Особенности технологического процесса подготовки сырья розы эфиромасличной к промышленной переработке способом гидродистилляции

Республика Крым, вследствие своих уникальных природных и климатических условий всегда была и остается традиционным регионом выращивания и переработки эфиромасличного, перспективного масличного и лекарственного сырья, а интеграция Республики Крым в экономическую систему Российской Федерации позволит стимулировать и существенно повысить темпы развития эфиромасличной отрасли, как в регионе, так и в целом по стране [1].

Эфиромасличная продукция, получаемая в результате переработки розы эфиромасличной различными способами широко востребована на отечественном и мировом рынках эфиромасличной продукции, в пищевой промышленности, производстве лечебно-профилактических препаратов, ароматерапии.

В составе розового эфирного масла по последним данным обнаружено более 250 компонентов, но не все они являются собственными компонентами розы эфиромасличной, некоторые из них образуются в технологических процессах подготовки и переработки сырья.

Основными и наиболее ценными компонентами розового эфирного масла являются терпеновые спирты — цитронеллол, нерол, гераниол, в составе розового эфирного масла также присутствуют соединения ароматического ряда, основным из которых является в-фенилэтиловый спирт. Важными компонентами, формирующим характерные физико-химические свойства розового эфирного масла являются стеароптены — углеводороды с числом углеродных атомов более 17.

Содержание эфирного масла в цветках розы эфиромасличной отечественных сортов составляет 0,08−0,12% к массе цветков, промышленный выход розового эфирного масла составляет 0,06−0,10% к массе сырья. Основным компонентом отечественного розового эфирного масла остается в-фенилэтиловый спирт, доля терпеновых спиртов в составе масла относительно невелика.

В цветках розы большая часть эфирного масла содержится в связанном состоянии, многие из компонентов находятся в гликозидносвязанном состоянии, в основном в форме в-D глюкопиранозидов.

Для повышения промышленного выхода эфирного масла необходимо осуществить перевод эфирного масла из связанного состояния в свободное. Этот технологический процесс называется ферментацией. В ходе ферментации под влиянием собственных ферментов цветка происходит гидролиз гликозидносвязанных компонентов масла, что приводит к повышению содержания в сырье свободного эфирного масла и, как следствие, повышению его промышленного выхода. Эффективность процесса ферментации зависит от многих факторов, в том числе времени сбора цветков, способа ферментации, соблюдения технологических режимов выбранного способа. Использование различных способов ферментации оказывает влияние не только на выход эфирного масла, но в значительной степени и на его качество, поэтому, при выборе способа необходимо обязательно учитывать его влияние на содержание в эфирном масле основных, наиболее ценных компонентов, которыми являются (как указывалось выше) терпеновые спирты.

Гидролиз в-D-глюкопиранозидов (автоферментация) начинается на розовых плантациях во время уборки сырья (в мешках сборщиков) и продолжается в таре, в которой сырьё доставляют на перерабатывающее предприятие.

В настоящее время широкое распространение получили способы производственной ферментации, основанные на повышении активности ферментной системы цветков и направленности ее действия при использовании ряда технологических приемов — самосогревания, использования анаэробных условий.

Ферментация самосогреванием [2] заимствована из болгарской технологии и осуществляется в мешках из грубой ткани, при этом масса сырья в мешке не должна превышать 15 кг, температура сырья не должна подниматься выше 360С, продолжительность ферментации составляет 6−9 часов. Этот способ может применяться самостоятельно, он обеспечивает значительное повышение промышленного выхода эфирного масла, может применяться и в сочетании с другими способами, в частности с ускоренной тепловой ферментацией.

Недостатком данного способа является невозможность регулирования температуры сырья, а при повышении температуры цветков выше оптимальной (45−500 С) отмечается ухудшение качества товарной продукции.

Ферментация в анаэробных условиях была предложена Н. З. Якобашвили [3]. Способ осуществляется в полиэтиленовых мешках, пропускающих углекислый газ, который образуется при дыхании цветков. Цветки розы в количестве 10 кг загружают в полиэтиленовые мешки вместимостью 0,045 м³. Мешки герметично закрывают и выдерживают в течение 8−12 часов под навесами, при температуре 20−280С. Данный способ позволяет повысить промышленный выход эфирного масла на 30−40% в сравнении с традиционным способом ферментации.

Традиционные же способы ферментации основаны на гидролизе в-D-глюкопиранозидов собственными ферментами цветка. К ним относят:

• -ферментацию в воде при температуре окружающей среды [4];
• -ферментацию в растворе поваренной соли при температуре окружающей среды [5];
• -ускоренную тепловую ферментацию [6].

Особенности вышеперечисленных способов ферментации:

1. Способ ферментации в воде, предложенный В. А. Соколом и А. И. Фадеевым [ 4 ] осуществляется при температуре окружающей среды, при соотношении сырья и воды 1:2, в течение 6−12 часов. При этом способе предъявляются высокие требования к качеству воды. Для ферментации нельзя использовать воду из открытых водоёмов, так как в ней присутствует собственная микрофлора, оказывающая заметное негативное влияние на органолептические показатели готовой продукции.

В зарубежной практике используют воду с пониженной температурой, в которой не развивается посторонняя микрофлора, а качество масла получается высоким, за счет частичного растворения в ней в-фенилэтилового спирта, иногда в процессе ферментации используют охлажденный вторичный дистиллят, образовавшийся после отделения вторичного эфирного масла.

• 2. Способ ферментации в растворе поваренной соли (консервация), предложенный инженером Г. И. Бобылевым [5] нашел широкое распространение в отечественной эфиромасличной промышленности, благодаря консервирующим свойствам поваренной соли. Способ позволяет использовать воду из открытых водоемов, так как используемая концентрация поваренной соли достаточно высока и составляет 16−20%. Соотношение цветков и солевого раствора составляет 1:2, продолжительность ферментации 6−12 часов при температуре окружающей среды. Обязательное условиеполное погружение цветков розы в раствор поваренной соли, что достигается периодическим перемешиванием ферментируемой массы. Недостатком способа является использование поваренной соли по ряду причин:
  • -во-первых, ионы натрия и хлора подавляют активность собственных ферментных систем, отмечается снижение содержания в эфирном масле терпеновых спиртов;
  • -во-вторых, использование раствора поваренной соли высокой концентрации, приводит к ухудшению экологической обстановки и засолению земель.
• 3. Способ ускоренной тепловой ферментации предложен Ф. С. Танасиенко, К. Г. Персидской, А. П. Чипигой [6] заключается в погружении цветков розы эфиромасличной в солевой раствор предварительно нагретый до 50 0С и выдерживании их перед переработкой в течение 2 часов. Температура ферментируемой массы составляет 43−450С, повышение приводит к инактивации ферментов и снижению выхода масла на 10−15%. При этом способе ферментации выход розового эфирного масла увеличивается на 50% и более. Тепловую ферментацию цветов розы на перерабатывающих предприятиях проводят в ферментационных емкостях ЭАКР-9,3. Преимуществом способа является сокращение продолжительности процесса ферментации, увеличение промышленного выхода эфирного масла.

Тепловую ферментацию осуществляют и в воде при температуре 500 С без добавления соли, продолжительность процесса составляет 2 часа. Этот вариант заключается в том, что лепестки розы погружают в воду обычной температуры и нагревают их в ферментационной емкости до 500С. Соотношение сырья и воды составляет 1:2. Прирост содержания эфирного масла составляет до 80%.

Достоинством считается то, что в производстве не надо иметь больших резервуаров для солевого раствора. Недостатками можно считать сложности в прогреве больших масс розы в производственных условиях и высокие требования к качеству воды.

По сравнению с традиционным способом ускоренной тепловой ферментации — способ ферментации цветков розы путем выдерживания их в жидкости (воде или растворе поваренной соли) подверженной вакуум-обработке [7]. Ферментация осуществляется в герметических резервуарах с водой или раствором поваренной соли, температурой 50 °C. Отмечается повышение выхода эфирного масла на 30—40%. Достоинство способа — воздух, удаленный из аппарата при создании вакуума, содержит эфирное масло и направляется на сорбционную установку для получения дополнительного количества эфирного масла.

Для повышения выхода эфирного масла при переработке способом гидродистилляции в качестве перспективного способа используется ферментация с применением ферментных препаратов. Используемые препараты — комплексный препарат целлюлазы и ферментные препараты на его основе Г-10х, Г-15х. Использование различных ферментных препаратов может изменять соотношение терпеновых спиртов в заданном направлении, увеличивая, к примеру, содержание нерола или цитронеллола. Ферментный препарат вводится в ферментируемую массу с температурой окружающей среды за два часа до начала процесса гидродистилляции в количестве 0,1% к массе сырья.

В биокаталитической технологии [8] использовали свежесобранные цветки розы эфиромасличной сортов Крымская красная и Казанлыкская розовая. Роль в данном процессе гидролиза гликозидов принадлежит микробной в-глюкозидазе.

Наиболее эффективными признаны в-глюкозидаза из культуры Aspergillus awamori l и целлюлолитический препарат из культуры Trichoderma viride l. Оптимальными условиями биокатализа являются нативное значение pH сырья, температура процесса 45 °C, гидромодуль 1:2, продолжительность ферментативной обработки 4 часа. В результате в розовом масле увеличивается массовая доля по сравнению с контролем: цитронеллола — более чем в 1,5 раза; нерола — в 2 и более раз; гераниола — в 1,5 раза.

Обработка сырья микробными ферментными препаратами позволяет повысить промышленный выход розового масла на 21—42%.

Среди ряда научных исследований, пока не нашедших практического применения, можно отметить использование физических методов в подготовке цветков розы, можно выделить следующие:

А) Использование гоблучения [9] на свежих цветках источником 60Со различными дозами при мощности излучения 300р/мин на установке «РАД». В зависимости от дозы гоблучения изменялось содержание эфирного масла. Выявлены оптимальные дозы облучения (2кР), повышающие содержание эфирного масла на 12−27% (в зависимости от индивидуальной реакции сорта).

Недостатком данного способа является сложность применения в промышленных масштабах, вредность и опасность для здоровья человека.

B) Использование воды, обработанной магнитным полем для получения эфирного масла [10]. Сущность способа — цветки розы заливали водой, обработанной магнитным полем (пропущенной через зазор постоянного магнита с градиентом магнитного поля 14 000 Гс/см со скоростью 100 см/с), Проникая в клетки цветка, вода воздействует на ферментативные процессы и высвобождает свободное эфирное масло. Предлагаемый способ увеличивает выход эфирного масла розы эфиромасличной на 17−19%, повышая массовую долю терпеновых спиртов и снижая массовую долю в-фенилэтилового спирта в составе эфирного масла.

C) Способ быстрого замораживания цветков розы, воздействие сверхнизких температур [11]. Розу подвергали быстрому замораживанию в жидком азоте, находящемся в сосуде Дьюара. Цветки переносили в колбу и заливали горячей водой. Массовую долю эфирного масла определяли методом Далматова [12]. В результате массовая доля эфирного масла возросла на 10−12%. Компонентный состав масла не изменился.

D) Воздействие токов высокой частоты [13]. Продолжительность действия токов высокой частоты на свежие цветки розы ограничивали 3 мин. В результате массовая доля эфирного масла в цветках возросла в среднем на 10−13%, при отсутствии изменений в компонентном составе эфирного масла.

E) Воздействие глубокого вакуума [13]. Сущность способасырье розы предварительно обрабатывали глубоким вакуумом 400—933 Па (3—7 торр) в течение 30 мин. Воздействие глубокого вакуума повысило массовую долю эфирного масла на 10—12% при неизменном составе.

Ряд научных исследований посвящен использованию химических способов в подготовке цветков розы к переработке. Среди них можно отметить следующие:

• 1. Способ получения эфирного масла с использованием 3,5−7% раствора сернокислого калия [14] температурой 500С. Продолжительность процесса ферментации составляла 3 часа. Полученное эфирное масло содержало терпеновые спирты 28—33% при содержании в свежих цветках 36—42%. Достоинством способа является возможность получения дополнительного продукта — гидролизного масла, использующееся в качестве отдушки для товаров бытовой химии.
• 2. Способ ферментации цветков розы с использованием едкого натра [15]. Отличается от традиционного использованием 0,03−0,07% раствора едкого натра. Способ позволяет снизить кислотное число и повысить массовую долю терпеновых спиртов в составе эфирного масла.

Анализ представленных способов ферментации свидетельствует, что целесообразным для процесса ферментации сырья розы эфиромасличной является тепловое воздействие на него. Использование сверхвысокочастотного нагрева возможно приведет к положительным изменениям количественного содержания и компонентного состава масла, для чего необходимо провести дополнительные исследования.

Достоинства применения микроволнового электромагнитного поля обосновываются избирательностью преобразования электромагнитной энергии в тепловую, большой глубиной проникновения поля, эффективностью и экономичностью. Рост температуры в живой клетке при микроволновом нагреве ведет к росту внутриклеточного давления, следовательно, из клетки через поры в клеточных мембранах будет удаляться масса вещества, возможно приводя к повреждению мембран. Оптимальным для процесса ферментации сырья розы является тепловое воздействие на сырье, а применяя СВЧ-излучение в процессе подготовки сырья розы к переработке, возможен переход связанного эфирного масла в свободное, что приведет к повышению промышленного выхода эфирного масла.

По сравнению с традиционными способами тепловой обработки материалов СВЧтехнологии обладают рядом преимуществ: локализация нагрева в пределах замкнутого контура рабочего тела, возможность полной автоматизации процесса, высокий КПД (близкий к 100%), экологичность, надежность, минимизация расходных материалов, создание экономичных технологических процессов, уменьшение затрат энергии. Необходимо дополнительно исследовать процесс влияния электромагнитного поля СВЧ диапазона на выход целевого продукта и на компонентный состав розового масла.

роза эфирный масло промышленный.

• 1. Черкашина Е. В. Процесс интеграции Республики Крым в Российское ономическое пространства как стимул развития эфиромасличной и лекарственной отрасли страны: ГУЗЕМ, 2014.
• 2. Фролов В. А. Новый метод подготовки цветков розы перед гидродистилляцией. Обмен опытом работы парфюмерно-косметических фабрик.М., Гостехиздат, 1960
• 3. Якобашвили Н. З., Зейтуридзе Ц. Ш., Швангирадзе О. Э., Каджая Л. В., Синаташвили Л. А., Харшиладзе А. А. Ферментация цветков розы в анаэробных условиях.-Масло-жировая промышленность, 1979, т.4
• 4. Технология натуральных эфирных масел и синтетических душистых веществ/И.И.Сидоров, Н. А. Турышева, Л. П. Фалеева, Е. И. Ясюкевич.-М.:Легкая и пищевая промышленность, 1984.-368с.
• 5. Чипига А. П., Зюков Д. Г., Найденова В. П., Маковкина Н. П., Волченков В. Ф., Персидская К. Г., Танасиенко Ф. С. Справочник технолога эфиромасличного производства-М.:Легкая и пищевая промышленность, 1981.-184с.
• 6. Танасиенко Ф. С., Персидская К. Г., Чипига А. П. А. с. 37 935.Ускоренная тепловая ферментация цветков розы.-Опубл. В Б.И., 1963.
• 7. К. Г. Персидская, Ф. С. Танасиенко, В. А. Сокол и А. И. Торбицкий.способ ферментации эфиромасличного сырья.-описание изобретения.225 357
• 8. Г. Н. Румянцева, Н. И. Дунченко. Биокатализ: концепция и практическое использование. Учебное пособие.-М.:ДеЛи принт, 2010.-118 с.
• 9. А. А. Зальцфас, Н. Г. Пономарева, В. И. Тютюнник. Способ подготовки цветков розы к получению эфирного масла., 1977, т.10
• 10. В. И. Тютюнник, А. А. Зальцфас.Способ получения эфирного масла из цветков розы.-описание изобретения.(11)872545.
• 11. А. А. Зальцфас, В. И. Тютюнник. Физико-химические методы подготовки цветков розы к переработке.-МЖП, 1981, т, 2
• 12. Биохимические методы анализа эфирномасличных растений и эфирных масел.-Симферополь, 1972.-107 с.
• 13. А. А. Зальцфас, В. И. Тютюнник. Физико-химические методы подготовки цветков розы к переработке.-МЖП, 1981, т, 2
• 14. П. С. Бугорский, Е. И. Бобраков, В. Н. Мельников, С. А. Резникова. Способ получения эфирного масла из цветков розы.-описание изобретения .(11)639923
• 15. Л. И. Филипова и В. А. Шляпников.-Способ ферментации цветков розы. Описание изобретения к авторскому свидетельству. SU 1 154 320