Получение подсластителя из растительного сырья

ИННОВАЦИОННОЕ СЫРЬЕ — ОСНОВА КАЧЕСТВЕННЫХ НАПИТКОВ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 663.88

Получение подсластителя из растительного сырья

А. Е. Чусова,

канд. техн. наук, доцент;

Н. И. Алексеева,

канд. техн. наук, доцент

Воронежский государственный

университет инженерных

технологий

Н. Д. Верзилина,

д-р техн. наук, профессор

Воронежский государственный

аграрный университет

К. К. Полянский,

д-р техн. наук, профессор

Холдинг «Молвест»

Ключевые слова:

дитерпеновые гликозиды;

натуральный подсластитель;

стевиозид; стевия.

Keywords:

diterpene glycosides;

a natural sweetener; stevioside; stevia.

Реферат

В качестве исходного сырья при получении стевиозида использовали листья стевии сорта Рамонская сластена. Установили основные параметры экстракции листьев стевии водой и этиловым спиртом — температуру, гидромодуль, продолжительность. Рассчитали выход стевиозида в зависимости от массы стевии.

Abstracts

The Stevia leaves of varieties «Ramonskaya sweet» as a raw material in obtaining Stevioside are used. The baseline extraction parameters of stevia leaves with water and ethanol — temperature, ratio of water and solid phase, the duration of process are established. The yield of Stevioside depending on the weight of stevia is calculated.

Существующая проблема массового заболевания взрослого населения и детей сахарным диабетом и ожирением из-за нарушения углеводного обмена в организме, развитие кариеса зубов у детей требует использования подсластителей в производстве продуктов диетического и диабетического назначения.

Широко используемые в настоящее время искусственные подсластители (аспартам, цикламат и др.) по результатам многочисленных научных исследований не безопасны для здоровья.

В некоторых странах (Япония, США) уже на протяжении 40 лет ведутся исследования по выявлению природных низкокалорийных подсластителей растительного происхождения, безвредных для человека. Особого внимания в этом отношении заслуживает стевия [1].

Стевиозид — натуральный подсластитель, который выделяют из листьев стевии. Это тетрацикли-ческий дитерпеновый гликозид [2]. Дитерпеновые гликозиды обладают следующими достоинствами: имеют сладкий вкус без постороннего привкуса; практически нулевую энергетическую ценность; устойчивы при нагревании и длительном хранении; обладают противогрибковой и антибактериальной активностью; хорошо растворяются в воде; безвредны при длительном употреблении; обладают противовоспалительным действием; включаются в процесс обмена веществ без участия инсулина, так как они не изменяют, а нормализуют уровень глюкозы в крови [3].

Основная цель данного этапа работы — разработка технологии натурального подсластителя (стевио-зида) из листьев стевии.

В качестве исходного сырья при получении стевиозида использовали листья стевии сорта Рамонская сластена.

Степень измельчения (1-3 мм) была выбрана, исходя из экспериментов, проделанных д-ром с-х. наук Г. К. Подпориновой [2].

Основные факторы, влияющие на процесс перехода стевиозида из листьев в раствор: температура, гидромодуль, продолжительность экстракции.

Оптимальную температуру водной экстракции определяли экспериментальным путем (табл. 1).

Проведение водной экстракции при 40...100 °С позволяет увеличить содержание экстрактивных веществ, а вследствие этого и суммы дитерпе-новых гликозидов в водном экстракте из листьев стевии. Поэтому растет и выход сухого целевого продукта. Проведение экстракции при температуре ниже 90 °С снижает содержание суммы дитерпеновых гликозидов в водном экстракте, что приводит к снижению выхода целевого продукта.

Повышение температуры экстракции выше 100 °С не увеличит выход продукта (рис. 1). Оптимальные извлечение дитерпеновых гликозидов, а следовательно, и выход продукта достигаются при температуре экстракции 90 °С, потому что увеличение температуры свыше 90 °С повышает выход продукта всего лишь на 0,09 %, что является незначительным.

24 ПИВО и НАПИТКИ 2013

ИННОВАЦИОННОЕСЫРЬЕ — ОСНОВАКАЧЕСТВЕННЫХНАПИТКОВ

Гидромодуль (соотношение сырья и экстрагента) значительно влияет на выход экстракта, поэтому была проведена серия опытов по подбору наиболее оптимального гидромодуля (табл. 2).

Так как выход сухого продукта должен зависеть в большей степени от эффективности процесса экстракции, то снижение выхода остатка может быть напрямую связано с увеличением выхода органических веществ. При увеличении гидромодуля обработки возрастает градиент концентрации между водой и стевией, что приводит к уменьшению выхода сухого продукта.

Из табл. 2 видно, что при гидромодуле 1:5 хоть и высоко содержание экстрактивных веществ, но содержание дитерпеновых гликозидов меньше, чем при экстракции в соотношении 1:10, где содержание гликозидов выше, следовательно, выше и выход сухого продукта. Дальнейшее увеличение гидромодуля ведет к уменьшению выхода, а следовательно, нерационально в использовании.

Продолжительность экстракции также была подобрана по серии экспериментов (табл. 3).

При увеличении продолжительности экстракции от 60 до 180 мин наблюдается увеличение выхода сухого продукта. Оптимальная продолжительность процесса экстракции — 120 мин, потому что при 180 мин выход сухого продукта увеличился всего лишь на 0,29%, что незначительно по сравнению с энергозатратами.

При определении количества сливов отслеживали динамику содержания общих экстрактивных веществ в каждом сливе (рис. 2).

Из рис. 2 видно, что содержание экстрактивных веществ уменьшается с увеличением порядкового номера слива. Поэтому проводили трехкратную экстракцию водой, так как при дальнейшем экстрагировании количество экстрактивных веществ незначительно.

Таким образом, в результате экстрагирования водой выход сухого продукта составил всего лишь 10,32% от массы стевии, поэтому мы продолжили экстракцию более сильным растворителем — этиловым спиртом, который безопасен в использовании и широко применяется в пищевой промышленности.

2013 ПИВО и НАПИТКИ 25

Таблица 1

Температура процесса экстракции, °С Общее содержание экстрактивных веществ в водном извлечении, % от массы стевии Содержание суммы дитерпеновых гликозидов в водном извлечении, % от массы стевии Выход сухого продукта, % от массы стевии

40 36,51 5,12 7,37

50 37,22 6,04 8,23

60 38,01 6,67 8,47

70 40,17 7,44 9,11

80 43,64 7,81 9,87

90 46,11 8,17 10,32

100 47,22 8,19 10,33

60 70 80

Температура экстракции, °С

Рис. 1. Выход продукта в водном извлечении в зависимости от температуры экстракции

40

50

90

100

Таблица 2

Гидромодуль

Общее содержание экстрактивных веществ в водном извлечении, % от массы стевии

Содержание суммы дитерпеновых гликозидов в водном извлечении, % от массы стевии

Выход сухого продукта, % от массы стевии

1:5 45,95 7,98 10,02

1:10 46,11 8,17 10,32

1:15 42,11 7,78 9,78

Таблица 3

Продолжительность экстракции, мин Общее содержание Содержание суммы экстрактивных веществ дитерпеновых гликозидов в водном извлечении, в водном извлечении, % от массы стевии % от массы стевии Выход сухого продукта, % от массы стевии

60 39,33 6,74 9,35

120 46,11 8,17 10,32

180 44,55 8,19 10,35

ее

60 -г

50

3

Номер слива

Рис. 2. Содержание суммы экстрактивных веществ

в водных сливах экстракта стевии при температуре 90 °С

0

1

2

4

5

ИННОВАЦИОННОЕСЫРЬЕ — ОСНОВАКАЧЕСТВЕННЫХНАПИТКОВв

0

1 <

S ш I-

Оптимальную температуру экстракции этанолом определяли экспериментальным путем (табл. 4).

Проведение экстракции этиловым спиртом при 20.90 °С позволяет увеличить содержание экстрактивных веществ, а вследствие этого и суммы дитерпеновых гликозидов, в спиртовом экстракте. Проведение экстракции при температуре ниже 30 °С существенно снижает содержание суммы дитерпеновых гликозидов в спиртовом экстракте, что приводит

к снижению выхода целевого продукта. Повышение температуры экстракции выше 60 °С не увеличивает выход продукта (рис. 3).

Результаты исследований показали, что оптимальные извлечение дитерпеновых гликозидов, а следовательно, и выход продукта достигаются при температуре 60 °С, потому что увеличение температуры экстракции повышает выход продукта всего лишь на 0,82%, что незначительно.

Таблица 4

Температура процесса экстракции,°С Общее содержание экстрактивных веществ в спиртовом извлечении, % от массы стевии Содержание суммы дитерпеновых гликозидов в спиртовом извлечении, % от массы стевии Выход сухого продукта, % от массы стевии

20 15,59 2,32 3,30

30 15,75 2,87 3,61

40 15,97 3,02 3,97

50 17,52 3,32 4,18

60 19,63 3,62 4,88

70 20,63 3,64 4,92

80 21,27 3,75 4,94

90 21,27 3,75 4,94

30 40 50 60 70 80

Температура экстракции этиловым спиртом, °С

Рис. 3. Выход продукта в спиртовом извлечении в зависимости от температуры экстракции

Таблица 5

Гидромодуль Общее содержание экстрактивных веществ в спиртовом извлечении, % от массы стевии Содержание суммы дитерпеновых гликозидов в спиртовом извлечении, % от массы стевии Выход сухого продукта, % от массы стевии

1:0,5 20,17 3,19 4,52

1:1 19,63 3,62 4,88

1:1,5 18,21 2,89 4,22

Таблица 6

Общее содержание Продолжительность экстрактивных веществ экстракции, мин в спиртовом извлечении % от массы стевии Содержание суммы дитерпеновых гликозидов в спиртовом извлечении, % от массы стевии Выход сухого продукта, % от массы стевии

20 13,97 3,01 4,02

30 19,63 3,62 4,88

40 19,68 3,79 4,90

Гидромодуль (соотношение сырья и экстрагента) значительно влияет на выход экстракта, поэтому была проведена серия опытов по подбору наиболее оптимального гидромодуля (табл. 5).

Из табл. 5 видно, что при гидромодуле 1:0,5 хоть и высоко содержание экстрактивных веществ, но содержание дитерпеновых гликозидов меньше, чем при гидромодуле 1:1, где содержание гликозидов выше, следовательно, выше и выход сухого продукта. Дальнейшее увеличение гидромодуля 1:1,5 ведет к уменьшению выхода сухого продукта на 15,6%, поэтому данное соотношение не является оптимальным.

Продолжительность экстракции также была подобрана по серии экспериментов (табл. 6).

При увеличении продолжительности экстракции от 20 до 40 мин повышается выход сухого продукта. Оптимальная продолжительность процесса экстракции — 30 мин, потому что при 40 мин выход сухого продукта увеличился всего лишь на 0,4%, что незначительно по сравнению с трудоемкостью процесса.

При определении количества сливов отслеживали динамику содержания общих экстрактивных веществ в каждом сливе. Полученные данные представлены на рис. 4.

Из рис. 4 видно, что содержание экстрактивных веществ уменьшается с увеличением порядкового номера слива. Поэтому проводили трехкратную экстракцию спиртом, так как при дальнейшем экстрагировании количество экстрактивных веществ составило 0,3%.

При объединении полученных водных и спиртовых экстрактов были получены следующие показатели (табл. 7).

Полученный объединенный экстракт был темного цвета, обладал невысокой сладостью и неприятным привкусом. Экстракт с данными характеристиками не подходит для применения в пищевой промышленности, а в частности в приготовлении безалкогольных напитков в качестве подсластителя. Поэтому было принято решение очистить полученный экстракт.

Дальнейшую работу проводили в следующем порядке: водные экстракты объединяли, упаривали их до содержания экстрактивных веществ 47 %. Добавляли к ним сливы

20

90

26 ПИВО и НАПИТКИ

2013

4,5

3,5

Г"

3

Номер слива

Рис. 4. Содержание суммы экстрактивных веществ в спиртовых сливах экстракта стевии при температуре 60 °С

Таблица 7

Общее содержание Экстракт экстрактивных веществ, % от массы стевии Содержание суммы Выход сухого 1 дитерпеновых гликозидов, продукта, 1 % от массы стевии % от массы стевии 1

Водный 46,11 8,17 10,32

Спиртовой 19,63 3,62 4,88

Объединенные водные 65 74 и спиртовые экстракты , 11,79 15,20

Таблица 8

Показатель Характеристика показателя 1

Внешний вид Кристаллический гигроскопичный порошок

Цвет Серо-белый

Вкус Сильно сладкий с небольшой горечью

Запах Без запаха

Содержание гликозидов, % 68

В том числе:

стевиозид 5,92

ребаудиозид А 1,99

ребаудиозид С 0,14

Антиоксидантная активность, мг/г 19,5

после трехкратной экстракции этиловым спиртом, концентрировали объединенные спиртовые и водные экстракты до содержания сухих веществ 67%. Разбавляли концентрат водой в соотношении 1:1 и проводили очистку бутилпропионатом до обесцвечивания эфирной фазы. Из разбавленного концентрата упаривали водную фазу до содержания сухих веществ 50-55%. Полученный очищенный экстракт сушили в вакуум-сушилке при температуре 55...60 °С до влажности 1,5-2,0%.

Конечным продуктом стал порошок, так как его удобно хранить и дозировать в пищевые продукты.

Органолептические и физико-химические показатели стевиозида представлены в табл. 8.

Таким образом, полученный нами подсластитель отвечает современ-

ным требованиям рынка, учитывает основные тенденции его развития и может использоваться при создании продуктов функционального назначения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Применение экстрактов растительного сырья в качестве биологически активных добавок к пище/Л. А. Маюрникова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2000. — № 5. — С. 42.

2. Подпоринова, Г. К. Экологические аспекты производства и переработки стевии: авто-реф... докт. дисс./Г. К. Подпоринова. — Воронеж: ВГАУ, 2006.

3. Подпоринова, Г. К. Получение порошкообразного подсластителя из стевии с использованием распылительной сушки/Г. К. Подпоринова, К. К. Полянский, Д. М. Богомолов // Пищевая промышленность. — 2005. — № 8. — С. 134. «

Выпускники Тульского государственного университета завершили стажировку

Три выпускника Тульского государственного университета успешно завершили стажировку на заводе «Балтики». Теперь молодые специалисты приняты на следующие позиции на тульском филиале: инженер-механик, инженер-электроник, инженер-энергетик. Кроме них еще 25 студентов и выпускников технических вузов по всей России закончили свое обучение на пивоваренном производстве. Команда инженеров на 10 заводах «Балтики» пополнится молодыми кадрами.

Успешность проекта студенческих стажировок по техническим специальностям пивоваренной компании «Балтика» под названием «Управляй будущим» подтвердилась на итоговой конференции стажеров и их наставников в конце января в Санкт-Петербурге. Будущие инженеры из разных городов — Санкт-Петербурга, Воронежа, Ростова-на-Дону, Самары, Ярославля, Челябинска, Красноярска, Новосибирска, Хабаровска и, конечно же, Тулы — представили свои проекты коллегам и топ-менеджерам компании.

Весной 2012 г. компания «Балтика» объявила о масштабной программе для студентов технических специальностей — «Управляй будущим» — полугодовых оплачиваемых стажировках в технических службах на пивоваренных заводах «Балтики». Почти три десятка человек из шестисот претендентов с хорошими результатами прошли конкурсные испытания и приступили к стажировкам. Молодые специалисты сначала прошли обучение на производстве, затем под руководством опытных наставников — сотрудников «Балтики» — разработали собственные проекты по совершенствованию каких-либо технологических процессов на пивоваренных заводах.

В 2013 г. компания «Балтика» возобновит набор будущих инженеров. Студенты Тульского государственного университета смогут вновь попробовать свои силы. Стажировки для технических специалистов стартуют летом. До этого студенты и выпускники должны будут пройти тестирование, интервью с представителем дирекции по персоналу, с наставником и главным инженером, а также выполнить кейс-задание.

Каждый стажер программы «Управляй будущим» получит опыт работы в одной из самых крупных компаний в России в сфере производства товаров народного потребления, возможность развития профессиональных компетенций и оценку деятельности наставником, что позволит выявить сильные стороны и зоны развития для дальнейшего успешного построения карьеры.

2013 ПИВО и НАПИТКИ

1

2

4

5