Изучение факторов, влияющих на процесс экстракции виноградных косточек в докритических и сверхкритических условиях

АННОТАЦИЯ

Разработаны технологии выделения БАВ на основе масло косточек винограда (Grape seed oil) методами докритической и сверхкритической флюидной СО₂ экстракции.  Установлено, что докритическия экстракция с размерами частиц 0,2-0,5 мм эффективно осуществляется при давлении 70 бар в течение 80 мин. с 9,0%-ным выходом. В сверхкритических условиях: размер частиц 0,2-0,5 мм, давление 250 бар, время 60 мин., выход 12,0 %.

ABSTRACT

It was developed isolation technology of BAC based on grape seed oil by subcritical and supercritical fluid CO₂ extraction. Subcritical extraction efficacy was observed at 70-bar pressure during 80 min with 9.0% yield, when 0.2-0.5 mm particles was used. Optimal condition for supercritical extraction of 0.2-0.5 mm particles was as followed: 250-bar pressure during 60 min with 12.0% yield, when was used.

Ключевые слова: БAВ, масло косточек, докритическая и сверхкритическая флюидная экстракция, фильтрация.

Keywords: BAC, Grape seed oil, subcritical extraction, supercritical extraction, filtration.

На сегодняшний день масло из косточек винограда (Grape seed oil) имеет достаточно высокий спрос на мировом рынке и используется в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности. Виноградное масло характеризуется высоким содержанием поли- и мононенасыщенных жирных кислот, которее не могут быть синтезированы организмом человека или животных, их можно получить только с пищей. Оно содержит также токоферолы (витамин Е), каротиноиды (провитамин витамина А), хлорофиллы и фенольные соединения, которые способствуют повышению антиоксидантной, иммуностимулирующей, противовоспалительной, бактерицидной, вяжущей и ранозаживляющей активностей. Таким образом, виноградное масло проявляет широкий спектр биологической активности [1].

Виноградное масло получают из виноградных косточек, содержащихся в выжимках винодельческих и соковых производств. Выход выжимок колеблется в пределах 20–25% от массы перерабатываемого винограда, а содержание виноградных косточек в выжимках составляет 25–30%. Косточки винограда содержат от 8 до 18% масла [2]. Сорт винограда и место произрастания, а также способ получения виноградного масла влияют на выход, качество получаемого продукта и область его использования [1-2].

Масло выделяют из косточек двумя методами: отжимом и экстракцией. Метод холодного прессования на практике используется редко из-за сравнительно небольшого выхода конечного продукта - менее 7% [3], хотя этот метод позволяет сохранить в нем все необходимые биологически активные вещества (БАВ), определяющие его полезные свойства. Экстракционный метод получения виноградного масла позволяет значительно увеличить его выход, однако этот метод обладает недостатками, связанными прежде всего с применением токсичных органических растворителей [3].

Одним из новейших и перспективных способов экстракции косточек винограда является экстракция сжиженными газами. Это альтернативная, современная и перспективная технология извлечения БАВ из растительного сырья [4].

Целью данной работы является разработка технологии выделения экстракта из косточек винограда с помощью СО₂ –экстракции в докритическом и сверхкритическом флюидной экстракции выделения БАВ из косточек винограда. Исходя из поставленной цели основной задачей является изучение влияния на процесс экстракции таких факторов как степень измельчения косточек, выбор состояния экстрагента, докритическое, сверхкритическое давление в процессе экстракции, кратность и продолжительность экстракции, которые играют основную роль в получении высокого выхода масла.

Результаты экспериментов и их обсуждение

В качестве объекта исследования использовали косточки технических сортов винограда, полученные в сентябре 2018 г в ОАО «Паркент винзавод» Республики Узбекистан. Виноградные косточки извлекали из выжимок после их сушки при температуре 50±2°С.

Образцы масел получали докритической и сверхкритической CO₂-экстракцией с использованием лабораторной экстракционной системы Deyang Strong Tech. Ltd (производитель КНР). Числовые показатели образцов виноградного масла определяли по методикам [5].

При проточном экстрагировании со скоростью, соответствующей свободному протеканию растворителя через экстрагируемое сырье, выход извлекаемых веществ при прочих равных условиях может быть увеличен в 1,5-3 раза и сокращен во времени в результате уменьшения размера частиц растительного сырья. Для эффективности процесса экстрагирования растительного сырья сжиженными газовами экстрагентами степень измельчения сырья имеет принципиальное значение. Для разрушения плотной оболочки косточки измельчали на лабораторной мельнице. Дробленку разделяли на лабораторных ситах, отбирая фракции с размерам частиц менее 0,2- 5,0 мм. 1 кг каждой фракции с размером частиц 2- 3 мм (опыт №1), во второй – 1- 2 мм (опыт №2), в третий – 0,5- 1 мм (опыт №3), в четвертый – 0,2- 0,5 мм (опыт №4), в пятым - менее 0,2 мм (опыт №5). Экстракцию проводили в экстракторе ёмкостью 5л при 30°С в докритических и при 50°С в сверхкритических условиях в течение 100 мин. Полученные СО₂ - экстракты фильтровали и гравиметрический определяли выход экстрактивных веществ и масло (см. таблица-1).

Таблица 1.

Влияние размера частиц на выход экстрактивных веществ докритических и сверхкритических условиях СО₂-экстракции

Из литературных данных известно, что при СО₂ экстракции извлекается не только масло, но и липид-белкового фракции, которая удаляется фильтрации сырого экстракта. Как показывают результаты, приведенные в таблицы 1, при использовании фракции виноградных косточек с размером частиц менее 0,2 мм выход экстрактивных веществ наибольший. Однако наибольший выход масла наблюдается при использовании фракции с размером частиц 0,2 – 0,5 мм, поэтому для дальнейших экспериментов нами выбрана данная степень измельчения косточек.

В процессе экстракции сырья давление является одним из ключевых факторов. Повышение давления ускоряет переход веществ сырья в растворитель. Для изучения влияния давления на процесс экстракции масла из виноградных косточек нами проведен ряд экспериментов.

По 1 кг фракции косточек с размерами частиц 0,2- 0,5 мм загружали в экстрактор и проводили экстракцию при 30°С в докритических условиях при давлении 50, 60 и 70 бар, и при 50°С в сверхкритических условиях при давлении 200, 250 и 280 бар в течение 100 минут.  Полученные сырье экстракты фильтровали и взвешивали. Результаты исследований приведены на таблице 2.

Таблица 2.

Влияние давления на выход экстрактивных веществ из виноградных косточек в докритических и сверхкритических условиях СО₂-экстракции

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что с повышением давления увеличивается выход экстрактивных веществ. Результаты также показывают, что высокий выход масла наблюдается при давлении 70 бар (докритические условиях), тогда как при сверхкритических условиях высокий выход масла наблюдается при 250 бар. Поэтому для экстракции виноградных косточек оптимальным является давление 70 бар и 250 бар.

Любой производственный процесс эффективен, если он непродолжителен. На выход суммы экстрактивных веществ или индивидуального вещества оказывает продолжительность процесса. Изучение кинетических закономерностей процесса экстрагирования сжиженными газами дает представление о скорости извлечения БАВ из сырья.

Для извлечения масла из виноградных косточек время является одним из основным факторов. Недостаточное время экстрагирования сырья растворителем уменьшает выход продукта, увеличение времени контакта сырья с экстрагентом приводит к получению экстракта с большим выходом. Поэтому было целесообразно изучить кинетику экстракции виноградных косточек.

Для этого опыты проводили следующим образом: по 1 кг фракции загружали в экстрактор. Экстракцию проводили при 30°С в докритических и при 50°С в сверхкритических условиях. Сливы проводили последовательно с интервалом 20 мин в (опыте 1), во втором - 40 мин (опыте 2), в третьем - 60 мин (опыте 3), четвертом - 80 мин (опыте 4), пятом -100 мин (опыте 5) и анализировали.

Таблица 3.

Влияние время на выход экстрактивных веществ из виноградных косточек в докритических и сверхкритических условиях СО₂-экстракции

Из результатов, приведенных в таблице 4, видно, что наибольший выход масла достигается при экстракции в докритических условиях в течение 80 минут. В сверхкритических условиях высокий выход масла получен при экстракции в течение 60 минут.

Вывод: Полученные результаты исследований показывают, что при докритических условиях экстракцию виноградных косточек, измельченных до размера 0,2- 0,5 мм целесообразно осуществлять при давлении 70 бар в течение 80 мин. При этом выход масла составляет 9,0 %. Экстракцию в сверхкритических условиях осуществляют следующим образом: измельченное сырье с размером частиц 0,2- 0,5 мм экстрагируют при давлении 250 бар в течение 60 минут. При этом получают виноградное масло с выходом 12,0 %.

Список литературы:
1. Холматов Х.К., Умаров А.У., Гусакова С.Д. Масло виноградных косточек // Химия Природных Соединение. 1975. №3 –С. 75-76.
2. Басий Н.А., Мартовщук В.И., Дузарев М.С. Сравнительная характеристика виноградных семян как источника растительного масла // Известия ВУЗов: Пищевая Технология. 2003. -№5 (66) –С. 23-24.
3. Черноусова И.В., Сизова Н.В., Огай Ю.А. Сравнение состава и качества масел, полученных экстракцией и прессованием семян винограда // Химия растительного сырья. 2011. №3. –С. 129–132.
4. Зуева Т.А., Рамазанов А.Ш., Андреева И.Н. Сравнительный анализ показателей качества липофильного комплекса семян винограда, полученного различными методами // Вестник ДГУ. 2003. –С. 72–76.
5. Гиашвили М.Д., Танащук Т.Н. Перспективы использования виноградной выжимки как источника биологически активных добавок. // Виноделие и виноградарство. 2005. № 6. –С. 37-38,
6. Зилфикаров И.Н., Челомбитько В.А., Алиев А.М. Обработка лекарственного растительного сырья сжиженными газами и сверхкритическими флюидами. Книга. Пятигорск 2007 г.