авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Научное обоснование использования панцирьсодержащих отходов от разделки ракообразных для сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных компл

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВИНОКУР МИХАИЛ ЛЕОНИДОВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПАНЦИРЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ОТ РАЗДЕЛКИ РАКООБРАЗНЫХ ДЛЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ УГЛЕКИСЛОТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ЛИПИДНО-КАРОТИНОИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ

05.18.04 Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Калининград 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюд­жетном об­ра­зова­тельном учреждении высшего профессиональ­ного образования «Ка­лининград­ский государственный техниче­ский университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

Научный руководитель доктор технических наук,

старший научный сотрудник,

Андреев Михаил Павлович

Официальные оппоненты:

Фатыхов Юрий Адгамович доктор технических наук, про­фес­сор, ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный техни­чес­кий уни­вер­ситет», заведующий кафедрой пищевых и холодильных машин

Рубцова Татьяна Евгеньевна, кандидат технических наук, ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыб­ного хозяйства и океанографии», ведущий научный сотрудник лаборатории аналитического и нормативного обеспечения каче­ства и безопасности

Ведущая организация ОАО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по развитию и эксплуатации флота (ОАО «Гипрорыбфлот»)»

Защита состоится 14.12.2012 г. в 1700 ч. на заседании дис­сертационного совета Д 307.007.01, на базе ФГБОУ ВПО «Кали­нинградский государственный технический университет», по ад­ресу: 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1, конференц­зал (ауд. 255).

Факс: 8 (4012) 91-68-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический универси­тет».

Автореферат разослан 11.2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор Великанов Ни­колай Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений эффективного ис­поль­зования водных биологических ресурсов (ВБР), определя­е­мых в Кон­цепции развития рыбного хозяйства Российской Феде­ра­ции на пе­ри­од до 2020 г., является обеспечение глубокой и ком­п­лек­сной пере­ра­ботки сырья на базе научно обоснованных ресу­р­сос­бе­регающих технологий переработки ВБР, в том числе беспоз­во­ноч­ных. В мировом промысле не­рыб­ных объектов ракообразные составляют около трети от общего вы­ло­ва беспозвоночных. Доминирующее положение среди ракообразных за­ни­мают креветки, при переработке которых на пищевую продукцию об­ра­зуется значительное (от 40 до 60 %) количество панцирьсодержащих отходов (ПСО).

Липиды ракообразных по сравнению с другими ВБР обладают поч­ти на порядок большей эффективностью в лечении и предотвращении ишемической болезни, атеросклороза и пр. [Bunea et al., 2004; Ferramosca et al., 2012]. Рядом отечественных и зарубежных исследователей обнару­же­ны в ракообразных биологически активные вещества – БАВ (в том числе липиды и каротиноиды), проявляющие широкий спектр биоло­ги­чес­кой активности [Бахолдина, Кривич, 1981; Вендт и др., 1981; Ка­СА­и­ки­на, Лобанова, 1981; Ржавская, Макарова, 1989; Cantrell et al., 2003; Chew, Park, 2004; Konishi et al., 2006; McNulty et al., 2008]. Известны технологии, обеспечивающие экстракцию липидно-каротиноидных ком­п­лек­сов (ЛКК) из ПСО ракообразных растительными маслами и органи­чес­кими растворителями (Быков и др., 2001; Chen et al., 1982; Armenta-Lo­­pez et al., 1983; Chen et al., 1983; Аrmenta-Lopez et al., 2002; Sachindra et al., 2005; Holanda et al., 2006; Sachindra et al., 2006]. Однако эти спо­со­бы обладают рядом недостатков, препятствующих их широкому про­мыш­ленному освоению.



Более экономичным и экологически безопасным способом вы­де­ле­ния как липидов, так и каротиноидов из сырья растительного и живот­но­го происхождения является экстракция с использованием сверх­кри­ти­ческого углекислого газа в качестве растворителя (СК-СО2 – экстракция) [Yamaguchi et al., 1986; Temelli et al., 1995; Borch-Jensen, Mollerup, 1997; Dunford et al., 1998].

Вместе с тем данные относительно СК-СО2 – экстракции ЛКК из ра­ко­образных носят отрывочный характер и недостаточны для обоснования технологического процесса выделения этого продукта из ПСО ракообразных.

Таким образом, актуально проведение дальнейших работ по проблеме использования ПСО ракообразных в качестве сырья для получения ЛКК способом сверхкритической углекислотной экстракции (СК-СО2 – экстрак­ции). Это позволит не только расширить сырьевую базу БАД на их основе, но и разработать более эргономичную и экологичную технологию по сравнению с традиционными. Исследования по изучаемой теме проводились в рамках федеральной целевой программы «Научное обеспечение новых технологий глубокой переработки водных биологических ресурсов» (Госконтракт № 5-04/09 «Разработка инновационной технологии сверхкритической углекис­лот­ной экстракции биологически активных веществ из панцирьсодержащих от­хо­дов, в т.ч., антарктического криля»).

Цель исследования. Целью исследования явилось повышение эффек­тив­ности использования панцирьсодержащих отходов ракообразных путем научно обоснованной разработки технологии их подготовки и сверх­кри­ти­чес­кой углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов с вы­со­кими показателями качества и биологической активности.

Задачи исследования:

- исследовать фракционный и жирнокислотный состав липидов ПСО северной розовой креветки и определить степень их гидролитической и окис­лительной порчи в целях оценки ПСО как сырья для производства ЛКК;

- научно обосновать выбор способа обезвоживания ПСО креветки с це­лью обеспечения высоких показателей качества извлекаемых ЛКК и астак­сан­тина и изучить влияние степени измельчения ПСО креветки на выход ЛКК и астаксантина при СК-СО2 – экстракции;

- исследовать особенности СК-СО2 – экстракции ЛКК из ПСО кре­вет­ки в зависимости от термодинамических параметров и присутствия эти­ло­во­го спирта;

- разработать технические условия и технологическую инструкцию на процесс получения ЛКК из ПСО креветки способом СК-СО2 – экстракции;

- дать оценку пищевой ценности ЛКК, извлеченных СК-СО2 – экст­ра­к­цией из ПСО креветки, и разработать рекомендации по их использованию;

-произвести расчет экономической эффективности от внедрения раз­ра­бо­танной технологии.

Научная новизна работы. Впервые научно обосновано исполь­зо­вание панцирьсодержащих отходов ракообразных для получения липидно-ка­ро­тиноидных комплексов с высокими показателями качества и пищевой цен­ности по технологии сверхкритической углекислотной экстракции, вклю­чаю­щей предварительное обезвоживание сырья при низких параметрах вакуума и температуры.

При значениях равновесной влажности сухих ПСО выход ЛКК из про­дукта, полученного при вакуумной сушке, в зависимости от про­дол­жи­тельности экстракции в 1,5-2,0 раза превышал количество экстракта, полученного из ПСО, подвергнутых конвекционной сушке.

Определена рациональная степень предварительного измельчения ПСО креветки, обеспечивающая наибольший выход астаксантина при размере частиц 0,3 – 0,5 мм, в то время как выход ЛКК практически не зависит от размера частиц сухих отходов в пределах 0,3 – 4,0 мм.

Установлено влияние термодинамических параметров СК-СО2 и со­дер­жания в нем этилового спирта (в дозировках от 5 до 20 %) на эф­фек­тив­ность извлечения ЛКК, а также определена минимальная концентрация дан­ного сорастворителя позволяющая значительно увеличить выход и повысить пищевую ценность получаемого экстракта БАВ.

Установлена наибольшая степень извлечения (до 85 – 90 %) ЛКК и астаксантина на этапе, соответствующем линейной зависимости их выхода от продолжительности процесса. Определено влияние расхода растворителя на кинетику СК-СО2 – экстракции ЛКК и астаксантина из ПСО креветки.

Практическая значимость работы и реализация результатов. По результатам проведенных исследований разработаны и утверждены Тех­нические условия ТУ 9281-220-00472093-2012 «Экстракт липидно-ка­ро­тиноидного комплекса креветки» и Технологическая инструкция ТИ 9281-220-00472093-2012 «Изготовление экстракта липидно-каротиноидного ко­м­­плекса креветки».

Показана возможность комплексной переработки ПСО рако­об­раз­ных с использованием СК-СО2 – экстракции, позволяющая наряду с по­лу­­чением ЛКК приготавливать из оставшегося обезжиренного продукта пи­щевую белково-минерально-хитиновую добавку в одном технологи­чес­ком процессе. Рассчитана себестоимость продукции, изготовленной в со­от­ветствии с разработанной технологией. Изготовлена экспе­римен­таль­ная партия продукции в ООО «ГОРО-Инжениринг» в г. Ростов на Дону.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Научно обоснованная разработка технологии подготовки панци­рьсо­дер­жащих отходов и сверхкритической углекислотной экстракции из них ли­пидно-каротиноидных комплексов.

2. Преимущества использования способа сушки ПСО креветки под низким вакуумом по сравнению с конвекционным и их измельчения до размера 0,3 – 0,5 мм, обеспечивающего наибольший выход СК-СО2 – экс­т­­ра­гируемого астаксантина.

3. Термодинамические параметры СК-СО2 – экстракции и рацио­наль­ная концентрация этанола в качестве сорастворителя, способствующие значительному увеличению выхода липидно-каротиноидных комплексов (ЛКК), а также содержания в них омега-3 жирных кислот и астаксантина.

4. Рекомендации по использованию СК-СО2 – экстракции для по­лу­чения ЛКК и хитин-белково-минеральных добавок пищевого назна­че­ния в одном технологическом процессе переработки ПСО ракообразных.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабо­ты были представлены на VШ-ой Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании – 2010» (Калининград, 2010); VII-ом международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы раз­вития» (Москва, 2011); IХ-ой Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании – 2011» (Калининград, 2011); II-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комп­лек­са» (Москва, 2011); VШ-ой Международной научно-практической кон­фе­ренции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые тех­но­ло­гии, качество» (Калининград, 2011).

Полученный по разработанной технологии экстракт липидно-ка­ро­ти­ноидного комплекса был отмечен дипломом победителя смотра-кон­кур­са «Современный рыбный продукт» на II-ой Международной ры­бо­хо­зяй­ственной выставке INTERFISH (Москва, 2010).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубли­ко­вано 7 печатных работ, в том числе 2 – в изданиях по перечню ВАК Ми­нобр­науки России, и подана заявка на получение патента «Способ по­лучения липидно-каротиноидных комплексов» регистрационный № 2012118961.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве­де­ния, четырех глав, включающих обзор литературы, методическую часть (объек­ты, материалы и методики постановки экспериментов, методы иссле­до­ва­ния), экспериментальную часть, расчет экономической эффек­тив­ности вне­д­рения новой технологии, выводов и списка литературы. Работа изложена на 163 страницах, содержит 30 таблиц, 24 рисунка и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель ис­следования и намечены пути ее достижения, сформулированы научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, показана пра­кти­ческая значимость работы.

В первой главе «Анализ научных и практических разработок по использованию панцирьсодержащих отходов ракообразных и дру­гих видов биологического сырья для получения липидно-ка­ро­ти­но­ид­ных компонентов (обзор литературы)» приведены сведения о пан­цирь­содержащих отходах ракообразных как сырьевом ресурсе для по­лу­че­ния липидно-каротиноидных компонентов при их комплексной пе­ре­ра­­ботке, а также изложены современные представления о способах из­в­лечения липидно-каротиноидных компонентов из сырья животного и рас­тительного происхождения, обладающих значительной биоло­ги­чес­кой активностью.





Во второй главе «Объекты и материалы. Методы постановки экспериментов и проведения исследования» приведены сведения о характеристиках используемых в эксперименте ПСО, а также методах их технологической обработки и физико-химических анализов

Объектом исследования являлась северная креветка Pandalus bo­rea­lis. Материалом служили ПСО (панцирь и головогрудь) от разделки варено-мороженой креветки.

Сушку ПСО проводили инфракрасным излучением при низком ва­ку­уме (в гипобарометрической среде) на опытно-промышленной ус­та­нов­ке ТА-1 (давление 1,33 х 10-3 – 2,66 х 10-3 МПа и температура 12-22оС) и на специальной конвекционной установке в потоке воздуха, по­дог­ретого до температуры 70оС.

Сверхкритическую углекислотную экстракцию липидно-кароти­но­ид­ных комплексов из ПСО креветки проводили на установке УСВЭ-33 фир­мы ООО «ГОРО-Инжениринг» при давлениях 14-40 МПа и крити­чес­кой температуре 31оС и выше.

Влажность сухих и сырых ПСО определяли по ГОСТ 7636-85. Ли­пи­ды из них экстрагировали по методу Фолча (Folch et al., 1957), кис­ло­т­ное число липидов устанавливали по ГОСТ Р 52110, перекисное число – по ГОСТ 5693. Анализ жирно-кислотного состава липидов проводили ме­тодом газожидкостной хроматографии на приборе «Variav 3400». Со­дер­жание астаксантина определяли по оптической плотности на спек­т­ро­фо­тометре СФ-46 при длине волны 472 нм с использованием гексана в ка­честве растворителя. Фракционный состав липидов устанавливали ме­то­дом тонкослойной хроматографии.

При статистической обработке результатов исследований и пос­т­рое­нии графических зависимостей использована стандартная программа StatSoft 5.5.

Третья глава «Обоснование технологических параметров под­го­тов­ки панцирьсодержащих отходов от разделки ракообразных и свер­хкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов» посвящена оценке гидролитической и окислительной пор­чи липидов ПСО креветки, исследованию влияния на выход и состав ЛКК способа предварительного обезвоживания, а также степени из­мель­че­ния сырья, термодинамических параметров давления и температуры сверх­критического углекислого газа в качестве растворителя, про­должи­тельности СК-СО2-экстракции, количества используемого полярного со­рас­творителя этилового спирта.

Установлено, что для различных партий ПСО креветки значения кислотного числа составляли 1,2 – 1,8 мг КОН на 1 г липидов, пере­кис­но­го числа – 1,5 – 2,6 ммоль акт. О на 1 кг липидов, тиобарбитурового числа – 0,9 – 1,9 мг малонового альдегида на 1 кг липидов (таблица 1).

Анализ результатов определения тиобарбитурового и перекисного чисел липидов ПСО указывает на незначительный уровень проис­хо­дя­щих в них окислительных процессов. Это свидетельствует о возмож­нос­ти получения качественного экстракта липидов из ПСО креветки с дос­та­точно продолжительным сроком хранения.

При этом возможно исключение дополнительных операций рафи­на­ции и дезодорирования, уменьшающие выход продукта и удо­ро­жаю­щие процесс. Полученные данные кислотных чисел также подтвердили низкое содержание свободных жирных кислот, характерное для началь­ной стадии протекания процесса липолиза жиров ракообразных [Saether, 1976].

Таблица 1 - Характеристика степени гидролитической и окислительной порчи липидов, выделенных из ПСО креветки

Номер образца креветки Продолжитель­ность хранения до анализа, при -18оС, мес. Перекисное число, ммоль акт. О на 1 кг липидов Кислотное число, мг КОН на 1 г липидов Тиобарби-туровое число, мг МА на 1 кг липидов
1 5 1,50 ± 0,03 1,23 ± 0,07 0,92 ± 0,07
2 4 1,83 ± 0,05 1,62 ± 0,05 1,05 ± 0,06
3 6 2,62 ± 0,08 1,85 ± 0,06 1,90 ± 0,07
4 6 2,43 ± 0,04 1,54 ± 0,05 1,15 ± 0,07
5 4 1,70 ± 0,05 1,35 ± 0,07 1,04 ± 0,05

С целью научного обоснования выбора рационального способа и продолжительности предварительного обезвоживания сырья проведено сравнение качества липидов ПСО, полученных способами сушки при низком вакууме (давление 1,33х10-3 – 2,66х10-3 МПа и температура 12-22 оС), и конвекционным способом по установленному Niamnuy (2007) рациональному режиму при T = 70оС (таблица 2).

Таблица 2 – Характеристика гидролитической и окислительной порчи липидов, выделенных из ПСО, высушенных различными способами

Показатель Свежее сырье Сухие ПСО
Высушенные кон­век­ционным способом Высушенные под вакуумом
Перекисное число, ммоль акт. О2 на 1 кг липидов 2,43 ± 0,04 3,42 ± 0,03 2,54 ± 0,05
Кислотное число, мг КОН на 1 г липидов 1,54 ± 0,06 0,98 ± 0,07 1,53 ± 0,07
Тиобарбитуровое число, мг малонового альдегида на 1 кг липидов 1,15 ± 0,05 1,72 ± 0,07 1,28 ± 0,07


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.