Способ получения желирующей добавки

 

Использование: в пищевой промышленности. Сущность изобретения: получение желирующей добавки из растительного сырья экстракцией водным раствором смеси хлорида и тиосульфата натрия общей концентрацией до 7,5 г/л, предварительно обработанным в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов до достижения pH 1,8 - 2,4 и окислительно-восстановительного потенциала +700 - +1200 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Соотношение хлорида и тиосульфата натрия в водном растворе составляет (11,7 - 35,0):1. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам извлечения пективновых веществ из растительного сырья и может быть использовано в пищевой промышленности в качестве желирующей добавки.

Известно применение пектинов в качестве желирующего средства в пищевой промышленности. Однако выделение чистых пектинов требует расхода дефицитного сырья этилового спирта. Ограничив известные способы получения пектинов получением пектинового концентрата, можно получить желирующую добавку, сократив расходы на производство [1] Основной способа выделения пектинового концентрата из растительного сырья является экстракция его водными растворами минеральных кислот, pH которых варьируется в пределах 2,8 3,2, при повышенной температуре. В процессе используют сернистую, молочную, винную, лимонную, ортофосфорную кислоты [см. там же] Однако следует отметить высокую стоимость используемых реагентов, которая делает процесс нерентабельным. Использование сравнительно высоких значений pH приводит к неполному извлечению пектинов. Кроме того, как уже было отмечено выше, процесс получения пектинового концентрата является по существу процессом выделения пектина из растительного сырья, в котором исключены финишные стадии осаждения пектина из фильтрата, сушка его и измельчение в связи с утерей функциональной необходимости. Это дает возможность использовать известный уровень техники выделения пектина для получения пектинового концентрата.

Так как пектиновые вещества в клетках растительных тканей находятся в связанной форме протопектинов, при их выделении необходимо обеспечить разрыв межмолекулярных связей с минимальными деструктивными изменениями макромолекул пектина, так как снижение молекулярной массы и степени этерификации ведет к ухудшению желирующей способности основной функциональной характеристики высокоэтерифицированных пектинов.

Однако при повышении температуры и пониженных значениях pH происходит значительный гидролиз гликозидных и сложноэфирных связей, что приводит к резкому уменьшению молекулярной массы и степени этерификации пектина и, как следствие, ведет к понижению желирующей способности.

Задача по извлечению пектинов с минимальной степенью деструкции макромолекул решалась как подбором экстрагирующих растворов, так и сочетанием новых растворов с предварительной подготовкой сырья.

Известно применение в качестве экстрагента раствора фосфорной кислоты [2] Введение в экстракционный раствор ферментов гриба Gcitrichum candidum [3] экстракция молочной сыворотки [4] или предварительная обработка сырья уксусной кислотой [5] кипящими алифатическими спиртами [6] Однако отказ от выделения пектина из концентрата накладывает жесткие условия на выбор гидролизующего агента и процесс гидролизной экстракции, так как предъявляет более жесткие требования к содержанию сопутствующих соединений в концентрате. Кроме того, применение дефицитных реагентов удорожает процесс, усложняет его введением дополнительных технологических стадий, в некоторых случаях повышает энергоемкость за счет применения специальных технологических режимов, ведет к образованию значительного количества сточных вод, а, кроме того, используемые в известных способах режимы не являются достаточно мягкими для получения пектина с высокой желирующей способностью.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ извлечения пектина из растительного сырья, включающий подготовку сырья, его предварительную обработку 0,1 0,2 н. соляной кислотой в 50 70%-ном этаноле с последующей гидролизной экстракцией 1 2%-ным водным раствором ацетата натрия при 40 45^oС и pH 6,0 6,5 [7] Известное решение позволяет получить концентрат пектина с высокой желирующей способностью.

Недостатками известного решения являются могоступенчатость процесса, его длительность предварительная обработка ведется в течение 3 ч, экстракция в течение 4 ч. Кроме того, следует отметить значительный расход реагентов, в частности этанола, который используется на стадии предварительной обработки и отмывки обработанного сырья от хлора перед экстракцией.

Целью изобретения является обеспечение возможности получения пектинового концентрата с высокой желирующей способностью при минимальном содержании в нем сопутствующих соединений с одновременным упрощением и ускорением процесса, использовании недефицитных и сравнительно дешевых реагентов.

Поставленная цель достигается способом получения желирующей добавки из растительного сырья, включающем подготовку сырья, экстракцию водным раствором соли натрия с отделением экстракта и его концентрированием, причем используют раствор смеси хлорида и тиосульфата натрия общей концентрацией до 7,5 г/л при соотношении хлорида и тиосульфата натрия в растворе (11,7 35,0):1, предварительно обработанный в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов до достижения pH 1,8 2,4 и окислительно-восстановительного потенциала +700 +1200 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

Обработку водного раствора смеси соли целесообразно вести с использованием электродов из стеклоуглерода, или титана, или поливированного титана, или титана с электрокаталитическим покрытием, содержащим, например, платину, оксиды рутения и титана, или оксиды иридия в вертикальном диафрагменном электролизере с цилиндрическими коаксиальными электродами и керамической ультрафильтрационной мембраной на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия при протоке водного раствора снизу вверх.

Экстракцию ведут при соотношении твердой и жидкой фаз 1:(12 13) в течение 1,0 2,5 ч при температуре 80 90^oС.

Применение в качестве экстрагента водного раствора смеси хлорида и тиосульфата натрия концентрацией до 7,5 г/л, подвергнутых электрохимической обработке, позволяет за счет использования недецифитных реагентов при их сравнительно небольшом количестве, получить эффективную среду, обеспечивающую протекание гидролизной экстракции со сравнительно высоким выходом при сохранении высокой молекулярной массы и степени этерификации извлекаемых пектинов и низком солесодержании получаемого концентрата. Обработка растворов до достижения pH менее 1,8 и более высоких окислительно-восстановительных потенциалов ведет к ужесточению режима экстракции и деструкции извлекаемых пектинов, что нежелательно, pH 2,4 и значения окислительно-восстановительного потенциала меньше 700 мВ приводит к снижению экстрагирующей способности, уменьшению выхода пектинов.

В технологии получения пектинов известно применение электрообработки водных сред [8] Однако в данной публикации речь идет о принципиально ином виде обработки электромембранном, при котором поток обрабатываемой среды проходит между биполярным ионообменными мембранами электродиализатора, и состав среды изменяется за счет механизма проводимости мембран. Основным процессом при этом является обесссоливание среды.

В предложенном решении при обработке раствора неорганических солей с использованием нерастворимых электродов за счет протекания реакций окисления-восстановления на поверхности электродов и реакций образующихся продуктов в объеме обрабатываемого раствора целенаправленно изменяются характеристики среды, что позволяет использовать ее в качестве экстрагента в процесс извлечения пектинов.

Целесообразно использовать растворы смеси хлорида и тиосульфата натрия концентрацией до 7,5 г/л. При этом изменение свойств раствора является оптимальным. Применение концентраций выше 7,5 г/л нецелесообразно в связи со значительной минерализацией раствора, который может требовать дополнительной очистки продукта. Нижний предел определяется исходя из требований к раствору в зависимости от используемого сырья, и в случае легкорасщепляемого сырья может составлять величину порядка 1 3 г/л.

Использование смеси хлорида и тиосульфата натрия позволяет за счет качественного и количественного составов анионов расширить спектр протекающих на аноде и в объеме обрабатываемого раствора реакций, ускорить обработку раствора и интенсифицировать ее без увеличения солесодержания. Кроме того, при обработке создается возможность образования миниколичеств SO₂ в газообразной форме, который растворяется в обрабатываемой среде и придает ей консервирующие свойства, что расширяет технологические возможности предложенного решения за счет возможности более продолжительного хранения экстракта или его концентрата. При соотношении хлорида натрия к тиосульфату больше 35,0 не изменяются существенно свойства раствора, уменьшение соотношения меньше 11,7 приводит к увеличению газообразования, что отрицательно сказывается на свойствах раствора.

Предпочтительным является применение указанных в формуле электродных материалов, т. к. их сочетание с применяемыми растворами позволяет получить экстракционный раствор при минимальных затратах электроэнергии. На расход энергии также влияет конструкция электрохимической ячейки. В предложенном решении использовались ячейки по заявке РСТ N WO 93/20014.

Значения параметров процесса экстракции выбирается из указанных в формуле интервалов в зависимости от сырья и свойств экстрагирующего раствора. Применение меньших модулей ведет к неполному извлечению пектинов, превышение их свыше 13 к 1 дает увеличение объемов раствора и повышение затрат на стадии его концентрирования. Снижение температуры ниже 80^oС замедляет процесс экстракции, повышение ее выше 90^oС нецелесообразно в связи с ухудшением процесса экстракции за счет изменения свойств электрообработанных растворов. При соблюдении указанных режимов время экстракции сокращается до 1,0 2,5 ч.

Пример. 30 г сухих яблочных выжимок с содержанием пектина 15,8% и влажностью 6,6% заливают 400 мл раствора, содержащего 7 г/л хлорида натрия и 0,4 г/л тиосульфата натрия, предварительно обработанного в анодной камере электрохимического реактора с коаксиальными электродами из платинированного титана с ультрафильтрационной диафрагмой из керамики на основе оксидов циркония алюминия и иттрия по заявке РСТ WO 93/20014. Сила тока 6 А, напряжение 16 В. Обработанный раствор имел pH 2,08 и окислительно-восстановительный потенциал 1000 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, при содержании ионов натрия 7,3 мг/л, ионов хлора 2,17 мг/л при отсутствии активного хлора. Смесь нагревают на водяной бане до 90^oС и выдерживают в течение 2,5 ч с момента достижения требуемой температуры.

После охлаждения массу фильтруют через капроновую ткань и полученный гидролизат объемом 210 мл с содержанием сухих веществ 3,5% и pH 2,8.

Для предотвращения потерь пектинов влажные выжимки промывают 350 мл воды при комнатной температуре и промывную воду соединяют с гидролизатом.

Общий объем составляет 560 мл, содержание сухих веществ 2% pH 3.

После отстоя жидкость фильтруют на воронке Бюхнера через слой кизельгура. Очищенный раствор концентрируют в роторном испарителе, уменьшая температуру бани по мере увеличения концентрации раствора от 50 до 35^oС при 15 мм рт.ст.

Поскольку в настоящее время в России отсутствует производство пектинового концентрата полученный продукт сравнивается с выпускаемым в ФРГ жидким пектиновым концентратом "Опекта" (см. таблицу).

Анализ представленных данных показывает повышенное содержание пектина и большую желирующую способность продукта, полученного по изобретению.

Применение предложенного способа позволяет получить желирующий продукт высокого качества при использовании сравнительно дешевых реагентов и сравнительно высокой степени переработки сырья.

Формула изобретения

1. Способ получения желирующей добавки из растительного сырья, включающий подготовку сырья, экстракцию водным раствором соли натрия с отделением экстракта и его концентрированием, отличающийся тем, что в качестве водного раствора используют раствор смеси хлорида и тиосульфата натрия общей концентрацией до 7,5 г/л, предварительно обработанный в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов до достижения рН 1,8 2,4 и окислительно-восстановительного потенциала 700 - 1200 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение хлорида и тиосульфата натрия в водном растворе составляет 11,7 35,0 1.

3. Способ по пп.1 2, отличающийся тем, что обработку водного раствора неорганической соли ведут с использованием электродов из стеклоуглерода, или титана, или полированного титана, или титана с электрокаталитическим покрытием, содержащим, платину, оксиды рутения и титана, или оксиды иридия.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что обработку водного раствора ведут в вертикальном диафрагменном электролизере с цилиндрическими коаксиальными электродами и керамической ультрафильтрационной мембраной на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия при протоке водного раствора снизу вверх.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что экстракцию ведут при соотношении твердой и жидкой фаз 1 12 13 в течение 1,0 2,5 ч при температуре 80 90^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1