Способ получения пектина

Изобретение относится к пищевой промышленностн, а именно к производству пектина из растительного сырья, используемого в производстве продуктов питания и медицине.Известен способ получения пектина, предусматривающий приготовление купажной смеси в водном растворе уксусной кислоты,промывку водой, гидролиз смесью, содержащей водные растворы соляной и уксусной кислот, отделение гидролизата, его оютаэкдение и нейтрализацию, осаждение этиловым спиртом 96-ой концентрации, его очистку и силку 11 Существенным недостатком данного способа является то, что в гидролизу/ющей смеси кислот используют дорогостоящую и дефицитную лимонную кислоту, которая не всегда эффективно экранирует отрицательные заряды молекулы пектина, что приводит к ухудшению качества получаемого пектина по студнеобразутощей способности, чистоте и выходу. Кроме того, в купаэкной смеси сырья доля свекловичного жома составляет 1 О-30 что незначительно увеличивает выход конечного продукта - пектина.Наиболее близким к изобретению по техничекой сущности и достигаемому результату является способ получения пектина, включающий приготовление купаэкной смеси из свекловичного жома, яблочных выжимок и фосфата целлюлозы, набухание смеси в водном растворе кислот, промывку водой, гидролиз смесью, содержащей водные растворы соляной и уксусной кислот и обработанной молочной сыворотки, отделение гидролизата,его охлаждение, нейтрализацию, осаждение этиловым спиртом и сушку 2.Недостатком этого способа является то, что для набухания купажной смеси сырья используют только водный раствор уксусной кислоты с рН 4,0-4,5, который не позволяет создавать щадящие условия для молекулы пектина. Это отрицательно сказывается на качестве получаемого пектина, его студнеобразутощей способности. Кроме того,несмотря на то, что в гидролизующей смеси КИСЛОТ ИСПОЛЬЗУЮТ УКСУСНУЮ И МОЛОЧНУЮ КИслоты, которые позволяют устранить недостатки способа-аналога и создать более эффективное экранирование молекулы пектина на стадии гидролиза, однако, на следующей стадии нейтрализации пектинового гидролизата до рН 2,2-2,4, происходит в основном связывание карбонатом натрия сильной кислоты - соляной, а слабые кислоты - уксусная и молочная остаются в растворе. Под действием этих карбоновых кислот и низкой рН среды в пектиновом гидролизате через 1,5 часа хранения происходит деградация пектина, связанная с расщеплением молекуля и.рной цепи по гликозидньтм связям и омылением эфирных групп. Это приводит к получению пектина низкого качества по сгуднеобразующей способности и чистоте,при этом снижается и выход конечного пропита.Таким образом, известные способы не позволяют создавать Щадящие условия для молекулы пектина на всех стадиях его получения. На решение этих задач, связанных с выявлением оптимальных условий для получения пектина, с целью улучшения его качества но студнеобразующей способности,чистоте и выходу конечного продукта и направлено данное изобретение.В предлагаемом способе получения пектина, включающем приготовление купажной смеси из свекловичного жома,яблочных выжимок и фосфата целлюлозы,набухание смеси в водном растворе кислот,промывку водой, гидролиз смесью, содержаШей водные растворы соляной и уксусной кислот и очищенную от сывороточных белков молочную сыворотку, при повышенной температуре, отделение гидролизата, его охлаждение и нейтрализацию, осаждение пектина этиловым спиртом с последующей его очисткой и сушкой, отличием является то, что после отделения в гидролизат вводят фосфат целлюлозы в количестве 2-4 мас., выдерживают смесь при перемешивании в течение 20-30 мин., после чего фосфат целлюлозы удаляют, а гидролизат после охлаждения и нейтрализации обрабатывают лактатом натрия до рН 2,8-3,0 и концентрируют ультрафильтрацией до содержания пектина 3,0-4,5 мас., пектин осаждают при объемном соотношении этилового спирта и концентрата(1-1,5)1, а ультрафильтрат разбавляют водой в соотношении 1(1-2) и используют в качестве водного раствора кислот для набухания купаэкной смеси.Введение фосфата целлюлозы в гидролизат пектина в количестве 2-4 мас. и выдержка в течение 20-30 минут позволяют улучшить качество получаемого пектина по студнеобразующей способности, цвету, чистоте и выходу конечного продукта. Это обусловлено тем,что фосфат целлюлозы является полифункциовальным катионитом и содержит в своем составе сильно- и слобокислотные группы. Как полимерная кислота фосфат целлюлозы ионообменно связывает неорганические и органические катионы в пектиновом гидролизате с образованием соответствующих солей. При сорбции катионов у фосфата целлюлозы в реакции участвуют преимущественно сильнокислые группы, так как выделяющаяся в процессе обмена фосфорная кислота пода 60 вляет диссоциацию второй - слабокислотнойф Показатель качества пектина ПЧистота,пектинав зависимости от дозировкид ос ата целлюлозы в гид олизат в мас.Продолжительность выдержки пектинового гидролизата с фосфатом целлюлозы, в мин.группы. При этом подавляется также диссо- Процесс сорбции катионов в пекгиновом циация молочнойи уксусной шепот, находя- гидролизате происходит во времени. При Щихся в гицролизате. Кроме того, в процессе этом степень очистки раствора пектина зависорбции пектинового Шдролизата происхо- сит не дтолько от количества введенного фосдит экранирование метоксилъньш групп пе- 5 фата целлюлозы, но и от продолжительности ктина фосфатом целлюлозы совместно с его вьццерхстш в гилролизате. Продолжительнедиссоциированньтми карбоновыми штсло- ность сорбции пектинового гидролизата тами. Это обеспечивает получение пектина с определяли по качеству получаемого пектина,большим содержанием этерифицированньвс его чистоте. Данные опытов представлены в трупп, и, как следствие, высокой студнеобра- 10 таблице 2. зующей способностью. Как видно из таблицы 2, продолжительКоличество вводимого фосфата целлюлозы ность сорбции пекгинового гидролизата фосв гидролизат пектина определяли экспери- фатом целлюлозы дошкна быть не меньше 15 ментально. Качество получаемого пектина минут, но не больше 25 минут. При выдержке после очистки фосфатом целлюлозы оцени- 15 фосфата цешполозьт в петсгиновом гидроливали по студнеобразующей способности, вы- зате меньше 15 минут, наблюдается недостаходу пектина и чистоте. Данные опытов точная степен-ь очистки получаемого пектина,представлены в таблице 1. о при этом. чистота составляет 85-86. УвелиКак видно из данных табдпшы 1, введение чивать продолжительноть выдержки пектинофосфата целлюлозы в гидролизат в количе- 20 вого гидролизата в фосфатом целлюлозы стве менее 2 мас. к массе сырья не обеспе- больше 25 минут нецелесообразно, так как чивает улучшения качества получаемого Показатель чистоты пектина остается на уропектина. По всем показателям он соотве- вне-достигнутого при оптимальной продолтствует пектину, полученному по способу жительности сорбции. Кроме того,прототипу (контроль). Оптимальной является 25 наблюдается снижение желирутошей спосодозировка фосфата целлюлозы в гидролизат в бности пектина. количестве 2-4 мас. к массе сырья, при этом В гидролизате пектин находится в раствополученньхй пектин Имеет студнеобразуюцгуто ренном состоянии. По современной классиспособность 88-89 кПа, выход - 86,8 - 89,0 фикации растворы пектина относятся к и чистоту- 85-86. Введение фосфата целлю- 30 гомогенным растворам, имеющим ряд свойлозы в гипролизат в количестве больше 4 ств коллоидов (растворы пектина медленно мас. от массы сырья не обеспечивает улу- диффундируют, не проникают через диаличшения качества получаемого пектина по сту зные мембраны, размеры - их частиц соотведнеобразующей способности. выходу и тствуют коллоидам) а также специфические чистоте, они остаются на уровне достигнутых 35 свойства, т.е. в отличие от коллоидов, они в при оптимальной дозировке. растворах не имеют поверхности раздела. Ра створы пектина наиболее устойчивы в телео 7 ВУ 1289 С 1 вВештчина рН среды доведенного ЛаЬТаТа Натрия ПЕКТИТОВОГО Ги дроштзатабразном состоянии, которое протекает при рН 2,8-3,2.Введение в нейтрализованный гидролизат лактата натрия и повышение его рН среды с 2,224 до 28-3,0 позволяет пектиновьш молекулам находиться в буферном растворе с рН среды, равной их термодинамической стабильности в гелеобразном состоянии. Образование стабильной среды для пектиновой молекулы обусловлено тем, что введенный лактат натрия (натриевая соль молочной кислоты) является слабым основанием, который не только повьпцает рН среды, но и вызывает буферное действие с молочной кислотой, содержашейся в растворе. Полученная буферная смесь обеспечивает пектиновому гидролшзату способность сохранять постоянное значение рН и быть малочувствительным к разбавлению. Величину рН среды при доведении пектинового гидролизата лактатом натрия определяли по качеству получаемого пектина, его студнеобразуюшей способности и выходу конечного продукта. Данные опытов представлены в таблице 3.Как видно из таблицы 3, что оптимальными значениями при доведении пектинового-гидролизата лактатом натрия должны быть рН 2,8-30, при этом наблюдается получение пектина со студнеобразующей способностью 92-94 кПа и выходом - 89-90.Снтокение рН среды при доведении пектинового гидролизата лактатом натрия до значения меньше 2,8, не позволяет получить пектин с высокой студнеобразующей способностью и выходом, они остаются на уровне,достигнутых по способу-прототипу (студнеобразующая способность 85,0 кПа, выход пектина - 84). Увеличение рН средь при доведении пектинового гидролизата лактатом натрия до значения больше 3,0 также нецелесообразно, так как наблюдается снижение качества получаемого пектина по студнеобразутощей способности (90 кПа) и выходу (8793). Более длительное пребывание пектина в такой среде приводит к омылению метоксильных грутпт, а затем и к разрушению связей в Цепи макромолекулы пектина и его деградаЦии.Наличие лактата натрия в пектиновом тидролизате обеспечивает снижение толщины диффузионного слоя и величины потенциала на поверхности молекулы пектина. Это приводит к уменьшению сил электростатиче СКОГО ОТТНЛКИВЗНИЯ И СНИЖСНИЮ энергетического барьера для ассоциации пектиновьтх молекул. В процессе ультрафильтрации происходит молекулярно-оптовое выделение растворителя из пектинового гидролизата за счет давления, создаваемого на раствор, при этом растворитель переходит через мембрану, а пектиновые вещества задерживаются. Преимуществом ультрафильтрации перед другими способами концентрирования является возможностьпроведения процесса при низких температурах, что не оказывает отрицательного воздействия на структуру пектина. Ультрафильтрация пектинового гидролизата способствует формированию в пектине упорядоченных структур с образованием межмолекулярных связей, обуславливающих повышение студнеобразующей способности ПСКТИНЗ.Оптимальную степень концентрирования пектина методом ультрафильтрации определяли экспериментально по качеству Получаемого пектина, его студнеобразующей СПОСОбНОСТИ. ДЩТНЬХС ОПЫТОВ ПРЕДСТНВЛБНЬЕ В таблице 4.Таблица 4 Содержание пектина Студнеобразующая в концентрате, способность пектина,1 кПа 2,75 85,0 3,00 95,0 3,75 96,0 4,50 97,0 4 75 97 0Как видно из таблицы 4, наилучшие показатели студнеобразухошей способности пектина наблюдаются при ультрафильтрации пектинового гидролизата до содержания 3,04,5 мас. пектина в концентрате. При содержании пектина в концентрате меньше 3,0Соотношение обьемов спирта П оказатели ка ч е ства п ектн на И КОНЦСНТРЗТЗ Студнеобразуъощая способность, Выход пектина,Соотношение объемов ультрафильтрата и водымае. не обеспечивают высокой студнеобра- выход - 89-90. Вводить на одну часть конзующей способности в полученном пектине. Центрата меньше одной части спирта для осаУвеличение содержания пектина в концен- ждения пектина нежелательно, так как трате больше 4,5 мас. нецелесообразно, так наблюдается снижение выхода конечного как качество получаемого пектина по студне- 5 продукта (7096) и ухудшение студнеобразуюобразующей способности остается на уровне щей способности (82 кПа). Вводить на одну достигнутых при оптимальной степени кон- часты концентрата больше полутора частей центрирования. Кроме того, наблюдается рез- спирта нецелесообразно, так как полученньпй кое увеличение вязкости пектинового пектин шиеет показатели качества - студнеоконцентрата, что обусловливает значитель- 10 бразующую способность и выход на уровне НЪШС ЗЕТРЗТЫ ЭНЕРГИИ На СОЗДЗНИВ ДЗВЛСНИЯ на ДОСТЙЦП-ЕУТЬТХ ПРИ ОПТИМШТЬНОМ СООТНОШВНИИ. раствор. Полученный ультрафильтрат после концен Заверщающей операшитей для фиксации на- трирования пектина содержит 3,5 - 4,0 мас. тивной структуры пектина из, концентрата сухих веществ, в том числе хлористый натрий,является осаждение его этиловым спиртом. 15 лактал натрия, молочную кислоту, уксусную Наличие буферной смеси в концентрате уси- кислоту и другие органические кислоты. Наливает Еслсцающее действие спирта на пе- личие вультрафильтрате смеси слабых карбо. ктин. о авленный для осаждения спирт новых кислот, а также их натриевых солей взаимодействует с водой и снимает сольва- обусловливает образование буферных сред. тные оболочки с пектина, при этом понижа- 20 Поэтому использование ультрафильтрата для ется расклинивающее давление, которое не набухания купажной смеси сырья позволяет препятствует объединению иукрупнению ча- с самым-канальных стадий полученияпектина стиц пектина. Это обеспечивает повышение эффективно экранировать пектиновые молестуднеобразующей способности пектина и культ, а затем на стадии гидролиза создавать выход конечного Продукта. 25 мягкие, щадящие условия к метоксильньш иКачество полученного пектина зависит от карбоксильным группам пектина. Для набуобьемного соотношения концентрата и эти- хания купахгой смеси сырья используют левого спирта при ооаждении. смесь ультра ильтрата с волои.Оптимальное соотношение объемов спирта Оптимальное соотношение ультрафильи концентрата определяли экспериментально 30 трата с водой для набухания купансной смеси по качеству получаемого пектина, его студне- сырья определяли экспериментально. Качеобразутощей способности и выходу. Данные ство получаемого пектина оценивали по стуопъттов представлены в таблице 5. днеобразуюшей способности и выходу.Как видно из таблицы 5, соотношение объе- Данные опытов представлены в таблице 6. мов спирта и концентрата для осаждения пе- 35 Как видно из таблицы 6, для набухания ктинадотшшо быть равным(11,5)1,при этом купажной смеси сырья необходимо ультранаблюдается повьппение качества пектина - фильтрат смешивать с водой в соотношениистуднеобразутошая способность - 95-97 кПа и 1(1-2), при этом наблюдается высокое каче