Получение желатинно-альгинатных микрокапсул

 

 

 

 

 

Рис. β-каротин

Открыт в 1913 году двумя независимыми группами учёных (Мак-Коллут — Дэвис и Осборн). Первый из открытых витаминов, в связи с чем получил буквенное обозначение «A» в соответствии с алфавитной номенклатурой.

Ретинол является жирорастворимым, поэтому для его усваивания пищевым трактом требуются жиры, а также минеральные вещества. В организме его запасы остаются достаточно долго, чтобы не пополнять его запасы каждый день. Существует две формы этого витамина: это готовый витамин А (ретинол) и провитамин А (каротин), который в организме человека превращается в витамин A, поэтому его можно считать растительной формой витамина A. Витамин A имеет бледно-желтый цвет, который образуется из красного растительного пигмента бета-каротина. Лучшие источники β-каротина — тыква, морковь, зелёный лук, щавель, шпинат, латук, салат, капуста кейл, помидоры, красный перец, брокколи, грейпфруты, сливы, персики, дыни, абрикосы, хурма, крыжовник, черника, чёрная смородина. Витамин А участвует в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных и субклеточных мембран, играет важную роль в формировании костей и зубов, а также жировых отложений; необходим для роста новых клеток, замедляет процесс старения.

Витамин А поддерживает ночное зрение путём образования пигмента, называемого родопсин, способного улавливать минимальный свет, что очень важно для ночного зрения. Он также способствует увлажнению глаз, особенно уголков, предохраняя их от пересыхания и последующего травмирования роговицы.

Витамин А необходим для  нормального функционирования иммунной системы и является неотъемлемой частью процесса борьбы с инфекцией. Применение ретинола повышает барьерную функцию слизистых оболочек, увеличивает фагоцитарную активность лейкоцитов и других факторов неспецифического иммунитета. Витамин А защищает от простуд, гриппа и инфекций дыхательных путей, пищеварительного тракта, мочевых путей. Наличие в крови витамина А является одним из главных факторов, ответственных за то, что дети в более развитых странах гораздо легче переносят такие инфекционные заболевания как корь, ветряная оспа, тогда как в странах с низким уровнем жизни намного выше смертность от этих «безобидных» вирусных инфекций.

Ретинол необходим для  поддержания и восстановления эпителиальных  тканей, из которых состоят кожа и слизистые покровы. Не зря практически во всех современных косметических средствах содержатся ретиноиды — его синтетические аналоги. Действительно, витамин А применяется при лечении практически всех заболеваний кожи (акне, прыщи, псориаз и т. д.). При повреждениях кожи (раны, солнечные ожоги) витамин А ускоряет процессы заживления, а также стимулирует синтез коллагена, улучшает качество вновь образующейся ткани и снижает опасность инфекций.

Ввиду своей тесной связи  со слизистыми оболочками и эпителиальными клетками витамин А благотворно  влияет на функционирование легких, а  также является стоящим дополнением при лечении некоторых болезней желудочно-кишечного тракта (язвы, колиты).

Ретинол необходим для  нормального эмбрионального развития, питания зародыша и уменьшения риска  таких осложнений беременности, как  малый вес новорожденного.

Витамин А принимает участие  в синтезе стероидных гормонов (включая  прогестерон), сперматогенезе, является антагонистом тироксина — гормона щитовидной железы.

Как витамин А, так и  β-каротин, будучи мощными антиоксидантами, являются средствами профилактики и  лечения раковых заболеваний, в  частности, препятствуя повторному появлению опухоли после операций.

И витамин А, и β-каротин  защищают мембраны клеток мозга от разрушительного действия свободных радикалов, при этом β-каротин нейтрализует самые опасные виды свободных радикалов: радикалы полиненасыщенных кислот и радикалы кислорода.

Антиоксидантное действие β-каротина играет важную роль в предотвращении заболеваний сердца и артерий, он обладает защитным действием у больных стенокардией, а также повышает содержание в крови «полезного» холестерина.

Согласно методическим рекомендациям  по нормам рационального питания  «Н О Р М Ы физиологических  потребностей в энергии и пищевых  веществах для различных групп  населения Российской Федерации» от 18 декабря 2008 г. (МР 2.3.1.2432 −08) 6 мкг бета-каротина эквивалентны 1 мкг витамина А. Среднее потребление в разных странах 1,8—5,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для взрослых — 5 мг/сутки. Длительный приём бета-каротина не сопровождается какими-либо побочными эффектами.

Википедия http://ru.wikipedia.org

Вставить информацию про используемый краснодарский  В-каротин, график длина волны

 

II. Установка для получения коацерватных микрокапсул

 

 

II.1. Схема

Нами была предложена установка  для получения микрокапсул, схематично представленная на Рисунке 1. Она состоит  из реактора (1), подающих градуированных емкостей с нижними отводами (2), нагревателя (3), кранов (4), трубок (5), многоканальной пробки (6) и магнитной мешалки (7). В подающие сосуды заливаются необходимые  реагенты, с помощью кранов моделируется скорость подачи реагентов в реактор, с помощью шкал регулируются объемы подаваемых жидкостей. Установка позволяет  производить последовательный либо одновременный независимый ввод реактивов, осуществлять перемешивание с регулируемой скоростью, а также удобно и быстро отбирать пробы или производить разделение фаз, гибко моделировать рабочие параметры в лабораторных условиях.

5

3

2

4

6

1

7

Рис. II.1. Схема установки

для синтеза микрокапсул.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II.2. Параметры

 

II.2.1. Расчет скорости вращения магнитной мешалки

Основной составляющей лабораторной пилотной установки с функцией нагрева  для получения коацерватных микрокапсул  является магнитная мешалка, принадлежащая  Техническому Университету Молдовы.

У данной установки был  утерян технический паспорт, в связи  с этим мы не располагали информацией  о минимальных и максимальных скоростях вращения магнитной мешалки. В процессе моделирования рабочих  параметров установки, а так же построения гистограммы скорости расслоения фаз  эмульсии при различной интенсивности  перемешивания, возникла необходимость  проградуировать тумблер изменения  интенсивности вращения магнитной  мешалки в процентах и последующий  их перевод в систему СИ (об/сек). В дальнейшем, для удобства использования мы перевели данные из об/с. в об/мин.

Вокруг тумблера порядка  ¾ его окружности была предусмотрена  разметка утолщающейся линии роста  скорости вращения магнитной мешалки. Мы рассчитали длину окружности вышеописанной  линии, и разделили ее изначально на 5 частей, а затем дополнительно на 4 части. Таким образом получили условную разметку мощности вращения магнитной мешалки: 20%, 25%, 40%, 50%, 60%, 75%, 80%. Разметку делений произвели фломастером на линии роста скорости вращения магнитной мешалки. Далее перед нами стояла задача узнать каким реальным значением (об/сек) соответствует каждое деление.

Прибором для измерения  скорости вращения является тахометр, но он может измерять скорость вращения лишь приборов, имеющих вращающий  вал, т.к. тахометр закрепляется на валу. Вращение в используемой нами мешалке  происходит за счет кругового вращения магнита внутри самой мешалки, поэтому  использование классического тахометра  не представлялось возможным. Необходимо было устройство способное измерять скорость вращения в данных конкретных условиях.

 Нашей командой был  разработан устройство, состоящее  из магнитной мешалки, вала  и детали  электрического счетчика  советского производства. Мешалка  была закреплена на валу с  одой стороны, а с другой  на него был установлен шести барабанный аналоговый указатель. Устройство работало следующим образом: закреплялось вертикально мешалкой вниз в 0,5-ти см над рабочей поверхностью магнитной мешалки. При включении в сеть магнит вращал магнитную мешалку, которая передавала скорость вращения на вал, а тахометр счетчика передавал данную скорость на вращающиеся барабаны, размеченные от 0 до 9. Всего прибор имеет 6 вращающихся барабанов. При изменении показателя барабана на 10 значений изменялся показатель на 1 значение ближнего левого барабана, и так далее с права на лево.

Для расчета реальных значений оборотов магнитной мешалки нам  необходимо было выяснить, скольким оборотам мешалки соответствует изменение  на 1 значение крайнего правого барабана. Установив вертикально мешалку  нашего тахометра, пальцем прокручивали ее до изменения на 1значение. Опытным  путем установили это значение в 3,3 оборота. В дальнейшем все зафиксированные  данные умножили на коэффициент пересчета (3,3) для получения реальных значений. Для проведения опыта нам был  необходим электронный секундомер. Опыт проводили следующим образом:  установили процентное значение мощности магнитной мешалки, на нее установили наш лабораторный тахометр, по прошествии 60 секунд зафиксировали изменения числовых изменений тахометра. Далее для расчета реальных значений умножили разницу до и после проведения опыта на коэффициент пересчета (3,3). Приведем таблицу полученных данных:

 

Таблица II.2.1. Расчет скорости вращения магнитной мешалки.

Процентный показатель мощности вращения магнитной мешалки	Числовые показания тахометра	Реальные числовые данные вращения при различных мощностях	Расчетные данные тахометра (с учетом коэф. пер.3,3) [об/мин]	Расчетные данные тахометра (с учетом коэф. пер.3,3)  [об/c]
	13500
Мин.	14002	152	500	8,3
20	14199	197	650	10,8
25	14446	247	815	13,5
40	14840	393	1300	21,6
50	15340	500	1600	27,5
60	15870	530	1750	29,2
75	16400	654	2160	36
80	17094	694	2290	38,2

 

II.2.2. Исследование кинетики нагревания-охлаждения

Время выхода установки на стационарный температурный режим  определяли следующим образом. Заливали в реактор 1000 мл воды. Установили интенсивность перемешивания 1650 об/мин и включили нагрев. Фиксировали изменения температуры воды в реакторе. Попутно определяли время гомогенизации подаваемого в реактор раствора с помощью красителя Ponceau. Оно составило лишь 2.0 ± 0.5 с. Строили температурную кинетику (Рисунок 2). Первые 10 минут нагревание происходило медленно в связи с разогревом нагревателя. Далее 60 минут наблюдали линейный рост температуры, после чего скорость нагревания замедлялась. Установка выходила на стационарный температурный режим около 67 ºC. При отключении нагрева установка оставалась в стационарном режиме 10-15 минут, затем температура в реакторе быстро падала. (График из статьи).

Рис.II.2.2.. Кинетика нагревания / охлаждения

 

II.2.3. Определение скорости расслоения фаз эмульсии при различной интенсивности перемешивания

Определяли скорость расслоения фаз эмульсии при различной интенсивности перемешивания. Для этого заливали в реактор 900 мл воды, доводили до стационарного температурного режима (t = 67ºC) при интенсивности перемешивания 1600 об/мин. Готовили 100 мл 5%-ного раствора желатина, который вносили в реактор. Следовало введение 90 мл. подсолнечного масла “Floris” и 10 мл концентрата β-каротина (маркера масляной фазы). Каждые 5 минут отбирали по 10мл проб эмульсий  из сливного отверстия реактора. Измеряли время расслоения фаз (Рисунок II.2.3.). При 1600 об/мин скорость расслоения фаз изменялась незначительно, что говорило об уже достигнутом стационарном режиме разделения фаз, и позволило рассчитать доверительный интервал: τ_рассл. = 83 ± 11с. для уровня значимости Р = 90%. При 2160 об/мин время расслоения фаз значительно увеличилось (τ_рассл. = 269 ± 18с.), причём в этих условиях стационарный режим был достигнут только при 15-ти минутах эмульгировании.( вставить расчеты)

(График из статьи)

Рисунок II.2.3.

 

II.2.4. Определение скорости расслоения фаз эмульсии в присутствие альгината К

Реактивы:

Раствор желатина 500 мл концентрация 0,1%

Лимонная кислота

Альгинат К 50 мл концентрация 0,1%

Масло растительное 50 мл марки «Floris».

 

Приготовление раствора желатина.

В химический стакан на 1000 мл заливали 500 мл холодной воды, добавляли предварительно взвешенный на электронных весах желатин в концентрации 0,1%, оставляли для набухания на 15 мин, ставили на водяную баню до полного растворения желатина. Охлаждали до температуры 20-22 °C. Доводили лимонной кислотой до рН(жел)=3,5.

Определяли скорость расслоения фаз эмульсии при различной продолжительности перемешивания. Для этого заливали в реактор 500 мл воды (t = 22ºC), устанавливали интенсивность перемешивания 1600 об/мин. Готовили 500 мл 0,1%-ного раствора желатина, который вносили в реактор. Следовало введение 50 мл подсолнечного масла “Floris”. Каждые 3 минуты отбирали по 10 мл проб эмульсий  из сливного отверстия реактора. Измеряли время расслоения фаз (Рисунок, построить график). При 1600 об/мин скорость расслоения фаз изменялась незначительно, что говорило об уже достигнутом стационарном режиме разделения фаз, и позволило рассчитать доверительный интервал: τ_рассл. = 83 ± 11 с. для уровня значимости Р = 90%. При 1600 об/мин время расслоения фаз значительно увеличилось (τ_рассл. = 269 ± 18с.), причём в этих условиях стационарный режим был достигнут только при 15-ти минутах эмульгировании.