Биотехнологическое производство гриба чаги

Сухие экстракты являются наиболее совершенной и рациональной субстанцией. Они лишены указанных недостатков и более технологичны при производстве.

Сегодня использование растительного сухого экстракта чаги определяется как одно из приоритетных направлений в области разработки и производства фитопрепаратов и биологически активных добавок к пище (БАД). Благодаря своей полной растворимости в воде экстракт чаги в порошке так же используется для приготовления домашних настоев при лечении хронического гастрита, и в качестве основы для напитков (алкогольных, безалкогольных, сиропов и т.д.) в пищевой промышленности [9].

Подробное описание способа производства сухого экстракта чаги в виде порошка рассмотрено в технологической части работы.

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Технологическая схема производства сухого экстракта гриба чаги включает следующие стадии производства:

1. Подготовка растительного сырья: мойка, сушка, измельчение;
2. Получение первичной вытяжки (экстарагирование);
3. Очистка вытяжки от балластных веществ (отстаивание, фильтрование);

4. Выпаривание (высушивание);

5. Фасовка и упаковка [6].

Рассмотрим один из способов получения экстракта чаги.

На первой стадии производится подготовка растительного сырья – мойка высушенных нарубленных кусков гриба чаги без определенной формы в моечно-встряхивающей машине 1. Мойка предусматривает удаление с поверхности сырья остатков земли, песка, посторонних тяжелых и легких примесей (камней, листьев, веток, соломы и др.).

Машина (рис. 2) состоит из рамы 1, на которой смонтированы сито 4 с шарнирными подвесками 8, эксцентриковые механизмы 9, штанги 6, соединяющие эксцентрики с ситом, приводной электродвигатель 2, корыто 11 для сбора и отвода загрязненной воды, шприцевый коллектор 7, загрузочный бункер 5 с регулирующей задвижкой 3.

 

Рис. 2. Моечно-встряхивающая машина

Сырье поступает в бункер 1, а из него попадает на сито 4, совершающее возвратно-поступательное движение. Количество сырья, поступающего на сито в единицу времени, регулируется задвижкой 3. Благодаря сложному движению и наклону сита сырье интенсивно перемешивается и движется в сторону уклона. Над ситом расположен шприцевый коллектор 7, из которого сырье в процессе перемешивания и движения шприцуется чистой проточной водой. Грязная вода после мойки собирается в корыте 11 и отводится в канализацию.

Возвратно-поступательное движение сообщается ситу от эксцентрикового механизма, вал 10 которого приводится в движение от электродвигателя 2 клиноременной передачей 12 [11].

Высушивание вымытого растительного сырья гриба чаги производится в соответствии с особенностями растительного сырья (хрупкость, наличие ценных компонентов сырья): сушку оптимально начинать при температуре 30-40 °С, а заканчивать при 50-60 °С.

Тепловую сушку будем проводить искусственным путем  в барабанных сушилках 2. Они предназначены для сушки мелкокусковых материалов и представляют собой цилиндр с внутренней насадкой для пересыпания и перемешивания материала с целью улучшения его контакта с сушильным агентом. Барабан устанавливается либо горизонтально, опираясь бандажами на опорные ролики, либо с небольшим наклоном (0,5—3°). Барабан медленно вращается (0,5—8 об/мин) (рис. 3). 

Рис. 3. Барабанная сушилка: 

1 - барабан; 2 - загрузочная  камера; 3 - бандажи; 4 – зубчатое колесо; 5 - вентилятор;

6 -циклон; 7- камера выгрузочная; 8 - топка

 

При вращении барабана 1 (с помощью зубчатого колеса 4 от электропривода) осевое смещение барабана предотвращается опорно-упорными роликами. Влажный материал через загрузочную камеру 2, поступает в барабан и равномерно распределяется по его сечению размещенными внутри насадками. Тесно соприкасаясь при пересыпании с сушильным агентом, например топочными газами, материал высушивается и движется к разгрузочному отверстию в выгрузочной камере 7. Газы поступают из примыкающей к барабану топки 8 и просасываются прямотоком через него вентилятором 5 со скоростью 0,5 - 4,5 м/с; для улавливания из газов пыли между барабаном и вентилятором установлен циклон 6.

В завершение первой стадии производится измельчение вымытого и высушенного растительного сырья чаги измельчителем центробежно-роторно-ножевого типа 3.

Этот аппарат включает в себя корпус, в котором горизонтально и соосно установлены два диска с чередующимися выступами, в которых в радиальном направлении выполнены сквозные пазы. При этом выступы верхнего диска расположены между выступами нижнего диска, камера измельчения снабжена противорежущим кольцом с ножом, на лезвиях которого в нижней части выполнены отливы в виде лопастей для нагнетания воздуха в камеру измельчения, при этом нож установлен на одном валу с нижним диском, а верхний диск выполнен заодно с крышкой камеры измельчения (рис. 4).

                                       а)                                                         б)

Рис. 4. Измельчитель центробежно-роторно-ножевого типа

а) 1 – камера измельчения; 11 – горловина; 13 – выгрузная горловина;

б) 4 – нож; 12 – окружность, по которой распределяется материал; 9 – винты

 

Нижний диск-ротор 3 и нож 4 с отливами 14 в виде лопастей приводятся во вращение. Материал подается в камеру измельчения через горловину 11, равномерно распределяется по окружности конусом 12, предварительно измельчается ножом, далее измельченный материал под действием силы давления воздуха от ножа, силы тяжести и центробежных сил попадает в пространство между дискам. Проходя под действием центробежных сил и силы давления воздуха от ножа по радиальным сквозным пазам на кольцевых выступах 6, обрабатываемый материал измельчается с помощью среза на режущих парах, образованных соседними рядами трапециевидных элементов противоположных дисков 2 и 3. Измельчаемый материал, подвергшись воздействию первой пары кольцевых выступов 6, движется под действием центробежных сил по пазам к следующей режущей паре. Измельченный материал выбрасывается через выгрузную горловину 13. [10].

На второй стадии производится получение вытяжки (экстрагирование измельченной чаги). Для изготовления экстрактов могут быть использованы различные способы: мацерация (настаивание), перколяция (вытеснение), реперкуляция, противоточная и циркуляционная экстракция, экстракция с использованием электромагнитных колебаний и ультразвука, сверхкритическая экстракция и др.

Для получения экстракта вытяжки из березового гриба чаги используем метод дробной мацерации. Метод мацерации широко применяется в связи с тем, что экстрагент при этом расходуют в два приема. Так как эффект экстрагирования повышается, если процесс вести не всем количеством экстрагента сразу, а последовательно несколькими его порциями.

Технология получения вытяжки из березового гриба заключается в следующем: измельченное растительное сырье помещают в мацерационный бак 4, где его заливают 4-6-кратным количеством воды и оставляют на 6-12 часов при периодическом перемешивании. После этого вытяжку сливают, остаток слегка отжимают, полученную при этом жидкость прибавляют к первоначально слитой. Остаток после выжимания вновь заливают 3-4-кратным количеством экстрагента и оставляют на 4-6 часов, после чего вытяжку сливают, остаток окончательно отжимают и полученную жидкость присоединяют к объединенным вытяжкам. Мацератор с мешалкой изображен на рис. 5.

Рис. 5. Мацератор с мешалкой

1 – мацерационный бак; 2 – зубчатая передача; 3, 4 – шкив; 5 – мешалка;  
6 – фильтровальное полотно; 7 – кран; 8 – ситовидное дно

 

Третьей стадией проводится очистка вытяжки от балластных веществ (белков, полисахаридов, ферментов, пектинов, слизей и др.) отстаиванием при + 8-10 °С в течение 0,5 - 1 сут с помощью осадительной центрифуги 5.

Очистку вытяжек проводят отстаиванием в течение не более двух суток при температуре не выше 10оС с последующим фильтрованием декантацией.

На рис. 6 представлено устройство осадительной центрифуги, применяемой на данном этапе получения измельченного сырья чаги.

 

Рис. 6. Осадительная центрифуга периодического действия

1 – корпус; 2 – вертикальная ось; 3 – ротор; 4 – днище; 5 – верхний диск; 6 – кожух;

7 – воронка; 8 – крышка; 9 – привод; 10 – загрузочное отверстие; 11 – выгрузочное отверстие; 12 – пробка; 13 – технологическая емкость; 14 – зона разделения

 

Выпаривание является следующей стадией получения экстракта гриба чаги. Производится оно с помощью выпарного аппарата 6. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой показан на рис. 7.

Рис. 7. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой

1 – корпус; 2 – кожух греющей  камеры; 3 – кипятильные трубы; 4 –  труба для подвода пара к  греющей камере

 

Греющий пар подводится в камеру по трубе 4. Греющая камера может выниматься из аппарата для чистки и ремонта. В аппарате имеются благоприятные условия для циркуляции, поскольку кольцевое пространство со стороны корпуса не обогревается.

Четвертой стадией следует высушивание упаренного раствора с помощью гребковой вакуум-сушилки 7.

Гребковые вакуум-сушилки представляют собой горизонтальные периодически действующие аппараты с цилиндрическим корпусом, снабженным паровой рубашкой. Дисперсный материал, заполняющий 20-30% объема аппарата, хорошо перемешивается гребками, закрепленными на валу мешалки, имеющей реверсивный привод, который автоматически изменяет направление ее вращения с частотой 6-10 мин-1. Между гребками свободно перекатываются трубы-скалки, способствующие разрушению комков и дополнительному перемешиванию материала. Последний можно нагревать также через вал мешалки, если он выполнен полым. Разгрузка и выгрузка материала механизированы.

 

Рис. 8. Гребковая вакуум-сушилка

1 - корпус; 2 - рубашка; 3 - вал с гребками; 4 - трубы-скалки

 

Фасовка и упаковка продукции являются заключительными операциями при изготовлении готовых лекарственных форм. Для фасовки применяется полуавтоматическая установка дозирования сыпучих материалов в пакетные мешки с весовым дозатором 8 (рис. 9).

 

Рис. 9. Полуавтоматическая установка дозирования сыпучих материалов в пакетные мешки с весовым дозатором

1 - конусный бункер для установки мешков; 2 - патрубок отбора пыли; 3 – механизм  зажима мешка с пневмоуправлением; 4  - подъемный стол с пневмоуправлением; 5 – тензодатчики; 6 – отводящий  транспортер; 7 - зашивочная машина с регулировкой по высоте; 8 - механизм заправки мешка в зашивочную машину

 

Нижняя часть конусного бункера выполнена со скосом для возможности легкого натягивания мешка на бункер. Оператор раскрывает край мешка и натягивает мешок на конусный бункер 1, удерживая мешок на бункере. Для фиксации мешка на бункере и начала процесса фасовки оператору необходимо нажать педаль.

При нажатии педали поднимется подъемный столик 4, в верхнем положении столика дается команда на зажим горловины мешка механизмом зажима 5. После зажима мешка дается команда на вибротранспортер подачи продукта в мешок. Тензодатчики 5, на которых установлены бункер с механизмом зажима и подъемный столик взвешивают дозу и дают сигнал на прекращение подачи продукта, разжатие мешка и опускание столика.

Для заправки мешка в машину предусмотрено устройство заправки мешка в зашивочную машину.

Для возможности зашивки мешков разной высоты предусмотрена регулировка рамки зашивочной машины по отношению к транспортеру. Регулировка производится в ручном режиме с помощью пазов на рамке мешкозашивочной машины.

Конечной операцией является укладка в коробки, обертывание бумагой, обвязка, после чего готовую продукцию отправляют на склад.

В Приложении 1 представлена аппаратурно-технологическая схема биотехнологического производства измельченного натурального сырья гриба чаги в виде порошка.

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе представлен способ получения сухого экстракта чаги, главным отличием которого от других способов является применение метода дробной мацерации на стадии экстрагирования, а также использование воды в качестве экстрагента.

Преимуществом данного способа производства сухого сырья чаги является применение воды для экстрагирования.

Вода имеет ряд преимуществ по сравнению с другими экстрагентами (например, диметилсульфоксидом и гидроокисью натрия):

- большинство важнейших действующих веществ (соли алкалоидов, гликозиды, гормоны, сапонины, дубильные вещества, слизи и др.) в воде растворимы и потому извлекаются ею достаточно полно;

- вода в фармакологическом отношении индифферентна;