Возможности СВЧ-технологий при выделении хвойных эфирных масел

Секция «Экология промышленности»

УДК 574:620.2

В. В. Мирошниченко, Е. В. Петренко Научные руководители - В. Н. Паршикова, Р. А. Степень ГОУ ВПО Красноярский государственный торгово-экономический институт, Красноярск

ВОЗМОЖНОСТИ СВЧ-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ХВОЙНЫХ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ

К настоящему времени разработаны и реализованы многие схемы использования различного древесного сырья, в том числе и весьма эффективные, базирующиеся на глубокой переработке древесной зелени, коры и опилок хвойных и лиственных пород.

Известны разработки по получению хлорофилло-каротиновой пасты, хлорофиллина натрия, СИЛКа, инсектицидов, кормовых продуктов и т. д. Внедрение этих производств хотя и предполагает значительный экономический эффект, но требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, квалифицированных кадров и сложного оборудования. Доступнее организация производств, вырабатывающих продукцию с использованием сравнительно простых технологий и с привлечением незначительных вложений.

Одним из таких производств является выделение из растительных отходов эфирных масел. Фактически существующие технологии переработки древесной зелени позволяют получать четыре товарных продукта: эфирных масел, хвойного экстракта, кормовых продуктов и флорентинной воды. Основными из них являются эфирные масла и экстракты, которые находят потребление как ингредиенты продуктов пищевой, парфюмерной, медицинской промышленности, товаров бытовой химии. Важнейшей задачей таких производств является оптимизация условий получения этих товаров.

Выделение эфирных масел из растительного сырья связано с использованием традиционных технологий, главным недостатком которых является большая продолжительность контакта сырья с экст-рагентом. Кроме того, при использовании традиционных технологий много ценных компонентов остается в сырье из-за их прочных связей с субклеточными структурами.

Кроме того, метод пассивной экстракции, применяемый для производства растительных экстрактов, является весьма продолжительным. В связи с этим важное значение имеют разработки ускоренных технологий выделения биологически активных веществ, к которым относится микроволновая экстракция. Ее преимущества определяются особенностями микроволнового нагрева, к которым относятся выделение теплоты в объеме материала и однонаправленность градиентов температуры и давления, что способствует ускорению массообменных процессов. По сравнению с классическими такой метод протекает достаточно быстро.

При микроволновой экстракции можно отказаться от растворителя, используя воду или даже только внутреннюю влагу растительного сырья. Ее преимуществом является возможность объединения микроволнового пространства и конденсационной камеры, обеспечив герметичность системы, исключив таким

образом попадания туда загрязнения. При этом возможно достижение высокой чистоты, что важно при получении биологически активных веществ.

Применение этого метода снижает превращения биологически активных веществ растений в связи с сокращением к минимуму нагрева растительного материала. Кроме того, при герметизации системы уменьшаются потери легколетучих веществ. Немаловажно и уменьшение трудовых затрат, учитывая сокращение времени на протекание процесса по сравнению с традиционными методами.

Применение микроволновых технологий при экстракции биологически активных веществ имеет и ряд других преимуществ по сравнению с традиционными. Они функционируют от простых и дешевых источников питания с высоким уровнем выходной мощности в непрерывном режиме и характеризуются возможностью эффективной работы при переменной нагрузке, простотой конструкции, надежностью, большим сроком эксплуатации (2-5 тыс. ч). При этом отмечается простота подачи СВЧ энергии практически к любому участку нагреваемого объекта. Важное преимущество СВЧ нагрева - тепловая безынерционность, т. е. возможность практически мгновенного включения и выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал. Отсюда высокая точность регулировки процесса нагрева и его воспроизводимость.

Достоинством СВЧ нагрева является также принципиально высокий КПД преобразования СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемого объекта, достигающего 70-90 %. Тепловые потери в подводящих трактах обычно невелики и стенки волноводов и рабочих камер остаются практически холодными, что создает комфортные условия для обслуживающего персонала. Эти особенности микроволновой обработки материалов при правильном построении схемы обработки во многих процессах обеспечивают большую производительность установки.

Использование энергии микроволнового излучения позволяет значительно интенсифицировать множество химических и физико-химических процессов с КПД в 1,5-2 раза превышающей КПД установок с традиционными теплоносителями. Высокая скорость микроволнового воздействия, отсутствие температурных градиентов при микроволновом нагреве уменьшают распад термостабильных соединений.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Таблица 1

Выход и состав терпеноидов хвойных эфирных масел

Показатели Содержание, %

Микроволновой нагрев Гидродистилляция

Эфирное масло кедра

Продолжительность, мин. 25 180

Выход, % 1,83 1,67

Монотерпены 57,32 62,53

Сесквитерпены 35,36 32,18

Остальные 0.65 0,56

Всего терпеноидных соединений 93,33 95,27

Кислородсодержащие соединения 6,67 4,73

Эфирное масло пихты

Продолжительность, мин. 25 180

Выход, % 2,54 2,21

Монотерпены 43.61 49,20

Сесквитерпены 5.27 3,35

Остальные 0,65 0,П

Всего терпеноидных соединений 49.53 52,66

Кислородсодержащие соединения 50,47 47,34

Таблица 2

Физико-химические показатели кедрового и пихтового эфирных масел, полученных различными способами

Наименование Эфирное масло кедра Эфирное масло пихты

показателя Микроволновой нагрев Гидродистилляция Микроволновой нагрев Гидродистилляция

Плотность при 20±2°С, г/см3 0,8657 0.8702 0,9076 0,9081

Показатель преломления при 20±2°С 1,4782 1,4775 1,4722 1,4714

Кислотное число мг КОН 0,67 0,56 0,41 0,37

на 1 г продукта

Эфирное число 24,08 32,74 105,03 106,93

Для оценки преимуществ микроволновой технологии получения эфирного масла, его состава и свойств проведена серия опытов посредством этого и гидродистилляционного способа. Выделение эфирного масла проводилось в аппарате Клевенд-жера, в качестве микроволнового источника использовалась модифицированная лабораторная микроволновая установка с мощностью в рабочей камере до 500 Вт. Сырьем стала свежезаготовленная древесная зелень кедра сибирского и пихты сибирской. Состав эфирных масел исследовался методом хро-мато-масс-спектрометрии на газожидкостном хроматографе «Agilent Technologies» Hewlett-Packard с использованием в качестве газа-носителя гелия и

температурой колонки в пределах 70—280 °С. Результаты исследования компонентного состава эфирных масел приведены в табл. 1.

Результаты данных исследований свидетельствуют об эффективности выделения хвойных эфирных масел посредством микроволновой технологии. Она обеспечивает существенное ускорение процесса и повышение выхода целевого продукта без ухудшения его качества.

© Мирошниченко В. В., Петренко Е. В., Паршикова В. Н., Степень Р. А., 2010