различных масел из семян. В этом методе учитывалась аксиальная дисперсия, а также различие между свободным и связанным веществом. Кроме того, рассматривалось соотношение между разрушенными и целыми клетками. Модель одной частицы, подчиняющаяся второму закону Фика, для экстракции из эфирных масел был применена для экстракции из всего объема. Предполагалось, что все частицы имеют

15 одинаковый объем, и массоперенос во всем слое может быть получен суммированием вклада всех частиц [20]. В некоторые модели, касающиеся процесса одновременной экстракции нескольких компонентов (мультикомпонентные модели), описаны в [21], особое внимание уделено модели сжатия ядра. Эта модель применялась для процессов экстракции жирных и эфирных масел, с учетом того, что диффузионный путь внутри одной частицы постоянно возрастает в течение процесса экстракции. 1.1.4. Фазовое равновесие и растворимость в сверхкритнческой двуокиси углерода.

Изучение фазового равновесия является важным инструментом для
проектирования и оценки применимости процессов экстракции

сверхкритическими флюидами с использованием или без использования энтрайнеров. Имеются три метода получения данных о фазовом равновесии при высоком давлении. Эти методы коротко описаны ниже.

Статический аналитический метод. Твердое или жидкое вещество
помещают в термостатированную ячейку высокого давления.
С верх критический растворитель (чистый или модифицированный)
накачивают в ячейку до тех пор, пока не будет достигнуто заданное
давление. В большинстве случаев достижение равновесия ускоряют с
помощью промешивания, а также циркуляции или только

сверхкритического флюида, или совместной циркуляции флюида и растворяемого вещества. Растворение вещества в сверхкритическом растворителе вызывает падение давления, таким образом, равновесное состояние достигается» когда никакого снижения давления не происходит с течением времени (обычно измеряют разницу между одним и несколькими часами). Когда равновесие достигается перемешивание или циркуляцию останавливают и фазы разделяются из-за их различной плотности. После этого из каждой фазы отбирают пробу с помощью сброса небольшого количества через тонкий капилляр в стеклянную колбу. Количество растворителя (газ) определяют с помощью измерения объема, массу

растворенного вещества определяют или гравиметрическим методом в случае одного компонента, или специальными аналитическими методами (ГЖХ, ВЭЖХ) в случае многокомпонентной смеси. Ячейки для измерения равновесия имеют достаточно большой объем (около 1000 см"), что требует использования больших количеств растворителя и вещества. Так как пробы из разных фаз анализируются отдельно, статический аналитический метод исследования фазового равновесия наиболее выгоден в случае многокомпонентных систем. Появление ошибок связано, в основном, с процессом отбора пробы, так как при этом может произойти падение давления или остатки вещества в линии отбора могут загрязнить пробу.

Статический аналитический метод является достаточно универсальным. К настоящему моменту опубликовано значительное количество работ, посвященных определению фазового равновесия данным методом. Так, авторами [22] определена растворимость бегеновой кислоты как в чистой двуокиси углерода, так и в присутствии 6.5 то! % этанола. Показано, что с увеличением количества этанола в смеси растворимость бегеновой кислоты возрастает. В работе [23] изучено фазовое поведение в сверхкритической двуокиси углерода 13 эфиров жирных кислот, содержащихся в рыбьем жире, при температурах 40-80С и давлениях 9-25 МРа. На основании полученных данных предложена математическая модель для расчета коэффициентов распределения. Simoes и Brunner [24] статическим аналитическим методом провели измерения фазового равновесия, необходимые для проектирования процесса рафинации оливкового масла двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии. Авторами [25] разработана новая установка для определения данным методом коэффициентов распределения органических соединений между водной фазой и фазой сверхкритического флюида, определены коэффициенты распределения для фенола, бензойной кислоты, бензилового спирта, 2-гексанона, ванилина и кофеина. В работе [26] исследована зависимость растворимости салициловой кислоты в сверхкритической

17 двуокиси углерода от температуры и давления в присутствии 0-7 5 тої % этанола, показано растворимость возрастает пропорционально увеличению количества этанола в смеси. Изучено влияние присутствия уксусной кислоты и метилацетата на растворимость в сверхкритической двуокиси углерода стеариновой кислоты, показано, что повышение растворимости при добавлении уксусной кислоты связано с образованием более сильных водородных связей [27]. Авторами [28] при помощи статического аналитического метода изучено фазовое поведение шерстяного воска в сверхкритической двуокиси углерода в широком интервале температур и давлений, определены максимумы растворимости. На примере пинена, лимонена, фенхена и камфоры изучено фазовые равновесия и растворимости эфирных масел в сверхкритической двуокиси углерода в интервале температур 40-60С и давлениях 8-16 МПа [29].

Синтетический метод. Аппаратура для исследования фазового равновесия синтетическим методом включает в себя ячейку высокого давления с двумя окнами для наблюдения за внутренней частью ячейки. Ячейка снабжена устройством, позволяющим менять ее объем. Обычно это подвижный поршень внутри ячейки. Содержимое ячейки перемешивается магнитной мешалкой. Так как, состав фаз в этом методе не анализируется, точно измененные количества (определяемые с помощью взвешивания ячейки) твердого или жидкого вещества и сверхкритического флюида помещаются в ячейку. Затем ячейку нагревают до заданной температуры, после этого постепенно изменяют объем ячейки с помощью перемещения поршня. Изменение объема приводит к росту давления, температуру при этом поддерживают постоянной. Увеличение давления приводит к увеличению взаимной растворимости компонентов и в определенный момент в ячейке остается только одна фаза. При достижении однофазного состояния давление начинают медленно снижать, и в какой-то момент происходит расслаивание компонентов на две фазы. Давление» при котором снова образуется две фазы, зависит от начального соотношения

18 компонентов. В синтетическом методе используются ячейки небольшого объема, и, следовательно, требуется небольшие количества веществ. Это метод подходит для изучения фазового равновесия в бинарных системах, а также определения граничной линии для многокомпонентных систем. В работе [30] данным методом изучено фазовое поведение смеси С02-трикаприлин, определено критическое давление, и давление при котором образуется трехфазная система. Другими примерами использования синтетического метода являются определение фазового равновесия в системах СОг-лимонен и СОг-цитраль [31], а также изучение фазового поведения карбоновых кислот в сверхкритической двуокиси углерода [32].

Динамический метод . Вещество, обычно нанесенное на инертную
матрицу, помещают в термостатированную ячейку. Чистый или

модифицированный растворитель непрерывно пропускают через ячейку при точно заданных температуре и давлении. Предполагается, что за короткое время пребывания сверхкритического растворителя в ячейке успевает установиться равновесная концентрация. Давление насыщенного флюида после выхода из ячейки снижают до атмосферного. Измерения объема пропущенного флюида и анализ вещества может проводиться так же, как в статическом аналитическом методе. Из-за накопления вещества динамический метод может быть использован, даже если растворимость вещества в сверхкритическом флюиде очень низка. Наибольшей проблемой в использовании этого метода является установление равновесия за короткое время пребывания растворителя в ячейке. Данный метод используется для изучения однокомпонентных систем. При изучении многокомпонентных систем необходимо учитывать разную равновесную растворимость компонентов [6].

Наибольшее применение динамический метод находит при изучении растворимости полярных слаборастворимых в сверхкритической двуокиси углерода соединений, к которым относится биологически активные вещества. Так в работе [33] определена растворимость некоторых пищевых

19 антиоксидантов, проведено сравнение полученных результатов с теоретически рассчитанными величинами. Аналогичное исследование проведено авторами [34] для антибиотика пенициллин G. Также, динамическим методом была изучена растворимость диэфиров лутеина [35], компонентов эфирного масла апельсина [36], 5-фторурацила и р-эстрадиола [37]. Авторами [38] определены параметры, необходимы для оптимизации процесса экстракции биологически активного соединения -ресвератрол смесью двуокись углерода-этанол, показано, что оптимальное количество этанола составляет 7,5%.

Для большого количества веществ и многокомпонентных смесей, которые экстрагировались методом СФЭ, опубликованы данные о фазовом равновесии в широком диапазоне давлений [60-63,81-90]. Для полярных веществ имеются данные по фазовому равновесию в присутствии энтрайнеров [104-114]. В зависимости от типа системы и целей измерений были использованы статический аналитический, динамический или синтетический методы изучения фазового равновесия.

1.1.5. Растворимость в сверхкритической двуокиси углерода. Применение энтрайнеров.

Как уже отмечалось ранее, чистая двуокись углерода является хорошим растворителем только для неполярных и слабополярных жирорастворимых соединений. Для увеличения растворимости в сверхкритической двуокиси углерода полярных веществ могут использоваться различные добавки. В качестве таких добавок обычно используются более полярные растворители, называемые модификаторами или энтрайнерами. Целью добавления таких растворителей обычно является повышение растворяющей силы сверхкритического флюида или снижение давления экстракции в результате повышения растворимости.

Наиболее часто в качестве модификаторов используются традиционные растворители такие, как спирты (особенно этанол и метанол), хлорсодержащие углеводороды, гексан, вода или ацетон. Летучесть

20 модификаторов находится между летучестью экстрагируемых веществ и сверхкритического флюида, а температуры кипения находятся в приделах от 20 до 100С. Для наиболее часто используемых систем определены критические параметры. Значения критических температур и давлений в зависимости от состава смеси, определенные синтетическим методом [39] , приведены в таблице 3.

Таблица 3. Критические параметры систем ССЬ-энтрайнер.

Более детальное описание фазового поведение двойных и тройных систем: двуокись углерода-метанол- этанол (вода) приведено в работе [40], двуокись углерода-вода-этанол в работе [41]. Использованию других модификаторов (1-пропанол, изопропанол, 1-бутанол, ацетон) также посвящено ряд публикаций [42-45].

1.1.6. Применение сверхкритической двуокиси углерода для

экстракции из природных матриц.

В научной литературе описано применение сверхкритических флюидов для экстракции из самых различных растительных матриц, поэтому должны быть рассмотрены различные аспекты процесса экстракции. Изучив большой объем литературы по сверхкритической флюидной экстракции за последние 15 лет, можно выделить три основных группы, отличающиеся целями экстракционного процесса. В первом приближении это - экстракция растительных масел и сопутствующих

22 веществ, получение эфирных масел, выделение фармакологически активных веществ.

Кроме того, все процессы экстракции могут быть разделены на
аналитические и препаративные. В аналитических целях обычно
используются ячейки объемом не более 50 мл. Аналитическая СФЭ в
основном применяется как альтернативный метод приготовления

образцов в для ботанического или химического анализа. В большинстве случаев результаты применения СФЭ сравнимы с результатами, полученными с помощью традиционных методов таких, как экстракция в аппарате Сокслета и перегонка с паром.

Целью препаративной СФЭ является получение свободных от
примесей растворителя экстрактов, идеально подходящих для

использования в пищевой промышленности, а также выделение из лекарственных растений биологически активных составляющих для производства лекарственных препаратов. На сегодняшний день такие составляющие, как правило, получают экстракцией органическими растворителями.

При рассмотрении вопроса применимости метод СФЭ для решения конкретной проблемы выделения, кроме технических вопросов, необходимо рассматривать и экономические аспекты. В работе Brunner [46] подробно описана методология проектирования противоточного многостадийного процесса сепарации мультикомпонентных смесей, в зависимости от условий разделения определено теоретическое число стадий процесса и даны рекомендации по подбору оборудования. Общий расчет энергозатрат для проведения процесса сверхкритической флюидной экстракции, а также рекомендации по оптимизации работы оборудования и минимизации потерь энергии даны в работе Smith et al. [47].

Экстракция жирных масел. Жирные масла представляют собой комплекс химических соединений, состоящий из моноацил-, диацил- и триацилглицеридов, свободных жирных кислот и некоторых минорных

23 компонентов. Они могут быть получены из различных источников таких, как растения, рыба, грибы или водоросли. Разработка методов извлечения высокоценных жирных масел приобрело большое значение в последние несколько лет. Наибольший интерес для фармацевтической промышленности представляют полиненасыщенные жирные кислоты, оказывающие благоприятное воздействие на организм человека. Употребление в пищу продуктов, насыщенных со-3-жирными кислотами способствует профилактике гипертонии, сердечнососудистых заболеваний, а также имеет противовоспалительное действие.

Для увеличения качества жирных масел необходимо проведение нескольких этапов очистки. Сверхкритическая флюидная экстракция является альтернативным методом получения масел, использование которого позволяет заменить несколько стадий очистки одной, причем проводить ее в мягких условиях.

Сверхкритическая флюидная экстракция чистым или модифицированным ССЬ применяется не только для извлечения масел, но и для их фракционирования, выделения из масла свободных жирных кислот, для дезодорирования растительных масел и получения продуктов с пониженным содержанием липидов.

Для выделения растительных масел методом СФЭ наиболее часто применяется чистая двуокись углерода, хотя некоторые растворители, такие как гексан, этанол, метанол или изопропанол в некоторых случаях используются в качестве энтрайнеров. Содержание масел в различных растениях, в также водорослях, грибах и рыбопродуктах было определено методом сверхкритической флюидной экстракции. Авторами [48] изучена возможность экстракции методом СФЭ масла из плодов Rosa canina, определен состав свободных жирных кислот в полученном масле, показано, что как в докритических, так и в сверхкритических условиях экстракции не наблюдается никаких изменений в жирнокислотном составе масла. В работе [49] изучена зависимость растворимости полиненасыщенн ых жирн ых

24 кислот в сверхкритической двуокиси углерода от температуры и давления при экстракции масла из красных водорослей (Hypnea charoiae). Сравнение метода СФЭ с другими методами экстракции растительного масла проведено для коричневых водорослей (Sargassum hemiphyUutn) [5Щ, орехов кешью (Anacardium occidentak) (51], отрубей проса {Panicum milktceum L.} 52} и проращенной пшеницы 53]. Масла, полученные методом сверхкритической флюидной экстракции, содержали больше токоферола, а также свободных жирных кислот. Качественный я количественный состав масла, в зависимости от условий, экстракций методом СФЭ, был определен для ореха Пекан {Carya illinoensis) [54], мускатного ореха (Myristicafragrans НоШШуп) [55 J, листьев, цветов, семян и коней шафрана (Crocus sativus L.) [56], а также кукурмы (Curcuma tonga) [57] и Baccharis dracuntfoIia\5ty.

Достаточно часто для повышения эффективности ж селективности процессов экстракции применяются различные энтрайнеры. Так, в работе [59] описано применение растворимого в двуокиси углерода поверхностно -активного соединения для увеличения скорости экстракции масла из грибов Pythium irregulare. Добавление этанола в качестве энтрайнера существенно повышает выход ферулат-полистироловых эфиров при экстракции масла из кукурузных отрубей [60], фосфолипидов при экстракции масла из проращенной кукурузы [61 ], увеличивает селективность извлечения фосфолипидов из бобов сои [62].

Подобные работы
Комаров Алексей Владимирович
Комплексные исследования рафинации жиров и разработка эффективных методов переработки
Коноваленкова Наталья Евгеньевна
Разработка высокоэффективной технологии гидратации кукурузных масел с применением метода механохимической активации
Щербакова Елена Владимировна
Теоретическое и экспериментальное обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии переработки масличных семян с использованием биотехнологических методов
Украинцева Ирина Ивановна
Разработка способов оценки качества и идентификации семян льна на основе метода ядерно-магнитной релаксации
Прасолов Денис Владимирович
Разработка способов оценки качества и идентификации семян подсолнечника на основе метода ядерно-магнитного резонанса
Солонникова Наталия Владимировна
Разработка способов оценки качества и идентификации семян рапса на основе метода ядерно-магнитной релаксации
Корчагин Александр Федорович
Разработка глобального метода экстракции статических Spice параметров микроэлектронных приборов на основе моделирования вольтамперных характеристик
Силинская Светлана Михайловна
Разработка интенсивной технологии получения купажированных CO2-экстрактов из растительного сырья методами до- и сверхкритической экстракции
Чесноков Сергей Александрович
Прогнозирование неравновесного образования токсичных веществ при горении в ДВС с искровым зажиганием
Чесноков Валерий Тимофеевич
Обоснование и разработка способов и средств модернизации, ремонта шарошечных долот и утилизации ценных конструкционных материалов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net