vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-3-44-49vguit-3657Research ArticleПищевые системыFood systemsТеплонасосное энергоснабжение флюидной технологии получения сухих СО2-экстрактов из травы зверобояHeat pump power supply of fluid technology for obtaining dry CO2-extracts from plant materialshttps://orcid.org/0000-0003-2363-7648ДомбровскаяЯ. П.DombrovskaiaI. P.

к.т.н., доцент, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, machines and apparatus of food technologies department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

yana_dombrovskaya@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2599-5692ШевцовА. А.ShevtsovA. A.

д.т.н., профессор, ,, ул. Старых Большевиков, д. 54 а, г. Воронеж, 394064, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, ,, st. Starykh Bolshevikov, 54 a, Voronezh, 394064, Russia

shevalol@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3060-8688ДранниковА. В.DrannikovA. V.

д.т.н., профессор, кафедра машин и аппаратов пищевых производств, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, machines and apparatus of food technologies department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

drannikov@list.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering TechnologiesВоенно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. ГагаринаAir Force Academy named after Prof. N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin, Voronezh2025171220258734449Copyright © Домбровская Я.П., Шевцов А.А., Дранников А.В., 20252025Домбровская Я.П., Шевцов А.А., Дранников А.В.Dombrovskaia I.P., Shevtsov A.A., Drannikov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3657

Производство высококачественной микробиологически чистой продукции является важной задачей для предприятий пищевой промышленности. Учитывая высокую микробиологическую загрязненность сырья (в основном муки), для производства хлебобулочных изделий, необходимо использовать комплексные технологии, а также продукты, обладающие антибактериальными или антибиотическими свойствами для предотвращения микробиологической порчи. Таким антибактериальным действием обладает трава зверобоя благодаря высокому содержанию веществ, обладающих бактерицидными свойствами (дубильные вещества, фитонциды, флавоноиды, эфирные масла) и антиоксидантов. Современные тенденции в развитии теории тепловых процессов подготовили условия для научного подхода к созданию промышленных энергосберегающих и экологически безопасных флюидных технологий получения сухих СО2-экстрактов из растительного сырья на основе теплонасосного теплоснабжения. Выбор рабочих циклов тепловых насосов, озонобезопасных рабочих тел, рациональных схем вовлечения теплонасосного оборудования в структуру технологического пота составляет значительный объем исследований в области альтернативной энергетики. Для эффективного замещения в системах теплоснабжения невозобновляемых источников энергии на теплоту возобновляемых и вторичных энергоресурсов предложена теплонасосная технология получения сухих СО2экстрактов из травы зверобоя, в которой рассматриваются два смежных процесса – флюидная СО2-экстракция и распылительная сушка, для реализации температурных режимов которых используется каскадный трехступенчатый тепловой насос. Определены органолептические и физико-химические показатели, а также химический состав сухого экстракта травы зверобоя, полученного по предлагаемой технологии, свидетельствующие о высоких антибактериальных свойствах.

Production of high-quality microbiologically pure products is an important task for food industry enterprises. Given the high microbiological contamination of raw materials (mainly flour), for the production of bakery products, it is necessary to use complex technologies, as well as products with antibacterial or antibiotic properties to prevent microbiological spoilage. St. John's wort has such an antibacterial effect due to the high content of substances with bactericidal properties (tannins, phytoncides, flavonoids, essential oils) and antioxidants. Modern trends in the development of the theory of thermal processes have prepared the conditions for a scientific approach to the creation of industrial energy-saving and environmentally friendly fluid technologies for obtaining dry CO2-extracts from plant materials based on heat pump heating. The choice of working cycles of heat pumps, ozone-safe working fluids, rational schemes of involving heat pump equipment in the structure of technological sweat constitutes a significant volume of research in the field of alternative energy. For effective substitution in heat supply systems of non-renewable energy sources for heat of renewable and secondary energy resources, a heat pump technology for obtaining dry CO2-extracts from St. John's wort is proposed, which considers two related processes – fluid CO2-extraction and spray drying, for realization of temperature modes of which a cascade three-stage heat pump is used. Organoleptic and physicochemical indicators, as well as the chemical composition of the dry extract of St. John's wort, obtained according to the proposed technology, are determined, indicating high antibacterial properties.

микробиологическая порчаантибактериальные свойстватрава зверобоясверхкритические флюидытепловой насосCO2-экстракцияmicrobiological spoilageantibacterial propertiesSt. John's wortsupercritical fluidsheat pumpCO2-extractionReferencesКоролев А.А., Смирнов С.О., Фазуллина О.Ф. Определение критических контрольных точек при производстве макаронных изделий // Ползуновский вестник. 2021. № 1. С. 106–112.Bogatyreva T.G., Sidorova O.A. Ways to improve the microbiological purity of bakery and pasta products (control methods). Moscow: TSNIITEI Khleboproduktov, 1994. 40 p. (in Russian)Постраш И.Ю. Трава зверобоя продырявленного: химический состав, свойства, применение // Вестник АПК Верхневолжья. 2021. № 1. С. 57–63.Postrash I.Yu. St. John's wort herb: chemical composition, properties, application. Bulletin of the Upper Volga Region APK. 2021. no. 1. pp. 57–63. (in Russian)Касьянов Г.И. Техника и технология использования диоксида углерода в суб- и сверхкритическом состоянии // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2014. № 1. С. 130–135.Kasyanov G.I. Equipment and technology for using carbon dioxide in a sub- and supercritical state. Bulletin of VSUET. 2014. no. 1. pp. 130–135. (in Russian)Касьянов Г.И. Эффективность использования диоксида углерода в качестве экстрагента // Повышение качества и безопасности пищевых продуктов: мат. X Всерос. науч.-практ. конф. 2020. С. 102–105.Kasyanov G.I. Efficiency of using carbon dioxide as an extractant. In: Improving the quality and safety of food products. Proceedings of the X All-Russian scientific and practical conference. 2020. pp. 102–105. (in Russian)Иночкина Е.В., Касьянов Г.И., Малашенко Н.Л. и др. Эффективность процесса СО₂-экстракции с позиций системного и экономического анализа // Биотехнологические, экологические и экономические аспекты создания безопасных продуктов питания специализированного назначения: мат. междунар. науч.-практ. конф. Краснодар, 2020. С. 94–99.Inochkina E.V., Kasyanov G.I., Malashenko N.L., Silinskaya S.M. Efficiency of the CO2 extraction process from the standpoint of system and economic analysis. In: Biotechnological, environmental and economic aspects of creating safe specialized food products. Proceedings of the international scientific and practical conference. Krasnodar, 2020. pp. 94–99. (in Russian)Меньшутина Н.В., Казеев И.В., Артемьев А.И. и др. Применение сверхкритической экстракции для выделения химических соединений // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. Вып. 6. С. 4–19.Menshutina N.V., Kazeev I.V., Artemyev A.I., Bocharova O.A., Khudeev I.I. Application of supercritical extraction for the isolation of chemical compounds. News of universities. Chemistry and chemical technology. 2021. vol. 64. no. 6. pp. 4–19. (in Russian)Гумеров Ф.М. Технологии сверхкритических флюидов. Экономическая целесообразность. М.: Бутлеровское наследие, 2019. 440 с.Gumerov F.M. Supercritical fluid technologies. Economic feasibility. Moscow: Butlerovskoe sledstvie, 2019. 440 p. (in Russian)Surup G.R., Trubetskaya A., Tang P. et al. The effect of wood composition and supercritical CO2 extraction on charcoal production in ferroalloy industries // Energy. 2020. Vol. 193. 116696. doi: 10.1016/j.energy.2019.116696Surup G.R., Trubetskaya A., Tang P. et al. The effect of wood composition and supercritical CO2 extraction on charcoal production in ferroalloy industries. Energy. 2020. vol. 193. p. 116696. doi: 10.1016/j.energy.2019.116696Домбровская Я.П., Дранников А.В., Дерканосова А.А. Научное обеспечение ресурсосберегающей технологии хлеба из пшеничной муки с длительным сроком хранения: монография. Воронеж: ВГУИТ, 2022. 109 с.Dombrovskaya Ya.P., Drannikov A.V., Derkanosova A.A. Scientific support for resource-saving technology of bread from wheat flour with a long shelf life. Voronezh: Voronezh State University of Engineering Technologies, 2022. 109 p. (in Russian)Использование тепловых насосов в мире – статистика, тенденции, перспективы. URL: https://vteple.xyz/ispolzovanie-teplovyihnasosov-v-mire (дата обращения: 03.02.2020).Use of heat pumps in the world - statistics, trends, prospects. URL: https://vteple.xyz/ispolzovanie-teplovyihnasosov-v-mire (in Russian)Пат. 2810005 С1 Российская Федерация, МПК C11B 9/00, C11B 1/10. Способ получения сухих СО₂-экстрактов из растительного сырья и установка для его осуществления / Домбровская Я.П., Дранников А.В., Шевцов А.А.; заявитель и патентообладатель ВГУИТ. № 2023111225; заявл. 24.04.2023; опубл. 27.11.2023, Бюл. № 36.Dombrovskaya Ya.P., Drannikov A.V., Shevtsov A.A. Patent RU 2810005. Method for producing dry CO2 extracts from plant raw materials and installation for its implementation. 2023. (in Russian)Трубаев П.А., Гришко Б.М. Тепловые насосы. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2009. 142 с.Trubaev P.A., Grishko B.M. Heat pumps. Belgorod: BSTU named after V.G. Shukhov, 2009. 142 p. (in Russian)Дранников А.В., Шевцов А.А., Домбровская Я.П. и др. Способы получения экстракта травы зверобоя для пищевой промышленности // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. № 2 (92). С. 147–151.Drannikov A.V., Shevtsov A.A., Dombrovskaya Ya.P. et al. Methods for obtaining St. John's wort herb extract for the food industry. Bulletin of Voronezh State University of Engineering Technologies. 2022. vol. 84. no. 2(92). pp. 147–151. (in Russian)Aleshkevich Y.S., Barbashov A.V., Zaporozhskii A.A. et al. System analysis and safety of the process to obtain CO2-extracts from plants // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 640. № 4. 042018. doi: 10.1088/1755-1315/640/4/042018Aleshkevich Y.S., Barbashov A.V., Zaporozhskii A.A. et al. System analysis and safety of the process to obtain CO2-extracts from plants. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. vol. 640. no. 4. p. 042018. doi: 10.1088/1755-1315/640/4/042018Vázquez L., Fornari T., Hernández E.J. et al. Supercritical fluid technology for lupin hulls valorization: extraction and fractionation of lupeol // Biomass Conversion and Biorefinery. 2024. Vol. 14. № 24. P. 32453–32463. doi: 10.1007/s13399-024-05511-7Vázquez L., Fornari T., Hernández E.J. et al. Supercritical fluid technology for lupin hulls valorization: extraction and fractionation of lupeol. Biomass Conversion and Biorefinery. 2024. vol. 14. no. 24. pp. 32453–32463. doi: 10.1007/s13399-024-05511-7Burgaz O., Kocak E., Yilmaz D. et al. Extraction of phenolic compounds and antioxidant activity analysis of Ficus carica L. seed oil using supercritical fluid technology // International Journal of Plant Based Pharmaceuticals. 2024. Vol. 4. № 2. P. 125–130. doi: 10.62313/ijpbp.2024.251Burgaz O., Kocak E., Yilmaz D. et al. Extraction of phenolic compounds and antioxidant activity analysis of Ficus carica L. seed oil using supercritical fluid technology. International Journal of Plant Based Pharmaceuticals. 2024. vol. 4. no. 2. pp. 125–130. doi: 10.62313/ijpbp.2024.251Amangeldinova M., Kukula-Koch W., Sakipova Z. et al. Bioactive Potential of Rheum cordatum Losinsk. Leaf Extracts: Phytochemical Insights from Supercritical CO2, Subcritical Ethanol and Ultrasound-Assisted Extractions // Plants. 2025. Vol. 14. № 15. 2314. doi: 10.3390/plants14152314Amangeldinova M., Kukula-Koch W., Sakipova Z. et al. Bioactive Potential of Rheum cordatum Losinsk. Leaf Extracts: Phytochemical Insights from Supercritical CO2, Subcritical Ethanol and Ultrasound-Assisted Extractions. Plants. 2025. vol. 14. no. 15. p. 2314. doi:10.3390/plants14152314Karimkhani M.M., Nasrollahzadeh M., Maham M. et al. Extraction and purification of α-pinene; a comprehensive review // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2024. Vol. 64. № 13. P. 4286–4311. doi: 10.1080/10408398.2022.2140331Karimkhani M.M., Nasrollahzadeh M., Maham M. et al. Extraction and purification of α-pinene; a comprehensive review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2024. vol. 64. no. 13. pp. 4286–4311. doi: 10.1080/10408398.2022.2140331Saadullah M., Ali B., Younas U. et al. Isolation and Characterization Techniques of Plant Secondary Metabolites // Plant Secondary Metabolites Chemistry and Role. Boca Raton: CRC Press, 2025. P. 25–45.Saadullah M., Ali B., Younas U. et al. Isolation and Characterization Techniques of Plant Secondary Metabolites. Plant Secondary Metabolites Chemistry and Role. Boca Raton: CRC Press, 2025. pp. 25–45.Kaundal M., Sharma R., Kumar R. Elevated CO2 and temperature effect on growth, phenology, biomass and hypericin content of Hypericum perforatum L. in the western Himalaya // Plant Physiology Reports. 2021. Vol. 26. № 1. P. 116–127. doi: 10.1007/s40502-021-00571-7Kaundal M., Sharma R., Kumar R. Elevated CO2 and temperature effect on growth, phenology, biomass and hypericin content of Hypericum perforatum L. in the western Himalaya. Plant Physiology Reports. 2021. vol. 26. no. 1. pp. 116–127. doi: 10.1007/s40502-021-00571-7Сабирова Л.Ю., Петрова И.А., Козлов А.В. и др. Энергосберегающие аспекты процесса экстракции биоактивных соединений из растительного сырья сверхкритическими флюидными растворителями // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2024. Т. 26. № 6. С. 157–165.Sabirova L.Yu., Petrova I.A., Kozlov A.V. et al. Energy-saving aspects of the process of extracting bioactive compounds from plant raw materials with supercritical fluid solvents. News of higher educational institutions. Energy problems. 2024. vol. 26. no. 6. pp. 157–165. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.