Повышение эффективности извлечения биологически активных веществ из растительного сырья является одной из ключевых задач современной биотехнологии и фармацевтической технологии. Однако композитная структура древесного сырья создает основной диффузионный барьер для экстракции ценных вторичных метаболитов. Цель работы – установить количественные зависимости между режимами механоактивации измельчения коры осины обыкновенной (Populus tremula L.), изменением ее структурно-физических характеристик и кинетикой извлечения биологически активных веществ.
Объектами исследования послужили образцы коры осины обыкновенной (Томская область, Россия). Механоактивацию проводили в планетарной мельнице АГО-2С.
Установлено, что при центробежном ускорении шаров 300 м/c2 в течение 5–10 мин выход водно-спиртовых фракций возрастал на 9,5–19 %, при 600 м/c2 – на 40–44 %. При скорости вращения 1395 об/мин (7–10 мин обработки) количество извлекаемых полифенолов достигло прироста 34,6 %, при 1820 об/мин – до 61,5 %. Наибольший выход салицина наблюдался при 1820 об/мин в течение 1–3 мин и составил от 0,80 ± 0,01 до 1,00 ± 0,02 % масс. Диспергирование коры осины в течение 3 мин при 1395 об/мин приводило к повышению доли углеводной составляющей D1080/D1460, спиртовых D1140/D1460, карбоксильных групп D1280/D1460, -С=С- D1600/D1460 и ОН-групп D3400/D1460. При этом уменьшалось количество алкильных заместителей D2920/D1460 и карбонильных групп D1720/D1460. Механоактивация измельчения сырья в течение 1 мин при 1395 об/мин приводила к увеличению содержания антиоксидантов до 1,15 ± 0,02 моль/кг и появлению второго типа ингибиторов, при частоте вращения реакторов 1820 об/мин в течение 5 мин – 1,66 ± 0,03 моль/кг, период индукции – 90 мин.
Применение выявленных закономерностей и внедрение стадии механоактивации на действующих производствах позволили модернизировать процесс, повысив его рентабельность, а также обеспечить более полное использование возобновляемого растительного сырья для получения ценных биологически активных веществ.
Современные технологии производства пищевых продуктов невозможны без применения функциональных добавок, особенно полисахаридов, проявляющих технологические свойства загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов. Особый интерес представляют целлюлоза и гемицеллюлозы, которые в России не производятся. Цель исследования – разработка технологических режимов получения из депектинизированного и делигнифицированного свекловичного жома целлюлозы и гемицеллюлоз, соответствующих по своим показателям качества требованиям действующей нормативной документации – ГОСТ и ТР ТС.
Объекты исследования – свекловичный жом и получаемые из него целлюлоза и гемицеллюлозы. В работе рассмотрено влияние концентрации растворов гидроксида натрия и продолжительности обработки свекловичного жома на эффективность извлечения гемицеллюлоз, действие промывки получаемых гемицеллюлоз этанолом на их чистоту, а также воздействие обработки целлюлозосодержащего концентрата растворами соляной кислоты на результативность получения целлюлозы. Органолептические и физико-химические показатели определяли согласно общепринятым методикам.
Установлено, что увеличение концентрации раствора гидроксида натрия и продолжительности обработки свекловичного жома оказывает существенное влияние на химический состав и выход извлекаемых гемицеллюлоз. Наибольший выход гемицеллюлоз наблюдался при концентрации раствора гидроксида натрия в диапазоне 1,5–3,0 %, при дальнейшем ее увеличении происходило частичное снижение содержания гемицеллюлоз вследствие протекания реакций щелочного гидролиза. Также показано, что при щелочной экстракции совместно с гемицеллюлозами частично извлекается пектин, что может быть связано со сходством механизмов извлечения данных гидроколлоидов. Однако процесс сопутствующего извлечения пектина при щелочном извлечении гемицеллюлоз требует проведения более глубоких исследований. В результате исследования установлены эффективные режимы получения целевых продуктов: гемицеллюлозы извлекают экстракцией 2 % раствором гидроксида натрия в течение 3 ч при 25 °C с последующей двукратной промывкой 70 % этанолом; целлюлозу получают в ходе обработки 15 % раствором соляной кислоты в течение 5 ч при 60 °С. Целлюлоза и гемицеллюлозы, полученные в рамках исследования, по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют требованиям ГОСТ за исключением происхождения сырья.
Свекловичный жом является перспективным источником целлюлозы и гемицеллюлоз, что позволит обеспечить импортозамещение и повысить переработку вторичных ресурсов. Однако для использования свекловичных целлюлозы и гемицеллюлоз в пищевой промышленности требуется разработка нормативной документации.