Исследование процесса экстрагирования производных хлорофилла из петрушки кудрявой

Одним из актуальных направлений развития пищевой промышленности является разработка высококачественных пищевых продуктов, обогащенных биологически активными веществами растительного сырья, которые в случае их ежедневного потребления способствуют ликвидации или предупреждению дефицита эссенциальных нутриентов. На рынке растительных масел популярность приобретают масла с улучшенными органолептическими показателями, полученные с использованием пряно-ароматического сырья [1-5]. Распространенным и доступным способом производства таких масел является экстрагирование, поэтому важно исследовать кинетику экстрагирования в системе подсолнечное масло: растительное сырье с установлением оптимальных параметров процесса.

Объекты и методы исследований

Целью научных исследований было установление влияния температуры, продолжительности и гидромодуля на процесс экстрагирования производных хлорофилла из петрушки кудрявой сушеной рафинированным подсолнечным маслом. Для реализации цели исследования был использован метод полного факторного эксперимента.

Масляные экстракты были получены по технологии, которая включает следующие этапы: подготовка растительного сырья (измельчение, настаивание спиртово-водным раствором), обработка подсолнечного масла подготовленным сырьем при разрежении с перемешиванием, отделение масла от растительного сырья фильтрацией [6]. В качестве растительного сырья использовали петрушку кудрявую сушеную как ценный источник БАВ природного происхождения.

Результаты и их обсуждение

Нами были определены параметры, которые влияют на процесс экстрагирования: температура (t), продолжительность (т), гидромодуль (Г, соотношение жидкой и твердой фаз). Разрежение и скорость перемешивания во время эксперимента являются постоянными величинами и составляют 3 мм.рт.с и 129 об/мин соответственно. За критерий оптимальности в готовом экстракте было принято количественное содержание производных хлорофилла (C хл , мг / 100 г). Таким образом, функция имеет вид:

С хл = / ( t Т Г) (1)

Зависимость исходной функции от входных параметров определено в виде полинома второго порядка и составлено уравнение регрессии:

Y = β 0 + β 1 X 1 + β 2 X 1² +β 3 X 2 + β 4 X 2² + β 5 X 3 + β 6 X 3² + β 12 X 1 X 2 + β 14 X 1 X 2²

+ β 23 X 1² X 2 + β 15 X 1 X 3 + β 16 X 1 X 3² + β 25 X 1² X 3 +β 35 X 2 X 3 +β 36 X 2 X 3² +

β 45 X 2² X 3 + β 45 X 2² X 3 + β 46 X 2² X 3²                                         (2)

где: β 0 , β 1 , β 2 , β 3 , β 5 , β 6 , β 12 , β 14 , β 23 , β 15 , β 16 , β 25 , β 35 , β 36 , β 45 , β 46 - коэффициенты уравнения регрессии.

Для проведения испытаний был составлен план эксперимента с указанным количеством опытов и пределами изменения факторов. Количество опытов определено по формуле:

N = 3 ⁿ = 3 ³ = 27 (3) где n — количество входных факторов.

Исходное уравнение регрессии было нормализировано, превращены переменные Хi в безразмерные zi:

i

X X

где: Хі - значение фактора на верхнем «+» или нижнем «-» уровне; Х0 - значение фактора на 0-м уровне; ΔХі - шаг варьирования. После нормализации уравнение регрессии имеет вид:

Y = β 0 + β 1 Z 1 + β 2 Z 1² +β 3 Z 2 + β 4 Z 2² + β 5 Z 3 + β 6 Z 3² + β 12 Z 1 Z 2 + β 14 Z 1 Z 2² + β 23 Z 1² Z 2 + β 15 Z 1 Z 3 + β 16 Z 1 Z 3² + β 25 Z 1² Z 3 +β 35 Z 2 Z 3 +β 36 Z 2 Z 3² +

β 45 Z 2² Z 3 + β 45 Z 2² X 3 + β 46 Z 2² Z 3²                                    (5)

Уровни и шаги варьирования влиятельных факторов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Уровни и шаги варьирования факторов

Фактор	Единицы измерения	0-й уровень	Шаг варьирования	Верхний уровень «+»	Нижний уровень «-»
Х 1 (t)	°С	35	10	45	25
Х 2 (τ)	час	6	4	10	2
Х 3 (Г)		17,5	7,5	25	10

Следующий шаг — построение матрицы полного трифакторного эксперимента, которая представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Матрица полного трифакторного эксперимента

№ исследования	z 0	z 1	z 2	z 3	y
1	+	+	+	+	10,15
2	+	+	+	0	16,8
3	+	+	+	-	20,6
4	+	+	0	+	8,71
5	+	+	0	0	13,72
6	+	+	0	-	20,31
7	+	+	-	+	7,2
8	+	+	-	0	11,2
9	+	+	-	-	12,6
10	+	0	+	+	4,4
11	+	0	+	0	15,1
12	+	0	+	-	21,2
13	+	0	0	+	3,97
14	+	0	0	0	7,6
15	+	0	0	-	16,34
16	+	0	-	+	3,1
17	+	0	-	0	5,8
18	+	0	-	-	7,6
19	+	-	+	+	3,675
20	+	-	+	0	9,3
21	+	-	+	-	11,15
22	+	-	0	+	2,72
23	+	-	0	0	5,7

24	+	-	0	-	10,82
25	+	-	-	+	2,25
26	+	-	-	0	3,11
27	+	-	-	-	6,7

Обработка данных, построение матема-     кого пакета Statistica. Полученное уравнение тической модели и ее поверхностей отклика     математической модели имеет вид:

были осуществлены с помощью статистичес-

С_фл = - 14,848 + 0,125 1 + 0,002 1 ² + 9,506 т- 1,281 т ² + 2,331 Г- 0,002 Г ² + + 0,147 t т + 0,019 t т ² - 0,002 t 2 т - 0,065 1 Г - 0,001 t Г ² + 0,001 t ² Г -

- 1,164 тГ + 0,026 тГ ² + 0,104 т ² Г - 0,003 т ² Г ²

Поверхности отклика полной математической модели второго порядка зависимости содержания производных хлорофилла от продолжительности процесса, температуры и гидромодуля приведены на рис. 1–3.

Рисунок 1 - Поверхность зависимости содержания производных хлорофилла от продолжительности и температуры при гидромодуле 17,5.

Рисунок 2 - Поверхность зависимости содержания производных хлорофилла от температуры и гидромодуля при продолжительности экстрагирования 6 час.

Рисунок 3

- Поверхность зависимости

содержания производных хлорофилла от продолжительности и

гидромодуля при температуре 35 ° С.

Выводы