Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Утилизация отходов цитрусовых плодов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Демакова, Евгения Александровна, Красноярск

Министерство общего и профессионального образования РФ Сибирский государственный технологический университет

На правах рукописи

Демакова Евгения Александровна

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ЦИТРУСОВЫХ плодов НА ПРИМЕРЕ АПЕЛЬСИНОВ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научные руководители: д. б. н., прфессор

Р. А. Степень к. т. н., доцент В. Н. Паршикова

Красноярск, 1998

Содержание

Введение...................4

1. Эфирные масла, их получение, свойства и значение в народном хозяйстве..................8

1.1. Потребительские свойства и использование эфирных масел.... 8

1.2. Получение, качество и стабилизация эфирных масел......12

1.2.1. Содержание, состав и свойства эфирных масел.......12

1.2.2. Методы получения эфирных масел..........14

1.3. Апельсиновое эфирное масло............17

1.3.1. Выход, состав и характеристика...........17

1.3.2. Возможности интенсификации выделения апельсинового

эфирного масла...............21

1.3.3. Стабилизация и пути использования апельсинового эфирного

масла..................25

1.3.4. Утилизация отходов эфирномасличного производства .... 28

1.4. Программа исследований.............32

2. Методическая часть...............33

2.1. Исходные материалы..............33

2.2. Условия выделения апельсинового эфирного масла.......38

2.3. Методы исследования эфирного масла.........39

2.4. Методы исследования кубового раствора........43

2.5. Методы исследования твёрдой массы, оставшейся после отгонки эфирного масла...............45

2.6. Социологические методы исследования.........47

3. Экспериментальные данные и обсуждение результатов.....50

3.1. Динамика выделения эфирного масла.........50

3.2. Влияние размера частиц.............61

3.3. Методы интенсификации выделения эфирного масла из

кожуры апельсинов..............68

3.3.1. Влияние температуры на выход и состав масла......69

3.3.2. Влияние кислотно-щелочной обработки........75

3.3.3. Влияние ферментативной деструкции сырья.......78

3.3.4. Выбор оптимальных условий процесса выделения

апельсинового эфирного масла...........89

3.4. Переработка некондиционных плодов апельсинов......95

3.5. Состав и направления использования апельсинового эфирного

масла и отходов производства...........97

3.6. Стабилизации апельсинового эфирного масла.......104

4. Исследование возможностей производства и потребления эфирных

масел из отходов цитрусовых............109

4.1. Анализ рынка сырья для производства апельсинового масла

в г. Красноярске...............109

4.2. Маркетинговые исследования потенциального потребительского спроса на изделия с цитрусовыми отдушками.......116

4.3. Анализ мнения специалистов о возможности внедрения

в производство апельсинового эфирного масла . . . . .118

4.4. Результаты пробного внедрения апельсинового эфирного масла . . 122

4.4.1. Внедрение апельсинового эфирного масла в кондитерские

и хлебобулочные изделия............122

4.4.2. Расчёт экономической эффективности внедрения апельсинового эфирного масла на ТОО "Фабрика-кухня"........124

4.4.3. Внедрение апельсинового эфирного масла в косметические

средства серии IPSO..............127

Выводы...................131

Список используемой литературы............135

Приложения

Введение

Эфирные масла относятся к важной группе непродовольственных товаров. Основными потребителями натуральных эфирных масел являются предприятия парфюмерно-косметической и пищевой промышленности. Однако большинство российских предприятий применяют в своём производстве узкий ассортимент эфирных масел. По этой причине их продукция, изготовленная на основе натуральных компонентов, в том числе эфирных масел, не отличается большим разнообразием запаха. Это приводит к уменьшению потребительского спроса, в связи с чем свои предпочтения потребители отдают аналогичным товарам импортного производства, которые имеют более приятный запах и упаковку, хотя по своим функциональным свойствам зачастую уступают российским товарам. Отсюда насущным становится расширение ассортимента товаров народного потребления за счёт увеличения числа и объёмов отдушек, выделяемых при переработке природного сырья.

Решению такой задачи способствует широкое использование натуральных эфирных масел. В этом отношении цитрусовые обладают приоритетом и большими потенциальными возможностями. Положение этой группы товаров в нашей стране никогда не было удовлетворительным. Даже в 80-ых годах, в период вхождения Грузии и других союзных республик в состав СССР, отечественная эфиромасличная промышленность далеко не обеспечивала натуральными эфирными маслами потребности народного хозяйства. Годовая потребность на них составила 3500 т при фактической выработке лишь 1000-1500 т, что уже тогда не позволило существенно расширить объём производства и ассортимент парфюмерно-косметических товаров и повысить их качество.

Известно, что большинство эфиромасличных предприятий бывшего СССР находилось на территории союзных республик. В связи с этим после его распада произошло серьёзное снижение в российском эфиромасличном производстве ассортимента натуральных эфирных масел. В частности, цитрусовые эфирные

масла в полном объёме стали импортируемым продуктом. Резкое снижение их производства указывает на острую необходимость улучшения положения в эфиромасличной отрасли, на вовлечение в неё всех резервов. Предварительной стадией развития является проведение научных исследований по получению, спросу и потребительским свойствам эфирных масел.

Цель и основные задачи. Выдвинуто предположение о возможности получения цитрусовых эфирных масел, в частности, апельсинового в районах, где цитрусовые культуры не выращиваются, но куда ведутся в сравнительно больших объёмах с целью потребления поставки цитрусовых плодов. Организация малых производств по переработке отходов их реализации и потребления позволила бы снизить импорт дорогостоящих натуральных эфирных масел и ароматизирующих составов на их основе, а также расширить ассортимент продовольственных и непродовольственных товаров за счёт введения в них цитрусовых отдушек.

В связи с изложенным целью работы было исследование возможности утилизации отходов апельсиновых плодов с получением эфирного масла и его применением для ароматизации продовольственных и непродовольственных товаров.

При достижении цели решались следующие задачи:

1. Изучение содержания, состава и свойств эфирного масла из кожуры и некондиционных плодов апельсинов и оценка запасов сырья в регионе.

2. Выявление влияния основных факторов на выход и состав апельсинового эфирного масла.

3. Оптимизация выделения эфирного масла из сырья, разработка технологии его получения и утилизация образующихся отходов.

4. Исследование стабилизации апельсинового эфирного масла.

5. Маркетинговые исследования и разработка рецептур с введением эфирного масла в некоторые группы продовольственных и непродовольственных товаров и оценка их потребительских свойств.

Научная новизна:

■ разработан метод комплексной переработки отходов апельсинов с выделением эфирного масла;

■ проведены систематические исследования содержания и состава эфирного масла в кожуре и некондиционных плодах апельсинов, их варьирование в зависимости от основных технологических факторов и вариантов предварительной подготовки; установлены оптимальные условия его выделения;

■ разработаны технология получения эфирного масла и режим работы для крупнолабораторной установки, что свидетельствует о реальной возможности его производства в районах, климатически непригодных для выращивания цитрусовых культур;

■ найдены условия стабилизации апельсинового эфирного масла;

■ определены направления практического использования гидродистилляционного апельсинового масла для ароматизации продовольственных и непродовольственных товаров.

Практическое значение и реализация результатов исследований.

Результаты исследований важны для организации мелкомасштабных производств для получения эфирного масла из кожуры и некондиционных плодов апельсинов. Наряду с утилизацией отходов они позволяют снизить зависимость от импорта натуральных цитрусовых масел и расширить ассортимент некоторых групп товаров. В частности, к настоящему времени разработаны и прошли апробацию с апельсиновым маслом в качестве ароматизатора пищевых продуктов 6 рецептур кондитерских и хлебобулочных изделий и как отдушки косметических товаров 2 рецептуры кремов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на III и IV Всероссийской студенческой конференции "Экология и проблемы защиты окружающей среды" (Красноярск, 1996, 1997), на научно-практической конференции "Проблемы формирования рынка потребительских товаров и услуг"

(Красноярск, 1996), на краевой научно-практической конференции молодых специалистов "Экологические проблемы Красноярского края" (Красноярск,

1997), на международной научно-практической конференции "Достижения науки и техники - развитию г. Красноярска" (Красноярск, 1997), на научно-практической конференции "Проблемы химико-лесного комплекса" (Красноярск, 1997), на П Международном симпозиуме "Натуральные биокорректоры: питание, здоровье, экология" (Москва, 1997), на межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых преподавателей "Продукция Красноярья: история, настоящее и перспективы" (Красноярск,

1998).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, кроме того 1 работа находится в печати.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической и экспериментальной частей, обсуждения результатов и выводов. Содержание работы изложено на 146 страницах машинописного текста и содержит 32 таблицы и 21 рисунок. Список цитируемой литературы включает 122 наименования.

1. Эфирные масла, их получение, свойства и значение в народном хозяйстве

Растения синтезируют громадное количество соединений, являющихся продуктами так называемого "вторичного обмена". К их числу прежде всего относятся эфирные масла, обладающие существенной биологической активностью, способностью к синтезу ценных соединений, специфическим вкусом и приятным запахом. Благодаря своим положительным качествам, они нашли широкое применение в пищевой, фармацевтической и парфюмерно-косметической промышленности.

1.1 Потребительские свойства и использование эфирных масел

Для создания запахов в производстве товаров различного назначения пользуются огромным ассортиментом душистого сырья. В природе насчитывается около 1700 растений-эфироносов, хотя промышленное значение имеют всего около 200 видов [1]. Использование остальных сдерживается из-за малого содержания в их тканях эфирного масла.

Запахи обусловливаются наличием в воздухе летучих компонентов эфирного масла, которые играют существенную физиологическую роль. Эти соединения предохраняют растение от сильного нагревания солнечными лучами днем и от охлаждения ночью, а в сухую погоду также от значительного испарения воды листьями [2].

Каждое эфирное масло состоит из большого числа компонентов, среди которых один или несколько содержатся в большом количестве и считаются основными. Они определяют направление запаха и ценность эфирного масла. Вместе с тем аромат эфирных масел, в основном, обусловлен кислородсодержащими соединениями (спирты, альдегиды, кетоны, сложные

эфиры и другие вещества, которые не всегда бывают превалирующими) {3, 4]. Основными в мировом производстве являются анисовое, апельсиновое, бергамотное, ветиверовое, гвоздичное, гераниевое, иланг-иланговое, кедровое, лавандовое, лемонграссовое, лимонное, мятное, пачулиевое, пихтовое, розмариновое, розовое, сандаловое, цитронелловое и эвкалиптовое эфирные масла. Их суммарная масса колеблется в зависимости от конъюнктуры рынка в пределах 25-30 тыс. т в год [5, 6]. В конце 80-х годов в количественном отношении на первом месте стояло цитронелловое эфирное масло, годовая выработка которого достигала 3500 т, на втором - мятное, затем камфарное, апельсиновое, эвкалиптовое, гвоздичное и т. д. В денежном выражении производство эфирных масел было равным 16 % мирового уровня натуральных и синтетических душистых веществ.

По оценкам специалистов, общая стоимость синтетических и натуральных душистых веществ и композиций различного назначения составила в 1986 г. -6000, в 1987 г. - 7000 и в 1990 г. - 8600 млн долл. [7]. В относительно крупных масштабах (не менее 1000 т/год) получают апельсиновое, лимонное, мятное, цитронелловое, гвоздичное, кориандровое и ряд других эфирных масел [2].

В последние годы на развитие эфиромасличной промышленности отрицательное влияние оказывают общеэкономическая обстановка и связанные с ней инфляция, общий рост цен, удорожание энерготопливных ресурсов. В некоторых странах происходит перераспределение площадей, занятых эфиромасличными культурами [8]. Многие эфирные масла испытывают серьезное экономическое давление со стороны синтетических душистых веществ [9]. Так к началу 90-х годов в отечественной промышленности из 7.5 тыс. т душистых веществ почти 90 % приходилось на продукты, синтезируемые химическим путем [4]. Вместе с тем очевидна тенденция возврата к натуральным эфирным маслам. Этому способствует получение многих из них из постоянно и быстро возобновляемых источников сырья. В отличие от них синтетические душистые вещества вырабатываются либо из нефтепродуктов,

запасы которых не возобновляются, либо из медленно возобновляющихся лесохимических ресурсов. Не менее значимо ужесточение законодательства об ограничении использования синтетических соединений в готовых изделиях [8].

Главным потребителем эфирных масел, за исключением хвойных, служит парфюмерно-косметическая промышленность, на предприятиях которой используется до 90 % получаемых продуктов [2, 3, 10]. Их роль и значение остаются неизменно высокими для парфюмеров. Только при комбинировании натуральных масел синтезируются запахи специфических типов душистых оттенков: восточный, шипр, геспериды, травянистый, пряный, древесный, зелени и т. д. [8].

Эфирные масла утилизируют также для выделения ряда ценных душистых соединений, таких как гераниол, эвгенол, линалоол, цитронеллол, линалилацетат, цитраль, цитронеллаль и др. [9,11].

В качестве ароматизирующих добавок масла широко применяются в хлебо-булочном, кондитерском, молочном и мясном производствах, в рыбной и консервной промышленности, при ароматизации чая и табака. В этих случаях обработка осуществляется, как правило, тминным, укропным, аирным маслами. Без их применения трудно приготовить высококачественные пикантно-ароматные ликеро-водочные изделия, вина, безалкогольные напитки [12, 13]. Дня изготовления ароматических эссенций - ингредиентов пищевых продуктов и безалкогольных напитков - прежде всего используют анисовое, апельсиновое, бергамотное, гераниевое, лимонное, мандариновое, мускатного шалфея, розовое, мятное, птигреневое масла.

Эфирные масла потребляются в лакокрасочном производстве (для удаления неприятного запаха в красках), в оптике, точных приборах, бумажной промышленности и в кожевенном производстве (против появления плесени), в меховой промышленности (для дезинфекции), как добавка к различным видам клея и пасты, содержащих микробиологически нестойкие вещества, при продолжительном хранении полиграфических машин, в производстве фото-

кинопленок, хранении тканей, в горнорудной промышленности для флотации и в других целях [12,13,14,15, 16,17].

Эфирным маслам свойственна физиологическая активность. Они раздражают слизистые оболочки, кожу, мочевые пути и почечный эпителий. Благодаря высокой летучести и способности к попаданию через дыхательные органы многие эфирные масла применяют в медицинской практике как отхаркивающие средства. Следует также отметить, что горчичное, горько-миндальное и, в меньшей мере, полынное масла считаются прямыми ядами. В большинстве своем эфирные масла бактерицидны и в связи с этим могут потребляться в качестве консервирующих, противогнилостных агентов. Многие из них губительны для экзо- и эндопаразитов (кишечные гельминты) [18].

Возможность использования эфирных масел в химической и фармацевтической промышленности, в медицине и ветеринарии активно обсуждается многими исследователями [19, 20, 21, 22, 23]. Анисовое, мятное и некоторые другие масла вводят в лекарства для улучшения их вкуса и запаха [24]. Широкое применение эфирных масел в фармакологии возможно благодаря сочетанию их выраженной бактерицидной активности с низкой токсичностью и отсутствием побочных отрицательных явлений. Доказаны бронхолитическое, гипотензивное, сосудорасширяющее, ранозаживляющее и другие лечебные свойства эфирных масел [25, 26, 27]. Хвойные эфирные масла широко применяются для фармакологических целей [28]. Установлено, что анисовое масло и эфирное масло сосны обыкно