<<
>>

Сырье для производства пектина.

Содержание пектиновых веществ во вторичных растительных материалах колеблется в широ­ких пределах от 0,1—0,5 до 35 % .

Наибольшее содержание пектина в лимонных выжимках (30-35 %), в апельсиновых и манда­риновых отжимах (25-30 %), околоплодниках подсолнечника (около 20 %), свекловичном жоме (20—23 %), яблочных выжимках (5-15 %).

Локализованы пектиновые вещества в различных час­тях растений неравномерно. Так, в цитрусовых плодах основное количество пектинов сосредоточе­но в альбедо, в яблоках — в эпидермисе, колленхиме и прилегающих тканях, в сахарной свекле — в мякоти.

В качестве пектинового сырья для расширения ассортимента и увеличения обкомов производ­ства студнеобразователей за рубежом используются такие отходы сокового производства как от­жимы абрикосов, айвы, яблок, мандаринов, тыквы, кожура лимонов, апельсинов, грейпфрутов. Используются также корзинки подсолнечника, отдельные виды корнеплодов. Выжимки из манго являются хорошей сырьевой базой для получения пектина. Следует отметить, что выжимки сос­тавляют 20-25 % массы плода. Выход пектина при переработке сухих выжимок но традиционной технологии составляет 13 %. Состав пектина и его физико-химические показатели б.тизки к яблоч­ному.

Перспективным промышленным сырьем для получения пектина являются морские травы (зос- тера морская, зостера азиатская), содержащие до 20 % и выше пектиновых вещест и.

Перспективны для производства пектина в России могут быть отходы овощей, используемых в консервной промышленности. Так, ежегодно в нашей стране перерабатывается и среднем около 40 тыс. т капусты и моркови, 30 тыс. т свеклы, 100 тыс. т кабачков и т.д. Содержание пектиновых веществ в отходах капусты 0,4-0,6%, моркови — 6,6-8,1%, свеклы — 0,6-0,91%, кабачков — 0,3-0,47%.

В настоящее время ведутся работы по получению пектина из тыквы и отходов сс переработки. В зависимости от сорта тыквы она содержит пектина от 6,5 до 14%.

Это Перспективный источник пектина, так как тыква является традиционной сельскохозяйственной культурой нашей страны.

Наиболее приемлемым промышленным сырьем для получения пектина являются яблочные вы­жимки и свекловичный жом. На сахарных заводах страны действует свыше 100 ж.омосушильных цехов общей мощностью около 6000 т сушеного жома в сутки, из которого можно выработать не ме­нее 400 тыс. т сушеного жома в год.

Время заготовки яблочного сырья и его форма — свежие или высушенные отходы — оказывают влияние на выход и качество получаемого препарата. Так, для яблок европейского происхождения содержание пектина достигает максимума в августе-сентябре; обычно процентное содержание пек­тина по месяцам следующее: июнь — 0,42; июль — 0,66; август — 1,26; сентябрь — 1,62; ок­тябрь — 1,15; ноябрь — 0,78. Недоросшие и перезрелые плоды малопригодны для производства пектина. Яблочные выжимки образуются при отжиме сока из яблок. В табл. 1 приведен химичес­кий состав яблок, сока и выжимок.

Табл. 1. Распределение основных компонентов в яблоках, соке и выжимках

Компоненты Содержание в различных субстанциях, 7-,
яблоки сок ьижнмки
Вода 88,7 90,49 63,70
Сухие вещества 11,93 9,51 31,30
Растворимые экстрактивные вещества 10,20 9,95 :о.оо
Нерастворимые соединения 2,57 - 5,48
Сахара (общее содержание) 7,50 8,40 7.20
Кислоты (титруемые) 1,25 1,02 1.08
Пектиновые вещества 1,20 0,30 0.90

Табл.

2. Содержание основных компонентов в исходных и гидролизованных яблочных выжимок
Компоненты яблочных выжимок До извлечения пектина, % После извлечения пектина,%
Белок (всего) 8,63 8.75
Жир сырой 5,80 4,77
Клетчатка 21,97 35,66
Зола 1,93 1,26
Безазотистые экстрактивные вещества 61,67 48,55

Яблочные выжимки после извлечения из них пектина являются ценным кормом для животны? по содержанию в них питательных веществ, что подтверждают данные табл. 2.

Подготовка сырья. Обычно сырье для производства пектина представляет собой высушенньн остатки первичной переработки плодов и овощей и существует в виде отдельных частиц размеро? 1-10 мм, имеющих разветвленную пористую структуру. Первая задача — заполнить поры водої для обеспечения протекания химических реакций и отвода продуктов, а также для отмывки сырь; от водорастворимых нецелевых компонентов — углеводов, гидропектина, органических кислот.

Осуществляется эта операция в реакторе, куда загружается отмеренная доза сухого сырья и зали вается очищенная вода. После некоторой выдержки вода сливается, частицы сырья должны при это?, остаться в реакторе, для чего он снабжен ложным сетчатым днищем, т. е. фильтром. Далее заливает ся вторая порция воды, сырье повторно промывается, промывная вода также уходит в канализацию

Схематично процесс заполнения водой внутреннего объема частиц и вытеснения оттуда воздух; показан на рис. 4.

Движущей силой процесса являются капиллярные силы и гидратация доступной поверхности что в обоих случаях обусловлено межмолекулярным взаимодействием воды и макромолеку.

сырья. Вода, попавшая в гидратные оболочки макромолекул, за счет водородных связей прочн< удерживается ими, называется связанной водой и является причиной набухания сырья. Масса на бухшего сырья при полном вытеснении из него воздуха увеличивается в 2,5-3,0 раза.

При набухании в воде частицы растительной ткани сохраняют форму и четкую границу разде ла с жидкостью. Со всей доступной внутренней и внешней поверхности начинается переход в вод? водорастворимых компонентов сырья, которые далее за счет диффузии перемещаются по капилля рам за пределы частицы.

Смена промывной воды ускоряет и углубляет процесс отмывки. Сырье важно очистить от водо растворимых компонентов, иначе на стадии высвобождения пектина они окажутся в реакционно! среде, что существенно затруднит дальнейшее выделение чистого пектина.

Перевод протопектина в растворимый, пектин. Как и в большинстве аналогичных технологи! переработки растительного сырья, деструкция протопектина осуществляется с помощью гидролиза.

Гидролиз — это химическая реакция присоединения воды к молекулам других веществ. Прг взаимодействии с макромолекулами органических полимеров гидролиз протекает с разрывом ос новной цепи полимера или с отрывом боковых цепей. В первом случае уменьшается молекулярная масса вещества, во втором изменяется его химический состав.

Рис. 4. Схема заполнения пор частицы сухого сырья водой 1 — условная частица воды; 2 — пузырек воздуха

Химическая активность воды повышается за счет ее диссоциации и образования активных ионов:

Рассмотрим фрагмент молекулы протопектина, в котором происходит разрыв основной цепи:

В обычных условиях скорость реакции гидролиза протопектина очень мала, поэтому реакцию ускоряют различными катализаторами.

Самые распространенные — минеральные кислоты (HNO3, НС1, H2SO4). Менее эффективные — органические кислоты (лимонная, уксусная и т. д.). Действие кислот заключается в усилении диссоциации воды и резком увеличении количества активных ионов.

Второй ускоряющий фактор — повышенная температура. Как известно, повышение темпера­туры на 10 °С увеличивает скорость реакции вдвое.

Эти обстоятельства и определили технологический режим стадии. В набухшую и залитую водой массу сырья добавляют азотную кислоту до pH 1,8—2,0 и нагревают реакционную массу до 95-98 °С. Если продержать ее в таком состоянии достаточно долго, то мы дождемся полного гидро­лиза с образованием мономеров — моногалактуроновой кислоты и углеводов. Поэтому экспери­ментально продолжительность гидролиза ограничили 3,5-4,0 ч, чтобы только отделить протопек­тин от клетчатки, разрушить протопектин до растворимого пектина и не допустить значительной деградации пектиновых молекул.

Таким образом, в технологической схеме производства пектина появилась весьма неудобная стадия, поскольку обращение с горячей кислотой требует особых мер безопасности, специальных конструкторских решений реактора, а также повышенных энергетических затрат. А в конце схемы мы получаем проблему переработки кислых промышленных стоков.

Но не только эти проблемы создает кислотный гидролиз. Из предыдущего описания становится ясно, что в этом процессе нет избирательности, селективности действия воды на различные хими­ческие связи. В конце концов рвется все, что может разорваться, и на практике мы наблюдаем следующую картину:

Исчезает резкая граница раздела между твердой поверхностью частиц сырья и жидкой окружа­ющей средой. Внутренние капилляры заполняются гелеподобной субстанцией, так как частицы сырья приобретают свойства неограниченно набухающего аморфного тела. Резко ухудшается вы­ход освободившегося пектина из внутреннего пространства частиц.

В этих условиях потери пектина с сырьем уменьшают за счет дополнительной промывки про- гидролизованного сырья порцией свежей воды.

Для этого сливают жидкую фазу реакционной среды, заполняют реактор свежей водой, выдерживают при перемешивании определенное время, вновь сливают жидкую фазу, соединяя ее с первым сливом в купажной емкости и, тем самым, раз­бавляя продукт.

Выделение отработанного сырья. Самая главная проблема кислотного гидролиза — резкое ухудшение процесса разделения жидкой фазы и отработанного сырья. Полуразложившиеся амор­фные частицы сырья имеют плотность, очень близкую к плотности раствора, что отрицательно

Рис. 5. Пространственная структура молекулы пектина в воде

сказывается и на процессе фильтрования (образование слизистых осадков на фильтровальной пе регородке и потеря производительности), и на процессе центрифугирования (плохое отделени мелких фракций и потеря качества).

Учитывая гидромеханические свойства прогидролизованной растительной ткани, всю реакци онную среду можно отнести к объектам, не имеющим строго выраженной твердой и жидкой фазы В связи с этим разделение проводят в две или три ступени. На первой — фильтрованием или цен трифугированием, на второй — отжатием осадка на различного рода прессах.

Глубокая очистка растворов. Речь идет о получении максимально осветленного, желательн< до достижения прозрачности раствора, который после предыдущей стадии представляет собой мут ную жидкость с содержанием твердой фазы до 1,5 % . Без глубокой очистки есть опасность попада ния этих частиц в готовый продукт, что ухудшит его качество. Такую очистку также проводят в нес колько ступеней — отстаивание, сепарация на центробежных аппаратах и намывная фильтрация.

Концентрирование пектина. В традиционных производствах концентрирование растворот пектина ведут вакуум-выпариванием, поскольку молекулы пектина термолабильны, при темпера туре выше 80 °С начинается деструкция молекул, что, прежде всего, проявляется в снижении способности пектина образовывать студни.

На производстве концентрирование пектиновых растворов проводят в двухкорпусных вакуум выпарных установках непрерывного действия. Температура кипения в первом корпусе не превы­шает 75 °С, во втором — 45 °С. Концентрация пектина поднимается с 0,4 до 3,5 %.

Кардинальным решением проблемы концентрирования пектина является перевод его из раство­ренного состояния в осадок. Этот процесс называется коагуляцией и происходит при добавлении в водный раствор коагулирующих веществ.

Рассмотрим состояние молекулы пектина в воде (рис. 5).

В этой среде она имеет форму спирали, карбоксильные группы которой расположены в соседних витках. Если степень диссоциации карбоксильных групп велика, то в каждом витке спирали воз­никает отрицательный заряд, и их отталкивающее взаимодействие растягивает спиральную моле­кулу почти до линейного состояния. В таком состоянии раствор пектина имеет максимальную, практически аномальную вязкость.

Если же степень диссоциации свести к минимуму, то спираль сжимается, превращаясь в клу­бок. Полностью электрически нейтральная молекула пектина свернута в компактную глобулу и может рассматриваться как частичка твердой фазы. Сближение таких частичек вызывает их ас­социирование, формирование крупных агрегатов и осаждение.

Свести к минимуму степень диссоциации проще всего добавлением в водный раствор низкомо­лекулярных электролитов, т.е. повышением ионной силы растворов. Наилучшим для пищевой промышленности низкомолекулярным электролитом является этиловый спирт. При соотношении экстракт:этанол как 1:2 — 1:3 весь пектин осаждается в виде рыхлых нитевидных хлопьев, которые теперь надо лишь отфильтровать.

Принцип ресурсосбережения обязывает обеспечить многократное использование спирта, поэто му водно-спиртовая смесь после отделения осадка пектина направляется на ректификацию, где отгоняется спиртовая фракция, которая вновь используется на производстве.

375

Поскольку традиционная технология связана со спиртом, все оборудование этой стадии должно быть защищено от возможности взрыва и пожара, что значительно удорожает капитальные затраты.

Сушка пектина. Здесь необходимо предусмотреть ту же проблему термической деструкции пектина. Сушку проводят под вакуумом при температуре 55-60 °С в непрерывных барабанных су­шилках с улавливанием паров спирта и пектиновой пыли.

2.2.

<< | >>
Источник: И.М. Грачева. Биотехнология биологически активных веществ. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений./ Под редакцией д. б. н., проф. МГУШ1И.М. Грачевой ид.т.н., проф. МГУШІЛ.А. Ивановой. — М., Издательство НПО «Элевар»,2006. — 453 с.. 2006

Еще по теме Сырье для производства пектина.:

  1. Виды питания
  2. Особенности организации питания в условиях радиационного воздействия
  3. 2.6 КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩИЕ ВОПРОСЫ И ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ К НИМ ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО СОВРЕМЕННЫМ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИМ АСПЕКТАМ ГИГИЕНЫ И ГИГИЕНЕ ПИТАНИЯ
  4. Глава 4. Очищение с помощью БАД
  5. Получение циклодекстринов
  6. Введение
  7. Технология пектина
  8. Сырье для производства пектина.
  9. Новая биотехнология пектина
  10. Использование биокатализаторов
  11. Использование мембранного концентрирования пектина
  12. Сравнение двух способов производства пектина
  13. Содержание
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -