Pobierz opis

Dorota Kostrzewa
[email protected]
Politechnika Wrocławska
Wydział Chemiczny
Ekstrakcja karotenoidów z papryki ditlenkiem węgla
w warunkach nadkrytycznych
W związku ze wzrostem świadomości konsumenckiej oraz coraz surowszymi
przepisami dotyczącymi przemysłu spożywczego można zaobserwować wzrastającą
tendencję do stosowania naturalnych barwników produktów żywnościowych. Należy
oczekiwać, że w niedalekiej przyszłości w przemyśle spożywczym nastąpi przyspieszenie
w zastępowaniu barwników syntetycznych naturalnymi i wytwarzanymi ekologicznie.
Dlatego też producenci naturalnych barwników, którzy umocnią się na rynku barwników,
będą mogli bezpiecznie na nim działać w dłuższej perspektywie.
Barwniki karotenoidowe są bardzo ważne ze względu na ich kolorystykę, własności
smakowe, ale również ze względu na istotną rolę jaką odgrywają w funkcjonowaniu
organizmu ludzkiego, a papryka jest ważnym naturalnym źródłem karotenoidów.
Duże
zainteresowanie
karotenoidami
związane
jest
z
ich
działaniem
antyoksydacyjnym. Karotenoidy przeciwdziałają powstawaniu wolnych rodników, przez
co zapobiegają wielu chorobom, wzmacniają układ odpornościowy organizmu oraz hamują
procesy starzenia. Kapsantyna i kapsorubina, główne karotenoidy zidentyfikowane
w papryce, wykazują bardzo istotna dla organizmu aktywność neutralizującą tlen singletowy,
jak również inhibitują peroksydację lipidów. Dodatkowo mogą być stosowane jako substancje
przeciwdziałające rozwojowi nowotworów. Lecznicze działanie karotenoidów występuje
wtedy, gdy przyjmowane są one w postaci naturalnej. Według obecnego stanu wiedzy
przyjmowanie syntetycznych karotenoidów blokuje działanie innych karotenoidów oraz
powoduje wzrost stężenia wolnych rodników, co prowadzi do wzrostu zapadalności na
niektóre choroby.
Istnieje wiele sposobów otrzymywania naturalnych karotenoidów z papryki lub innych
surowców roślinnych zawierających te barwniki. Dość powszechne jest używanie
rozpuszczalników organicznych m. in. etanolu, metanolu, węglowodorów (propan, heksan),
a także dichlorometanu, octanu metylu i acetonu. Wadą tych procesów jest brak
selektywności ze względu na ekstrahowane składniki oraz konieczność oddzielenia
rozpuszczalnika od ekstraktu, co jest procesem energochłonnym i niebezpiecznym.
Dodatkowo produkt finalny nie jest wolny od pozostałości rozpuszczalników.
W związku z tym, doskonałą i celową alternatywą pozyskiwania karotenoidów
z papryki jest ekstrakcja z wykorzystaniem ditlenku węgla o parametrach nadkrytycznych,
która zaspokaja rosnące zapotrzebowanie na naturalne i ekologiczne produkty. Zaletami
ekstrakcji nadkrytycznej są wysoka rozpuszczalność, większa szybkość wymiany masy
i większa selektywność przy niewielkich zmianach temperatury i ciśnienia. Relatywnie niskie
parametry krytyczne ditlenku węgla (Tc = 304,1 K, pc = 73,8 bar) sprawiają, że jest to idealny
rozpuszczalnik do ekstrakcji składników naturalnych i wrażliwych na działanie podwyższonej
temperatury, takich jak karotenoidy. Ponadto ditlenk węgla jest łatwo dostępny, niepalny
i nietoksyczny oraz szczególnie łatwo oddziela się od produktu końcowego. W przypadku
zastosowania techniki ekstrakcji nadkrytycznej, zarówno ekstrakt jak i pozostałość
poekstrakcyjna są wolne od śladów rozpuszczalnika.
Celowość moich badań wiąże się z budową i uruchomieniem instalacji przemysłowej
do ekstrakcji materiałów roślinnych w Centrum Badań Procesów Ekstrakcji Nadkrytycznej
w Puławach i uzasadnia prowadzenie badań w tym kierunku.
Celem pracy jest optymalizacja procesu ekstrakcji papryki ditlenkiem węgla
o parametrach nadkrytycznych oraz opracowanie technologii pozyskiwania karotenoidów
z papryki. Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej dotyczą:
określenia rozpuszczalności i równowag fazowych w układzie ditlenek węgla – ekstrakt
z papryki z uwzględnieniem ciśnienia i temperatury,
optymalizacji eksperymentalnej procesu otrzymywania i frakcjonowania karotenoidów,
określenia wpływu modyfikatora na proces ekstrakcji karotenoidów z papryki,
oraz opracowania modelu matematycznego ekstrakcji karotenoidów z papryki.
Kontrola analityczna procesu oraz ocena ekstraktów otrzymanych z papryki jest wykonywana
z wykorzystaniem metod chromatografii cieczowej oraz metod spektrofotometrycznych.
Prace eksperymentalne prowadzone na instalacjach badawczych znajdujących się
w
Instytucie
Nawozów
Sztucznych
w
Puławach
(laboratoryjna,
1/4-technicza
i 1/2-techniczna, instalacja do badania rozpuszczalności i równowag fazowych) oraz analiza
fizykochemicznych procesów zachodzących w warunkach nadkrytycznych dostarczą danych
umożliwiających wdrożenie produkcji ekstraktów z papryki na instalacji przemysłowej.
W wyniku wdrożenia badań dotyczących ekstrakcji karotenoidów z papryki
ditlenkiem węgla o parametrach nadkrytycznych powstanie nowa linia polskich produktów
uzyskanych w innowacyjnej technologii. Poszerzenie oferty Instytutu Nawozów Sztucznych
w Puławach o nowe produkty otrzymane z papryki może spowodować zwiększenie
konkurencyjności firmy na rynku producentów naturalnych dodatków do żywności oraz
wprowadzić firmę na rynek produktów farmaceutycznych i kosmetycznych.