Комплексная переработка плодов кориандра

XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Комплексная переработка плодов кориандра

Саянов К.А. 1
1Гимназия № 40 г. Минска, 11"А"
Сташкевич Ю.Д. 1
1Гимназия № 40 г. Минска
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Кориандр произрастает в умеренных широтах, в том числе и на территории Беларуси. Может выращиваться и перерабатываться на территории нашей страны, что является экономически выгодным, т.к. продукты его переработки закупаются из других стран.

Комплексное использование сырья - одна из основных задач любой отрасли современной промышленности. Это в полной мере относится к переработке эфиромасличного сырья, в состав которого входит целый ряд ценных веществ, таких, как жирное масло, белки, углеводы, витамины, дитерпеновые и тритерпеновые соединения, растительные воски. Ограничиваться получением из сырья только эфирного масла - слишком расточительно. Некоторые виды сырья перерабатываются комплексно. К таким видам сырья относится кориандр.

Отходы кориандра содержат до 24% жирного масла, которое сосредоточено в ядре, и имеют влажность на 1-8% выше, чем сырьё, поступающее на процесс отгонки эфирного масла. Отходы относятся к трудно экстрагируемым материалам и требуют специальной многостадийной подготовки к экстракции.

Жирное масло используется в металлургической, текстильной и полиграфической промышленности, а также в мыловаренной.

В настоящее время в Республике Беларусь кориандр не находит промышленного использования.

Объект исследования: плоды Coriandrum sativum.

Цель: разработать комплексную технологию переработки семян кориандра.

Задачи: для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

Определить содержание эфирного масла в семенах кориандра, его качественный и количественный состав;

Методом вакуумной ректификации отделить основной компонент эфирного масла, который будет использован для создания отдушек и парфюмерных композиций.

Определить содержание жирного масла в семенах кориандра, а также его жирно-кислотный состав;

Определить содержание сырого протеина в семенах кориандра;

Разработать технологию комплексной переработки семян кориандра с выделением эфирного масла, жирного масла и получением белковой составляющей комбикорма для крупного рогатого скота.

Методы:

Физические: гравиметрический, гидродистилляция, пикнометрический, газовая хроматография, вакуумная ректификация, вакуумная отгонка, исчерпывающая экстракция в аппарате Сокслета, определение азота методом Кьельдаля.

Химические: ацетилирование уксусным ангидридом в присутствии ортофосфорной кислоты, титрование.

Гипотеза: выделение из семян кориандра эфирное масло, жирное масло; использование оставшегося после их выделения шрота в качестве основного белкового компонента в кормах для крупного рогатого скота.

Актуальность: В Республике Беларусь не используется технология переработки семян кориандра. Однако в последнее время во всём мире наблюдается рост использования эфирных и жирных масел в медицине, парфюмерно-косметической, полиграфической и текстильной промышленностях. Соответственно переработка семян кориандра является перспективной отраслью промышленности для нашего региона.

Кориандр используется в пищевой промышленности в качестве приправ и пряностей. Плоды кориандра входят в состав сборов, используемых в медицине в качестве отхаркивающих, противовоспалител

ьных, желчегонных средств.

Новизна данной работы заключается в использовании оставшегося после выделения масел кориандра шрота в качестве основного белкового компонента в кормах для крупного рогатого скота.ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПЛОДОВ КОРИАНДРА

Эфирное масло. Основным компонентом эфирного масла кориандра является линалоол. Линалоол - третичный терпеновый алифатический спирт с запахом цветков ландыша. Кориандровое масло – одно из самых популярных пряных масел. Также это уникальный психотерапевтический инструмент, яркий, сильный и восстанавливающий антидепрессант. Эфирное масло кориандра используют лишь в нескольких методах ароматерапии, но оно отличается сильным воздействием и высокой эффективностью. Кроме этого, его используют для лечения артрита, ревматизма, невралгии и других заболеваний суставов [1].

Жирное масло. Масло кориандра обладает нормализующим пищеварительные процессы действием, (уровень содержания сахара в крови и выделение инсулина). Кроме того, применение масла кориандра стимулирует выделение в кровь эстрогена, что способствует улучшению репродуктивной функции. Также это масло обладает противовоспалительным, антисептическими обезболивающим действиями.

Белок и клетчатка. Из-за высокого содержания белка и клетчатки отходы производства эфирного и жирного масла кориандра, при добавлении определенного ряда витаминов, могут служить кормом для крупного рогатого скота [1].

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Определение массовой доли влаги

Задачей эксперимента является нахождение оптимального времени для полного обезвоживания сырья, а также определение массы влаги во взятой массе семян. Для решения этой задачи сырьё помещалось в сушильный шкаф при температуре 105℃ и через определённый промежуток времени проводилось его взвешивание. Массовую долю влаги X (%) к массе навески определяют по формуле:

Х= 100 (m1 – m2) / (m1 – m3),


Данная методика описана в приложении 1. Зависимость содержания влаги в семенах от времени высушивания описана в графике (рисунок 1).

Рисунок 1. Зависимость влаги от времени высушивания

Таким образом, исходя из описанного опыта, оптимальным временем для обезвоживания сырья является 3 часа.

2.2. Выделение эфирного масла кориандра методом гидродистилляции

Гидродистилляция – простейший вариант извлечения эфирных масел, заключающийся в отгонке воды в присутствии растительного материала [1]. Задачей данного опыта является извлечение эфирного масла кориандра и определение его количества в семенах. Для ее решения сырьё помещалось в установку для гидродистилляции (рисунок 2), где, в процессе 3-х часовой отгонки воды, эфирное масло собиралось в насадке 3 (рисунок 2) . Подробная методика данного метода описана в приложении 1.

Содержание эфирного масла относительно общей массы используемого сырья отражено в диаграмме (рисунок 3)

Рисунок. 3. Процентное содержание эфирного масла кориандра

Таким образом, при помощи метода гидродистилляции было выявлено, что в порции семян массой 65,66 г. содержится 1.2 мас. % эфирного масла.

2.3. Определение плотности эфирного масла кориандра

Методика определения плотности при помощи пикнометра описана по ГОСТу [3]. Плотность эфирного масла определялась по формуле:

где t1 − температура масла, ℃;

t2 − температура воды, ℃;

m1 − масса пикнометра с маслом, г;

m − масса пикнометра без воздуха, г;

m2 − масса пикнометра с водой, г.

Результаты измерений:m1 = 3,5671 г; m = 2,8931 г; m2 = 3,6505 г.

Результаты вычислений: p = 0,8899.

Таким образом, исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что плотность соответствует ГОСТу [3].

2.3.1. Качественный состав эфирного масла кориандра

Эфирное масло кориандра – подвижная бесцветная или желтоватая жидкость с сильным запахом линалоола.

Качественный состав эфирного масла кориандра был определён с помощью метода газовой хроматографии.

 

Рисунок 4. Газовая хроматограмма эфирного масла

Таблица 1

Таблица пиков газовой хроматограммы эфирного масла

Название

П/Ш

Время

Высота

Площадь

Концентрация

 

Доза

вещества

 
               

1

Альфа-

00:00:05

00:11:04

0,00500

0,02632

1,35534

 

2,00000

пинен

 
               

2

Мета-

00:00:06

00:11:50

0,00090

0,00515

0,26508

 

2,00000

цимол

 
               

3

Бета-пинен

00:00:06

00:12:57

0,00036

0,00230

0,11822

 

2,00000

4

Сабинен

00:00:06

00:13:18

0,00067

0,00436

0,22444

 

2,00000

5

Бета-

00:00:07

00:13:40

0,00201

0,01477

0,76047

 

2,00000

мирцен

 
               

6

1,8-цинеол

00:00:08

00:16:19

0,00163

0,01370

0,70546

 

2,00000

7

лимонен

00:00:08

00:16:45

0,00329

0,02743

1,41226

 

2,00000

8

Изо-

00:00:10

00:19:27

0,00547

0,05716

2,94295

 

2,00000

терпинолен

 
               

9

Терпинолен

00:00:11

00:22:33

0,00075

0,00845

0,43517

 

2,00000

10

Линалоол

00:00:53

00:25:01

0,03076

1,63262

84,06392

 

2,00000

11

Геранил

00:00:13

00:28:39

0,00734

0,09345

4,81162

2,00000

ацетат

             

12

Бензиловый

00:00:11

00:30:30

0,00033

0,00345

0,17774

2,00000

спирт

             

13

2-децкналь

00:00:09

00:31:33

0,00030

0,00284

0,14620

2,00000

14

Карвон

00:00:09

00:32:50

0,00068

0,00639

0,32923

2,00000

15

Борнеол

00:00:14

00:36:14

0,00016

0,00221

0,11402

2,00000

16

Гераниол

00:00:16

00:39:13

0,00246

0,03843

1,97859

2,00000

Таблица 2

Качественный состав эфирного масла кориандра по ГОСТу.

Название компонента

Содержание, мас. %

1

линалоол

65,0–78,0

2

камфара

4,0–6,0

3

альфа-пинен

3,0–7,0

4

гамма-терпинен

2,0–7,0

5

лимонен

2,0–5,0

6

геранилацетат

1,0–3,5

7

гераниол

0,5–3,0

8

альфа-терпиненол

0,5–1,5

9

мирцен

0,5–1,5

Основным компонентом эфирного масла семян кориандра является линалоол. По ГОСТу [3] его содержание в эфирном масле должно составлять около 65 - 78%. В полученом нами эфирном масле, по газовой хроматограмме, содержание линалоола состаляет 84 мас. %, что даже превышает требования ГОСТа.

2.4. Ректификация эфирного масла плодов кориандра

Поскольку основные компоненты эфирного масла кориандра (линалоол, камфара, пинены, лимонен, мирцен, альфа-терпиненол, гераниол и геранилацетат) имеют близкие температуры кипения (153–183°С), то разделить их, применяя фракционную перегонку с дефлегматором, не удается. Для этой цели рекомендуется пользоваться ректификационной колонкой (рисунок 5).

 

Рисунок 5 Установка для фракционной разгонки

 

1 – колонка с насадкой; 2 – нагревательный элемент; 3 – внешний кожух; 4,

5 – холодильник; 6 – сборник фракции; 7 – термометры; 8 – масляная баня;

9 – терморегулятор; 10 – контактный термометр;

11 – регулятор напряжения обогрева колонки; 12 – вакууметр; 13 – ресивер;

14 – вакуумный насос; 15 – запорный кран

Итогом ректификации эфирного масла является выделение линалоола с содержанием основного вещества 96,96 мас. %, что видно на хроматограмме (рисунок 6).

Рисунок 6 Хроматограмма эфирного масла после ректификации

2.4.1. Получение линалоолового эфира уксусной кислоты

Линалооловый эфир уксусной кислоты – это бесцветная жидкость с характерным запахом бергамота [2].

Синтетически линалилацетат можно изготовить из линалоола. Однако, благодаря способности линалоола легко отщеплять элементы воды, чистый линалилацетат с хорошим выходом обычными способами ацетилирования получить нельзя, нами был использован следующий метод: 10 г линалоола смешивают с 7 Г уксусного ангидрида и к полученной смеси, при помешивании и охлаждении, прибавляют в 1 г смеси уксусного ангидрида с ортофосфорной кислотой [4].

При проведении реакции наблюдается повышение температуры, поэтому необходимо охлаждать полученную смесь и следить, чтобы температура не поднималась выше 38°С. После того как установится постоянная температура, реакцию можно считать законченной. Продукт реакции следует вылить в воду, отделить выделившийся масляный слой, промыть содой и, до нейтральной реакции, высушить и перегнать в вакууме (рисунок 7). По анализу почти весь линалоол превращается в ацетат, представляющий собой смесь линалил- и гераилацетатов. Выход достигает 80–90% от теоретически возможного.

 

Рисунок 7. Установка для отгонки мономеров изомеризата под вакуумом

 

1 – масляная баня; 2 – терморегулятор; 3 – контактный термометр; 4, 9 – колба; 5 – насадка;

6 – термометр; 7 – холодильник; 8 – аллонж

2.5. Получение и качественный анализ жирного масла кориандра

Задачей проведенного эксперимента является получение жирного масла из оставшегося шрота, а также определение его качественного состава, массовой доли в исходном продукте [5,6]. Массовую долю жирного масла в семенах определяют исчерпывающей экстракцией низкокипящим растворителем с помощью аппарата Сокслета. (рисунок 8).

В качестве сырья в своём опыте мы использовали шрот, оставшийся после получения эфирного масла. Растворителем выступал петролейный эфир. Подробная методика по экстракции описана в приложении 2. В результате эксперимента мы определили

качественный состав, который отражен в таблице 3, приведенной ниже [5,6].

Таблица 3

Качественный состав жирного масла

         

Наименование кислоты

Обозначение

Содержание, мас. %

 
       

Миристолеиновая

С14:1

0,1

 
       

Пальмитиновая

С16:0

2,7

 
       

Стеариновая

С18:0

0,4

 
       

Пальмитолеиновая

С16:1

0,4

 
       

Олеиновая

С18:1

80,1

 
       

Линолевая

С18:2

15,7

 
       

Арахиновая

С20:0

0,2

 
       

Гондоиновая

С20:1

0,4

 
       

где Сx:y – в кислоте всего X атомов углерода и Y двойных связей.

Масса полученного жирного масла составила 7.864 г, что составляет 17.654 мас. % от исходной массы. Отношение массы жирного масла к начальной массе шрота представлено в диаграмме (рисунок 9). Все вычисления приведены в приложении 3.

Рисунок 9. Процентное содержание жирного масла в шроте

2.6. Определение показателей жирного масла

2.6.1. Определение кислотного числа.

Метод, которым проводилось определение кислотного числа, основан на титровании пробы жира раствором гидроксида калия в присутствии индикатора фенолфталеина (приложение 3).

2.6.2. Определение перекисного числа.

Метод заключается в прибавлении водного раствора йодида калия к жиру, растворенному в смеси ледяной уксусной кислоты и хлороформа, после чего смесь выдерживают в темноте в течение определенного промежутка времени и далее выделившийся йод титруют тиосульфатом натрия

(приложение 3).

2.6.3. Определение цветного числа.

Метод определения цветности масла основан на сравнении интенсивности окраски исследуемого материала с окраской стандартных растворов йода (приложение 3) [5,6].

Таблица 4

Показатели жирного масла

       

Кислотное число, мг

Перекисное число, ½

Цветное число, мг I2

 

КОН/г

моль О/кг

   

7,2

10,2

45

 

2.7. Определение массы белка в шроте

Задачей проведенного эксперимента является определение количественного содержания белка в остаточном шроте. Эксперимент заключается в отделении с помощью осадителей белков от других азотсодержащих веществ [7]. В качестве осадителя используют гидроксид меди при избытке в растворе медной соли. Всё это переносят в колбу для сжигания и проводят определение азота по методу Кьельдаля (рисунок 10), сущность которого подробно описана в методике (приложение 4).

Рисунок 10. Пробирки в аппарате Кьельдаля до и после сжигания углеводородов

Образовавшийся аммиак отгонялся с парами воды, а дистиллят количественно собирался в приемник, содержащий титрованный раствор борной кислоты [7].

Визуальные результаты проведения дистилляции отображены на фотографии (рисунок 11). Первые 4 колбы содержат исследуемый материал, 5-ая не содержит биологического материала и является визуальным индикатором для определения азота в других колбах. Изменение окраски содержимого колб свидетельствует о том, что в исследуемых образцах находятся азотсодержащие соединения.

Рисунок 11. Колбы с титруемым раствором, где 1-4 номера проб, 5 - контрольная

Количество отгоняемого аммиака определяли прямым титрованием (рисунок 12). Метод прямого титрования подробнее описан в приложении 4.

Рисунок 12. Колбы с исследуемым раствором после титрования

По окончанию титрования количество азота в начальном шроте мы определяем по формуле:

X=((a-b)·0,0014)/g·100%,

где a – количество 0,1 н. раствора кислоты, взятое для поглощения аммиака, мл; b – количество 0,1 н. раствора щелочи, израсходованное на титрование остатка кислоты по окончании перегонки, мл; g – масса абсолютно сухой навески сырья, взятого для анализа, г; 0,0014 – количество азота, эквивалентное 1 мл 0,1 н. раствора щелочи, мг.

Вычислив азот, теперь мы можем определить количество белка по формуле.

Б = 6,25Х,

где 6,25 –белковый коэффициент. Определяется из соотношения: 100 / 16 = 6,25, где 16 – среднее содержание азота в составе белков.

Таким образом, в результате опыта мы определили количество белка в исходном шроте (данные изображены в таблице). Вычисления приведены в приложении 4.

Таблица 5

Количества белка в исходном шроте

   

количество 0,1 н

     

№ пробы

m сух.нов. (г)

H2SO4 израсход.

содер. азота в

колич. белка

 

на титрование

пробе (%)

(%)

 
     
   

(мл)

     
           

1

1,0005

12,90

1,8051

11,2819

 
           

2

1,0003

12,95

1,8125

11,3279

 
           

3

1,0006

13,00

1,8189

11,3682

 
           

4

1,0000

13,05

1,8270

11,4188

 
           
     

Сред. содер.

11,3492

 
     

белка

 
         
           

Таким образом, в исходном шроте среднее содержание белка составляет примерно 11,3492 мас. %.

2.8. Качественный и количественный состав семян кориандра

Данные изображены в таблице 6.

Таблица 6

Качественный и количественный состав семян кориандра

Продукт переработки

Масса сырья, г.

Масса продукта

Процентное

 

переработки, г.

содержание, мас. %

 
     
         

Эфирное масло

100

1,2

1,2

 
         

Жирное масло

100

17,654

17,654

 
         

Белок

100

11,3492

11,3492

 
         

Углеводы

100

61,1358

61,1358

 
         

Вода

100

8,661

8,661

 
         

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполненной исследовательской работы была изучена возможность применения комплексной переработки семян кориандра в промышленности Республики Беларусь с получением эфирного масла, (с его последующей переработкой и получением душистых веществ), жирного масла, выделением сырого протеина. Так как в нашей стране не используется технология комплексной переработки сырья, хотя выращивание Coriandrum sativum в нашем климате не требует создания каких-либо условий, а спрос на продукты переработки плодов кориандра во всём мире растёт, то поставленные цели и задачи являются актуальными.

Для достижения поставленной цели в ходе исследовательской работы было выделено эфирное, жирное масло из плодов кориандра, определён качественный и количественный состав данных масел. Были исследованы показатели жирного и эфирного масел. Полученные данные показали, что продукты переработки семян кориандра соответствуют всем нормам ГОСТ, следовательно, могут быть использованы для массового производства и применения. Также был получен сырой протеин, который может быть использован при производстве комбикорма.

При проведении работы было рассчитано процентное содержание влаги, масел, белков и углеводов в плодах кориандра. Полученные данные свидетельствуют о том, что плоды Coriandrum sativum подходят для комплексной переработки.

Разработка комплексной переработки семян позволяет максимально эффективно и экономно использовать имеющееся сырье, продукты переработки которого имеют разновекторную направленность.

ЛИТЕРАТУРА

Болтовский, В.С. Технология натуральных эфирных масел и синтетических душистых веществ: пособие для студентов специальности 1-48 02 01 «Биотехнология» специализации 1-48 02 01 03 «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / В.С.Болтовский, В.Л. Флейшер. – Минск: БГТУ, 2009. – 189с.

Войткевич С.А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии / С.А. Войткевич. – Москва: Пищевая промышленность, 1994. 594с.

ГОСТ ISO 3516-2018 Масло эфирное из плодов кориандра (Coriandrum sativum L.). Технические условия [Электронный ресурс] – 2018 -Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/1200160235. Дата доступа: 07-01-2019

Исагулин В.И. Синтетические душистые вещества / В.И. Исагулин – Ереван: Издательство академии наук армянской ССР, 1946

Ламоткин, А.И. Технология производства растительных масел: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-48 02 01 «Биотехнология» специализации 1-48 02 01 03 «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / А.И. Ламоткина, Т.П. Цедрик, В.Л. Флейшер. – Минск: БГТУ, 2007. – 42с.

Маркевич, Р.М. Химия жиров: тексты лекций для студентов специальности «Биотехнология» специализации «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов» / Р.М. Маркевич, Ж.В. Бондаренко. – Минск: БГТУ, 2011. – 220с.

Щербина, Л.А. Метод Кьельдаля: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-48 02 01 «Биотехнология», 1-49 01 01 «Технология хранения и переработки растительного сырья», 1-49 01 02 «Технология хранения и переработки животного сырья», 1-91 01 01 «Производство продукции и организация общесвенного питания» / Л.А. Щербина [и др.]; под общ. ред. Б.Э. Геллера.- Минск: БГТУ, 2007. – 88с.

Просмотров работы: 25