WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Речкина Екатерина Александровна

ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

С ПОЛУЧЕНИЕМ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ

05.21.03 – Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

Автореферат диссертации на соискание учёной степени  кандидата

технических наук

Красноярск – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» на кафедре «Химическая технология древесины и биотехнология», г. Красноярск.

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор         Рубчевская Людмила Петровна

Официальные оппоненты:

Кузнецова Светлана Алексеевна, доктор химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории «Процессы синтеза и превращений углеводородов» Института химии и химической технологии СО РАН.

Ушанова Валентина Михайловна, кандидат технических наук, доцент, Сибирский государственный технологический университет, кафедра «Промышленная экология, процессы и аппараты химических производств», доцент.

Ведущая организация: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Защита диссертации состоится  1  июня 2012 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.01 Сибирского государственного технологического университета по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 82, ауд. Ц-110, E-mail: dissovetsibgtu01@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Отзывы (в двух экземплярах) с заверенными подписями просим направ­лять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 82.

Автореферат разослан                апреля 2012 г.

  Ученый секретарь

диссертационного совета               Исаева Елена Владимировна

Общая характеристика работы

 

Актуальность работы. В настоящее время развитие лесоперерабатывающей  промышленности требует принципиально нового подхода к использованию растительного сырья. Он основан на комплексной переработке лесных ресурсов и предусматривает утилизацию всей биомассы дерева, включая древесные отходы, которые служат сырьем для производства ценных продуктов.

Наличие в древесной зелени биологически активных веществ позволяет получать при ее утилизации широкий спектр препаратов для парфюмерно-косметической и пищевой промышленности, медицины, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных.

Существующие технологии переработки древесной зелени хвойных растений не позволяют получать в качестве продукта пектиновые вещества. Однако расширение сырьевой базы для их производства в настоящее время для Российской Федерации актуально, так как позволяет сократить импорт этого продукта.

В этой связи  разработка новых направлений комплексной переработки древесной зелени хвойных с получением пектиновых веществ  является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Сибирского государственного технологического университета, финансируемых из средств федерального бюджета по ведомственной научной программе «Развитие научного потенциала высшей школы», подпрограмма 1 «Фундаментальные исследования», раздел 1.1 «Исследование выполняемые в рамках тематических планов». 

Цель работы заключалась в разработке комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной с получением пектиновых веществ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:

- изучить годичную динамику содержания пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной;

- исследовать процессы ступенчатой экстракции (гексаном и этанолом) древесной зелени сосны обыкновенной и определить  состав полученных продуктов;

- установить влияние технологических параметров процесса на выход пектиновых веществ из послеэкстракционного остатка;

- определить показатели качества и безопасности пектиновых веществ, оценить их конкурентоспособность;

- изучить возможность утилизации  твердого остатка древесной зелени сосны обыкновенной после выделения пектиновых веществ методом биоконверсии.

Положения, выносимые на защиту: В рамках специальности 05.21.03. – Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины, пункт 12, экспериментально - теоретически обоснован новый эффективный технологический процесс комплексной переработки биомассы дерева, с получением лесохимических продуктов, в том числе пектиновых веществ. В частности:

- годичная динамика пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной с целью определения максимальных сроков заготовки сырья;

- оптимальные технологические параметры процесса экстракции древесной зелени сосны обыкновенной гексаном и этанолом с получением биологически  активных продуктов;

- оптимальные технологические параметры процесса извлечения пектиновых веществ, обеспечивающие их высокий выход и показатели качества;

- утилизация твердого остатка древесной зелени сосны обыкновенной после выделения пектиновых веществ методом твердофазного культивирования гриба Pleurotus ostreatu с получением кормовой добавки;

- принципиальная схема комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной, с получением пектиновых веществ, позволяющая использовать ее в качестве альтернативного сырья для производства пищевых продуктов.

Научная новизна. Предложен и экспериментально подтвержден новый подход к организации процесса комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной, который позволяет осуществить извлечение экстрактивных веществ экстрагентами, соответствующими требованиям СанПиН 2.3.2.1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок», пункт 5.3 «Гигиенические регламенты применения экстракционных и технологических растворителей», с получением эфирного масла, хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного экстракта, воска и использовать послеэкстракционный остаток для выделения пектиновых веществ и производства кормовой добавки.

Практическая значимость работы. Показана принципиальная возможность комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной с получением пектиновых веществ. Результаты экспериментальных исследований положены в основу предложенной технологической схемы, рекомендуемой для предприятий лесохимического профиля.

Определены показатели качества и безопасности пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной. Проведена оценка конкурентоспособности пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной.

Разработана техническая документация на пектин, полученный из древесной зелени сосны обыкновенной (ТУ 9169-009-15152660-09), рекомендованный к применению в пищевой промышленности.

Предложенный способ переработки древесной зелени сосны обыкновенной подтвержден патентом РФ № 2364409.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных научно-практических конференциях: «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем» (Астрахань, 2008 г.), «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008 г.), «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Томск, 2009 г.), и всероссийских научно-практических конференциях: «Новые достижения химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2009 г.), «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2008 - 2010 г.г.);  «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2009, 2010 г.г.), «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск , 2006, 2010 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ (из них автора 0, 62 п. л.), в том числе 4 – в ведущих рецензируемых научных журналах, один патент РФ на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 15 рисунков. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка, включающего 175 наименований, и 5-ти приложений.

Содержание работы

Введение. Во введении обоснована актуальность диссертационной работы и её вклад в решение проблемы комплексного использования древесной зелени хвойных.

Аналитический обзор. В обзоре проведен анализ отечественной и зарубежной литературы по теме исследования. Вопросам переработки древесной зелени хвойных посвящены работы следующих ученых: Солодкий Ф.Т, Рощин В.И., Ягодин В.И., Репях С.М., Левин Э.Д., Малютиной Л.А., Выродов В.А., Томчук Р.И., Шанина Е.В.

Несмотря на большое количество научных работ в области химической переработки древесной зелени хвойных следует отметить, что отсутствует технология выделения пектиновых веществ из этого вида сырья, основанная на использовании экстрагентов, соответствующих требованиям  СанПиН 2.3.2. 1293-03, разрешающих их использование для пищевых производств. На основании анализа литературных данных сформулированы задачи, решаемые в диссертации.

Методы проведения экспериментов. В этом разделе приведено описание объектов исследования и экспериментальных установок, методов и методик исследований исходного сырья и получаемых продуктов. В работе использовали древесную зелень сосны обыкновенной. Модельные деревья для отбора проб древесной зелени подбирали в естественных древостоях. Пробные площадки находились в Емельяновском районе Красноярского края. Отобранные образцы древесной зелени соответствовали требованиями ГОСТ 21769-84 «Зелень техническая». Химический анализ исходного сырья и полученных продуктов проводили, используя как химические, так и физико-химические методы анализа, преимущественно элюентную и тонкослойную хроматографию, ГЖХ, ЯМР, ИК-спектроскопию.

Показатели качества, безопасности хвойных пектиновых веществ определяли в соответствии с ГОСТ 29186-91. Для определения уровня конкурентоспособности пектинов использовали методику Дворецкой Н.С (2006 г.).

Экспериментальная часть и обсуждение результатов

Пектиновые вещества древесной зелени сосны обыкновенной. Исследовали содержание пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной в ходе годового цикла.

Полученные результаты показывают (рисунок 1), что содержание пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной в ходе годового цикла меняется. Для древесной зелени свойственно накопление пектиновых веществ в период покоя. В хвое их количество в зимний период достигает 4,8 %, а в побегах - 3,9 %. К весне содержание пектиновых веществ постепенно снижается с минимумом в мае месяце (3 % - в хвое; 2,6 % - в побегах).

Рисунок 1-Годичная динамика содержания пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной

Доля протопектина от суммы пектиновых веществ в древесной зелени сосны составляет от 53,5 до 71,5 % в течение годового цикла. Эти данные свидетельствуют о том, что древесную зелень сосны обыкновенной можно использовать для промышленной переработки с целью получения пектина. Целесообразно проводить заготовку сырья с ноября по февраль.

Извлечение экстрактивных веществ из древесной зелени сосны обыкновенной. Производство пектина из древесной зелени хвойных растений выдвигает особые требования к предварительной подготовке сырья. Оно связано с извлечением из него экстрактивных веществ, отрицательно влияющих на качество получаемым пектиновых веществ. Удаление экстрактивных веществ из древесной зелени проводили, используя последовательную экстракцию гексаном и этиловым спиртом. Выбор этих экстрагентов обусловлен  соответствием требованиям СанПиН 2.3.2.1293-03, разрешающих их использование для пищевых производств.

Химический состав древесной зелени сосны обыкновенной, используемой для экстракции, устанавливали по методикам, принятым в химии растительного сырья. Основную массу компонентов древесной зелени составляют полисахариды: 14,4 - 16,4 % – легкогидролизуемые, 25,0 - 27,1 % – трудногидролизуемые, и лигниновые вещества – 16,9 - 21,3 %. Древесная зелень содержит 8,1 - 9,4 % липидов и 15,4 - 20,4 % веществ, извлекаемых горячей водой. На долю веществ белковой природы до 7,2 %. Содержание хлорофиллов и каротина в древесной зелени составляет соответственно 110,4 и 14,1 мг %.

Экстрагирование древесной зелени сосны обыкновенной гексаном.  Для установления условий процесса проведены экстракции древесной зелени гексаном и определен выход экстрактивных веществ в зависимости от крупности сырья, жидкостного модуля и продолжительности процесса.

Были установлены технологические параметры процесса экстрагирования гексаном: жидкостный модуль 20, крупность частиц сырья 2 4 мм, продолжительность процесса 5 ч, позволяющие выделить экстрактивные вещества со степенью извлечения не менее 80 % от содержащегося в сырье.

Полученный гексановый экстракт анализировали, используя методы элюентной и тонкослойной хроматографии, ГЖХ, ЯМР. Определен групповой состав липидов, их жирнокислотный состав, состав эфирных масел.

       Гексановый экстракт содержит 80,9 % нейтральных липидов, в том числе  восков 17,5 %, 4,4 % фосфолипидов и 14,8 % гликолипидов.

В составе кислот фосфолипидов и гликолипидов количественно преобладают ненасыщенные жирные кислоты. Так в фосфолипидах они составляют 71,6 %, а в гликолипидах 67,7 %.

Состав эфирного масла древесной зелени сосны обыкновенной представлен 25-ю соединениями. Среди них количественно преобладают - пинен (32,14 %), - пинен (9,45 %), 3-карен (10,12). На долю этих соединений приходится более 50 % от суммы масел.

Гексановый экстракт перерабатывали с целью получения дополнительных продуктов (хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного воска и эфирного масла), характеристика которых в сравнении с требованиями стандартов приведены в таблицах 1- 3.

Таблица 1-Физико-химические показатели хлорофилло-каротиновой пасты древесной зелени сосны обыкновенной

Показатель

Хлорофилло-каротиновая паста

ГОСТ 21802-84

Опытный

образец

1

2

3

рН водного раствора

8,00 – 9,00

8,50

Массовая доля производных хлорофилла, мг/100 г сухого продукта, не менее

600 – 1000

610

  Продолжение таблицы 1

1

2

3

Массовая доля каротина, мг/ 100 г сухого продукта, не менее

20 – 45

22,00

Массовая доля воскообразных веществ, % не более

5,0 - 10,00

0,50

Массовая доля летучих веществ, не растворимых в воде, % сухого продукта, не более

1,50 - 4,00

3,00

  Таблица 2-Характеристика воска древесной зелени сосны обыкновенной

Показатель

Хвойный воск

ОСТ 56-65-82

Опытный образец

Внешний вид

Светло-зеленый порошок, темно- зеленый сплав

Светло-зеленый сплав

Запах

Специфический хвойный

Специфический хвойный

Кислотное число, мг КОН/г, не менее

30 - 65

55,65

Эфирное число, мг КОН/г, не менее

150

178,50

Температура каплепадения, оС

70 - 76

70,0 - 75,0

Содержание воды и летучих веществ, % не более

2,0

Следы

Массовая доля механических примесей, % не более

0,5

0,2

Таблица 3 - Физико-химические показатели эфирного масла древесной 

  зелени сосны обыкновенной

Показатель

ТУ 56-258-85

Опытный образец

1

2

3

Внешний вид и цвет

Прозрачная жидкость от желтого до желтовато-коричневого цвета

Прозрачная жидкость светло - зеленого цвета

Плотность при 20 0С,

не менее, г/см3

0,8250

0,8520

Коэффициент рефракции при 20 0С, не менее

1,4550

1,4820

Продолжение таблицы 3

1

2

3

Кислотное число, мг КОН на1г продукта,

не более

1,000

0,960

Температура начала кипения при давлении 760 мм рт. ст., 0С,

не ниже

100

100

Результаты показали, что хлорофилло - каротиновая паста, хвойный воск и эфирное масло по своим показателям соответствуют требованиям стандартов и могут быть применены для производства парфюмерно-косметических средств и продуктов бытовой химии.

Экстрагирование  древесной зелени сосны  этиловым спиртом. При обработке древесной зелени  гексаном экстрагируются липофильные компоненты, поэтому следующей ступенью извлечения экстрактивных веществ является обработка послеэкстракционного остатка полярным экстрагентом – этиловым спиртом.

Для определения оптимальных условий экстракции был использован план Бокса – Хантера. В качестве независимых переменных выбраны следующие факторы: Х1 – продолжительность процесса экстрагирования варьировалась в пределах 1 - 5 ч; Х2 - жидкостный модуль – 8 - 20; Х3 – концентрация этилового спирта – 50 - 90 %.  Задача оптимизации сводилась к определению значений технологических параметров процесса экстракции, обеспечивающих максимальную степень извлечения редуцирующих веществ Y1 max и экстрактивных веществ Y2 60,0 %.

Полученные результаты показали, что для производственного процесса наиболее приемлема продолжительность экстрагирования - 3,45 ч, концентрация этилового спирта - 80 %, жидкостный модуль 14.

Прогнозируемые значения выходных параметров при этих условиях: степень извлечения редуцирующих веществ - 71,11 %, экстрактивных веществ - 64,79 %.

В разработанном оптимальном режиме полученный этанольный экстракт древесной зелени упаривали и добавляли эфирное масло, с целью получения хвойного экстракта, который сравнивали с требованиями стандарта (таблица 4).

Результаты показали, что экстракт хвойный, полученный этанольной экстракцией, по своим показателям соответствует требованиям ТУ 81-05-97-70.

Таким образом, вторая стадия подготовки древесной зелени сосны обыкновенной для выделения пектиновых веществ позволяет получать хвойный экстракт, который может быть рекомендован для применения в качестве средства для хвойных ванн.

Таблица 4 - Показатели хвойного натурального экстракта

Наименование показателя

ТУ 81-05-97-70

Опытный

образец

Внешний вид

Коричнево-черная жидкость с

характерным запахом

эфирного масла

Плотность при 20 оС г/см3, не менее

1,225

1,226

Содержание эфирного масла, % не менее

0,50

0,52

Содержание сухих веществ, % не менее

50,00

50,80

Содержание нерастворимых веществ в воде, % от сухого остатка, не более

15,00

13,30

Зольность, % от сухого остатка, не более

5,00

2,00

Извлечение пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной. Твердый остаток после экстракции этанолом использовали для выделения пектиновых веществ. Извлечение пектиновых веществ осуществляли гидролиз - экстракцией твердого остатка эквимолярной смесью щавелевой кислоты и щавелевокислого аммония. Выбор этих реагентов обусловлен качеством полученных пектиновых веществ, так как использование для этого процесса раствора щелочи  приводит к повышенной зольности полученных пектиновых веществ и требует дальнейшей очистки продукта от зольных элементов.

Существенное влияние на процесс гидролиз - экстракции оказывает температура. С увеличением температуры процесса гидролиз - экстракции возрастает выход пектиновых веществ с максимумом при 80 0С.

Продолжительность экстрагирования должна быть обоснована как технологически, так и экономически. В результате исследования показано, что основное количество пектиновых веществ переходит в экстракт уже в первый час процесса, последующее увеличение продолжительности процесса на выход продукта существенного влияния не оказывает.

При изменении жидкостного гидромодуля от 5 до 10 увеличивается выход пектиновых веществ, а дальнейший его рост принципиального влияния на выход продукта не имеет.

В ходе исследований установлен оптимальный режим процесса извлечения пектиновых веществ. В качестве независимых переменных взяты: Х4 – температура  60 - 100 0С; Х5 – продолжительность процесса – 30 - 90 мин; Х6 – жидкостный модуль – 4 - 10.

Задачей оптимизации является определение значений технологических параметров процесса гидролиз-экстракции, обеспечивающих максимальную степень извлечения пектиновых веществ Y3 max, при  обеспечении  требуемых  показателей  их  качества:  молекулярной массы Y4 10000 и степени этерификации пектиновых веществ Y5 50 %.

В ходе исследований установлен оптимальный режим гидролиз - экстракции: температура процесса 81 0С; продолжительность  процесса  60 мин; жидкостный модуль 8. Выходные параметры в этих условиях составили: степень извлечения пектиновых веществ 65,29 %; молекулярная масса 11703,05; степень этерификации пектиновых веществ 57,74 %.

Органолептические и физико-химические показатели пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной анализировали на соответствие требованиям ГОСТ 29186-91 «Пектин» (таблица 5).

Таблица 5 - Анализ органолептических и физико-химических показателей

Наименование показателя

ГОСТ 29186-91

«Пектин»

Опытный

образец

Внешний вид

Порошок тонкого помола без посторонних примесей. Допускается наличие волокнистых фракций пектина в виде хлопьев

Сухой препарат тонкого помола без посторонних примесей

Вкус

Слабокислый

Слабокислый

Запах

Отсутствует

Отсутствует

Цвет

От светло – серого до кремового

От светло– серого до кремового

Массовая доля влаги, %, не более

10

10

Степень этерификации, %

высокоэтерифицированные,более

низкоэтерифицированные, менее

50

50

57

-

Студнеобразующая способность, градусы Тарра – Бейкера, не менее

170 - 200

170

Массовая доля нитратов в расчете на ион NO3, %, не более

0,18

0,18

Посторонние примеси, видимые невооруженным глазом

Не допускается

Отсутствуют

Массовая доля частиц волокнистой фракции размером более

0,5 мм, % не более

20

20

Полученные результаты свидетельствуют, что показатели пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной соответствуют требованиям ГОСТ 29186-91«Пектин», что дает возможность рекомендовать их для пищевой промышленности. В настоящее время качество продукта определяется в первую очередь его безопасностью (таблица 6).

Таблица 6 - Показатели безопасности пектиновых веществ древесной  зелени сосны обыкновенной

Наименование

показателя

Величина допустимых уровней в соответствии с СанПиН2.3.2.1078- 01

Пектиновые вещества (опытный образец)

Токсикологические показатели

Нитраты, массовая доля в пересчете на нитрат - ион, %

0,18

0,05

Ртуть, мг / кг

1,0

0,0022

Мышьяк, мг / кг

3,0

0,83

Кадмий, мг / кг

1,0

0,02

Медь, мг / кг

50,0

0,96

Свинец, мг / кг

10,0

0,20

Цинк, мг / кг

25,0

0,48

Стронций - 90, удельная активность, Бк / кг

90,0

3,30

Цезий - 137, удельная активность, Бк / кг

160,0

3,70

Микробиологические показатели

МКАФАнМ, КОЕ в 1г

5,0104

< 100

Дрожжи, КОЕ в 1г

5,0 101

< 10

Плесени, КОЕ в 1г

5,0 101

< 10

БГКП (колиформы) в 0,1г

не допускается

не обнаружено

Патогенные, в т.ч. сальмонеллы в 25 г

не допускается

не обнаружено

По содержанию токсичных элементов и микробиологических показателей пектиновые вещества древесной зелени сосны обыкновенной, соответствуют требованиям, предусмотренным СанПиН 2.3.2.1078-01 (п. 1.9.6).

Промышленная востребованность пектиносодержащего сырья оценивается не только по количественному содержанию пектиновых веществ, но и по их аналитическим характеристикам и функциональным свойствам, которые, в свою очередь, определяют целевую направленность выделенных пектинов.

Одним из перспективных направлений применения пектиновых  веществ древесной зелени сосны обыкновенной предполагается их использование для производства пищевых продуктов. В связи с этим целесообразно сравнить аналитические и физико-химические показатели пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной с традиционными пектинами яблочным, свекловичным (таблица 7).

  Таблица 7 - Аналитические и физико-химические характеристики пектинов

Наименование

показателя

Пектиновые вещества (опытный

образец)

Свекловичный пектин1

Яблочный

пектин2

Массовая доля влаги, %, не более

10,00

9,50

9,00

Степень этерификации, %

57,74

47,30

86,60

Содержание карбоксильных групп, %

19,38

11,40

13,60

Содержание, %

-метоксильных групп

-ацетильных групп

7,42

0,18

5,30

0,12

11,84

0,28

Молекулярная масса

11700

13840

19630

Массовая доля золы, %

1,67

0,7 -1,7

2,47

Растворимость, %

94,43

83,75

95,40

Выход от теоретически возможного, %

65,29

64,70

68,30

ИК - спектры

подобны

1Фирсов Г.Г. Разработка технологии различных типов свекловичного пектина с высокими качественными показателями: дис… канд. тех. наук. – Краснодар, 2004. – 153 с.

2Родионова Л.Я. Технологическое и экспериментальное обоснование технологий пектиносодержащих изделий функционального назначения: дис...д-ра тех. наук.–Краснодар,2004.–423 с.

По степени этерификации пектиновые вещества древесной зелени относятся к группе высокоэтерифицированных пектинов (Е > 50 %), что характеризует их функциональные свойства в качестве гелеобразователя. Высокая степень этерификации и содержания карбоксильных групп обуславливает студнеобразующую способность пектиновых веществ древесной зелени, являющуюся определяющим фактором широкого применения пектина в производстве пищевых продуктов. Существенное влияние на студнеобразующую способность оказывает содержание метоксильных и ацетильных групп, количество которых в пектине древесной зелени занимает промежуточное положение между яблочным и свекловичным пектинами. Этим объясняется, что студнеобразующая способность исследуемого образца пектиновых веществ древесной зелени составляет 170 0ТБ и является средним между подобным показателем для яблочного и свекловичного пектинов.

Таким образом, сравнительный анализ аналитических и физико-химических характеристик пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной с традиционным (яблочным и свекловичным) пектинсодержащим сырьем пищевой промышленности свидетельствует о том,  что пектиновые вещества из древесной зелени сосны обыкновенной можно применять в качестве гелеобразователей для производства пищевых продуктов.

Содержание большого числа свободных карбоксильных групп предполагает и высокую комплексообразующую способность пектиновых веществ. Полученные результаты свидетельствует о том, что комплексообразующая способность пектина древесной зелени сосны обыкновенной сопоставима с пектинами традиционного растительного сырья и составляет 83,60 мг Рb+/г. Благодаря комплексообразующему свойству по отношению к металлам пектин является незаменимым веществом в производстве пищевой продукции функционального назначения для профилактического и лечебного питания в качестве детоксиканта.

Изучение конкурентоспособности и качества пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной показали, что они могут конкурировать с традиционными видами пектина. Исследуемый пектин обладает высокими органолептическими (вкус, цвет, запах) показателями и функциональными (гелеобразующая и комплексообразующая способности) свойствами. Кроме того, полученный продукт финансово доступен для потребителя.

На основании результатов исследований разработаны технические условия на пектин древесной зелени сосны обыкновенной ТУ 9169 -009 -15152660-09 «Пектин».

Проведены испытания пектиновых веществ на пищевых предприятиях г. Красноярска ООО «Красноярский хлеб» и УПК ФГБОУ ВПО «КГТЭИ», которые подтверждены актами.

Утилизация послеэкстракционного остатка методом биоконверсии. Комплексная переработка растительного сырья предполагает использование послеэкстракционного остатка, в котором содержится до 70 % неутилизированной биомассы. Одним из возможных методов его утилизации является твердофазное культивирование дереворазрушающим грибом и получение белковой кормовой добавки.

В работе проведено культивирование гриба Pleurotus ostreatus на твердом остатке, полученном после выделения пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной. Культивирование гриба осуществляли при рН среды 4,5 в термостатах при температуре 28-30 0С, продолжительность обработки 15 сут, жидкостный модуль 5. Использовалась минеральная питательная среда  следующего состава:  NH4NO3 - 1,5 г/л,  KH2PO4 - 1,0 г/л,  MgSO4 - 0,5 г/л, FeSO4 - 0,0001 г/л, KCI - 0,5 г/л.

Полученный в результате микробиологической обработки ферментированный остаток, обработанный грибом Pleurotus ostreatus, характеризуется повышенным содержанием протеина и высокой перевариваемостью, что дает возможность его рекомендовать в качестве кормовой добавки согласно требованиям ТУ 477-15-147-80.

Технологическая часть. На основе полученных результатов была разработана схема комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной.

Принципиальная схема комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 - Принципиальная схема комплексной переработки древесной  зелени сосны обыкновенной с получением пектиновых веществ

Схема основана на двухступенчатой экстракции древесной зелени сосны обыкновенной с получением гексанового и этанольного экстрактов, которые далее перерабатывают с получением эфирного масла, хлорофилло-каротиновой пасты, хвойного воска, хвойного экстракта. Послеэкстракционный остаток используют для выделения пектиновых веществ и производства кормовой добавки. Предлагаемый способ позволяет осуществить комплексный подход к использованию древесной зелени сосны обыкновенной и дает возможность эффективно утилизировать отходы переработки древесной зелени с получением новых продуктов.

Проведенные технико-экономические расчеты показали экономическую эффективность разработанной комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной. Рентабельность предприятия составляет 46,3 %, а срок окупаемости 2,2 года.

Основные результаты и выводы по работе

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

  1. Определена годичная динамика содержания пектиновых веществ в древесной зелени сосны обыкновенной. Установлено, что их количество изменяется от 2,9 %, до 4,6 %, с максимумом в период покоя. Фракционный состав пектиновых веществ древесной зелени меняется в пределах от 53,5 % до 71,5 %. Полученные результаты дают возможность использования древесной зелени сосны обыкновенной в качестве сырья для получения пектиновых веществ.
  2. Изучен процесс ступенчатого экстрагирования древесной зелени сосны обыкновенной экстрагентами (гексаном и этанолом), разрешенными для пищевых производств, и определены их оптимальные режимы. Установлены  состав и физико-химические показатели продуктов экстракции: эфирного масла, хлорофилло – каротиновой пасты, хвойного воска и хвойного экстракта. Полученные продукты полностью соответствуют требованиям нормативно - технической документации.
  3. Установлено влияние технологических факторов процесса гидролиз - экстрагирования послеэкстракционного остатка на выход пектиновых веществ. Определены оптимальные режимы извлечения пектина.
  4. Показана возможность утилизации послеэкстракционного остатка после выделения  пектиновых веществ методом биоконверсии с получением кормовой добавки.
  5. Разработаны ТУ 9169-009-15152660-09 «Пектин». Проведены испытания пектиновых веществ на пищевых предприятиях г. Красноярска. Установлены регламентируемые  показатели качества и безопасности пектиновых веществ и их конкурентоспособность по технологическим свойствам.
  6. Разработана схема комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной, позволяющая увеличить коэффициент использования сырья за счет ступенчатого процесса его экстрагирования с получением на ряду с традиционными продуктами (эфирного масла, хлорофилло – каротиновой пасты, хвойного воска,  хвойного экстракта), пектиновых веществ и кормовой добавки.
  7. Проведенные технико-экономические расчеты показали экономическую целесообразность комплексной переработки древесной зелени сосны обыкновенной по  разработанной схеме. Срок окупаемости 2,2 года, а рентабельность 46,3 %.

Основные материалы диссертации изложены в следующих работах:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах:

  1. Речкина, Е.А. Выделения пектиновых веществ из древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Химия растительного сырья. – 2010. – № 4. – С.189-190, автора -  0,08 п. л.
  2. Речкина, Е.А. Пектин хвои. Оценка безопасности / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Пищевая промышленность. – 2010. – № 7. – С.13-14, автора - 0,04 п. л.
  3. Речкина, Е.А. Оценка конкурентоспособности пектина сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская, Е.С. Лысова // Пищевая промышленность. – 2011. – № 7. – С. 32-34, автора - 0,06 п. л.
  4. Речкина, Е.А. Особенности производства пектиновых веществ из хвойного сырья / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Современные наукоёмкие технологии. – 2010. – № 1. – С. 35-38, автора - 0,06 п. л.

Патент:

  1. Пат.2364409 Способы переработки древесной зелени сосны обыкновенной  / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская. – Заявл. 30.06.2008; Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 23.

Публикации в прочих изданиях:

  1. Речкина, Е.А. Пектиновые вещества древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Пищевые технологии и биотехнологии: материалы IX междунар. конф. молодых ученых. – Казань, 2008. – С. 269, автора - 0,02 п. л.
  2. Речкина, Е.А. Древесная зелень хвойных – перспективный источник пектиновых веществ / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем: материалы междунар. науч.-прак. конф., посвященной 100-летию со дня рождения К.В. Горбунова. – Астрахань, 2008. – С. 56-58, автора - 0,04 п. л.
  3. Речкина, Е.А. Нетрадиционное сырье для выделения пектиновых веществ / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Инновации в науке и образовании: материалы всерос. очно-заоч. науч.-практ. и науч.-метод. конф. с междунар. участием. – Красноярск, 2008. – С. 136-137, автора - 0,04 п. л.
  4. Речкина, Е.А. Комплексная переработка древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Новые достижения химии и химической технологии растительного сырья: материалы IV всерос. конф. – Барнаул, 2009. – С.45-46, автора - 0,04 п. л.
  5. Речкина, Е.А. Перспективный источник пектиновых веществ для пищевой промышленности / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Пищевые технологии и биотехнологии: материалы X междунар. конф. молодых ученых. – Казань, 2009. – С. 92, автора -  0,02 п. л.
  6. Речкина, Е.А. Свойства пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки в рамках II общегородской Ассамблеи «Красноярск. Технологии будущего: материалы всерос. науч.-практ. конф. аспирантов. - Красноярск, 2009. – С. 301-304, автора -0,06 п. л. 
  7. Речкина, Е.А. Сосна обыкновенная – источник пектина для пищевой промышленности / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: материалы XV междунар. науч. – практ.конф. – Томск, 2009. – С. 56-58, автора - 0,04 п. л.
  8. Речкина, Е.А. Перспективы использования пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Лесной и химический комплексы – проблемы и решения: материалы всерос. науч.-практ. конф. Красноярск, 2010. – Т.2. –  С. 36-37, автора - 0,06 п. л.
  9. Речкина, Е.А. Потребительские свойства пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: материалы всерос. науч.-практ. конф., посвященной 80-летию СибГТУ. – Красноярск, 2010. – С. 8-9, автора - 0,04 п. л.
  10. Речкина, Е.А. Пектиновые вещества древесной зелени сосны обыкновенной для пищевой промышленности / Е.А. Речкина, Г.А. Губаненко, Л.П. Рубчевская // Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития. Инновации в научно-практической деятельности: материалы всерос. науч.-практ. и науч.-метод. конф. – Красноярск, 2010. – С.115, автора - 0,02 п. л.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.

Подписано в печать                . Формат 60х84/19. Бумага тип. № 1

Печать – ризограф. Учл. печ. л. 1.  Тираж 100 экз. Заказ  № 1369

Издательство Красноярского государственного торгово-экономического института

660075, Красноярск, ул. Л. Прушинской, 2







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.