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

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

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

креветка экстракция липидный

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

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

Сравнительный анализ показателей качества сухих ПСО, полученных в разных условиях, подтвердил, что качество липидов сырья и ПСО креветки после вакуумной сушки практически не отличается, что, в значительной степени, обусловлено низкими параметрами температуры (12-22оС) и давления сушки (концентрация кислорода в камере вакуумного сушильного аппарата в 40-70 раз ниже содержания кислорода в атмосферном воздухе. После конвективной сушки значения перекисного и тиобарбитурового чисел липидов ПСО увеличиваются в 2,0 и 1,5 раза, соответственно, по сравнению с сырьем. Наличие окислительной деструкции липидов в таких образцах обусловлено как температурным фактором, так и интенсивным воздействием кислорода воздуха.

При исследовании влияния способа предварительной сушки ПСО до равновесной влажности (10-12%) на выход ЛКК, установлено, что их количество при продолжительности экстракции 4-5 минут было наибольшим (при экстракции давление 30 МПа и температура 31 оС) (рисунок 1).

Рисунок 1 - Влияние способа предварительного обезвоживания на эффективность СК-СО2 - экстракции ЛКК

При этом из образцов вакуумной сушки извлекалось в 1,5 - 2,0 раза больше экстракта, чем из сырья после конвекционной сушки. По мнению некоторых авторов это связано с понижением проницаемости клеточных мембран из-за частичной окислительной полимеризации их структурных липидов [Yamaguchi et al., 1986; Rodriguez et al., 2008].

Выход ЛКК из фракций сухих ПСО с различной степенью измельчения (0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 мм) не отличается, в то время как выход астаксантина зависит от размера частиц сухих ПСО (рисунки 2 и 3)

Выход акстаксантина из образцов сухих ПСО, состоящих из частиц размеров менее 1 мм, резко увеличивается, что, вероятно, обусловлено разрушением структуры глаза креветки, содержащего большое количество указанного пигмента. Заметное увеличение выхода астаксантина наблюдается с повышением степени измельчения до 0,3-0,5 мм. Дальнейшее измельчение не приводит к улучшению указанного эффекта. Данные, представленные на рисунках 4 и 5, показывают, что во всем интервале давлений, соответствующих высоким значениям коэффициентов сепарации липидов с низкой молекулярной массой, в том числе свободных жирных кислот и продуктов их окисления [Lucas et al., 2002], наблюдается значительный рост выхода ЛКК с увеличением значения давления, а общее количество перекисей, экстрагируемых при 20 и 22 МПа, находится практически на одном уровне. С учетом этого увеличение давления свыше 20 МПа с целью снижения перекисного числа липидов сухих ПСО является нецелесообразным.

Рисунок 2 - Выход астаксантина на разных этапах экстракции чистым СК-СО2 в зависимости от размеров частиц

Рисунок 3 - Влияние размера частиц на выход астаксантина при экстракции смесью СК-СО2 с этанолом (10 % к массе смеси).

Рисунок 4 - Выход ЛКК из ПСО при температуре 50оС Рисунок 5 - Выход перекисей из ПСО при температуре 50оС

Проведен эксперимент по экстракции ЛКК в соответствии с выбранной матрицей значений варьируемых факторов, соответствующей рототабельному униформ-плану (таблица 3).

Таблица 3 - Результаты регрессионного анализа по установлению зависимости выхода целевых продуктов от давления и температуры

Проведена экстракция ЛКК из сухих ПСО с преобладающим размером частиц 0,3-0,5 мм с использованием СК-СО2 и смесей СК-СО2 с этиловым спиртом (в различных концентрациях) в интервале давлений 20 - 40 МПа и температур 40 - 60оС. Удельный расход растворителя соответствовал 10 кг СО2/ ч на 1кг сухих ПСО. Продолжительность экстракции составляла 2,5 часа, по истечении которой извлечение ЛКК почти полностью прекращалось. Графически обсуждаемые зависимости представлены в виде поверхностей (рисунки 6, 7).

Рисунок 6 - Зависимость выхода ЛКК от температуры и давления СК-СО2

Высокие значения коэффициентов детерминации свидетельствуют о том, что все уравнения обеспечивают хорошее приближение к экспериментальным данным как по астаксантину так и ЛКК. Знаки при соответствующих коэффициентах во всех полученных математических моделях не зависят от содержания этилового спирта в СК-СО2. Это указывает на отсутствие влияния давления и температуры на процесс экстракции ЛКК при различных концентрациях сорастворителя.

Максимальный выход астаксантина (17,6 мг на 1 г сухих ПСО) при использовании чистого СО2 может быть получен при параметрах давления 35,3 МПа и температуры 47,5оС. При температуре 40оС и давлении 20 МПа удается извлечь 29,8 % астаксантина и 84,9 % ЛКК от их максимально экстрагируемого количества.

Рисунок 7 - Зависимость выхода астаксантина от температуры и давления СК-СО2

Это, в свою очередь, дает возможность повысить концентрацию астаксантина при поэтапном проведении процесса, включающем предварительную экстракцию преимущественно ЛКК при невысоких значениях давления и температуры.

Зависимости выхода астаксантина от концентрации этилового спирта при фиксированных значениях температуры и давления в целом схожие.

Из анализа данных таблицы 4 следует, что суммарное содержание эйкозапентаеновой и докозогексаеновой кислот (ЭПК и ДГК) возрастало с величением концентрации этилового спирта. Вероятно, это обусловлено повышением растворимости фракции фосфолипидов, содержащих значительное количество указанных кислот, за счет применения полярного сорастворителя. Использование спирта с СК-СО2 в качестве сорастворителя позволяет значительно увеличить выход ЛКК по сравнению с чистым СК-СО2 лишь при его добавлении в количестве до 10 %.

При концентрациях спирта выше 10 % не происходит существенного повышения выхода ЛКК, а также суммарного содержания в нем эйкозапентаеновой и докозогексаеновой кислот.

Таблица 4 - Зависимость выхода целевых продуктов от концентрации этилового спирта в СК-СО2 (Р = 30 МПа и Т = 50 оС)

Таким образом, сверхкритическую углекислотную экстракцию можно рекомендовать как способ, позволяющий регулировать состав экстрактов ЛКК, получаемого из ПСО, в т.ч. повышать концентрацию в нем астаксантина и омега-3 кислот.

Оценка влияния расхода растворителя на кинетику экстракции ЛКК по режиму, определяемому значениями давления и температуры 30 МПа и 50оС, показала, что расход растворителя составлял: 5, 10, 15, 20 кг СО2 /ч на 1 кг сухих ПСО. Экстракцию при каждом отдельном режиме производили до практически полного прекращения извлечения целевых компонентов.

Полученные результаты показали, что при расходе растворителя 5 и 10 кг СО2/ч на 1 кг сухих ПСО в течение первых 75 минут наблюдается линейный характер зависимости выхода ЛКК от длительности экстракции. В ходе дальнейшей экстракции наблюдается снижение скорости процесса. При расходе растворителя 15 кг СО2 /ч на 1кг сухих ПСО и 20 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО, линейная зависимость возможна лишь в первые 30 минут. На основе полученной закономерности в дальнейшем проводили эксперименты при расходе растворителя 5 и 10 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО. Результаты аппроксимировались в соответствии с уравнением 1.

Y = k t (1)

Y - выход целевого компонента; k - линейный коэффициент; t - продолжительность экстракции.

В таблице 5 представлены значения линейного коэффициента k, а также коэффициентов детерминации R уравнения (1), полученных в результате аппроксимации данных за различное время от начала процесса экстракции.

Таблица 5 - Результаты регрессионного анализа кинетики экстракции ЛКК из сухих ПСО

Для чистого СК-СО2 после 75 минут, а для смеси СК-СО2 с этанолом после 90 минут экстракции происходит уменьшение коэффициентов детерминации. Это свидетельствует об усилении влияния внутренней диффузии на выход ЛКК. Факт ослабления внешней диффузии также следует из уменьшения с течением времени соотношения между значениями коэффициента k для расхода растворителя 10 и 5 кг СО2/ч на 1кг сухих ПСО.

Характер кинетики экстракции астаксантина аналогичен установленному для ЛКК. Это свидетельствует о невозможности использования фактора времени для проведения селективного фракционирования в целях увеличения концентрации БАВ.

Из анализа данных таблицы 6 следует, что более 90 % как ЛКК, так и астаксантина извлекается в течение первых 75 и 90 минут экстракции при использовании чистого СК-СО2 и его смеси с этанолом, соответственно.

Таблица 6 - Степень извлечения ЛКК и астаксантина при различной продолжительности их экстракции и расходе растворителя 10 кг СО2/ ч на 1 кг сухих ПСО

Четвертая глава «Разработка технологической схемы приготовления экстракта ЛКК и ее применение при комплексной переработке ПСО креветки» включает описание технологических операций разрабатываемой технологии и перспективные направления комплексной переработки ПСО ракообразных с использованием СК-СО2 экстракции.

С учетом результатов экспериментальных исследований разработана технология получения ЛКК из предварительно обезвоженного сырья. Обезвоживание ПСО ракообразных рекомендовано производить способом вакуумной сушки при давлении 5-20 мм. рт. ст. Последующее измельчение высушенных ПСО должно обеспечивать получение частиц не более 0,3-0,5 мм. Экстракцию ЛКК предлагается осуществлять в два этапа. На первом этапе для извлечения ЛКК с низким содержанием омега-3 кислот и астаксантина процесс осуществляется при давлении 20 МПа чистым СК-СО2. На втором этапе используется смесь СК-СО2 с этиловым спиртом эту операцию проводят при давлении 30 МПа и температуре 50оС. В этих условиях экстрагируется ЛКК с высоким содержанием основных омега-3 кислот, фосфолипидов и астаксантина. (табл. 7). Полученный ЛКК может быть использован для получения БАД с близким к крилевому жиру содержанием основных групп биологически активных веществ.

Таблица 7 - Сравнительная характеристика показателей пищевой ценности ЛКК

* Реестр БАД № 77.99.11.3.У.1200.3.10)

Из расчета экономической эффективности от внедрения технологии липидно-каротиноидного комплекса креветки следует, что даже при довольно низкой норме доходности проект будет полностью окупаться на втором году реализации.

ВЫВОДЫ

1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность использования панцирьсодержащих отходов ракообразных, содержащих биологически активные компоненты (фосфолипиды, каротиноиды, полиненасыщенные жирные кислоты и др.) и отличающихся низкой степенью происходящих в них гидролитических и окислительных процессов, для производства экстрактов липидно-каротиноидных комплексов по разработанной технологии подготовки данного вида сырья и сверхкритической углекислотной экстракции целевого продукта с высокими показателями качества и биологической активности.

2. Установлено, что способ сушки при низком вакууме (давление 1,33х10-3 - 2,66х10-3 МПа и температура продукта 12-22оС) является более предпочтительным по сравнению с конвективной сушкой при температуре 50 - 70оС с точки зрения сохранения качества липидов и повышения эффективности сверхкритической углекислотной экстракции. Выход экстракта липидно-каротиноидных комплексов из сухих панцирьсодержащих отходов, полученных при вакуумной сушке, в зависимости от продолжительности экстракции в 1,5 - 2,0 раза превышает количество экстракта, получаемого из сырья, подвергнутого конвекционной сушке.

3. В целях обеспечения максимальной эффективности последующей сверхкритической углекислотной экстракции астаксантина величина при предварительном измельчении сухих панцирьсодержащих отходов не должна превышать 0,3 - 0,5 мм, в то время как выход липидно-каротиноидных комплексов не зависит от размера частиц сухих панцирьсодержащих отходов в пределах 0,3 - 4,0 мм.

4. Установлено, что с целью снижения перекисного числа липидов сухих панцирьсодержащих отходов следует проводить сверхкритическую углекислотную экстракцию при давлениях 20 - 22 МПа, однако при этом температура не оказывает влияния на процесс селективного извлечения перекисей из панцирьсодержащих отходов креветки.

5. С использованием методов математического моделирования эксперимента установлена возможность повышения концентрации астаксантина и омега-3 жирных кислот в получаемом экстракте за счет варьирования таких факторов как температура, давление и содержание полярного сорастворителя (этилового спирта).

6. Использование этилового спирта в сверхкритической углекислотной экстракции в качестве сорастворителя в количестве до 10 % по сравнению с экстракцией без добавления этилового спирта значительно увеличивает выход липидно-каротиноидного комплекса и суммарное содержание в целевом продукте эйкозапентаеновой и докозогексаеновой кислот.

7. Установлено, что более 80 % липидно-каротиноидных комплексов и акстаксантина извлекается в период экстракции, определяемый линейной зависимостью выхода извлекаемых компонентов от продолжительности процесса.

8. Разработаны и утверждены технические условия и технологическая инструкция на процесс получения экстракта липидно-каротиноидного комплекса из панцирьсодержащих отходов варено-мороженой креветки способом сверхкритической углекислотной экстракции.

9. Оценка экономической эффективности от внедрения технологии получения экстракта липидно-каротиноидного комплекса показала, что при комплексной переработке панцирьсодержащих отходов инвестиционный проект его производства будет полностью окупаться на втором году реализации.

10. Показано, что в состав белково-минерально-хитинового комплекса, остающегося после сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов, входят два вида функциональных ингредиентов: пищевые волокна (хитин и неусваиваемый белок - хитин-белковый комплекс) и минеральные вещества, количество которых при внесении в фаршевые системы, близко по физиологическому действию к нерастворимым пищевым волокнам, вследствие чего белково-минерально-хитиновый комплекс можно рассматривать, как перспективное сырье для создания пищевых функциональных формованных продуктов широко потребления.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России

1 Винокур М. Л., Андреев М.П. Зависимость выхода и состава липидно-каротиноидного комплекса из отходов ракообразных от параметров углекислотной экстракции // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 10. - С. 22 - 24.

2 Винокур М. Л., Андреев М.П. Исследование кинетики сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов из панцирьсодержащих отходов ракообразных // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 2. - С. 37-39.

Работы, опубликованные в других изданиях

3 Винокур М. Л. Обоснование способа обезвоживания панцирьсодержащих отходов ракообразных при подготовке сырья в технологии сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов // Известия КГТУ. - 2012. № 25. - С. 75-78.

4 Андреев М.П., Винокур М.Л. Использование сверхкритической углекислотной экстракции для повышения концентрации каротиноидов в экстракте липидно-каротиноидных комплексов из панцирьсодержащих отходов ракообразных // Труды IX международной конференции, «Инновации в науке и образовании-2011», Калининград, 18 - 20 октября, 2011 г. - Калининград, 2011. - С. 243 - 245.

5 Андреев М.П., Винокур М.Л. Исследование процесса селективного удаления перекисей из отходов креветки с использованием сверхкритической СО2 - экстракции // Материалы VII московского международного конгресса, «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, - 21 - 25 марта, 2011 г. - М., 2011. - С. 244 - 245.

6 Винокур М.Л. Использование сверхкритической СО2 - экстракции для получения биологически активных веществ липоидной природы из панцирьсодержащих отходов креветки // Материалы конференции, «Пищевая и морская биотехнология», Светлогорск, - 1 - 2 июля, 2011 г. - М., 2011. - С. 18 - 19.

7 Винокур М.Л. Исследование влияния способов предварительной обработки панцирьсодержащих отходов ракообразных на эффективность сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидных комплексов // Материалы VIII международной научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество», Светлогорск, - 6 - 9 сентября, 2011 г. - Калининград, 2011. - С. 176 - 179.

8 Винокур М.Л. Изучение влияния предварительного высушивания панцирьсодержащих отходов ракообразных на эффективность сверхкритической углекислотной экстракции липидно-каротиноидного комплекса // Материалы II научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рыбохозяйственного комплекса», Москва , - 17 - 18 ноября, 2011 г. - М., 2011. - С. 187 - 190.

Размещено на Allbest.ru