English version
На Главную Карта сайта Форма запроса
Искать
 
Сверхкритическая флюидная экстракция

Пищевая промышленность

Одним из первых широкомасштабных проектов внедренных в мире было использование сверхкритического диоксида углерода для получения компонентов пищевой индустрии.


1. Пивоварение

Нельзя не упомянуть такое направление, как сверхкритическая экстракция хмеля. Одни из самых мощных в мире установок с рабочим объемом экстракторов 4.5 - 7 м3, задействованы именно на переработке хмеля. Только в Австралии подобным образом перерабатывается свыше 20.000 тонн хмеля ежегодно, крупнейшие заводы работают в Германии. При классической экстракции хмеля в качестве растворителя используется дихлорметан, который после экстракции не может быть полностью удален из пастообразного экстракта. Отличной альтернативой служит сжиженный и сверхкритический углекислый газ. Сверхкритический газ по сравнению с докритическим (жидким) имеет целый ряд преимуществ. Например, он имеет лучшую растворяющую способность для хмелевых смол, что приводит не только к уменьшению расхода растворителя, но и резко снижает время проведения экстракции. Растворимость экстракта хмеля в докритическом и сверхкритическом диоксиде углерода демонстрируется в таблице (данные Крюгера)

Давление,
атм
t =28 °C
весовые %
t =80 °C
весовые %
80 0.52 0.026
100 0.67 0.06
150 1.1 0.26
200 1.55 0.74
300 2.5 3.2
400 3.45 9.4

Любопытна возможность фракционирования экстракта с целью проведения изомеризации альфа-кислот.

Сверхкритические экстракты хмеля не содержат пестицидов, которые применяются при его возделывании. Не происходят процессы окисления, термического образования артефактов составляющих хмеля. Экстракты хранятся до 6-7 лет.

Экономика производства сверхкритических экстрактов прекрасно вписывается в общее производство пива. Пока в Россию подобные экстракты поставляются из Германии, но, учитывая площади возделывания хмеля в России, в частности в Чувашии, можно предположить, что именно данная технология даст новый толчок для развития этой отрасли производства.

В настоящее время производством CO2-экстракта хмеля занимаются одни из крупнейших сверхкритических производств в Германии, Великобритании, Австралии.

Сверхкритическая технология позволяет успешно экстрагировать из хмелевых шишек практически 100% альфа-кислот, примерно 7-10% мягких смол, при этом не экстрагируются тяжелые смолы и танины.Весьма важным обстоятельством является тот факт, что технология позволяет получать стандартизированные экстракты из сырья с малым содержанием альфа-кислот.Так, например, работы проведенные в НИЦ ЭР "ГОРО" показали реальную возможность получения CO2-экстракта хмеля марки Super (по классификации HOPSTEINER, Великобритания) с содержанием альфа-кислот в пределах 24-30% из сырья содержащим данные компоненты в пределах 3-3,2%.
В процессе экстракции возможно проведение фракционирования экстракта хмеля на смоляную и масляную фракции, что позволяет пивоварам варьировать этими компонентами в процессе приготовления популярного напитка.

На рынке в настоящее время присутствуют как тотальные ( общие ) экстракты хмеля трех сортов: Extra - содержание альфа-кислот 40-50%, Super - содержание альфа-кислот 24-30% и Standart - около 15-17 % альфа-кислот, так и отдельные фракции хмеля.


2. Переработка кофе и чая

Технология сверхкритической экстракции находит свое применение для извлечения из растительного сырья алкалоидов. В этом плане нельзя не упомянуть о декофеинизации кофе и чая. Эти два продукта относятся к излюбленным вкусовым продуктам и имеют большое экономическое значение. Кофеин, содержащийся в этих продуктах, переносится не всеми потребителями одинаково хорошо, что вызывает необходимость удаления этого алкалоида из кофейных зерен и чайного листа. Традиционный способ декофеинизации предполагает использование органических растворителей (дихлорметан), которые не всегда легко и полностью удаляются из обработанного сырья. И в этом случае хорошей альтернативой может явиться проведение декофеинизации при помощи сверхкритического диоксида углерода. причем следует подчеркнуть - именно сверхкритического углекислого газа, так как большинство исследований, проведенных в данной области, показало, что экстракция жидким углекислым газом (докритическая экстракция) лишена смысла, поскольку наряду с кофеином извлекается значительное количество желательных веществ, тогда как сверхкритический диоксид углерода обладает свойством высокой селективности именно для кофеина. Декофеинизация чайного листа несколько более сложный процесс, так как предварительно из сырья с помощью сухого сверхкритического углекислого газа выделяются ароматические компоненты, затем увлажненный сверхкритический диоксид углерода освобождает чайный лист от кофеина, который и пропитывается выделенными ранее ароматическими веществами.

Подобным же образом можно существенно снизить содержание никотина в листьях табака, причем интересно отметить, что здесь, как и в случае с чаем и кофе, экстракция алкалоида происходит преимущественным образом из увлажненного сырья, тогда как при низком содержании воды экстрагируются практически только ароматические вещества.

пособность сверхкритических флюидов экстрагировать алкалоиды из растительного сырья используется для декофеинизации кофе и чая. Полученный таким способом кофеин отличается высокой чистотой и прекрасно используется в фармацевтической промышленности. А в случае обработки чая возможно в ходе одного технологического процесса не только удалить кофеин, но и ароматизировать обрабатываемый чай.


3. Ароматические и вкусовые вещества

Получение пищевых ароматизаторов по сей день является одним из основных направлений промышленного применения сверхкритического диоксида углерода. Веществами, определяющими ценность пряностей, являются компоненты запаха и вкуса. Промышленное применение сухих пряностей иногда бывает затруднено, а порой и вовсе невозможно. Примером этого может служить проблема внесения в состав фарша вареных колбас сухого перца (красного, черного, душистого). Отличной альтернативой сухим пряностям является использование пряных масел и олеорезинов. Эти концентраты имеют целый ряд преимуществ как то: длительный срок хранения, сравнительная простота технологии их внесения в конечный продукт, стерильность, более эффективное использование содержащихся в них веществ. Ароматизаторы традиционно получают дистилляцией водяным паром. Но наряду с эфирными маслами пряности содержат и острые вещества, и определенные смоляные вещества, определяющие вкус соответствующего сырья. Для их получения применяется экстракция растворителем с низкой точкой кипения. Сверхкритическая экстракция обладает всеми преимуществами обоих методов, не имея, однако, их недостатков. В этом плане Советский Союз еще в 1974 году имел приоритет по получению CO2-экстрактов пряностей. К сожалению, эти работы велись и ведутся до сих пор методом докритической CO2-экстракции. Использование же сверхкритических технологий в этой области было описано впервые в 1971 году Витцтумом и Хубертом на примере экстрагирования пищевкусовых компонентов перца, гвоздики, ванили, корицы. Процесс проходил при давлении 280-400 атм и температуре 50-60 °С. Было отмечено, что при использовании сверхкритического диоксида углерода происходит не только экстракция эфирной составляющей, но и основной массы вкусовых веществ. Примером может служить приводимые ниже изотермы растворимости пиперина - одного из основных вкусовых веществ черного перца. Так как экстракция высоким давлением делает возможным щадящее и достаточно полное получение ароматического масла, экстракты перца отличаются высоким качеством (Шталь-Квирин-Хогард).

Вполне очевидно, что экстракт перца, полученный при помощи сверхкритического углекислого газа более насыщен вкусовыми и ароматическими компонентами, а значит, данный экстракт представляет собой несоизмеримо более полный комплекс биологически активных компонентов перца, нежели любой другой, включая докритический CO2-экстракт, полученный при обработке сырья жидким CO2. При этом никаких проблем не вызывает вопрос фракционированного экстрагирования пряностей. Подробнее об этом можно ознакомиться в статье М.Перру "Экстракция и фракционирование специй сверхкритическим флюидным диоксидом углерода", 1998.

Но получение ароматизаторов не ограничивается переработкой ароматических и пряных растений. Фирмой SKW - США предлагаются сверхкритические ароматизаторы с фруктовыми запахами, такими как цитрусовый, кофейный, яблочный, грушевый, арахисовый, белого шоколада и другими. Причем, если говорить об экономике их применения стоит помнить, что подобные экстракты берутся в количествах на 1-2 порядка меньших чем обычные ароматизаторы. Например, чувствительный порог яблочного экстракта в воде составляет 0,05-0,1 промиле.

Учитывая разнообразие ароматических и пряных растений можно с уверенностью говорить о приближении производства пищевых ароматизаторов к искусству парфюмеров в плане создания запахов.


4. Функциональные пищевые ингредиенты

С появлением на рынке фирм использующих в своем производстве сверхкритические флюиды появилась и возможность выделения из растительного сырья компонентов доселе неизвестных или обделенных вниманием крупного производителя из за высокой стоимости их производства.

Так, впервые появилась возможность получения натуральных красителей. Учитывая ужесточающие нормы пищевого производства в мире их использование представило прекрасную возможность замены синтетических. Сегодня по сверхкритической технологии вырабатываются практически все натуральные красители, которые по сути своей представляют собой отдельные фракции растительные сверхкритических экстрактов. Причем технология позволила использовать и не традиционные источники красителей. Например, широко известная в фармацевтике календула может служить великолепным источником каротиноидов - в ее экстракте обнаруживается до 900 мг%. При этом необходимо учитывать и последние исследования подтверждающие необходимость в поддержании нормального состояния и процессов восстановления эпителиальных тканей кожи и слизистых оболочек, способствующих депонированию жиров, повышении организма к простудным заболеваниям и т.п. Т.Е. каротиноиды являются биологически активными добавками многофункционального назначения. К этому ряду относится и ликопин, получаемый из отходов томатного производства. Интересной областью применения сверхкритического диоксида углерода может стать получение натуральных красителей, например, каротиноидов. Эти желтые и красные натуральные красящие вещества имеют большое практическое значение для окрашивания продуктов питания, однако нельзя исключить их возможное применение в косметике и фармацевтике (хотя бы потому, что, к примеру, ß-каротин является провитамином А и имеет ярко выраженные физиологически-активные свойства). В качестве сырья в этом случае могут быть использованы различные виды и части растений, в частности цветы (календула), корнеплоды (морковь), окрашенные плоды (острый и сладкий перец). Растворимость каротиноидов при экстракции растительного сырья повышается благодаря разделяющему действию липидов. При одновременном применении высокого давления и температуры эта растворимость может быть увеличена. В литературе приводятся данные, что при сверхкритическом экстрагировании паприки после предварительного отделения ароматических веществ была достигнута растворимость фракции каротиноидов до 0.08 весовых процентов.

Говоря о функциональных пищевых добавках нельзя не упомянуть появившиеся в последние годы природные антиоксидантные комплексы: сверхкритические экстракты розмарина и шалфея, которые с успехом применяются в пищевой промышленности Германии, Франции и других европейских стран.

Возможность промышленного производства натуральных консервантов показана на примере переработки листьев ореха грецкого, сверхкритический экстракт которого содержит до 25% юглона, мощного природного консерванта.

Использование сверхкритического диоксида углерода для обработки прополиса приводит к удалению высокомолекулярных твердых восков и смол, что способствует получению флавоноидов высокой чистоты (галангин, пиноцембрин, пинобаксин). Этот случай - один из примеров, когда сверхкритический углекислый газ используется не для прямого выделения биологически активных веществ, а для удаления нежелательных компонентов.

Весьма перспективным считается применение сверхкритической технологии для фракционирования масел, в том числе и жира морских рыб. Например, известные работы Айзенбаха посвящены получению эйкозопентеновой кислоты (С20:5) из жира трески. В Европе широкое применение получило фракционирование полиненасыщенных жирных кислот рыбьего жира.


5. Масло-жировая промышленность

Так, например, главными способами получения жирных масел в настоящее время являются как традиционное прессование, так и экстракция различными растворителями. В ряде случаев можно применять и комбинированный метод. При этом для получения товарного масла необходимо провести целый комплекс мероприятий, таких как удаление лецитина, слизи, кислоты, произвести отбеливание, дезодорацию и т.д. Эти технологические операции являются необходимыми, но требуют привлечения дополнительного оборудования и энергетических ресурсов. При экстракции сверхкритическим углекислым газом эти процессы осуществляются в течение одного технологического цикла причем качество получаемого в этом случае масла намного лучше. Для примера приведем сравнительные данные по сырому маслу сои, экстрагированному с помощью гексана и сверхкритическим CO2 (Шталль-Квирин-Герард).

  Выход, % Остаточное масло, % Свободные жирные кислоты, % Пероксидное число m equiv/kg Неомыляемая часть, % Содержание железа, ррm Содержание фосфора, ppm
Гексан 19.0 0.7 0.6 < 0.1 0.6 1.45 505
СК-CO2 18.3 2.1 0.3 < 0.1 0.7 0.3 45

Работы в плане использования технологии сверхкритической экстракции для получения растительных масел проводились с начала 80-х годов в США (соевые бобы, кукурузные зародыши), Канаде (подсолнечник и рапс), Японии (морские водоросли), Германия (люпин, хлопок, копра, энотера). Однако на пути широкого применения этого метода в данном случае стоит достаточно сложная техническая проблема, а именно: обеспечение непрерывного внесения и выведения сырья в экстрактор и из него.

Отдельной строкой можно назвать область применения сверхкритических флюидов для получения высокочистых фосфолипидов, в частности лецитина. Особо чистый лецитин, с содержанием фосфатидилхолина до 95 %, производится только по данной технологии, и практически применим не только для переработки сои, как например, это происходит в Канаде, но и в случае переработки фосфатидного концентрата подсолнечника, в избытке производимом на юге России.



6. Табачная промышленность

Как описывалось выше, сверхкритическая технология с успехом позволяет выделять алкалоиды, что с успехом применяется в производстве табачных изделий в плане получения деникотинизированного табака, и ароматизированных сортов табака.Кроме этого, технология позволяет производить переработку отходов табачного производства, например, табачной пыли, с целью экстрагирования основных компонентов табака для производства так называемого восстановленного табака, или с целью придания более высокого качества низким сортам табака.



Назад  Вверх Версия для печати
Copyright © 2001-2017 Группа компаний «ГОРО»
Сделано в студии «RU-WEB»