Получение данных температурной зависимости растворимости спирта при экстракции растения базилика обыкновенного (Ocimum basilicum)

АННОТАЦИЯ

В статье изучена температурная зависимость растворимости в процессе извлечения натурального экстракта из листа растения базилик (Occimum basilicum). Изучено влияние температуры экстракции и гидромодуля сырья-растворителя на экстракцию. Процент полученных экстрактов и количество растворенных веществ определяли пропорциональным методом. Изучены физико-химические свойства концентрата, полученного из листьев базилика.

Результаты экспериментов представлены в виде таблицы. Построено уравнение регрессии и определен коэффициент корреляции. Проанализированы результаты, полученные методом графического моделирования. Результатом является график, построенный на модели математически вычисленной функции.

ABSTRACT

The article studies the temperature dependence of solubility in the process of extracting a natural extract from the leaf of the plant Occimum basilicum. The effect of the extraction temperature and the raw-solvent hydromodule on the extraction has been studied. The percentage of extracts obtained and the amount of solutes were determined by the proportional method. The physicochemical properties of the concentrate obtained from basil leaves were studied.

The experimental results are presented in the form of a table. The regression equation is constructed and the correlation coefficient is determined. Analyzed the results obtained by the method of graphical modeling. The result is a graph based on a mathematically calculated function model.

Ключевые слова: экстракция, моделирование, регрессия, корреляция, растворимость, количество вещества.

Keywords: extraction, modeling, regression, correlation, solubility, amount of substance.

В пищевой промышленности и фармацевтике были синтезированы искусственные экстракты с высоким уровнем эффективности, и эти экстракты подходят для крупномасштабного производства продуктов питания. По сравнению с натуральными экстрактами они не обладают биологической активностью, предназначены для лечения и не сохраняют витамины. Текущая проблема пищевой промышленности и фармацевтики – получение экстрактов, безвредных для организма человека [8].

Основной объект получения натуральных пищевых экстрактов – растительный мир. Помимо безвредных пигментов, многие специальные пищевые экстракты содержат биологически активные компоненты, витамины, аминокислоты, углеводы, ароматические вещества, минеральные соли. Пигменты состоят из антоцианов, каротиноидов, хлорофилла и ксантофиллов. Они производится из сырья, полученного из натуральных экстрактов, вторичного сырья овощей и фруктов. Природные растворы в основном исключают методы экстракции. В качестве экстрагентов используется раствор этилового спирта, воды, растительного масла и др. [8; 6]. Рассматриваемый базилик (occimum basilicum) содержит в основном антоцианы.

Антоцианы – важный пигмент цветов и фруктов, который часто применяется в пищевой и фармацевтической промышленности. Антоцианы – это глюкозиды, агликоны которых называют антоцианидинами. Антоцианы хорошо растворимы в воде. Отличительной особенностью строения антоцианов является то, что кислород имеет свободную валентность. Однако не было установлено, какой из атомов кислорода или углерода имеет свободный положительный заряд. По этой причине молекулы антоцианов часто описываются как нейтральные. Антоцианы действуют как катионы в кислых растворах из-за свободного положительного заряда в их молекулах и образуют соли с кислотами. В щелочных условиях они образуют соединения металлов в виде анионов. По мере изменения кислотности среды меняется и цвет антоцианов. Антоцианы бывают светлыми, темно-красными, желтыми, пурпурными и синими в кислой среде. Известно, что со временем цветки хлопка меняют окраску с желтой на красно-пурпурную. Это значит, что сок лепестков изменяет кислую среду [8; 6].

Экстракты базилика в воде используются при воспалительных заболеваниях верхних дыхательных путей, хроническом гастрите, энтероколите и пищевых отравлениях. В кулинарии его листья используют как чудесную пряность. В узбекской кухне базилик ценится как пряность, в том числе используется для ароматизации мясных и жирных продуктов, а также для консервирования овощей [7].

Объектом исследования был базилик, экстрагированный с различной концентрацией спирта (30–70 %). Процент экстрактов, количество веществ в экстракте базилика определяли общепринятыми методами.

Процент полученных экстрактов и количество растворенных веществ определяли пропорциональным методом. Например, 100 г базилика экстрагировали при температуре 10 °C с добавлением 200 мл 70 %-ного этилового спирта и получили 220 мл экстракта. Из раствора было установлено, что 63 % – спиртовой растворитель, 37 % – растворенное вещество. В том же порядке рассчитывали процентное содержание других концентратов.

Необходимо определить, что растворимость спирта y зависит от температуры x, количество опытов N = 9. Экспериментальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость растворимости от температуры

На основании полученных результатов при обсуждении температурной зависимости растворимости спирта были получены следующие результаты.

Запишем уравнение регрессии в виде y = b₀ + b₁x

b₁= .                                                         (1)

Определим b₀ по формуле (2):

b₀ = y – b₁x.                                                                         (2)

Для этого в таблице 2 представлены экспериментальные данные и результаты расчетов.

Последние два столбца таблицы 2 используются только для проверки вычислений по формуле:

=.                           (3)

В нашем примере: 87705,05 + 20400 + 20723 + 23859,05=85705,05, то есть расчеты были выполнены правильно.

Для определения b₀ и b₁ используем суммы из таблицы 1:

b₁=

b₀=

В таблице 2 приведены результаты расчетов с применением выше приведенных формул.

Таблица 2.

Вычисленные данные от исходной суммы, полученные при расчете

Определим выбранные коэффициенты корреляции согласно уравнению (4):

r^*= ;                                                               (4)

r^* = 0,99.

Величины коэффициента корреляции очень близки друг к другу, поэтому связь между y и x практически линейна и имеет следующий вид:

y = 32,6 + 0,44x.

График рассчитанной функции оказался практически близким к кривой, полученной экспериментально. График полученной функции представлен на рис. 1.

Рисунок 1. График температурной зависимости растворимости спирта:

1 – график по экспериментальным данным; 2 – график, полученный на основе моделирования

Математическое моделирование графиков – эффективный инструмент для определения оптимальных параметров управления, особенно когда законы физических и химических процессов изучены в достаточной степени. В этом случае параметры управления определяются путем расчета математической модели объекта в широком диапазоне внешних воздействий [1–5] – от оценки физических и химических явлений, происходящих в процессе экстракции, и его анализа до комплексной оценки с учетом взаимодействия между отдельными уровнями. Полученное таким образом описание можно рассматривать как математическую модель процесса, характеризующую наиболее общие особенности процесса. Смоделированный график очень близок к линии графика, определенной в эксперименте. Учитывая, что относительная погрешность составляет 0,05 %, растворимость при производстве можно контролировать с помощью температуры.

Список литературы:

1. Бабаханова З.А., Абдиева Ф.И., Шералиева М.А. Изучение ультразвукового воздействия на процессы получения ультрадисперсных керамических суспензий // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 10 (79).
2. Изучение состава растительного лекарственного сбора методом газожидкостной хроматографии с хромато-масс-спектрометрическим детектированием / А.И. Кузьменко, Е.Б. Пашкова, А.В. Пирогов [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. – 2010. – Т. 51. – № 2. – С. 132–138.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии : учебник для вузов. 10-е изд., стереотип., дораб., перепеч. с изд. 1973 г. – М. : Альянс, 2004. – 753 с.
4. Трейбал Р. Жидкостная экстракция / пер. с англ. под ред. С.З. Кагана. – М. : Химия, 1966. – 724 с.
5. Юсупбеков Н.Р., Нурмуҳамедов Х.С, Исматуллаев П.Р. Кимё ва озиқ-овқат саноатларнинг жараёнлари ва курилмалари фанидан ҳисоблар ва мисоллар. – Тошкент : Nisim, 2000. – 351 б.
6. Differential Effects of Flavonoid Quercetin on Oxidative Damages Induced by Hydrophilic and Lipophilic Radical Generators in Hepatic Lysosomal Fractions of Mice / K. Nakagawa, M. Kawagoe, M. Yoshimura, H. Arata [et al.] // Journal of Health Science. – 2000. – № 6. – P. 512.
7. Downham A., Collins P. Colouring our foods in the last and next millennium // International Journal of Food Science and Technology. – 2000. – № 2. – P. 21–22.
8. Korotkova E.I., Karbainov Y.A., Shevchuk A.V. Study of antioxidant properties by voltammetry // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2002. – № 1. – P. 56–60.