ЭлБиб

ПИВО

НАПИТКИ

•

2006

ТЕХНОЛОГИЯ

Различные виды технологических про-

цессов экстракции натурального рас-

тительного сырья широко используют

при производстве алкогольных и без-

алкогольных напитков, относящихся

к категории продуктов адекватного

и функционального питания [1–5].

Существенный технологический не-

достаток большинства способов экс-

трагирования биологически активных

веществ и соединений из натуральных

растительных субстратов — их энерго-

емкость и длительность, а в ряде случа-

ев и невысокая селективность и эффек-

тивность. Именно по этой причине при

промышленном извлечении заданных

биохимических компонентов зачастую

приходится применять комбинирован-

ные методы экстракции, что усложняет

технологический процесс и приводит к

дополнительным затратам различных

видов ресурсов.

В последние годы как в нашей стра-

не, так и за рубежом, в промышленных

производствах связанных с экстра-

гированием различных веществ и со-

единений из натуральных раститель-

ных субстратов, все шире используют

ультразвуковые методы экстракции.

Отечественный и зарубежный опыт

показывает, что этот метод имеет су-

щественные преимущества перед тра-

диционными и позволяет существенно

повысить эффективность и рентабель-

ность промышленных предприятий,

производящих продукты адекватного и

функционального питания.

Краткое описание предложенно-

го метода.

Источниками ультразвуко-

вых колебаний в промышленном произ-

водстве могут быть различные колеба-

тельные системы, преобразующие элек-

трическую или механическую энергию

в систему упругих колебаний [6].

Гармонические колебания частиц в

звуковой волне описываются общеиз-

вестным уравнением

sin

(

–

(1)

где

—смещение частицы относитель-

но положения покоя, мкм;

— ампли-

туда волны, мкм;

—угловая скорость,

рад/с;

— время, с;

— расстояние

частицы от излучающей поверхности,

см;

— скорость звука, см/с.

Распространение

ультразвуковой

волны не связано с переносом веще-

ства. Общая энергия волны равна

сумме потенциальной и кинетической

энергий. В различных средах скорость

распространения ультразвука различ-

на и зависит от частоты колебаний и

вязкости среды. Ультразвук хорошо

распространяется в жидкостях и еще

лучше — в твердых телах.

Основной параметр, характеризую-

щий свойства среды по отношению к

проходящей через нее волне, — произ-

ведение плотности среды

(кг/м

) на

скорость звука

(м/с):

c = p/u,

(2)

где

— эффективное значение звуко-

вого давления, Па;

— колебательная

скорость звука, м/с.

Произведение

называют удель-

ным акустическим сопротивлением

среды. В свою очередь, интенсивность

звука оценивается силой звука —

энергией звуковых колебаний, про-

ходящей по нормали к поверхности

площадью 1 м

в течение 1 с. Интен-

сивность звука (Вт/м

) определяется

по выражению вида

= p

(3)

Для осязаемых человеческим ухом

звуков интенсивность

оценивают

по отношению к величине предела

слышимости человеческого уха, т.е.

интенсивность определяется уровнем

силы звука, который измеряют в деци-

белах (дБ)

1 дБ = 101

(

(4)

где

— предел слышимости, равный

–12

Вт/м

Наиболее важный для промышлен-

ных целей эффект, сопровождающий

ультразвуковые колебания и опреде-

ляющий эффективность процесса

ультразвуковой экстракции, — ка-

витация. Данное явление сопровож-

дается образованием микропустот,

мгновенно заполняемых паром и газа-

ми, растворенными в жидкости. При

конденсации пара пустоты «захло-

пываются», вызывая ударные волны

высокого давления, разрушительно

действующие на частицы в жидкости.

Под воздействием процесса кавитации

происходит механическое разрушение

клеточных стенок и образование диф-

фузионных микротоков, что, в свою

очередь, обеспечивает выход клеточ-

ного сока и его последующее раство-

рение в экстрагенте.

Учитывая важность и перспектив-

ность применения технологии ультра-

звукового экстрагирования для про-

изводства инстантных форм зеленого

чая и других растительных субстратов,

в период 2003–2005 гг. на научно-экс-

периментальной базе НПО «Биоин-

дустрия» проводились комплексные

натурные исследования указанного

процесса применительно к проблемам

промышленного производства продук-

тов адекватного и функционального

питания [7–8]. В качестве экспери-

ментальной установки использовали

опытный ультразвуковой экстрактор

«УЗЭ-0,5» разработки НПО «Биоинду-

стрия» (рис. 1). Сущность его работы

заключалась в следующем. Обраба-

тываемое растительное сырье (ги-

дромодуль — смесь воды питьевой и

растительного субстрата в различных

соотношениях) загружали в емкость

с мешалкой, после чего включали

ультразвуковой генератор. Упругие

колебания ультразвуковой частоты,

формируемые излучателями, возбуж-

дали высокочастотные механические

колебания, под воздействием которых

в гидромодуле формировались зоны

интенсивной кавитации и диффузион-

ного растворения клеточных субстра-

тов в экстрагенте. Из экстрактора по-

лученный жидкий экстракт поступал в

накопительную емкость и подвергался

детальным биохимическим исследова-

ниям. Если степень обработки расти-

тельного субстрата была недостаточна,

полученный экстракт направляли для

повторной экстракции. Таким образом,

экстрактор «УЗЭ-0,5» мог работать как

по замкнутому циклу, так и на проход.

Как показали проведенные опыты,

из различных видов использованного

растительного сырья методом ультра-

звуковой экстракции можно извлекать

практически все находящиеся в нем

известные биохимические вещества

и соединения. В процессе исследова-

ний установлено, что большинство

флавоноидов, дубильных веществ,

фенолгликозидов, связанных кумари-

нов, фенолкарбоновых кислот и ряда

других соединений извлекались из сы-

Ультразвуковая экстракция

в промышленном

производстве инстантных

форм растительных субстратов

Д.И. Поверин, А.Д. Поверин

НПО «Биоиндустрия» (Нахабино, Московская обл.)

Электронная Науч ая СельскоХозяйственная Библиотек