Федяев Константин Сергеевич

Химия растительного сырья. 2012. №1. С. 161-164.

УДК 634.73:

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ПЛОДОВ ЛИМОННИКА

© А.Ф. Сорокопуд, A.C. Мустафина , К.С. Федяев

Исследовано влияние основных факторов на экстрагирование биологически активных веществ лимонника китайского Schisandra chinensis. Установлено, что для максимального извлечения аскорбиновой кислоты при экстрагировании традиционным способом необходимы: температура — 16 °С, растворитель — водно-спиртовый раствор с концентрацией 40% об., гидромодуль — 7,5, продолжительность экстрагирования — не более двух часов. Ключевые слова: аскорбиновая кислота, лимонник китайский, экстрагирование.

Введение

Сегодня в условиях информационных стрессов, экологической напряженности, обострения проблем рационального питания происходит снижение уровня здоровья населения. Необходимое условие высокого иммунитета и крепкого здоровья — это обеспечение людей полноценным, сбалансированным, особенно по содержанию биологически активных веществ (БАВ) питанием. БАВ являются компонентами многих пищевых продуктов и могут регулировать биохимические и физиологические процессы в организме — оказывать лечебное действие. Длительный недостаток БАВ — природных антиоксидантов: полифенолов (флаво-ноиды, оксикислоты, катехины, танниины, антоцианидины), каротиноидов, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот отрицательно сказывается на нормальном функционировании человеческого организ-ма. К растениям, способным в значительной степени снизить дефицит БАВ, а во многих случаях оказать лечебно-профилактическое воздействие при некоторых заболеваниях, относится лимонник китайский .

Лимонник имеет своеобразный пряный вкус, сочетающий в себе одновременно кислые, сладкие, солёные, острые и горькие свойства. Это необычное сочетание отражено в китайском названии растения — «wu-wei-zi», означающем «фрукт пяти вкусов» . Лимонник китайский произрастает в диком виде на Дальнем Востоке, в Северном и Центральном Китае, Корее, Японии. В качестве сырья заготавливают вызревшие ягоды и семена, очищенные от плодовой мякоти. В наиболее полных массивах лимонника урожайность составляет от 200 до 700 кг ягод с 1 га .

Большое количество научных исследований химического состава и фармакологической активности лимонника проведено в России . Во второй половине XX в. разработаны лекарственные препараты, которые назначали при широком спектре заболеваний, начиная от адаптогенного действия для профилактики гриппа и ОРЗ у детей и взрослых, до лечения астенических и депрессивных синдромов при психастенических состояниях, у больных атеросклерозом или при травматической церебрастении .

Плоды лимонника находят применение в пищевой промышленности при производстве киселей, джемов, прохладительных напитков, в кондитерском производстве — в качестве начинки для конфет. Сок ягод используется для букетирования вин.

В свежих плодах лимонника, согласно литературным данным содержатся: сахара (до 3,9%); эфирного масла (0,3%), имеющего тонизирующие вещества класса лигнанов: всего 10 соединений, сумма которых

* Автор, с которым следует вести переписку.

А.Ф. Сорокопуд, А.С. Мустафина, К.С. Федяев

В процессе производства плодово-ягодных экстрактов аскорбиновая кислота (АК) разрушается, так как на ее сохранность влияют многие факторы, а именно кислород воздуха, ионы металлов (медь, железо, алюминий, олово, свинец, никель), рН раствора, механическое воздействие, температура, наличие естественных стабилизаторов (белки, аминокислоты, крахмал, витамины — А, Е, Вь Р), тип растворителя, способ хранения сырья, а также ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение .

Цель проведенных исследований — выбор основных параметров процесса экстрагирования для наиболее полного извлечения АК.

Экспериментальная часть

Экстракцию проводили по известному способу. Замороженные плоды подвергались дроблению. Измельченную массу помещали в полиэтиленовые мешочки и дефростировали путем кратковременного погружения мешочков в горячую воду. Сок из дефростированных плодов извлекали диффузионным способом.

В качестве экстрагента использовались дистиллированная вода и водно-спиртовый раствор концентрацией С = 20% об.; 40% об. В качестве варьируемых факторов были выбраны: гидромодуль (соотношение жидкой и твердой фаз) ] = 2,5; 5; 7,5, а также температура дистиллированной воды 16, 45 °С. Верхний предел температуры был ограничен в связи с возможностью термического разрушения аскорбиновой кислоты. Температура водно-спиртовых растворов составляла 16 °С. Выбор температуры для водно-спиртовых растворов связан с тем, что спиртовая экстракция обычно проводится при комнатной (или более низкой) температуре, поскольку с ее повышением увеличиваются потери экстрагентов, а, следовательно, вредность и опасность работы с ними.

Для экспериментов использовалось постоянное количество ягоды, равное 100 г. Плоды лимонника были собраны в Алтайском крае в октябре 2010 г. и заморожены при -20 °С. Эксперимент проводили при температуре окружающей среды 16 °С.

Для определения содержания аскорбиновой кислоты как в ягодах, так и в экстрактах применялся иодатный метод по ГОСТу 7047-55 . Сухие вещества определяли рефрактометрическим методом по ГОСТу 28562-90 .

По результатам экспериментов были построены графики кинетики экстрагирования аскорбиновой кислоты и сухих веществ в зависимости от гидромодуля и типа экстрагента (рис. 1 и 2).

Обсуждениерезультатов

При оценке степени извлечения аскорбиновой кислоты от продолжительности экстрагирования результаты экспериментов рассматривались в виде зависимостей отношения массы аскорбиновой кислоты, перешедшей в раствор, к ее первоначальному содержанию в замороженной ягоде (рис. 1а и 2а).

Результаты исследований с использованием в качестве экстрагента дистиллированной воды показывают, что с повышением гидромодуля, выход аскорбиновой кислоты (рис. 1а) возрастает в среднем на 12%. Во всех случаях максимальный выход аскорбиновой кислоты наблюдается при ]=7,5.

Так как АК довольно неустойчивое соединение, экстракт необходимо как можно быстрее подверг -нуть дальнейшей переработке для получения максимального извлечения АК. Таким образом, насколько целесообразно повышение расхода растворителя, можно судить только на основе оценки затрат на концен-трирование извлечений, при этом необходимо учитывать затраты на упаривание экстрактов до заданной концентрации сухих веществ (СВ). Отсюда следует, что при выборе рационального режима экстрагирования немаловажным фактором являются затраты на упаривание экстракта. Следовательно, чем меньше гидромодуль, тем экономичнее процесс экстрагирования. Однако нужно учитывать, что экстрагирование БАВ из растительного сырья следует проводить при гидромодуле, обеспечивающем оптимальные условия их извлечения.

Влияние основных факторов на экстрагирование

Рис. 1. Кинетика экстрагирования дистиллированной водой: 1 — ) = 2,5, 16 °С; 2 — } = 5, 16 °С; 3 — ) = 7,5, 16 °С; 4 — ) = 2,5, 45 °С; 5 — ) = 5, 45 °С; 6 — ) = 7,5, 45 °С

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 2. Кинетика экстрагирования водно-спиртовыми растворами:

1 —

2 —

3 —

4 —

5 —

6 —

= 2,5, С=20%об.; = 5, С=20%об.; = 7,5, С=20%об.; = 2,5, С=40%об.; = 5, С=40%об.; = 7,5, С=40%об.

Из графиков (рис. 16 и 26) видно, что количество извлеченных сухих веществ пропорционально времени экстрагирования, однако после 1 ч наблюдается снижение скорости извлечения сухих веществ.

Наибольшая скорость экстракции в первый час объясняется тем, что происходит вымывание растворимых веществ из разорванных клеток и диффузия из легкодоступных мест. После 1 ч экстрагирования начинается диффузия из труднодоступных мест, чему соответствует падение скорости экстракции.

Было выявлено, что при увеличении температуры воды (до 45 °С) увеличивается выход аскорбиновой кислоты (рис. 1а) в среднем на 10%, однако на содержание сухих веществ это практически не влияет (рис. 16). Литературные данные показывают, что дальнейшее увеличение температуры приведет к возникновению роста термического разрушения аскорбиновой кислоты.

Анализ данных (рис. 1 и 2) показывает, что использование в качестве экстрагента водно-спиртовых растворов по сравнению с водой позволяет повысить выход АК (до 73%) и видимых СВ (до 11,5 масс.%).

А.Ф. Сорокопуд, A.C. Мустафина, К.С. Федяев

Результаты исследований (рис. 2,а) показывают, что при экстрагировании водно-спиртовым раствором концентрацией 20%об. в среднем на 11% ниже результатов, полученных при экстрагировании водно-спиртовым раствором концентрацией 40%об. Это можно объяснить тем, что аскорбиновая кислота относится к водорастворимым веществам, но в водных растворах быстро и легко окисляется, поэтому с ростом концентрации водно-спиртового раствора до 40%об. (при температуре t=16 °С) ее выход повышается. По литературным данным, дальнейшее увеличение концентрации водно-спиртового раствора приведет к снижению содержания аскорбиновой кислоты вследствие уменьшения доли воды.

Результаты исследований с использованием в качестве экстрагента водно-спиртового раствора пока -зывают, что с повышением гидромодуля, выход аскорбиновой кислоты (рис. 2а) возрастает в среднем на 6%. Сравнительная оценка выхода аскорбиновой кислоты в зависимости от гидромодуля (рис. 2а) показывает, что гидромодуль 7,5 является более перспективным соотношением.

Выводы

Установлено, что наибольший выход аскорбиновой кислоты и меньшая продолжительность процесса экстрагирования по традиционному способу соответствует температуре 16 °С водно-спиртового экстрагента концентрацией 40%об. При гидромодуле 7,5 продолжительность процесса экстрагирования не превышает 2 ч.

Список литературы

6. Лилишенцева А.Н., Колядич Е.С. Биохимический состав лимонника китайского // Пищевая промышленность. 2009. №3. С. 81-85.

8. ГОСТ 7047-55. Витамины А,С,Д,В1,В2 и PP. Отбор проб, методы определения витаминов и испытания качества витаминных препаратов.

9. ГОСТ 28562-90. Продукты переработки плодов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ.