Екстрагування шроту рослинної сировини з метою одержання комплексу біологічно активних сполук

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню кінетики екстрагування суміші біологічно активних сполуки поліфенольної природи зі шроту рослинної сировини. Експериментально підтверджено, що екстрагування поліфенольних сполук зі шроту шишок хмелю має складний механізм, який полягає у дифузії крізь клітинну стінку, у міжклітинному просторі і тоді за межі частинки в шарі екстрагенту. Досліджено вплив концентрації водно-етанольної суміші на вилучення цільової речовини на прикладі шротів шишок хмелю, тарви материнки та плодів моркви дикої після екстракції 96 % етанолом. Обгрунтовано вибір концентрації екстрагента для максимального вилучення поліфенольних сполук, флавоноїдів та загальної кількості екстрактивних речовин. Подано результати дослідження кінетичних закономірностей екстрагування сполук поліфенольної природи, які розкривають механізм процесу, а саме, встановлено коефіцієнт дифузії через клітинну стінку, у міжклітинному просторі та в шарі екстрагенту під час настоювання. Виведені та перевірені на адекватність кінцеві кінетичні рівняння екстрагування флавоноїдів та поліфенольних сполук. Розроблено технологічну схему процесу одержання густого екстракту з високим вмістом флавоноїдів. Обґрунтовано доцільність створення на його основі косметичних та миючих засобів з антимікробною, анитоксидантною та фото протекторною активністю. Розрахований економічний ефект від впровадження результатів роботи. Диссертация посвящена исследованию кинетики экстрагирования смеси биологически активных соединения полифенольной природы из шрота шишек хмеля (Humulus lupulus), травы душицы (Origanum vulgare), плодов моркови дикой (Daucus carota) после экстракции 96% этанолом. Показано, что экстрагирование полифенольных соединений из шрота шишек хмеля имеет сложный механизм, который состоит в диффузии через клеточную стенку, в межклеточном пространстве и тогда за пределы частицы в слое экстрагента. Определены остаточные количества биологически активных веществ в шротах, которые составляют от 82 до 87% для полифенольных веществ, от 56 до 81% флавоноидов, от 78 до 80% аминокислот, только остаточное количество эфирных масел является незначительным, что подтверждает целесообразность получения из шрота шишек хмеля спиртовых экстрактов, содержащих сумму флавоноидов и полифенольных соединений. Исследовано влияние концентрации водно-этанольной смеси на изъятие целевого вещества на примере трех видов шрота растительного сырья. Обоснован выбор концентрации экстрагента для максимального извлечения полифенольных соединений, флавоноидов и общего количества экстрактивных веществ. Представлены результаты исследования кинетических закономерностей извлечения соединений полифенольной природы, которые раскрывают механизм процесса, учитывая клеточное строение, из шрота шишек хмеля после экстракции 96% этанолом. Изучено влияние технологических параметров (размер частиц твердой фазы, концентрация экстрагента, продолжительность процесса, гидромодуль) при экстрагировании шрота шишек хмеля, подтверждается динамикой накопления полифенолов и флавоноидов. Исследована кинетика экстрагирования полифенолов и флавоноидов с измельчённых до точно установленного размера частиц шрота шишек хмеля после экстракции 96% этанолом в аппарате с мешалкой и методом настаивания. В частности, определено суммарное значение коэффициента массопереноса, значение коэффициента массопереноса через клеточную стенку, коэффициентов массоотдачи в межклеточном пространстве и в объеме экстрагента. На основе решения математической модели и экспериментальных данных кинетики экстрагирования полифенолов и флавоноидов установлен порядок коэффициентов диффузии через клеточную стенку Dс 10-14 м2/с, в межклеточном пространстве Dм, который не зависит от размера твердой фазы и имеет значение 10-11 м2/с и в объеме экстрагента Dэ имеет порядок 10-8 м2/с. Выведены и проверены на адекватность конечные кинетические уравнения процесса экстрагирования полифенолов и флавоноидов с отработанного сырья шишек хмеля в аппарате с мешалкой и при настаивании. Разработаны и предложены малоотходные способы переработки шишек хмеля, предусматривающие последовательное получение в одном производственном цикле нескольких продуктов. Процесс вторичной экстракции шрота шишек хмеля с получением густого экстракта включает следующие стадии: экстрагирования, фильтрации, упаривания и фасовки. В качестве экстрагента выбрана 70% водно-этанольная смесь, предложено два способа экстрагирования: методом перколяции и в аппарате с мешалкой. Для стандартизации полученного густого экстракта были выбраны следующие критерии качества: описание, содержание этанола, сухой остаток, содержание флавоноидов, микробиологическая чистота. Вторичный шрот подается на стадию сушки, упаковки и дальнейшего использования в составе кормов для животных. На основе результатов экспериментальных данных по изучению антимикробной, антиоксидантной и фотопротекторной активности полученного экстракта обоснована целесообразность создания на его основе косметических и моющих средств. Рассчитан экономический эффект от внедрения результатов работы. Целесообразность применения предложенного способа вторичной переработки шрота шишек хмеля с получением густого экстракта подтверждена получеными економическими показателями. The thesis is dedicated to research of the kinetics of extraction mixture of bioactive polyphenolic compounds from waste of plant materials. It is shown that the polyphenol compounds extracted from hop cones waste have a complex mechanism, which is diffusion across the cell wall in the intercellular space and then outside particles in a layer extractant. It was made a research on the effect of the concentration of water-ethanol mixture to remove a target substance on the example of the three types of waste plant material. The choice of extractant concentration for maximum extraction of polyphenolic compounds, flavonoids and total number extractives was proved. There were given the results of the study of kinetic regularities of nature polyphenolic compounds extracted, revealing the mechanism of the process, namely, the diffusion coefficient is set through the cell wall in the intercellular space and extractant layer in case of infusion. There were derived and tested for adequacy final kinetic equation. The technological scheme of the process of obtaining dense extract high in flavonoyids expediency of creation on its base of cosmetics and detergents was proved. The economic effect of the implementation of the results was calculated.