Способ получения пектина
Владельцы патента RU 2329663:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению пектина и фруктового порошка из вторичных сырьевых ресурсов перерабатывающих отраслей. Способ включает промывание в воде исходного сырья - купажа сухих измельченных до 2-3 мм выжимок, полученных от переработки мелкоплодных яблок сортов Пурпуровая, Добрыня и Фонарик, взятых в соотношении 1:1:0,5 соответственно. После чего замачивают выжимки в подогретой до 45-50°С молочной сыворотке в течение 2 часов при их соотношении 1:(4,5-4,9) соответственно. Осуществляют гидролиз-экстрагирование при температуре 70-75°С в течение 1 часа, рН среды 3,0-3,5 и частоте вращения рабочего органа 5000 об/мин. Центрифугируют гидролизную смесь с получением твердой фазы и пектинового экстракта, который охлаждают до 20°С, нейтрализуют пищевой содой до рН, равной 7, очищают через анионит и концентрируют в течение 2-х часов при температуре 80-85°С до содержания сухих веществ 60-65%. Осаждают пектин этанолом, отделяют и проводят его двукратную промывку этанолом, подвергают сушке и измельчению. Расширяется сырьевая база, более полно используются вторичные сырьевые ресурсы, полученный пектин обладает высоким выходом. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности при получении пектина и фруктового порошка из вторичных сырьевых ресурсов перерабатывающих отраслей.
Пектиновые вещества обладают ценными биологическими эффектами, наиболее известным из которых является обезвреживающее действие тяжелых металлов и радионуклидов при попадании в организм человека. Детоксицирующая способность пектина основана на взаимодействии молекул пектина с катионами тяжелых и радиоактивных металлов с образованием нерастворимых комплексов, которые не всасываются и выводятся из организма. Это свойство пектинов дает основание рекомендовать их в качестве лечебного и профилактического средства для людей, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами и тяжелыми металлами, связанных с производством и использованием пестицидов.
Традиционно экстракцию пектиновых веществ из растительного сырья проводят в присутствии кислот, щелочей, органических растворителей и других химикатов, несовместимых с понятием «пищевой продукт», что в итоге требует больших количеств воды для очистки полученных веществ.
Известен способ получения пектина из выжимок дикорастущих сортов яблок, включающий гидролиз-экстрагирование яблочного сырья при соотношении выжимок и экстрагента 1:10, температуре процесса 95-98°С и рН среды 1,8-2,0 в течение 1,0 ч с последующим выделением пектина (Дончепко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов. / Учебное пособие. - М.: ДеЛи, 2000. - С.118-119).
Недостатками данного способа является повышенный расход экстрагента, а также высокая температура процесса гидролиза-экстрагирования, которая может привести к термической деструкции пектиновых веществ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения плодово-ягодного пектина, по которому растительное сырье готовят к гидролизу, гидролиз протопектина ведут в присутствии соляной кислоты концентрации 0,5-2,0% при гидромодуле 1:5-1:7 и температуре 75-78°С в течение 2 ч, твердую фазу отделяют, осаждают продукт этанолом; отделяют осадок и промывают его этанолом (RU, патент 2095996, кл. С08В 37/06, 1997, прототип).
Недостатком этого способа является длительность процесса гидролиза-экстрагирования, требующая дополнительных затрат энергии, и то, что в качестве гидролизующего агента используют водный раствор неорганической кислоты, что ухудшает экологические условия труда и сказывается на качестве пектина.
Техническая задача - разработка способа получения пектина с улучшенными экологическими свойствами, расширение сырьевой базы и уменьшение загрязнения окружающей среды за счет более полного использования вторичных сырьевых ресурсов.
Технический результат достигается за счет того, что, в отличие от прототипа, способ получения пектина характеризуется тем, что он включает промывание в холодной воде в течение 15-20 минут исходного сырья - купажа сухих измельченных до 2-3 мм выжимок, полученных от переработки мелкоплодных яблок сортов Пурпуровая, Добрыня и Фонарик, взятых в соотношении 1:1:0,5 соответственно, после чего замачивают выжимки в подогретой до 45-50°С молочной сыворотке в течение 2 часов при их соотношении 1:(4,5-4,9) соответственно, затем осуществляют гидролиз-экстрагирование при температуре 70-75°С в течение 1 часа, рН среды 3,0-3,5 и частоте вращения рабочего органа 5000 об/мин, центрифугируют гидролизную смесь в течение 10 минут с получением твердой фазы и пектинового экстракта, который охлаждают до 20°С, нейтрализуют пищевой содой до рН, равной 7,0, очищают через анионит и концентрируют в течение 2-х часов при температуре 80-85°С до содержания сухих веществ 60-65%, осаждают пектин этанолом, отделяют и проводят его двукратную промывку этанолом, подвергают сушке и измельчению. Оставшуюся после центрифугирования твердую фазу сушат, диспергируют, рассеивают.
Молочная творожная сыворотка, являясь продуктом переработки молочного производства, содержит значительное количество минеральных веществ и витаминов и используется в данном способе получения пектина в качестве экстрагента. Кроме того, переработка молочной сыворотки оказывает неоценимую помощь в поддержании благополучной экологической обстановки в районе ее производства.
В качестве исходного сырья использовали измельченные до 2-3 мм сухие выжимки от переработки мелкоплодных яблок Сибири в соковом производстве. Молочную творожистую сыворотку с кислотностью 290°Т предварительно нагревали до 90-95°С в течение 15 минут, затем фильтровали, фильтрат (молочную сыворотку) направляли на замачивание предварительно промытых в течение 15-20 минут выжимок от мелкоплодных яблок.
Пример. Брали в качестве исходного сырья 1 кг - купажа сухих измельченных до размера частиц 2-3 мм выжимок, полученных от переработки мелкоплодных яблок сортов Пурпуровая, Добрыня и Фонарик, взятых в соотношении 1:1:0,5 соответственно с массовой долей сухих веществ 94%, промывали в холодной воде в течение 15-20 мин, замачивали в предварительно подогретой до 45-50°С молочной сыворотке течение 2 ч. Далее проводили гидролиз-экстрагирование смеси в экстракторе при частоте вращения рабочего органа 5000 об/мин, рН среды 3,0-3,5 и температуре от 65 до 80°С. Гидролизную смесь центрифугировали, получая пектиновый экстракт и твердую фазу. Проводили охлаждение экстракта до комнатной температуры, его нейтрализацию пищевой содой до рН 7 с последующей очисткой через анионит. Очищенный от полифенолов экстракт концентрировали в течение 2 ч при температуре 80-85°С до содержания сухих веществ 60-65%, получая пектиновый концентрат, после чего проводили осаждение пектина этанолом и двукратную промывку осадка этанолом с концентрацией 70% и 96%. Полученный продукт подвергали сушке, измельчали и просеивали, расфасовывали; при этом получали пектин с влажностью 10,1-12%. Оставшуюся после центрифугирования твердую фазу сушили, диспергировали и рассеивали, получая фруктовый порошок, который использовали в кондитерской промышленности.
Были проведены эксперименты при разном соотношении (гидромодуле) выжимок и экстрагента, продолжительности и рН экстракции и времени концентрирования пектинового экстракта.
Выход пектина составил 2,6-3,2% от исходного сырья, желирующая способность по Сосновскому 329-350 мм рт.ст.
В табл.1 приведены примеры получения пектина при различных режимах.
В табл.2 и 4 представлены физико-химические показатели пектина.
В табл.3 приведены полученные результаты по содержанию полифенолов и пектиновых веществ в исходном сырье и промежуточных продуктах.
В табл.5 представлена технологическая схема получения пектина.
В результате проведенных исследований выяснены оптимальные режимы способа получения пектина (табл.1): в качестве исходного сырья используют сухие измельченные до 2-3 мм выжимки мелкоплодных яблок: купаж сортов Пурпуровая - Добрыня - Фонарик в соотношении 1:1:0,5 соответственно, которые промывают в холодной воде в течение 15-20 минут, замачивают в подогретой до 45-50°С в молочной сыворотке в течение 2 часов при их соотношении 1:(4,5-4,9) соответственно при температуре 45-50°С, затем осуществляют гидролиз-экстрагирование при температуре 70-75°С в течение 1 часа, рН среды 3,0-3,5 и частоте вращения рабочего органа 5000 об/мин, центрифугируют гидролизную смесь в течение 10 минут и оборотах рабочего органа 3000 об/мин, полученный пектиновый экстракт охлаждают до 20°С, нейтрализуют до рН, равной 7,0 пищевой содой. Затем охлажденный экстракт пропускают через анионит, концентрируют при температуре 80-85°С в течение 2-х часов до содержания сухих веществ 60-65%, получая пектиновый концентрат с влажностью 35-40%. Пектиновый концентрат с влажностью 35-40% можно направить на расфасовку и дальнейшее использование в кондитерской промышленности или направить на получение пектина. С этой целью с помощью этанола проводят осаждение пектина из пектинового концентрата, фильтрацию, двукратную промывку осадка 70% и 96% этанолом, сушку, измельчение и расфасовку в виде порошка с влажностью 10,1-12% (табл.2). Выход пектина составил 2,6-3,2% от исходного сырья. В табл.2 показано, что полученный пектин имеет следующую физико-химическую характеристику: это порошок с влажностью 10,1-12,0%, степень метоксилирования его - 52,7-63,5%, содержание ацетильных групп - 0,5-0,61%, средняя молекулярная масса - 55000-65800 ед., желирующая способность по Сосновскому 329-350 мм рт.ст.
При меньшем соотношении купажа сухих выжимок сортов мелкоплодных яблок Пурпуровой, Добрыни, Фонарика, равном 1:4, полученная смесь трудно перемешиваема из-за высокой плотности пульпы и при этом происходит неполное выделение пектиновых веществ (опыт 2) в экстракт, т.е. чистота экстракта составляет 0,23, а выход пектина - 1,7% от массы сырья. В то время как при оптимальных режимах (опыты 4, 5, 8, 9) показатель чистоты экстракта ПВ/СВ составляет 0,61-0,9 (табл.1), а выход пектина 2,6-3,2.
При большем соотношении (опыт 11. таб.1) купажа сухих выжимок - молочная сыворотка в соотношении 1:5,0-5,5 происходит неоправданное увеличение расхода молочной сыворотки и увеличение энергозатрат на осуществление последующих операций (центрифугирование, концентрирование и т.д.), но не происходит улучшение показателей по выходу пектина, так выход пектина в процентах от сырья составил 2,5%, а при оптимальных режимах процесса 2,6-3,2 мм рт.ст., жилирующая способность пектина низкая и составляет 242 мм рт.ст, при оптимальных режимах - 329-350 мм рт.ст., показатель чистоты экстракта -0, 38, а при оптимальных режимах этот показатель равен 0,61-0,9 (табл.1), не происходит улучшение пектина по его молекулярной массе (40100 ед.), при этом влажность пектина превышает норму и составляет 12,5% при норме 12,0% (табл.4).
Понижение температуры процесса гидролиза-экстрагирования до 65°С (опыт 3 и 7) приводит к снижению выхода пектина от сырья до 2,0% (табл.1), а при оптимальных режимах он составил 2,6-3,2%, жилирующей способности до 239 и 266 мм рт.ст. соответственно, а при оптимальных режимах она составляет 329-350 мм рт.ст., также снижается показатель чистоты экстракта до 0,35 и 0,42 соответственно (табл.1), в то время как при оптимальных режимах составляет 0,61-0,9, снижается качество пектина, при этом влажность пектина составляет 13,2 и 12,5 соответственно, что превышает норму (12%) (табл.4).
При повышении температуры (табл.1) гидролиза-экстрагирования до 80°С (опыты 6 и 10), жилирующая способность пектина снизилась до 294 и 253 мм рт.ст. соответственно, вместо 329-350 мм рт.ст., при оптимальных режимах; показатель чистоты экстракта снизился до 0,58 и 0,53 соответственно, вместо 0,61-0,9 при оптимальных режимах, средняя молекулярная масса (табл.4) пектина составила 53500-43300 соответственно, вместо 55000-65800 ед. при оптимальных режимах.
Присутствие большого количества ацетильных групп (табл.2 и 4) влияет, главным образом, на снижение желирующей способности пектина и его молекулярную массу, которые являются существенными показателями для качества пектина. Так, в опытах 4, 5, 8, 9 наблюдается наибольшая молекулярная масса (55000-65800 ед.) по сравнению с другими опытами.
Согласно приведенной технологической схеме (табл.5) помимо пектина, в зависимости от цели, можно получать пектиновый концентрат, который представляет собой темную красно-коричневую густую сиропообразную жидкость с содержанием пектиновых веществ - 3,64-4,51%, сухих веществ 64,1-65,8%, Р-активных веществ (полифенолов) - 0,45-0,51%. Пектиновый концентрат может быть использован в кондитерской промышленности.
За счет наличия значительного количества антоцианов в исходном сырье полученный фруктовый порошок (табл.4) имеет красный цвет, что позволит исключить красители при его использовании в кондитерской промышленности. Фруктовый порошок содержит не менее: сухих веществ 92,0%, общий сахар - 19,0, витамин С - 32 мг/100 г, пектиновые вещества - 0,74%, органические кислоты - 10,6%, его плотность 0,7, продолжительность хранения не более 12 месяцев.
Использование в качестве сырья купажа сухих выжимок мелкоплодных яблок сорта Пурпуровой, Добрыни, Фонарика позволяет расширить сырьевую базу производства пектинопродуктов, особенно в условиях Сибири где накопление пектиновых веществ обусловлено климатическими условиями, осуществить комплексную переработку сырья.
Следует отметить, что по содержанию витамина С все мелкоплодные сорта яблок превосходят южные сорта, и большинство из них не уступает сортам, районированным в средней полосе страны, поэтому при безотходной переработке их надо рассматривать как важный источник витамина С.
Мелкоплодные яблоки следует также рассматривать как важный источник Р-активных веществ, которые, кроме биологической активности, играют роль стабилизатора витамина С.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что использование молочной сыворотки в качестве экстрагента позволяет исключить применение химически вредных кислот. Предложенный способ получения пектина предусматривает экологически безопасное производство, а также переработку вторичных сырьевых ресурсов, которые представлены отходами сокового, молочного и пектинового производств.
Сегодня в связи с индустриализацией рынка продуктов питания немаловажное значение приобретают проблемы промышленного производства и хранения продуктов, содержащих основные пищевые вещества для организма человека. Так, полученные по предложенному способу пектин и фруктовый порошок позволят обеспечить бесперебойную работу некоторых отраслей пищевой промышленности, где используются данные пектинопродукты. Принципиальное значение имеет тот факт, что данный способ производства является безотходным, экологически чистым и в максимальной степени соответствует концепции повышения эффективности природопользования.
Способ легко может быть использован в пищевом производстве.
| Таблица 1 | ||||||||||
| № п/п | Соотношение купажа выжимок и экстрагента | Температура гидролиза-экстрагирования, °С | рН гидролизата | Время гидролиза-экстрагирования, мин | Время концентрирования, ч | Выход пектина (%) от сырья | Желирующая способность пектина, мм рт.ст. | Показатель чистоты экстракта, ПВ/СВ | Содержание СВ в пектиновом концентрате, % | Содержание ПВ в пектиновом концентрате, % |
| 1 прототип | 1:5 (сухие яблочные выжимки и 2%-ный р-р HCl) | 75 | - | 120 | - | 3,0 | 280 | - | - | - |
| 2 | 1:4 | 70 | 3,0 | 45 | 1,8 | 1,7 | 217 | 0,23 | 68,1 | 1,93 |
| 3 | 1:4,5-4,9 | 65 | 3,0 | 60 | 2,0 | 2,0 | 239 | 0,35 | 60,9 | 1,75 |
| 4 | 1:4,5-4,9 | 70 | 3,0 | 60 | 2,0 | 2,6 | 344 | 0,90 | 65,0 | 4,51 |
| 5 | 1:4,5-4,9 | 75 | 3,0 | 60 | 2,0 | 2,6 | 335 | 0,75 | 65,8 | 3,77 |
| 6 | 1:4,-4,9 | 80 | 3,0 | 60 | 2,0 | 2,9 | 294 | 0,58 | 66,0 | 2,89 |
| 7 | 1:4,5-4,9 | 65 | 3,5 | 60 | 2,0 | 2,0 | 266 | 0,42 | 63,5 | 2,10 |
| 8 | 1:4,5-4,9 | 70 | 3,5 | 60 | 2,0 | 3,2 | 350 | 0,88 | 64,1 | 4,42 |
| 9 | 1:4,5-4,9 | 75 | 3,5 | 60 | 2,0 | 3,2 | 329 | 0,61 | 65,0 | 3,54 |
| 10 | 1:4,5-4,9 | 80 | 3,5 | 75 | 2,0 | 2,2 | 253 | 0,53 | 65,5 | 2,66 |
| 11 | 1:5,0-5,5 | 75 | 3,5 | 60 | 2,5 | 2,5 | 242 | 0,38 | 64,8 | 2,07 |
| Таблица 2 | ||||
| Физико-химическая характеристика пектина | ||||
| Показатель | № опыта | |||
| 9 | 5 | 8 | 4 | |
| Влажность пектина, % | 12,0 | 11,4 | 10,1 | 12,0 |
| Степень метоксилирования, % | 63,5 | 57,7 | 52,7 | 53,4 |
| Содержание ацетильных групп, % | 0,50 | 0,61 | 0,54 | 0,52 |
| Средняя молекулярная масса, ед. | 65800 | 65400 | 57800 | 55000 |
| Желирующая способность пектина, мм рт.ст. | 329 | 335 | 350 | 344 |
| Таблица 3 | ||||
| Содержание пектиновых веществ и полифенолов в исходном сырье и промежуточных продуктах | ||||
| Показатель | № опыта | |||
| 9 | 5 | 8 | 4 | |
| Содержание | ||||
| Р-активных веществ, %: | ||||
| в сырье | 1,21 | 1,3 | 1,36 | 1,40 |
| в экстракте (до фильтрации) | 0,22 | 0,22 | 0,26 | 0,28 |
| в концентрате | 0,51 | 0,46 | 0,45 | 0,49 |
| Содержание пектиновых | ||||
| веществ, %: | ||||
| в сырье | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 |
| в экстракте (до фильтрации) | 0,34 | 0,33 | 0,35 | 0,35 |
| в концентрате | 3,64 | 3,77 | 4,42 | 4,51 |
| Содержание СВ в концентрате, % | 65,0 | 65,8 | 64,1 | 65,0 |
| Таблица 4 | ||||||
| Физико-химическая характеристика пектина | ||||||
| Показатель | № опыта | |||||
| 2 | 3 | 6 | 7 | 10 | 11 | |
| Влажность пектина, % | 9,7 | 13,2 | 11,1 | 12,7 | 11,6 | 12,5 |
| Степень метоксилирования, % | 56,3 | 51,0 | 55,9 | 56,8 | 54,6 | 50,1 |
| Содержание ацетильных групп, % | 0,55 | 0,62 | 0,68 | 0,66 | 0,67 | 0,65 |
| Средняя молекулярная масса, ед. | 36800 | 47200 | 53500 | 52100 | 43300 | 40100 |
| Желирующая способность | 217 | 239 | 294 | 266 | 253 | 242 |
1. Способ получения пектина, характеризующийся тем, что он включает промывание в холодной воде в течение 15-20 мин исходного сырья - купажа сухих измельченных до 2-3 мм выжимок, полученных от переработки мелкоплодных яблок сортов Пурпуровая, Добрыня и Фонарик, взятых в соотношении 1:1:0,5 соответственно, после чего замачивают выжимки в подогретой до 45-50°С молочной сыворотке в течение 2 ч при их соотношении 1:(4,5-4,9) соответственно, затем осуществляют гидролиз-экстрагирование при температуре 70-75°С в течение 1 ч, рН среды 3,0-3,5 и частоте вращения рабочего органа 5000 об/мин, центрифугируют гидролизную смесь в течение 10 мин с получением твердой фазы и пектинового экстракта, который охлаждают до 20°С, нейтрализуют пищевой содой до рН, равной 7, очищают через анионит и концентрируют в течение 2-х ч при температуре 80-85°С до содержания сухих веществ 60-65%, осаждают пектин этанолом, отделяют и проводят его двукратную промывку этанолом, подвергают сушке и измельчению.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оставшуюся после центрифугирования твердую фазу сушат, диспергируют и рассеивают.
