Перспективы использования диоксида углерода

Задачами современной пищевой перерабатывающей технологии являются максимальное сохранение витаминов, микроэлементов и биологически активных веществ сырья, быстрота переработки, экологическая чистота получаемого продукта, энергоснабжение. Между тем, большинство действующих технологий предусматривают длительный (2-3 часа) нагрев при температурах 60-100°С, контакт с кислородом воздуха. При таких видах обработки происходит значительное снижение качества продукта.

Одним из эффективных методов является обработка сырья в среде инертного газа. В частности, уникальные физические свойства диоксида углерода, его способность находиться в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое вещество), позволяет использовать его для интенсификации различных технологических процессов.

СО₂ эффективно может использоваться в других процессах: охлаждении, замораживании, транспортировке сырья и др.

В настоящее время учеными и специалистами КубГТУ и КНИИХП установлена возможность использования диоксида углерода для интенсификации технологических процессов экстрагирования и десорбции ценных компонентов из сырья, а также процессов гомогенизации, холодной стерилизации, детартрации, криоконцентрирования и криоконсервирования.

Создание экспериментального оборудования для обработки сырья диоксидом угле рода впервые в мировой практике было осуществлено на экспериментальном заводе Краснодарского НИИ пищевой промышленности, при тесном сотрудничестве ученых и специалистов ряда научно-производственных объединений.

На рисунке 27 показана схема применения диоксида углерода для интенсификации технологических процессов.

 

Рис.27. Схема применения диоксида углерода в различных фазовых состояниях

Создание экспериментального оборудования для обработки сырья диоксидом угле рода впервые в мировой практике было осуществлено на экспериментальном заводе Краснодарского НИИ пищевой промышленности, при тесном сотрудничестве ученых и специалистов ряда научно-производственных объединений.

Нами проанализированы достижения отечественных и зарубежных ученых, работающих в области использования диоксида углерода в качестве технологического агента.

На рисунке 27 приведена схема применения диоксида углерода в различных фазовых состояниях. Наибольший опыт применения диоксида углерода в качестве технологического агента достигнут в докритической области. Теоретические разработки, выполненные в этом направлении, прошли опытно-промышленную апробацию и внедрены в производство. Лидером, и практически единственным предприятием в стране по производству СО₂-экстрактов, стал экстракционный завод ООО Компания Караван (г. Краснодар). Благодаря правильной технической и гибкой экономической политике руководителя предприятия Н.Н. Латина, завод стал первоклассным предприятием отрасли.

Из внедренных на заводе нововведений следует отметить композиционные СО₂ экстракты, извлекаемые из смесей отечественных пряно-ароматических растений и рекомендуемые для замены импортных пряностей. Другим новшеством стало использование СО₂-шротов растительного сырья (после извлечения экстрактивных веществ) в качестве самостоятельного продукта. Такие шроты практически стерильны, содержат белковую и углеводную составляющие исходного сырья и часть водорастворимых компонентов. СО₂ шроты рекомендовано использовать в качестве наполнителей, ароматизаторов и антиоксидантов при изготовлении мясных, рыбных и хлебобулочных изделий.

Нет необходимости подробно описывать достоинства диоксида углерода, находящегося в сверхкритическом состоянии. Эта тема настолько емкая, что требует специально го исследования и подробного описания.

Особый интерес и большие технологические возможности представляет диоксид углерода в твердофазном состоянии.

Использование диоксида углерода в качестве экстрагента и десорбента позволяет отказаться от органических растворителей, что весьма целесообразно по экологическим, технологическим и экономическим соображениям. Путем регулирования давления и температуры технологического процесса можно получать экстракты с различным содержанием основных компонентов. Немаловажным является тот факт, что удаётся реутилизировать до 70% растворителя.

Впервые в технологической практике применен способ интенсификации процесса СО₂-экстракции с помощью электромагнитных полей низкой частоты. Предварительно были выполнены исследования по оценке безопасности воздействия таких полей в низкочастотном диапазоне. Была установлена возможность эффективного воздействия на процесс извлечения БАВ из сырья с помощью ЭМП НЧ в диапазоне модулирующих частот 20-110 Гц с различной несущей частотой.

Опытно-промышленная апробация результатов исследований осуществлялась в условиях экспериментального стенда КНИИХП. Операторная модель линии по производству СО₂-экстрактов из растительного сырья на усовершенствованной установке приведена на рисунке 28.

Рис.28. Операторная модель усовершенствованной линии по производству СО₂ экстрактов и СО₂-шротов

 

В процессе исследований установлено, что при частоте 59,0 Гц достигается набольший выход СО2-экстракта из плодов можжевельника, при 40,1 Гц– из плодов рябины красной, при 21,2 Гц– из плодов рябины черноплодной, при 33,5 Гц– из семян расторопши пятнистой.

Теоретически и экспериментально определена оптимальная продолжительность воздействия электромагнитного поля низких частот на исследуемое сырьё в течение 25- мин., позволяющая увеличить коэффициент диффузии биологически активных веществ из растительной клетки, имеющей капиллярно-пористую структуру.

Усовершенствована традиционная СО₂-экстракционная установка за счет включения в ее конструкцию генератора электромагнитного поля низких частот и амплитудно модулированного электромагнитного поля с определенной несущей частотой и диапазоном модулирующих частот до 100 Гц.

Усовершенствованная технология получения СО₂-экстрактов из растительного сырья позволила сократить продолжительность процесса экстракции в 1,2-1,4 раза.

Проведена сравнительная оценка физико-химических свойств СО₂-экстрактов, полученных под воздействием электромагнитного поля низких частот и по традиционной технологии, показывающая улучшение качественного состава экстрактов полученных по усовершенствованной технологии за счет более полного извлечения ценных компонентов.

Включение СО₂-экстрактов в рецептурный состав продуктов функционального назначения позволило существенно расширить их ассортиментный ряд.

На основе полученных СО₂-экстрактов созданы новые продукты геродиетического назначения [16].

Теорию сохранения абсолютного здоровья и долголетия разработал американский врач (русского происхождения) К.М.Монастырский. Он отмечает, что, начиная с 25 летнего возраста, у человека начинает снижаться уровень усвоения пищи на 1-2% в год и к 50 годам он составляет 40-50% от юношеского уровня и еще меньше у больных. Оптимальная пропорция компонентов в питании должна соответствовать пластическим нуж дам организма, в котором около 60 % воды, 20% жиров, 15 % белков, 4 % макро- и микро элементов. Автор предложил не ограничительную диету, а комплекс натуральных долгосрочных мер по усвоению физиологических патологий, причинами которых являются избыток углеводов, гиперинсулизм, желудочно-кишечные расстройства, хронический дефицит витаминов и минеральных веществ.

К.М.Монастырский утверждает, что для нормальной жизнедеятельности человек должен употреблять животное сырье, включая мясо, рыбу, сало и яйца. Опасения насчет вредного холестерина преувеличены. Ведь из продуктов питания в кровяное русло попадают только те компоненты, которые могут раствориться в крови, иными словами – водорастворимые. Холестерин к ним, однозначно, не относится, и, конечно же, он не суще ствует в продуктах питания в связке с липопротеинами низкой концентрации (LDL). Не менее определенно и то, что «липопротеины (LDLs) транспортируют холестерин с места синтеза в печени», а не из желудка и кишечника, т.е. не из продуктов питания.

Трудами отечественных и зарубежных ученых доказана необходимость обогащения продуктов питания не только витаминами, но и другими недостающими микронутриентами: минеральными веществами, пищевыми волокнами, полиненасыщенными жирными кислотами, фосфолипидами, а также биологически активными добавками природного происхождения, повышающие резистентные свойства организма.

Эффективность создания новых продуктов заключается не только в их полной безопасности, удовлетворительных органолептических показателях, но также в биодоступности, легкой усвояемости, возможности постоянного обеспечения организма витаминами и минеральными веществами, а также в оценке влияния их химического состава на показатели здоровья человека.

В настоящее время экологическая ситуация, в целом, резко ухудшилась, а здоровье и жизнь людей подвержены тяжелым последствиям, которые наступают при употреблении экологически загрязненных продуктов питания.

Главным фактором, обуславливающим «опасность» загрязнения пищевых продуктов, является окружающая среда, из которой нежелательные и вредные компоненты попа дают в продукты питания. Основной постулат здорового питания: чем натуральнее – тем лучше. Жиры – не исключение. Лучший вариант – жиры в составе натуральных продуктов – орехи и семечки, оливки, авокадо, рыба: они сохраняют все полезные свойства. Дальше следует малообработанные жиры – сырые и нерафинированные растительные масла холодного отжима, сливочное масло, сало. Чем выше степень переработки, тем меньше полезного остается в продукте и больше степень риска: это относится к рафинированным маслам без вкуса, цвета и запаха, бутербродным заменителям масла, гидрированным жирам. Самым качественным источником омега-3, безусловно, считается рыба холодных морей – лосось, сёмга, форель, кета, горбуша. Важен сам источник, так как очень важно, чтобы в этом источнике не происходило перекисного окисления липидов (прогоркания).

Иначе будет не польза, а вред (атака свободных радикалов). Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК, витамин F) обладают антиоксидантной активностью, замедляют старение, препятствуют опухолевому росту. ПНЖК укрепляют липидные пласты рогового слоя, способствуют сохранению целостности защитного барьера кожи, его непроницаемости для микробов и токсических веществ, предупреждению обезвоживания кожи.

Разработанные Минздравом РФ «Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов» устанавливают жест кие ограничения допустимых уровней содержания в них основных групп потенциально опасных для здоровья ксенобиотиков. Так, например, для рыборастительных пищеконцентратов установлены следующие допустимые нормы токсичных элементов (мг/кг): - свинец -1,0;

- кадмий -0,2;

- мышьяк-1,0;

- ртуть-0,3.

Допустимое содержание нитрозаминов (сумма НДМА и НДЭА) – 0,003 мг/кг.

Авторами разработана технология производства рыбных изделий с различными овощными добавками, позволяющая получать продукцию высокой пищевой ценности. Для разработки использовали следующее овощное сырье: лук порей, сельдерей, пастернак, петрушка, топинамбур. В качестве концентратов БАВ использовали СО2-экстракты из растительного сырья. В состав СО2-экстрактов входят растительные стерины, или фито стерины, - спирты, содержащие 28-30 углеродных атомов. К ним принадлежат ß-ситостерин, стигмастерин, эргостерин, кампестерин, спинастерин и др. Стерины обладают противовоспалительными, антиаллергическими, противоотёчными, обезболивающими свойствами. Витамин Е (токоферолы) обладает противовоспалительным, антигистидным действием, антиоксидантной активностью, участвует в биосинтезе гема и белков, пролиферации клеток, тканевом дыхании, других важнейших процессах тканевого метаболизма; препятствует повышенной проницаемости и ломкости капилляров, развитию атеросклероза, дегенеративно-дистрофических изменений в сердечной мышце и скелетной мускула туре; защищает клетки и ткани от повреждающего действия избыточных количеств свободных радикалов и перекисных продуктов; стимулирует синтез белков и коллагена; нормализует репродуктивную функцию.

Витамин РР (никотиновая кислота) обладает противопеллагрическим, сосудорасширяющим действием, нормализует содержание липопротеинов крови, ангиопротектор, корректор микроциркуляции, снижает уровень общего холестерина.

Важным достоинством рыборастительных продуктов, обогащенных СО₂ экстрактами являются их высокие вкусовые качества и длительные сроки хранения. Исследовали пищевую ценность основного сырья, овощных добавок, влияние раз личных их соотношений на пищевую ценность мясных модельных изделий. На основе по лученных данных выявлены закономерности влияния различных количеств (10,15,20, 25 и 30 % овощей от массы рыбы) отдельных вышеупомянутых овощей на технологические, органолептические показатели и пищевую ценность мясных изделий из говядины [18].

Создание сбалансированных по составу продуктов питания для школьников переходит в разряд критически важных технологий и имеет большое социально-экономическое значение. Отсюда возникает необходимость комплексного подхода и создания научно обоснованной концепции в области проектирования и производства специализированных продуктов питания для детей школьного возраста. В его основе лежит система жестких требований к качеству и безопасности на всех этапах производства продукта, начиная с использования высококачественного сельскохозяйственного сырья и заканчивая непосредственным потреблением.

В частности, теоретически обоснована и разработана технология производства сухих продуктов школьного питания с использованием низкотемпературной сушки мясного, рыбного и овощного сырья. Вскрыты основные закономерности технологических режимом сушки термолабильного пищевого сырья. При математическом описании кинетики сушки учтены основные эмпирические параметры, характеризующие свойства конкретных видов биологического сырья. Методами математического планирования разработаны и экспериментально подтверждены рациональные режимы вакуумной ИК-сушки. Получены экспериментальные данные о влиянии разработанной технологии вакуумной ИК сушки на физико-химические и биохимические характеристики термолабильного пищевого сырья.

Выполнены исследования по сверхтонкому измельчению сырья растительного и животного происхождения способом газожидкостного взрыва. Сущность способа заключается в насыщении инертным газом (в частности, сжиженным диоксидом углерода) предварительного подготовленного сырья, помещенного в герметичную емкость, с последую щим резким сбросом давления. Новый метод сверхтонкого измельчения сырья с использованием эффекта суперкавитации позволяет производить продукты, технологии которых требуют достижения тонкодисперсной структуры готового продукта.

Разработаны технологии, включающие низкочастотную электромагнитную и газожидкостную обработку животного сырья и растительного сырья. Полученные экспериментальные данные подтвердили эффективность такой обработки сырья с целью ускорения биохимических превращений и снижения микробиальной обсемененности.

Полученные количественные данные явились основой для разработки научно обоснованных режимов тепловой обработки (сушки, стерилизации) продуктов.

Разработанные технологии обеспечивают получение качественной и безопасной пищевой продукции, необходимой для нормализации структуры питания детей школьного возраста. Приведены результаты внедрения системы менеджмента качества на предприятии по производству геродиетических продуктов:

- оптимальная организационная структура;

- максимальный учет потребностей рынка;

- эффективное управление процессами;

- единая система документации, долгосрочные взаимовыгодные отношения с поставщиками, расширение рынка сбыта, повышение конкурентоспособности предприятия.

Решение проблемы создания продуктов питания нового поколения для школьников переходит в разряд критически важных технологий и имеет большое социально экономическое значение. Отсюда возникает необходимость комплексного подхода и создания научно-обоснованной концепции в области проектирования и производства специализированных продуктов питания для детей школьного возраста. В его основе лежит система жестких требований к качеству и безопасности на всех этапах производства продукта, начиная с использования высококачественного сельскохозяйственного сырья и заканчивая непосредственным потреблением.

Кроме того, большинство промышленных технологий слабо используют последние достижения науки и техники в сфере пищевой биотехнологии, а также методов контроля качества и безопасности выпускаемой продукции.

Очень много зависит от вида технологического оборудования, применяемого для сушки термолабильного растительного сырья. На рисунке 29 приведена оригинальная схема установки для сушки продуктов детского питания.

На кафедре технологии мясных и рыбных продуктов, под руководством доцента Запорожского А.А., проводились исследования по совершенствованию технологии продуктов школьного питания на основе растительного и животного сырья. В результате проделанной работы разработана технологическая схема производства рыборастительного полуфабриката (рисунок 30) с использованием ЭМП НЧ (электромагнитного поля низкой частоты), что позволяет сохранить нативные свойства сырья, используемого в рецептуре продукта для школьного питания, и улучшить качество готового продукта

Рис.29. Аппаратурно-технологическая схема установки для сушки продуктов детского питания

Рис.30.Технологическая схема производства рыборастительных полуфабрикатов, для использования в продуктах школьного питания: 1 – бункер для сухих овощей, 2 – бункер для сухих круп, 3 – инспекционный транспортер; 4,21 – аппараты для СО2 – обработки, 5 – СВЧ +ЭМП НЧ вакуумная сушилка, 6 – смеситель, 7 – сито, 8 – упаковка, 9 – ин спекционный транспортер, 10 – камера замораживания, 11 – камера холодильного хранения, 12 – генератор ЭМП НЧ настроенный на регулировку размеров и блокирования роста кристаллов, 13 – генератор ЭМП НЧ настроенный на перераспределение влаги в продукте, 14 – бункер приема свежей рыбы, 15 – моечная машина с СО2 – барботажем, 16 – разделочный транспортер, 17 – аппарат для получения филе с последующей промывкой, 18 – инспекционный транспортер, 19- измельчитесь, 20– баланширователь, 22– машина для выпаривания бульона

Приемка рыбного сырья проводится согласно установленным санитарным правилам и нормам в свежем или охлажденном виде на участке приемки сырья –14, рыбу промывают водой на участке мойки –15 и удаляют чешую, голову и внутренности на конвейере разделки –16. Далее рыбу разделывают на филе и промывают, аппарат для резки на филе –17, затем филе инспектируют –18. Рыбу, разделанную на филе, направляют на измельчение в волчок 19 для получения рыбного фарша. Измельченная костная масса, полученная при разделке рыбного сырья, подается в бланширователь 20. После бланширования костная масса подвергается обработке диоксидом углерода 21, а образовавшийся бульон направляется в емкость для выпаривания 22.

Полученный рыбный фарш направляют в камеру для обработки ЭМП НЧ 13, с целью перераспределить влагу к краям продукта, затем продукт помещается в камеру криогенной обработки 10, где он замораживается в присутствии ЭМП НЧ 12, настроенного на регулировку размеров и формы кристаллов. На следующем этапе часть замороженного фарша отправляется в камеру хранения 11, где сырье храниться под периодическим воздействием ЭМП НЧ не дающим смерзаться кристаллам влаги, для обеспечения предпри ятия сырьем между поставками. Другая часть фарша направляется в вакуумную СВЧ сушку 5, где процесс высушивания происходит под действием ЭМП НЧ призванного интенсифицировать процесс.

После высушивания рыбный фарш направляют в смеситель 6 где происходит его измельчение и смешивание с сухим растительным сырьем, сухим рыбным гидролизатом и крупами. Через сито 7 сухая рыборастительная смесь попадает на инспекционный транс портер 9 и упаковывается в бумагополимерные пакеты в фасовочно-упаковочной машине 8.

Таким образом, разработанная технология производства позволяет максимально сохранить биологически активные вещества и придать продукту ярко выраженные органолептические свойства.

Далее после обобщения результатов исследований по разработке рецептур и созданию высокоэффективных технологий производства продуктов с использованием биотехнологических принципов переработки сельскохозяйственного сырья, разработаны рецептуры рыборастительных полуфабрикатов, сбалансированных по составу для детей младшего школьного возраста.

Разработку рецептур продуктов осуществляли с помощью программы "Generic-2.0".

Программа реализует концептуальные подходы имитационного моделирования (Рогов И.А., Липатов Н.Н и др.), что позволяет свести в одну формулу относительные комплексные и простые единичные показатели качества различного характера, обеспечивает независимость свойств каждого из показателей.

Для производства продуктов различных ассортиментных групп создан компьютерный банк данных емкостью 4 Мб, количественно характеризующий нутриентную адекватность сырья животного и растительного происхождения. При этом используется довольно разнообразная сырьевая база: мясное, молочное и плодоовощное сырье, гидробионты, семена злаковых и бобовых культур [19].

Применение сверхкритических флюидов открывает новые перспективы, связанные с их уникальными свойствами.

Накопленный нами значительный экспериментальный материал по докритической экстракции растительного сырья, позволил сконструировать аппаратуру, для изучения процесса сверхкритической газовой экстракции.

Схема универсальной установки (рис.31) позволяет выделять экстрактивные вещества как из газовой фазы при изменении давления в аппарате 16, так и на колонке с адсорбентом 4.

Рис.31.Схема универсальной установки ВНИИКОП по обработке растительного сырья диоксидом углерода в сверхкритическом состоянии: 1 - конденсатор; 2, 11 - водяная рубашка; 3 - указатели уровня; 4 -фильтр-адсорбер; 5 - самоуплотняющийся люк; 6 - экстрактор; 7 -кассета с сырьем; 8, 9, 10, 14, 17 - вентили; 12, 15 - теплообменники;13 - насос высокого давления; 16 - газодинамическая ультразвуковая сирена; 18 - сборник экстрактов

Установка работает следующим образом: помещенное в кассету 7 подготовленное сырье, герметизируется люком 5 внутри экстрактора 6. Через навеску сырья пропускается сжатый газ (при температуре выше критической), получаемый дросселированием жидкой СО₂ из конденсатора 1 (при открытых вентилях 9, 14, 8) пропускаемой через теплообменники 12,15.

Причем процесс циркуляции газа через сырье может повторяться неоднократно, в зависимости от поставленных задач.

Рассмотрим метод выделения экстрактивных веществ углекислым газом в сверхкритическом состоянии из пряностей. Грубое измельчение зерна перца черного горького (0,5 1,0 мм) помещают в экстрактор 6, закрывают люк 5. В сборник 16 из конденсатора 1 через вентиль 9 наливают жидкую СO₂ в количестве, равном массе перца в экстракторе. Затем насосом через теплообменники 12 (в рубашке которого горячая вода имеет температуру 45°С) газ подают в теплообменник 15 (в рубашке которого горячая вода имеет температуру 70°С). Нагретый до температуры 40°С при давлении 9 МПа (плотность газа - г/см3) сверхкритический газ прокачивается снизу экстрактора 6 через слой сырья, через фильтр 4 в теплообменник 12 навстречу потоку жидкой СO₂ и охлаждаясь до температуры 35°С. Переход СO₂ в докритическое состояние происходит а газодинамической ультра звуковой сирене 16, где часть экстрактивных веществ собирается на дне, а избыточная СO₂ насосом 13 вновь закачивается в теплообменник 12, где частично испаряется. В теплообменнике 15 экстрагент полностью переходит в сверхкритическое состояние и цикл повторяется. Время экстракции зависит от содержания ценных компонентов в сырье, давления и температуры ведения процесса. По сравнению с докритической экстракцией вы ход экстрактивных веществ за фиксируемый промежуток времени увеличивается в 1,5 раза.

В описываемом способе экстракции растительного сырья, предусматривающем кон тактирование с потоком газа в надкритическом состоянии, снижение температуры и давления осуществляют пропусканием потока экстрагента через газодинамическую ультразвуковую сирену.

Это позволяет утилизировать диссипативную энергию перехода экстракта в докритическое состояние на генерирование ультразвуковых колебаний в потоке экстракта, которые обеспечивают коагуляцию дисперсных частиц жидкой фазы выделяемых экстрактивных веществ, облегчающую их сепарирование и исключающую газодинамический брызгоунос за счет падения гидравлического сопротивления частиц жидкой фазы и увеличения их массы.

Способ осуществлен на экспериментальном стенде ВНИИКОП следующим образом.

Растительное сырье, например флаведо-цитрусовых, загружают в экстрактор и про пускают через слой поток газа в надкритическом состоянии, например двуокиси углерода при температуре 50°С и давлении 15МПа. Экстракт отделяют от шрота на фильтре, а за тем пропускают через ультразвуковую сирену. В ультразвуковой сирене, независимо от ее конструкции, происходит адиабатное расширение газового потока. Часть потенциальной энергии адиабатного расширения в сирене используется на генерирование ультразвуковых колебаний ее резонатора, которые передаются газовому потоку, а другая часть - на увеличение скорости газового потока. Давление и температура потока экстракта за счет адиабатного расширения падают, например до 18°С и 3 МПа, за счет чего из экстракта выделяется жидкая фаза экстрактивных веществ эфирных масел и других ароматических веществ. В гетерогенном потоке газовой фазы экстракта с сконденсированной жидкой фазой экстрактивных веществ за счет ультразвуковой волны, носителем которого он является после выхода из сирены, независимо от частоты колебаний, происходит коагуляция жидкой фазы от состояния тумана до крупных капель, теряющих гидравлическое сопротивление и увеличивающих массу. Далее поток поступает в охлажденный теплообменник или центробежный циклонного типа сепаратор, в котором экстрактивные вещества легко отделяются от экстрагента.

Таким образом, предложенный способ позволяет утилизировать энергию адиабатного расширения потока экстракта на генерирование ультразвуковых колебаний, обеспечивающих облегчение и надежность отделения жидкой фазы экстрактивных веществ от отработанного экстрагента.

На описанной выше установке осуществлен также предложенный нами способ получения заменителя перца черного горького.

В связи с извечным в России дефицитом импортных тропических пряностей мы предложили выпускать его заменитель на основе семян кориандра. Для осуществления этого способа в адсорбер 4 помещаются семена кориандра и по ранее описанной методике обрабатываются газовой мисцеллой перца черного горького. Часть ароматических веществ сорбируется на поверхности кориандра. Причем, мисцеллой из одной навески перца черного горького можно обработать минимум десятикратное количество семян кориандра и получить удовлетворительный по качеству натуральный заменитель.

Полученные на универсальной установке экспериментальные данные позволили определить пригодность способа сверхкритической экстракции для обработки жиросодержащего сырья, а также снятия кутикулярных восков.

В индустриально развитых странах СКФ экстракция из природных матриц широко используется в пищевой, в фармацевтической и нутрицевтической промышленности, а также в производстве парфюмерии и косметики. В России на сегодняшний день данная технология практически не развита.

Между тем, СКФ экстракция обладает рядом существенных экономически значимых преимуществ по сравнению с традиционными методами экстракции:

- возможность снижения числа технологических операций процесса экстракции вследствие исключения стадий дистилляции и выпаривания;

- возможность организации малоотходных производств;

- возможность управления процессом экстракции изменением параметров (темпера туры, давления), что облегчает его автоматизацию и повышает технологичность;

- возможность сохранения лабильных компонентов, отсутствия продуктов разложения, неизбежных при традиционной экстракции, отсутствия следов органических растворителей и их примесей, что позволяет получать качественно новые продукты экстракции, отвечающие требованиям современного рынка.

Утилизация наиболее широко применяемого для СКФ в качестве экстрагента диоксида углерода.

Технологии извлечения из растительного и животного сырья биологически активных веществ с использованием в качестве экологически чистых и безопасных растворителей сверхкритических (СК) флюидов, и, в частности, диоксида углерода (СО₂), приобрели в настоящее время не только статус лабораторного инструмента изучения химического со става растительного и животного сырья, но и широко распространяются как промышленный метод, позволяющий получать из натурального сырья экстракты в целом и отдельные фракции (вплоть до получения целевых биологически активных компонентов) для фармацевтической, косметологической и пищевой промышленности без применения органических растворителей.

Предлагаемая технология получения биологически активных экстрактов с помощью СК-СО₂ предполагает высокую экологичность процесса, поскольку углекислый газ как растворитель исключает возможность загрязнения окружающей среды и конечной продукции. Более того, данная технология позволяет получать высококонцентрированные экстракты без остатков какого бы то ни было растворителя с сохраненным составом био логически активных веществ в их нативном соотношении, не содержащие остатков органических растворителей и их примесей. Сохранность биологически активных компонентов обеспечивается достаточно низкой (не более 80°С) температурой процесса. Кроме того, применение в качестве растворителя СО₂ при повышенном давлении обеспечивает микробиологическую чистоту готовой продукции.

Основными рабочими параметрами процесса являются давление и температура экстрагента в экстракционном контуре, причем простое варьирование рабочими параметрами позволяет осуществлять направленное изменение состава конечного экстракта. Важными преимуществами использования СК-СО₂ как растворителя для экстракции в промышленном масштабе является его негорючесть, малая токсичность и химическая инертность.

Немаловажно и то, что углекислый газ достаточно дешев и широко доступен [17 ].

Сверхкритический СО₂ при температуре от 32^оС до 90^оС и давлении 7,5 - 80 МПа хорошо извлекает жирные масла, алкалоиды типа кофеина, никотина, смолы, углеводы и ряд аминокислот и практически не имеет себе равных как растворитель.

Сверхкритическая экстракция может быть селективной лишь до некоторой степени. Сжатый диоксид углерода, при достаточно высокой плотности газа (соответственно давлении и температуре) позволяет извлекать из растительного сырья практически полный спектр БАВ. Полученные сверхкритические СО₂ – экстракты наряду с ценными компонентами могут содержать ряд нежелательных соединений, в зависимости от сферы применения.

В нашей стране применима в большей степени докритическая СО₂ – экстракция, в меньшей – сверхкритическая, что обусловлено рядом причин, связанных с энергетически ми затратами, трудоемкостью изготовления аппаратуры, качественным составом экстрактов.

В связи с вышеизложенным, весьма перспективна авторская гипотеза о сочетании в едином экстракционном модуле процессов до- и сверхкритической СО₂ – экстракции ценных компонентов из некоторых видов витаминосодержащего растительного сырья, с целью улучшения качественного состава СО₂ – экстрактов за счет обогащения высоколетучих ароматических соединений докритических экстрактов компонентами жиросодержащих и фенольных веществ из сверхкритических экстрактов.

На модернизированной лабораторной установке отдела газожидкостной технологии КНИИХП определены оптимальные режимы извлечения ценных компонентов из измельченного растительного сырья. В частности для выжимки плодов шиповника майского: температура 18 - 22^оС, давление 5,4 - 6,1МПа, с последующим увеличением давления до 15,5 МПа путем запрограммированного повышения температуры от 32 до 55^оС.

Экстракционная установка дооснащена устройством для перегрева растворителя, что позволяет использовать бескомпрессорный способ подачи СО₂.

Новая технология основана на получении из одного и того же сырья как высококачественных докритических СО₂ – экстрактов в неизменном природном состоянии, так и сверхкритических СО₂ – экстрактов с повышенным содержанием жирных масел, путем совмещения процессов до- и сверхкритической СО₂ – экстракции в едином модуле.

За счет межфазового перехода диоксида углерода из жидкости в состоянии плотного газа продолжительность совмещенного процесса экстракции составляет от 40 до 50 минут в зависимости от характеристик сырья. Схема представлена на рис.32.

Проведенные исследования подтвердили ряд преимуществ новой технологии.

Рис.32.Cхема проведения сверхкритической флюидной экстракции

Диоксид углерода в суб- и сверхкритическом состоянии, обладая высокими растворяющими способностями, охватывает все больше задач по получению ценных компонентов из растительного сырья. Этому способствует высокая экологичность процесса сверхкритической флюидной экстракции (нетоксичность СО₂, отсутствие следов растворителя в продукте), а также возможность влиять на селективность процесса путем варьирования параметров температуры и давления.

Установка предназначена для проведения до - и сверхкритической СО₂-экстракции растительного сырья и других процессов с использованием сверхкритического СО₂ в диапазоне давлений 5 - 80 МПа, температурой экстракции 20 - 80 ⁰ С и скоростью циркуляции СО₂ до 60кг/час.[34].