Способ получения пектина

 

Использование: в медицине, фармации и пищевой промышленности. Сущность изобретения: пектинсодержащие пищевые выжимки экстрагируют трижды водой при гидромодуле 1:20 и воздействии ударных волн от импульсных электрических разрядов длительностью 0,8 мкс, с фронтом 5 нс, при количестве импульсов 2,7·10³ в секунду и их амплитуде 20 кВ. Экстрагируют трижды по 15 минут, сливая воду и заменяя ее новой. Экстракты объединяют, концентрируют под вакуумом. Из концентрата осаждают пектин этанолом. Осадок отделяют, промывают и сушат. 3 табл.

Изобретение относится к получению пектина, который может быть использован в фармацевтической промышленности, а также пищевой промышленности.

Известен способ получения пектина путем экстракции цельного растительного сырья горячей водой в течение 6 часов, фильтрации полученного экстракта, частичной нейтрализации экстракта, частичной нейтрализации экстракта раствором аммиака, осаждения пектина 20%-ным раствором хлорида кальция с последующим их отделением от маточника, измельчением и сушкой.

Полученный пектат кальция для перевода его в пектин подвергается деминерализации водно-спиртовым раствором, сначала подкисленным, а затем нейтральным и слегка подщелоченным. Отфильтрованный препарат пектина высушивается при 40^oС /1/.

Недостатком указанного способа является длительная продолжительность и трудоемкость способа, особенно из-за дополнительной стадии получения пектата кальция и его деминерализации, небольшой выход целевого продукта из цельного сырья, вследствие использования в качестве осадителя хлорида кальция - соосаждение с пектином сопутствующих веществ (крахмала, клетчатки, и др.).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения пектина из яблочных выжимок путем последовательной экстракции сырья сначала водным раствором азотной кислоты при 70-80^oС в течение 3,0-3,5 часов, затем водой при 45-50^oC в течение 2 часов, фильтрованием, объединением и концентрированием экстрактов и осаждением пектинов 96% этиловым спиртом (в соотношении 1: 3) с последующим отделением, очисткой и сушкой пектина. Выход целевого продукта 11% к весу сухого сырья. Недостатками этого способа являются невысокий выход целевого продукта, использование токсичного экстрагента (азотной кислоты), требующего особых мер предосторожности при работе с ним, трудоемкость способа (использование двух экстрагентов), длительность способа (около 9 часов), относительно высокая микрообсемененность пектинов. Выход свекловичного пектина, полученного этим способом из производственного жома, составил 14,53% к сухому сырью.

Известно, что при введении пектинов в организм происходит уничтожение гнилостной микрофлоры. Известно применение пектинов для лечения инфекционных гастроэнтеритов, дизентерии и поносов у детей и ингибирующее действие пектина на рост трех видов фитопатогенных бактерий из рядов: Xanthomonas, Pseudomonas, Corynebacterium.

Цель изобретения повышение выхода пектина, упрощение способа его получения, сокращение продолжительности способа, повышение антимикробной активности, повышение стерильности целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения пектина, включающем многократную экстракцию пектиносодержащих пищевых выжимок, объединение экстрактов, их фильтрацию и вакуумное концентрирование, осаждение пектина из концентрата этанолом с последующим выделением, промывкой и сушкой пектина, экстракцию осуществляют водой при гидромодуле 1:20 и воздействии ударных волн от импульсных электрических разрядов длительностью 0,8 мкс с фронтом 5 нс, при количестве импульсов 2,7·10³ в секунду и их амплитуде 20 кВ, трехкратно, по 15 минут.

Апробация способа проведена при использовании в качестве исходного сырья свекловичных выжимок, являющихся многотоннажными отходами консервного производства и зачастую не утилизирующихся. Способ обработки свекловичных выжимов осуществился путем загрузки сырья в экстракционную камеру, экстракции его горячей водой (температура 50^oC при соотношении сырье вода 1:20 при обработке импульсами напряжения прямоугольной формы с наносекундным фронтом длительностью 0,80 мкс, фронтом 5 нс, разрядная емкость 0,2 мкф, частота следования n 5·c^-1, количество импульсов в серии 2,7·10³, амплитуда импульсов 20кВ. Через 15 минут обработку импульсами прекращали, водный экстракт сливали и сырье заливали новой порцией экстрагента. Полнота извлечения пектинов из сырья достигается трехкратной экстракцией по 15 мин каждая. Контроль осуществлялся реакцией с карбозолом в среде концентрированной серной кислоты.

Экстракты объединяли, концентрировали под вакуумом, обрабатывали 96%-ным этанолом в соотношении экстракт этанол 1:3. При этом пектины осаждаются, их отделяли, фильтровали под вакуумом, промывали на фильтре двукратно 96% этанолом и сушили в сушильном шкафу. Выход пектинов составил 25,80% в пересчете на абсолютно сухую массу сырья.

При обработке сырья с применением импульсных электрических разрядов происходит измельчение сырья до частиц размером 1 мм, что благоприятствует экстракции пектина. Мощный импульсный электрический разряд в жидкости инициирует вокруг канала разряда ряд явлений, обусловливающих электрогидравлический эффект. Среди них наиболее полно используется энергия расходящейся жидкости и ударной волны в таких технологических процессах как экстракция, гомогенизация. При этом происходит очень тонкая гомогенизация растительных клеток, что благоприятствует экстракции пектина: дополнительному извлечению протопектина, содержащегося в стенках клеток, и извлечению пектина, содержащегося во внутриклеточном соке растений. Этим можно объяснить повышение выхода пектина. Таким образом, если в известном способе для выведения протопектина используется более сильный экстрагент, чем вода азотная кислота, то в предлагаемом способе выделение протопектина и пектина осуществляется за счет жесткого режима экстракции с использованием воды. Т.е. заявляемый способ наиболее приемлем для экстракции "каркасных" ("структурных") веществ, которыми являются пектины.

Далее, при использовании в заявляемом способе мощного импульсного электрического разряда происходит нагревание экстракционной смеси примерно до температуры 65-70^oC, что является оптимальной температурой экстракции пектинов.

В заявляемом способе основным преобразователем электрической энергии в механическую является электрический разряд в жидкости, расположенной между электродами. Электроды располагаются непосредственно в рабочей камере. При обработке лекарственного сырья импульсами высокого напряжения происходит эрозионный износ электронных систем, в результате чего полученные экстракты могут быть загрязнены примесями металлов. Введение металла в экстракт является регулируемым. Известно, что пектины могут взаимодействовать с металлами и образовывать пектинаты, которые являются прочными нерастворимыми комплексами и проявляют более выраженное антимикробное действие, чем пектины. Присутствие незначительного количества эрозировавшего металла, а, следовательно, пектинатов, способствует усилению антимикробных свойств целевого продукта. Перед проведением исследований электроды взвешивались на аналитических весах с точностью до четвертого знака. После проведения опытов проводилось контрольное взвешивание и определялась масса эрозировавшего металла. Зная число импульсов, затраченных на обработку сырья, рассчитывалась удельная величина эрозии металла мг/имп.

В заявляемом способе возникающее при электрическом разряде мощное электромагнитное излучение способствует обеззараживанию, стерилизации и обеспложиванию экстракционной смеси. Этот факт подтверждается минимальной микрообсемененностью продукта, полученного предлагаемым способом.

Оптимальным соотношением сырье экстрагент является 1:20, т.к. при этом выход пектинов максимальный. При повышении соотношения сырье экстрагент (более 1: 20) растут проводимость жидкости и потери энергии за счет импульсных токов растекания. При этом параметры ударной волны, способствующей успешному проведению экстракции, значительно ухудшаются.

Увеличение фронта импульса более 5 нс ведет к посадке напряжения по нагрузке за счет роста токов растекания, что в итоге отрицательно сказывается на выходе целевого продукта.

Оптимальная длительность импульсов при экстракции пектинов составляет 0,8 мкс при фронте импульсов 5 нс, т.е. при этом выход пектинов наибольший. При длительности импульсов более 0,80 мкс значительная часть энергии расходуется на переизмельчение и выброс исходного сырья из зоны разрушения.

Было установлено, что наиболее предпочтителен медный электрод, т.к. количество эрозировавшего металла из электрода в пектиновый экстракт было наибольшим, а, следовательно, в этом случае несколько выше содержание пектината меди, проявляющего антимикробное действие.

Сравнительное изучение микробной обсемененности свекловичных пектинов, полученных по заявляемому способу и известному, показало, что в обоих случаях микрофлора была одинаковой: содержались следующие виды бактерий: Pseudobacterium erythoglocum; Bacilluc subtilis, Bacillus mesentericus из грибов содержался пеницилл. Если по видовому составу бактерий и грибов не было различий, то в количественном отношении были существенные различия. Это отражено в таблице 2.

Из таблицы 2 следует, что свекловичный пектин, полученный заявляемым способом, обсеменен бактериями в 42 раза меньше и грибами в 45 раз меньше, чем свекловичный пектин, полученный по известному способу. Это свидетельствует о стерилизации экстракционной смеси мощным электромагнитным излучением в заявляемом способе.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. 10 г сухого свекловичного жома загружают в экстракционную камеру (материал электродов медь), приливают 200 мл горячей (температура 50^oС) воды. Сырье подвергают обработке импульсными разрядами, длительность которых составляла 0,80 мкс с фронтом 5 нс, емкость в разряде 0,2 мкф, пробивное напряжение 20 кВ, количество импульсов 2,7·10³ в секунду. После трехкратной экстракции по 15 мин. водные экстракты фильтруют, объединяют, концентрируют под вакуумом примерно до 1/10 первоначального объема, обрабатывают концентрат 96% -ным этанолом в соотношении концентрат этанол 1:3. Выпавший в осадок пектин фильтруют под вакуумом, промывают на фильтре двукратно 96% этанолом и сушат в сушильном шкафу.

Выход пектина составил 2,5800 н или 25,80% по отношению к абсолютно сухой массе сырья.

Пример 2. 10 г сухого свекловичного жома загружают в экстракционную камеру (материал электродов медь), приливают 150 мл горячей (температура 50^oC) воды. Сырье подвергают обработке импульсными разрядами, длительность которых составляла 0,77 мкс с фронтом 2 нс, емкость в разряде 0,2 мкф, пробивное напряжение 18 кВ, количество импульсов 2,5·10³ в секунду. После трехкратной экстракции по 10 мин. водные экстракты фильтруют, объединяют, концентрируют под вакуумом до примерно 1/10 первоначального объема, обрабатывают концентрат 96% -ным этанолом в соотношении концентрат этанол 1:3. Выпавший в осадок пектин фильтруют под вакуумом, промывают на фильтре двукратно 96% этанолом и сушат в сушильном шкафу.

Выход пектина составил 2,4604 г или 24,60% по отношению к абсолютно сухой массе сырья.

Пример 3. 10 г сухого свекловичного жома загружают в экстракционную камеру (материал электродов медь), приливают 250 мл горячей (температура 50^oC воды. Сырье подвергают обработке импульсными разрядами, длительность которых составляла 0,82 мкс с фронтом 10 нс, емкость в разряде 0,2 мкф, пробивное напряжение 23 кВ, количество импульсов 2,9·10³ в секунду. После трехкратной экстракции по 20 мин. водные экстракты фильтруют, объединяют, концентрируют под вакуумом примерно до 1/10 первоначального объема, обрабатывают концентрат 96%-ным этанолом в отношении концентрат этанол 1:3. Выпавший в осадок пектин фильтруют под вакуумом, промывают на фильтре двукратно 96% этанолом и сушат в сушильном шкафу.

Выход пектина составил 2,5561 г или 25,56% по отношению к абсолютно сухой массе сырья.

Пример 4. Осуществляют аналогично примеру 1, но при гидромодуле 1:25.

Выход пектина составил 25,37% по отношению к абсолютно сухой массе сырья.

Пример 5. Осуществляют аналогично примеру 1 при различных количествах импульсов в секунду. Результаты представлены в табл.1.

Пример 6. Осуществляют аналогично примеру 1, при различной длительности фронта импульсов. Результаты представлены в табл.2.

Пример 7 Осуществляют аналогично примеру 1 при различной длительности импульсов. Получены следующие результаты (см.табл.3).

Пример 8. Осуществляют аналогично примеру 1 при различной продолжительности экстракции. Результаты представлены в табл.4.

Пример 9. Осуществляют аналогично примеру 1 при различной амплитуде импульсов. Результаты приведены в табл.5.

Пример 10. Осуществляют аналогично примеру 1 при различных электродах. Результаты представлены в табл.6.

Идентификацию целевого продукта свекловичного пектина проводили с помощью качественных реакций: 1. Проба на галактуроновую кислоту (по Эрлиху): 0,1 г пектина растворяли в 5 мл воды, добавляли несколько капель 10%-ного раствора основного ацетата свинца и нагревали на кипящей водяной бане 5 мин. Образовавшийся вначале белый осадок постепенно окрашивался в оранжевый цвет с красноватым оттенком (галактуроновая кислота).

2. Реакция на галактуроновую кислоту в среде концентрированной серной кислоты: в пробирку помещали 0,05 г пектина, растворяли в 3 мл воды, добавляли 10 мл конц.серной кислоты, раствор нагревали на кипящей водяной бане в течение 10 мин, затем добавляли 6 капель 0,2% спиртового раствора карбазола. Содержимое пробирки снова нагревали на кипящей водяной бане 5 мин. В результате нагревания раствор приобретал вишневую окраску (галактуроновая кислота).

Свекловичный пектин, полученный заявляемым и известным способом, и исследовался на антимикробное действие.

Изучение антимикробного действия пектинов проводилось на 12 тест-культурах по следующей методике: пектины помещали во флаконы в количествах от 20 до 120 мг на 20 мл стерильного питательного агара (ПА). Далее флаконы термостатировали при 70^oС в течение 1,5 час для набухания пектинов. Затем содержимое флаконов выливали в стерильные чашки Петри. После застывания агара составляли ряды из чашек для препаратов с концентрациями 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 60000 мкг/мл. Контролем для пектинов являлся питательный агар без добавления препарата. В качестве тест-культур использовали 4 вида стафилококков, 5 энтеробактерий, 3 бацилл. Для посева из суточных агаровых культур готовили стомиллионные взвеси, которые петлей сеяли на секторы опытных и контрольных сред. Чашки ставили на суки в термостат при 37^oC, после чего учитывали результаты опытов, представленные в таблице 7.

Результаты исследования микрообсеменности свекловичного пектина, полученного по изобретению и известным способом, приведены в табл.8.

Из таблицы 8 видно, что свекловичный пектин, полученный заявляемым способом, уже в концентрации 3000 мкг/мл полностью угнетает рост 10 тест-культур и частично подавляет рост 2-х спорогенных культур бацилл, в то время как минимальная концентрация свекловичного пектина, полученного по известному способу.

Формула изобретения

Способ получения пектина, включающий многократную экстракцию пектинсодержащих пищевых выжимок, объединение экстрактов, их фильтрацию и вакуумное концентрирование, осаждение пектина из концентрата этанолом с последующим выделением, промывкой и сушкой пектина, отличающийся тем, что экстракцию осуществляют водой при гидромодуле 1:20 и воздействии ударных волн от импульсных электрических разрядов длительностью 0,8 мкс, с фронтом 5 нс, при количестве импульсов 2,7·10³ в 1 с и амплитуде 20 кВ трехкратно по 15 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3