Разработка технологии и аппаратурного оформления процесса получения биологически активных экстрактов цветков липы сердцевидной (Tilia Cordata Mill. ) и травы зверобоя обыкновенного (Hypericum Perforatum L. ) Уральского региона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Растяпин, Алексей Владимирович

• Растяпин, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Растяпин, Алексей Владимирович

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Характеристика объектов исследования.

1.1.1. Ресурсы, свойства и применение цветков Tilia Cordata Mill.

1.1.2. Ресурсы, свойства и применение травы Hypericum Perforatum L.

1.2. Теория и практика получения растительных экстрактов.

1.2.1. Теоретические основы процесса экстрагирования в системе «жидкость - твердое тело».

1.2.2. Обзор известных способов получения экстрактов цветков липы и травы зверобоя.

1.3. Выводы по литературному обзору и постановка задач исследований.

2. Методическая часть.

2.1. Методика подготовки цветков липы и травы зверобоя к экстрагированию.

2.2. Методика проведения эксперимента.

2.2.1. Описание экспериментальной установки.

2.2.2. Описание методики проведения эксперимента.

2.3. Методика проведения анализов.

2.3.1. Анализ растительного сырья.

2.3.2. Анализ экстрактов.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Характеристика исходного растительного сырья.

3.2. Проведение контрольного эксперимента.

3.3. Исследование кинетики процесса экстрагирования цветков липы и травы зверобоя.

3.4. Анализ полученных экстрактов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии и аппаратурного оформления процесса получения биологически активных экстрактов цветков липы сердцевидной (Tilia Cordata Mill. ) и травы зверобоя обыкновенного (Hypericum Perforatum L. ) Уральского региона»

В настоящее время на мировом рынке лечебных, профилактических, косметических средств, вкусовых и пищевых продуктов растущим спросом пользуются товары, произведенные на основе натурального сырья.

В частности, в медицине наблюдается устойчивая тенденция к применению в лечебных и профилактических целях биологически активных препаратов природного происхождения, в том числе, натуральных экстрактов и композиций, полученных на их основе. В производстве косметики непрерывно расширяется использование добавок, содержащих комплексы биологически активных веществ (БАВ) природного происхождения, в том числе растительных экстрактов. Данный факт связан, прежде всего, с тем, что применение описанных средств не только благоприятно отражается на состоянии организма человека, но и не вызывает побочных эффектов.

Безалкогольные напитки, а также употребляемые в умеренных дозах вина и ликероводочные изделия, полученные с применением вкусоароматических экстрактов растительного сырья, обладают общеукрепляющим, тонизирующим действием на организм человека, снижают уровень холестерина в крови и не вызывают токсических явлений, в отличие от аналогичной продукции, произведенной с применением синтетических красителей и эссенций.

Экстрагирование растительного сырья, предполагающее селективное извлечение БАВ, получило широкое распространение в парфюмерно-косметической, фармацевтической и пищевой промышленности Уральского региона. Вследствие уникальных биологически активных свойств фармакологической и косметической, а также ценных вкусовых качеств алкогольной продукции в Уральском регионе широко распространена промышленная экстракционная переработка цветков липы сердцевидной и травы зверобоя обыкновенного.

Основным направлением экстракционной переработки цветков липы сердцевидной и травы зверобоя обыкновенного (здесь и далее - цветков липы и травы зверобоя), применяемым в промышленности в настоящее время, является одно- или двухступенчатое настаивание вышеуказанного растительного сырья с водными растворами этилового спирта при периодическом перемешивании экстракционной смеси. Настаивание проводится в аппаратах периодического действия - настойных чанах. Для извлечения дополнительного количества экстракта отработанное растительное сырье отжимается на корзиночных прессах периодического действия, а затем обрабатывается острым водяным паром в специально оборудованных перегонных аппаратах с целью регенерации экстрагента.

Разработанная более полувека назад технология существующего промышленного процесса получения растительных экстрактов, несмотря на простоту аппаратурного оформления и легкость в управлении оборудованием, обладает рядом недостатков. В частности, вследствие невысокой скорости протекания массообменных процессов в настойном чане, продолжительность процесса экстрагирования измеряется десятками суток, следовательно, производительность настойных чанов является сравнительно низкой. В целом невысокая производительность существующей технологии также обусловлена высокими затратами ручного труда в производстве: операции по разгрузке из настойного чана послеэкстракционного шрота, его транспортировке и загрузке в корзиночный пресс, а после отжима - в перегонный аппарат, осуществляются вручную. Кроме того, выполнение вышеуказанных операций сопровождается повышенными потерями этилового спирта, что также отрицательно отражается на эффективности производства. 6

В связи с вышесказанным, разработка эффективной технологии процесса получения растительных экстрактов и выбор аппаратурного оформления для ее промышленной реализации является важной теоретической и практической задачей, решение которой для Уральского региона имеет большое хозяйственное значение.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Растяпин, Алексей Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Проведен аналитический обзор химического состава цветков липы и травы зверобоя, физических и химических свойств экстрактивных и основных действующих биологически активных веществ, существующих способов их количественного определения и выделения из растительного сырья, на основании которого предложены пути интенсификации массообмена при экстрагировании цветков липы и травы зверобоя водными растворами этилового спирта.

2. Исследовано количественное содержание экстрактивных и основных действующих' биологически активных веществ в цветках липы и траве зверобоя Уральского региона; оценена перспективность переработки травы зверобоя, заготовленной в различные фазы цветения растения, установлен оптимальный период сбора травы зверобоя Уральского региона.

3. В ходе исследования процесса экстрагирования цветков липы и травы зверобоя водными растворами этилового спирта исследована зависимость степени извлечения экстрактивных и основных действующих биологически активных веществ из названных видов растительного сырья от концентрации этилового спирта в экстрагенте.

4. Разработаны технологические режимы процесса экстрагирования, позволяющие достигать высокую (более 90 %) степень извлечения экстрактивных и основных действующих биологически активных веществ из цветков липы и травы зверобоя. При этом продолжительность процесса экстрагирования цветков липы, по сравнению с настаиванием, сократилась более чем в 3500 раз, а травы зверобоя - более чем в 650 раз.

5. Разработаны научные основы высокопроизводительной управляемой технологии получения биологически активных экстрактов цветков липы и травы зверобоя, позволяющей в едином производственном процессе выделить комплекс экстрактивных и основных действующих биологически активных веществ названных видов растительного сырья.

Дегустационной комиссией АООТ «Алкона» (г. Екатеринбург) отмечены высокие органолептические показатели ликероводочных изделий, купажи которых были приготовлены на основе экстрактов цветков липы и травы зверобоя, полученных в соответствии с разработанными режимами процесса экстрагирования, что доказывает высокую доброкачественность вышеназванных экстрактов (см. Приложение 9).

Технико-экономические расчеты показали, что себестоимость ликероводочных изделий, приготовленных на основе экстрактов цветков липы и травы зверобоя, полученных в соответствии с разработанной технологией, на 7,6 % меньше, чем себестоимость аналогичной продукции, приготовленной на основе растительных экстрактов, полученных по существующей технологии растительных экстрактов (см. Приложение 10).

Вышесказанное дает основания полагать, что в результате проведенных исследований разработана эффективная технология процесса получения биологически активных экстрактов цветков липы и травы зверобоя, осуществлен выбор аппаратурного оформления для промышленной реализации разработанной технологии.

Основное содержание и результаты диссертационной работы обсуждались на международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2001), международном семинаре «Лесные биологически активные ресурсы» (Хабаровск, 2001), всероссийском семинаре «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2002); в научной печати опубликовано 6 работ; на конструкцию экстрактора получено положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Растяпин, Алексей Владимирович, 2002 год

1. Говорухин B.C. Флора Урала: определитель растений. Свердловск: Свердловскгиз, 1937. 536 с.

2. Хребтов А.А. Полезные и вредные растения Урала. Свердловск: УралОГИЗ, 1941.-255 с.

3. Вакар Б.А. Определитель растений Урала. Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1964.-416 с.

4. Луканин В.П. Лекарственные растения Свердловской области. Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1966. 76 с.

5. Епанчинов А.В. Лекарственные растения Урала и Зауралья. М.: Прометей, 1990. 192 с.

6. Оголевец Г.С. Энциклопедический словарь лекарственных, эфирномасличных и ядовитых растений. М.: Сельхогиз, 1951. 488 с.

7. Землинский С.Е. Лекарственные растения СССР. М.: Медгиз, 1951.176 с.

8. ГОСТ 6518-69. Цветки липы. М.: Государственный комитет стандартов Совета министров СССР, 1969. 6 с.

9. Гаммерман А.Ф., Шасс Е.Ю. Схематические карты распространения важнейших лекарственных растений СССР. М., Л.: Изд-во АН СССР, 1954. -189 с.

10. Атлас лекарственных растений СССР / под ред. Цицина Н.В. М.: Медгиз, 1962.-434 с.

11. Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР / под ред. Чикова П.С. М.: 1980. - 342 с.

12. Сало В.М. Растения и медицина. М.: Наука, 1968. 160 с.

13. Бендер К.И., Фрейдман С.Я. Лекарственные растения в научной и народной медицине. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1972. 382 с.

14. Турова А.Д. Лекарственные растения СССР и их применение. М.: Медицина, 1974. 424 с.

15. Гаммерман А.Ф., Грам И.И. Дикорастущие лекарственные растения СССР. М.: Медицина, 1976. 286 с.

16. Замотаев И.П., Соколов С.Я. Справочник по лекарственным растениям (фитотерапия). М.: Медицина, 1988.-463 с.

17. Журавлева Г.Г. Экспериментальное обоснование практической ценности препаратов, получаемых из цветков липы: Автореф. . канд. мед. наук. Смоленск, 1984. - 22 с.

18. Athanasova-Shopova S., Raussinov P. Pharmacological Studies of Bulgarian Plants with a View to Their Anticonvulsive Effect // Доклады Болгарской АН. 1965. - Т. 18. - № 7. с. 42 - 44.

19. Йорданов Д., Николов П., Бойчинов А. Фитотерапия. София: Медицина и физкультура, 1972. - 347 с.

20. Алюкина Л.С., Клышев Л.К., Бандюкова В.А. Флавоноиды растений. Алма-Ата: Наука, 1978. 220 с.

21. Букин В.Н. Витамины. М.: Пищепромиздат, 1940. 472 с.

22. Рысс С.М. Витамины: физиологическое действие, обмен, терапия. Л.: Медгиз, 1963. 376 с.

23. Яковлев П.Н. Основы клинической витаминологии. Л.: Медицина, 1974.-343 с.

24. Досон Р., Эллиот Д., Джонс К., Эллиот У. Справочник биохимика: Пер. с англ. М.: Мир, 1991. - 545 с.

25. Муравьева Д.А. Фармакогнозия и основы биохимии лекарственных веществ. М.: Медицина, 1981. 675 с.

26. Барабой В.А. Растительные фенолы и здоровье человека. М.: Наука, 1984.- 160 с.

27. Машковский М.Д. Лекарственные средства: пособие по фармакотерапии для врачей. М.: Медицина, 1988. Т.1. 624 с.

28. Лекарственные средства, применяемые в медицинской практике в СССР / под ред. Клюева М.А. М.: Медицина, 1989. - 512 с.

29. Справочник практического врача / под ред. Воробьева А.И. М.: Медицина, 1981. - 656 с.

30. Справочник терапевта / под ред. Комарова Ф.И. 5-е изд. - Алма-Ата: Казахстан, 1981. - 656 с.

31. Справочник фармацевта / под ред. Тенцовой А.И. 2-е изд. - М.: Медицина, 1981.-384 с.

32. Демидов И.Н. Изучение возможности использования экстрактов растений как антиоксидантов окисления жиров // Известия вузов. Пищевая технология. 1992. - № 3. - С. 27-28.

33. Леснов П.П., Фертман Г.И. Ароматизированные вина. М.: Пищевая промышленность, 1978. -265 с.

34. Тимошенко Б.Н. Растительное сырье ликеро-наливочного производства. М.: Пищепромиздат, 1940. 255 с.

35. Ильин М.М., Суржин С.Н. Пряноароматические растения СССР и их использование в пищевой промышленности. М.: Пищепромиздат, 1963. -430 с.

36. Скрипник К.И., Бурачевский И.И. Растительное сырье ликеро-водочного производства. М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1974. 35 с.

37. Уткин Л. А. Дикорастущие лекарственные растения Урала. Челябинск: Огиз, 1948. 108 с.

38. Сало В.М. Зверобой. // Наука и жизнь. 1971. - № 11. - С. 24 - 28.

39. Епанчинов А.В. Зверобой. // Уральские Нивы. 1988. - № 1. - С. 23.

40. ГОСТ 15161-69. Трава зверобоя. М.: Государственный комитет стандартов Совета министров СССР, 1969. 6 с.

41. Вавилова Н.М. Гомеопатическая фармакодинамика: в 2 частях. М.: Эверест, Смоленск: Гомеопатический центр, 1994. 4.1. 513 с.

42. Российский Д.М. Отечественные лекарственные растения и их врачебное применение. М.: Медгиз, 1944. 120 с.

43. Кавецкий Р.Е., Балицкий К.П. У истоков отечественной медицины. Киев: Изд-во АН УССР, 1954. 104 с.

44. Носаль М.А., Носаль И.М. Лекарственные растения и способы их применения в народе. Киев, 1958. 256 с.

45. Махлаюк В.И. Лекарственные растения в народной медицине. Саратов: Приволжское кн. изд-во, 1967. 559 с.

46. Попов А.П. Лекарственные растения в народной медицине. Киев: Здоров'я, 1969.-315 с.

47. Акопов Н.Э. Кровоостанавливающие растения. Ташкент: Медицина УзССР, 1981. 296 с.

48. Николаева В.Г. Растения, применяемые народами СССР для лечения инфицированных ран // Фармация. 1979. - № 6. - С. 46 - 49.

49. Самарин В.М. Растения-врачеватели // Челябинск. 1978. - № 5. С. 54-61.

50. Ковалева Н.Г. Лечение растениями. М.: медицина, 1971.-351 с.

51. Розенцвейг П.Э., Сандер Ю.А. Технология лекарств и галеновых препаратов. Л.: Медицина, 1967. 155 с.

52. Либизов Н.И., Захаров В.П. Лекарственные вещества из растений и способы их производства. Ташкент: Медицина УзССР, 1980. 232 с.

53. Муравьев И.А. Технология лекарств: в 2 т. М.: Медицина, 1980. Т.2.-306 с.

54. Батрак Г.Е., Попова Е.В., Фуре И.Т. Новые лекарственные средства растительного происхождения. Киев: Госметиздат УССР, 1959. 132 с.

55. Айзенман Б.Е., Дербенцева Н.А. Антимикробные препараты из зверобоя. Киев: Наукова думка, 1976. - 200 с.

56. Резник С.Р., Волосовец П.С. Новоиманин стимулятор иммуногенеза. // Фитонциды. - Киев: Наукова думка, 1972. - С. 203 - 205.

57. Герасимов А.И. Об эффективности применения новоиманина при ингаляции в комплексном лечении туберкулеза легких и туберкулезного ларингита. // Фитонциды. Киев: Наукова думка, 1972. - С. 225 - 226.

58. Чаплинская М.Г. Фитохимическое исследование травы зверобоя и изготовление из нее фармпрепаратов: Автореф. . канд. мед. наук. Харьков, 1959 .- 13 с.

59. Шеклакова М.Н., Артамонова Л.И., Знаменская Л.Ф. Некоторые препараты из лекарственных растений в комплексной терапии экземы и нейродермита // Лечение и профилактика распространенных дерматозов в Восточной Сибири. Иркутск: 1985. С. 72-75.

60. Алюкина Л.С. Биохимия обмена веществ и продуктивность растений. Алма-Ата: Наука, 1970. 346 с.

61. Кретович В.Л. Основы биохимии растений. М.: Высшая школа, 1971.-464 с.

62. Лебедева Т.С., Сыткин К.М. Пигменты растительного мира. Киев: Наукова думка, 1986. - 88 с.

63. Харборн Дж. Б. Биохимия фенольных соединений: Пер. с англ. М.: Мир, 1968.-453 с.

64. Towers, G.N. Insecticidal Activity of Hypericin Towards Manduca Sexta Larva // Planta Medica. 1989. - № 6. - C. 43-45.

65. Carpenter, S. L., Petrich, J.W. Virus Inactivation and Tumor Cell Destruction Using Photosensitizer, Energy Donating Chemical, and Chemical Activator Compounds // Bioorganic Medical Chemistry. 1994. - № 6. - C. 37 - 40.

66. Andreoni, A., Colosanti, A., Colosanti, P. Photosensitization of Cells by Hypericin // Photochemistry and Photobiology. 1994. - № 5. - C. 41 - 42.

67. Hughes, B.G., Wood, S.G. Pharmaceutical Compositions Having Antiviral Activity Against Human Cytomegalovirus // Bioorganic Medical Chemistry. 1994. - № 4. - C. 33 - 35.

68. Бородин Ю.И., Позднякова O.B., Горчаков В.И. Изменения клеточной структуры на фоне введения препаратов полифенольного ряда. Л.: Медгиз, 1983.-325 с.

69. Лыснянский В.М., Гребенюк С.М. Экстрагирование в пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1987. 188 с.

70. Трейбал Р. Жидкостная экстракция: Пер. с англ. М.: Химия, 1966.724 с.

71. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование. Л.: Химия, 1974.-254 с.

72. Бондаренко A.M. Экстрагирование в системе жидкость твердое тело. М.: Металлургия, 1985. - 345 с.

73. Буканов Л.Д., Ташланов Н.Ю. Приготовление спиртованных настоев с помощью ультразвука // Ферментная и спиртовая промышленность. -1967. №2.-С. 25-27.

74. Kuznicka В., Dziak М. Ziola i ich stosowanie. Warszawa, 1977.200 с.

75. Вюстенфельд Г. Производство ликеро-водочных изделий. М.; Л.: Пищепромиздат, 1936. 317 с.

76. Грицюк И.Г., Ройтер И.М. Технология ликерно-вод очного производства. М.: Гизлегпищепром, 1953. 310 с.

77. Бартенев Е.Н., Смирнов В.А. Технология ликерно-водочного производства. М.: Пищепромиздат, 1955. 415 с.

78. Трусова С.А., Фертман В.К. Ароматные спирты и настои для ликероводочных изделий. М.: Пищепромиздат, 1957. 143 с.

79. Вюстенфельд Г., Гезелер Г. Производство наливок, настоек, ликеров. М.: Пищепромиздат, 1959. 414 с.

80. Рецептуры ликеров, наливок, пуншей, десертных напитков, настоек и инструкция по приготовлению полуфабрикатов к ним. М.: Пищепромиздат, 1962.-225 с.

81. Тимошенко В.Я. Совершенствование технологии производства, улучшение качества и ассортимента ликероналивочных изделий. М.: ЦИНТИпищепром, 1967.- 108 с.

82. Славуцкая Н.И. Технология ликерно-водочного производства. М.: Пищевая промышленность, 1972 г. 176 с.

83. Фертман Г.И., Шойхет М.И. Технология спиртового и ликерно-водочного производства. М.: Пищевая промышленность, 1973. 280 с.

84. Бачурин П.Я., Смирнов В.А. Технология ликерно-водочного производства. М.: Пищевая промышленность, 1975 г. 329 с.

85. Справочник технолога ликерно-водочного производства / под ред. проф. Яровенко B.JI. М.: Пищевая промышленность, 1976. 256 с.

86. Технологический регламент производства водок и ликероводочных изделий. М.: Пищепромиздат, 1962. 325 с.

87. Кондратенко П.Т., Рожко Ф.М., Кур С.М. Заготовка, выращивание и обработка лекарственных растений. М.: Медицина, 1965. 348 с.

88. Государственная Фармакопея СССР. 11-е изд. - М.: Медицина, 1987.-333 с.

89. Государственная Фармакопея СССР. 11-е изд. (вып. 2) - М.: Медицина, 1990.-683 с.

90. Hudson, J.B., Graham, E.A. Extraction, Purification and Quantitative Determination of Hypericin From Hypericum Perforatum L. // Chemical Society. -1989.- № 3. C. 52-56.

91. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. М.: Химия, 1964.- 557 с.

92. Коренман Н.Н. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. М.: Химия, 1970. 342 с.

93. Инструкция по технохимконтролю ликерно-водочного производства. М.: Пищепромиздат, 1960. 378 с.

94. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа. М.: Химия, 1984. 168 с.

95. Динабург A.M., Ройтер И.М. Оборудование ликерно-водочного производства. М.: Пищепромиздат, 1959. 304 с.

96. Справочник технологического оборудования, изготовляемого машиностроительными заводами для ферментной, спиртовой, винодельческой, табачной, консервной промышленности / под ред. Попова В.И. М.: ВНИИЭКИпродмаш, 1965. - 88 с.

97. Справочник по виноделию / под ред. Валуйко Г.Г. М.: Агропромиздат, 1985. - 447 с.

98. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Л.: Химия, 1974. 576 с.

99. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981. 560 с.

100. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1983. - 272 с.

101. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник. Л.: Машиностроение, 1970. -752 с.124

102. Мержаниан А.А., Кишковский З.Н. Технология вина. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 504 с.

103. Зарубин В.А. Технология и технохимический контроль виноделия. М.: Пищевая промышленность, 1966. 480 с.

104. Качалов Н.Н. Использование соломы в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1982. 148 с.

105. Таланов Г.А., Хмелевский Б.Н. Санитария кормов. М.: Агропромиздат, 1991. 175 с.126