Russian Federation
Krasnoyarsk, Russian Federation
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
Military Educational and Scientific Centre of the Air Force «Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Institut pischevyh proizvodstv, kafedra tovarovedeniya i upravleniya kachestvom produkcii APK, starshiy prepodavatel')
Military Educational and Scientific Centre of the Air Force «Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Department of Commodity Science and Quality Management of Agricultural Products, Senior Lecturer at the Department of Commodity Research and Quality Management of Agro-Industrial Complex Products)
Military Educational and Scientific Centre of the Air Force «Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»
Military Educational and Scientific Centre of the Air Force «Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Department of Commodity Science and Quality Management of Agricultural Products)
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
The purpose of the study is to improve the technology for the production of essential oil from juniper fruits using new technological equipment with a screw working body for steam distillation. Objectives: to obtain additional experimental data on the volume of essential oil output during the time period of exposure to hot steam on raw and dried fruits of common juniper. The objects of study are fresh and dry fruits of common juniper. The paper presents a technology for the production of essential oils from juniper fruits using an installation developed at the level of the invention. The use of this installation gives a technical effect, which consists in increasing the yield of essential oil by improving the quality of processing of essential oil raw materials and increasing productivity due to the mechanization of the process of "loading and unloading" of plant materials. Experimental work was carried out on fresh fruits of common juniper, cake obtained after squeezing the juice, dried fruits with a moisture content of 18–20 %, dried fruits crushed to 0.2 mm and with a moisture content of 16–18 %. The research results showed that the highest yield was obtained from fresh fruits (taken as 100 % (14.697 g)), the yield of essential oil from fruit cake after pressing and obtaining juice was 95.99 %, the yield of essential oil from dried fruits was 96.96 % and the yield of essential oil from dried fruits, crushed to 0.2 mm, was 98.92 %. It has been established that the experimental production of essential oil from the fruits of common juniper is 14–20 % higher compared to the given output according to the literature data, which indicates the efficiency of the use of new equipment.
technology, essential oil, common juniper fruit, Juniperus communis, patent, installation
Введение. Можжевельник обыкновенный (Juniperus communis L.) – это природный вечнозеленый кустарник или дерево, растущее в сухих неокультуренных регионах Азии, Европы, Крыма, Дальнего Востока и Сибири. Ягоды и хвоя можжевельника обыкновенного содержат эфирное масло с характерным ароматическим и горьким вкусом. Ягоды имеют шаровидную форму диаметром 4–12 мм и обычно три (иногда шесть) мясистых сросшихся чешуек, каждая чешуя с одним семенем. Семена рассеиваются, когда птицы поедают шишки, переваривая мясистую чешуйку и выделяя твердые семена с пометом. Мужские шишки желтые, 2–3 мм в длину, опадают вскоре после сброса пыльцы. Вяжущие сине-черные семена обычно слишком горькие, чтобы их можно было есть сырыми, и их сушат для использования в качестве кулинарного компонента в разных регионах мира. Эфирное масло, полученное из спелых сушеных ягод, имеет легкий фруктовый аромат [1–3].
Выход летучего масла из ягод и хвои можжевельника зависит от географического положения растения, степени спелости и возраста, а также метеорологических условий (температура, продолжительность солнечного света, продолжительность фотопериода). Средний выход масла варьировался от 0,5 до 2,5 % (ягоды) и от 0,2 до 1,0 % (хвоя). В последние годы в ряде публикаций сообщалось о составе масла из ягод и хвои можжевельника. Традиционно эфирное масло получают из ягод можжевельника путем гидродистилляции. Его состав значительно варьируется и состоит в основном из монотерпенов (α-пинен, сабинен, мирцен) и сесквитерпенов (кариофиллен, мууролен, гермакрен-D и B, гумулен). Основными оксигенированными терпеноидами являются терпинен-4-ол, цитронеллол и терпенилацетат. Выполненные исследования химического состава можжевельника обыкновенного (Juniperus communis L.) показали [1, 2, 4, 5], что во всех составных частях биомассы можжевельника содержится эфирное масло. Наибольшее количества эфирного масла обнаружено в плодах можжевельника обыкновенного (1,5–3,0 %) [6].
Учитывая широкое применение плодов можжевельника обыкновенного в парфюмерной, фармацевтической, косметической и пищевой промышленностях, были проведены научно-исследовательские работы для дальнейшего развития и увеличения объемов производства можжевелового эфирного масла по ресурсосберегающей технологии на малогабаритном оборудовании в отдаленных местах по месту произрастания растительного сырья.
Цель исследования – совершенствование технологии производства эфирного масла из плодов можжевельника с использованием нового технологического оборудования со шнековым рабочим органом для паровой дистилляции.
Задачи: получение дополнительных экспериментальных данных по объемам выхода эфирного масла во временной период воздействия острого пара на сырые и сушеные плоды можжевельника обыкновенного.
Объекты и методы. Объектом исследования являются свежие и сухие плоды можжевельника обыкновенного. Последовательность методов исследования объемов выхода по разработанной технологии паровой дистилляции производства эфирных масел из плодов можжевельника обыкновенного представлена на рисунке 1.
Технология сбора плодов можжевельника соответствует требованиям ГОСТ 2802-89 «Плоды можжевельника обыкновенного».
Практическая реализация разработанного производственного цикла извлечения можжевелового масла на приведенной схеме рисунка 1 определяется технической новизной установки паровой дистилляции можжевелового сырья.
|
Производственный цикл изготовления эфирного масла из плодов можжевельника |
|
Технология сбора плодов можжевельника |
|
Технология подготовки можжевельника к переработке |
|
Очистка свежих плодов |
|
Измельчение сушеных плодов |
|
Ферментация плодов |
|
Производство сока |
|
Жмых из плодов |
|
Технология паровой дистилляции плодов |
|
Жмых |
|
Сушка жмыха |
|
Измельчение |
|
Вакуумная упаковка |
|
Масло эфирное можжевеловое по ГОСТ 150 8897-2017 |
|
Внешний вид |
|
Цвет |
|
Запах |
|
Относительная плотность при 20 °С |
|
Показатели преломления при 20 °С |
|
Угол вращения плоскости поляризации света при 20 °С |
|
Кислотное число |
|
Жидкость |
|
Бледно-зеленый; бледно-желтый |
|
Сладковато-древесный, бальзамический |
|
Не менее 0,850 Не более 0,880 |
|
Не менее 1,470 Не более 1,483 |
|
От 0 °С до -16 °С |
|
Не более 2 |
|
Установка для паровой дистилляции можжевелового сырья |
|
Концентрирование сока |
Рис.1. Схема производственного цикла можжевелового эфирного масла
На рисунке 2 представлена кинематическая схема установки для паровой дистилляции (интеллектуальная собственность которой защищена патентом Российской Федерации [7]), которая состоит из блока А, блока Б, блока В и блока Г.
Блок А включает в себя холодильник 1 и флоринтину 2. Блок Б состоит из герметичного контейнера 1, крышки 2, полого шнека 3, опоры 4, загрузочного бункера 5, герметичного люка 6, плодов можжевельника 7, полости для подачи острого пара 8. В верхней части контейнера 1 имеется патрубок отвода 9, парораспределительная камера 17. Блок В включает редуктором 1, привод шнека 2 и блоком управления 3. Блок Г – паровой котел 1 и печь 2.
Установка работает следующим образом. Перегретый пар из блока Г поступает в парораспределитель 17, который распределяет его по полому шнеку 3 через отверстия в валу и полости 8. Истекая из отверстий, пар осуществляет нагрев всей массы сырья плодов можжевельника обыкновенного 7, находящегося в контейнере 1.
В блоке В включается реверс привода от блока управления 3 и вращает шнек 2 через редуктор 1, совершая периодически по одному обороту шнека 3 в противоположные стороны, что увеличивает интенсивность процесса паровой обработки плодов можжевельника обыкновенного 7. Образовавшиеся в результате отгонки пары воды с частицами эфирного масла движутся вверх и через патрубок отвода 9 поступают в холодильник 1 блока А, где конденсируются. Образовавшийся дистиллят воды и масла стекает из холодильника 1 во флорентину 2. Здесь он разделяется на масло-сырец и флорентинную воду.
Рис. 2. Кинематическая схема установки для паровой дистилляции плодов можжевельника.
Повышение производительности и улучшение качества отгонки эфиромасличных паров достигается за счет интенсификации процесса паровой обработки плодов можжевельника острым водяным паром, основная часть которого, проходя через измельченную плодовую массу, перемешивается с частицами эфирного масла, увлекая их за собой в холодильник и далее во флорентину, где происходит разделение конденсата на масло-сырец и флорентинную воду.
Результаты и их обсуждение. Экспериментальные исследования производились со свежими плодами массой 0,5 кг, со жмыхом массой 0,5 кг, полученного путем прессования свежих ягод для производства сока, с сушеными плодами массой 0,5 кг и сушеными плодами, измельченными до размера 0,2 мм. В загруженных экспериментальных образцах во внутреннюю полость лабораторной установки, при подаче острого пара температурой 115–120 °С, начинается процесс дистилляции плодах можжевельника, при котором острый пар поднимается вверх и захватывает летучие компоненты из плодов и создается смесь с ароматическими молекулами, причем чем выше концентрация ароматических молекул, тем выше качество конечного продукта. Для повышения условий полного выхода ароматических молекул в разработанной установке предусмотрено включение реверса привода от блока управления для периодического вращения шнека через редуктор в противоположные стороны, что позволяет перемещать плоды в обратном направлении и тем самым увеличивать интенсивность процесса паровой обработки плодов можжевельника. Выход эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного приведен в таблице.
Выход эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного, г
|
Номер опыта |
Свежие плоды |
Жмых от плодов прессования |
Сушеные плоды |
Сушеные плоды, измельченные до 0,2 мм |
|
1 |
14,75 |
14,21 |
14,32 |
14,53 |
|
2 |
14,71 |
14,10 |
14,18 |
14,56 |
|
3 |
14,63 |
14,12 |
14,22 |
14,58 |
|
4 |
14,66 |
14,01 |
14,28 |
14,61 |
|
5 |
14,64 |
14,04 |
14,26 |
14,60 |
|
6 |
14,69 |
14,06 |
14,28 |
14,56 |
|
7 |
14,70 |
14,14 |
14,21 |
14,51 |
|
8 |
14,72 |
14,17 |
14,28 |
14,50 |
|
9 |
14,73 |
14,09 |
14,18 |
14,46 |
|
10 |
14,74 |
14,13 |
14,29 |
14,48 |
|
Среднее значение: |
14,697 |
14,107 |
14,250 |
14,539 |
Анализ результатов экспериментальных исследований зависимости выхода можжевелового эфирного масла от физического состояния плодов можжевельник обыкновенного показал, что наибольший выход можжевелового эфирного масла обеспечивают свежие ягоды, заготовленные согласно требованиям ГОСТ 2802-89 «Плоды можжевельника обыкновенного» (условно принимаемый за 100 % выход 14,697 г), выход эфирного масла из жмыха от плодов после прессования и получения сока составил 95,99 %, выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 18–20 % составил 96,96 % и выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 16–18 % и измельченных до 0,2 мм составил 98,92 %.
Заключение
- Результаты выполненных экспериментальных исследований показали, что наибольший выход эфирного масла получен из свежих плодов можжевельника обыкновенного (принимаемый за 100 % выход 14,697 г), выход эфирного масла из жмыха от плодов после прессования и получения сока составил 95,99 %, выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 18–20 % – 96,96 % и выход эфирного масла из сушеных плодов влажностью 16–18 % и измельченных до 0,2 мм – 98,92 %.
- Установлено, что экспериментальное производство эфирного масла из плодов можжевельника обыкновенного на 14–20 % выше приведенного выхода из литературных данных, что указывает на эффективность использования нового оборудования.
1. Gerling N.V., Punegov V.V., Gruzdev I.V. Komponentnyy sostav efirnogo masla mozhzhevel'nika obyknovennogo (Juniperus communis L.) pod pologim elovym drevostoem na evropeyskom severo-vostoke Rossii // Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2016. № 2. S. 89–96.
2. Komponentnyy sostav efirnogo masla lapki i shishkoyagod mozhzhevel'nika sibirskogo Evenkii / E.A. Efremov [i dr.] // Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2011. № 2. S. 127–131.
3. Sostav ekstraktivnyh veschestv drevesnoy zeleni mozhzhevel'nika obyknovennogo (Juniperus sommunis L.) priarkticheskih territoriy / N.V. Selivanov [i dr.] // Lesnoy zhurnal. 2019. № 6. S. 235–241.
4. Sokraschenie sbrosa pihtovogo masla pri ego proizvodstve / T.V. Nevzorova [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2011. № 10. S. 201–204.
5. Oleynikova T.A., Stepanova E.F. Razrabotka tehnologii pererabotki plodov mozhzhevel'nika (Juniperus sommunis L.) // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015. № 4. S. 5–11.
6. Kustova S.D. Spravochnik po efirnym maslam. M.: Pischevaya prom-st', 1978. 208 s.
7. Pat. 2437926 Rossiyskaya Federaciya, MPK S 11V 9/02 (2006.01). Pihtovarennaya ustanovka / A.V. Samoylov, V.N. Nevzorov, A.I. Yarum, T.N. Nevzorova; zayavitel' i patentoobladatel' FGOU VO «Krasnoyarskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet». № 2010122102/13; zayavl. 21.05.2010; opubl. 27.12.2011.
