Спосіб безвідходної переробки яблучних вичавок

Изобретение относится к биотехнологии, касается способа безотходной технологии переработки вторичного сырья и может быть использовано на предприятиях консервной, соковой и винодельческой отраслей промышленности, а также на заводах по производству пектина. Известен способ получения пектиновых веществ, по которому пектинсодержащее сырье перед гидролизом обрабатывают алифатическим спиртом с последующей стадией гидролиза соляной кислотой. В дальнейшем целлюлозный остаток после отделения пектина используют для культивирования микроорганизмов, продуцирующих целлюлозу (Авторское свидетельство СССР №757541, кл. C08B37/06, C08B37/00). Недостатки способа: - высокая продолжительность процесса в целом, в том числе стадии гидролиза; - расходование дополнительных количеств спирта, что увеличивает стоимость производимых продуктов; - недостаточно полное использование составных частей сырья, например гемицеллюлозной; - коррозия технологического оборудования, связанная с использованием в качестве катализатора соляной кислоты. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ безотходной переработки яблочных выжимок, предусматривающий замачивание выжимок водой при температуре 20° в течение 30 минут, гидролиз-экстрагирование пектина культуральной жидкостью, оставшейся после разделения смеси на твердую и жидкую фазы, осаждение из жидкой фазы пектина с использованием AlCl3, выращивание на твердой фазе высших базидиальных грибов и выращивание на жидкой фазе после отделения пектина кормовых дрожжей. (Авторское свидетельство СССР №1785638, кл. A23L1/0524, C12N9/14). Недостатки способа: - высокая длительность на стадии гидролиза и процесса в целом; - низкий выход пектина и невысокая его чистота; - неполное использование минеральной части, входящей в состав яблочных выжимок; - многостадийность при выделении пектина, связанная с использованием AlCl 3. Задача изобретения - интенсификация процесса безотходной переработки яблочных выжимок, улучшение качества пектина. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем предварительную обработку, гидролиз-экстрагирование выжимок, разделение на твердую и жидкую фазы, осаждение из жидкой фазы пектина и его сушку, выращивание на жидкой фазе дрожжей, выращивание на твердой фазе базидиальных грибов, согласно изобретению, выжимки перед гидролизом обрабатывают раствором минеральной кислоты, взятой в количестве равном активной зольности, а гидролиз проводят при темперагуре 95 - 105°C при концентрации кислоты 0,05 - 0,2% в течение 15 - 50 минут. Здесь и далее под термином "активная зольность" растительного сырья понимают количество минеральной кислоты, идущей на связывание активных зольных элементов, и выражают в процентах (Ровенский В.Т., Ломова Г.П., Палий И.С. О методах определения активной зольности растительного сырья // Гидролизная и лесохим. пром-сть. - 1984. - №1. - С.18 - 19). Проведение предварительной обработки выжимок перед гидролизом-экстрагированием с использованием вместо воды (по прототипу) раствора минеральной кислоты в количестве, равном активной зольности, позволяет связать зольные элементы минеральной кислотой и, тем самым, исключить возможность взаимодействия их с пектином, что приведет к улучшению его качества. Одновременно с этим, происходит более полное, чем при использовании воды, извлечение нейтральных сахаров, органических кислот и крахмала. Полученный таким образом обогащенный минеральными компонентами водный экстракт является более ценным субстратом для культивирования дрожжей. Использование для удаления активной зольности сырья количества кислоты, равного активной зольности, обусловлено также необходимостью получения после предварительной обработки яблочных выжимок нейтральной (по минеральной кислоте) жидкой фазы для микробиального культивирования. Таким образом, при таком проведении предварительной обработки сырья появляется возможность более полного использования для утилизации дрожжевыми культурами как минеральной составляющей выжимок, так и водорастворимых компонентов. Для каждой новой партии сырья в зависимости от применяемой в процессе кислоты необходимо определять активную зольность по методике, описанной в [3]. Найденное значение учитывается при проведении предварительной обработки яблочных выжимок. При подобной предварительной обработке, в отличие от прототипа, происходит также предрасщепление полисахаридной матрицы, что позволяет существенно ускорить процесс собственно гидролиза и провести его при температуре 95 - 105°, концентрации 0,05 - 0,2% в течение 15 - 50 минут. Выбор параметров гидролиза был обусловлен поставленной задачей изобретения - интенсификацией процесса гидролиза и улучшением качества пектина. Выбор температурного интервала (95 - 105°C) для проведения гидролиза обусловлен, с одной стороны, необходимостью получить максимальный выход пектина и, с другой, осуществить частичное расщепление лигноцеллюлозных связей в остатке, что существенно облегчит выращивание грибов на третьей стадии переработки яблочных выжимок. Выбор концентрации минеральной кислоты (0,05 - 0,2%) и длительности процесса (15 - 50 минут) отвечает условию необходимости и достаточности для достижения поставленной задачи. Проведение гидролизаэкстрагирования пектина при выбранных параметрах дает возможность получить выход желирующего пектина на уровне 10,2 - 13,5% (уронидная составляющая 62,9 - 72,5) против 3,4% (уронидная составляющая 60,7) по прототипу, что вполне объяснимо, так как гидролизующая способность культуральной жидкости весьма низка. Кроме того, такое интенсивное проведение процесса гидролиза приводит к расщеплению лигноцеллюлозных связей, и, как следствие, к ускорению процесса наращивания грибной биомассы (табл.1). Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленной задачи интенсификации процесса переработки яблочной выжимки в целом, а именно увеличить выход дрожжей за счет более полного извлечения минеральных и други х компонентов при предварительной обработке сырья, сократить длительность гидролиза и повысить выход пектина на 2 этапе гидролиза-экстрагирования и сократить длительность наращивания грибной биомассы на 3 - м этапе переработки за счет большей доступности лигноцеллюлозного остатка. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна и положительный эффект". Перенос известных признаков в заявляемое изобретение не возможен. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия". Пример 1 (способ-прототип). Сухую яблочную выжимку помещают в экстрактор и замачивают в воде (гидромодуль 4) при 20°C и периодическом перемешивании в течение 30мин. Жидкую фракцию отделяют на грубом фильтре, стерилизуют при 1,5атм (120°C) в течение 0,5ч и засевают 2% посевного материала дрожжей Sacch.cerevisae ВКМ У-832. Дрожжи культивируют при 30° при периодическом перемешивании в течение 24ч. Разделение фаз осуществляют после отстаивания культуральной жидкости и спонтанного оседания дрожжей путем отъема осветленной части среды. Остаток, содержащий дрожжевые клетки, подвергают термолизу при 80°C, получая жидкие кормовые дрожжи. Время переработки исходного сырья с получением дрожжей составляет 32ч. На 2 - м этапе осветленную часть культуральной жидкости, не содержащую дрожжей, вводят в предварительно обработанную водой яблочную выжимку и осуществляют экстракцию пектиновых веществ при периодическом перемешивании пульпы в течение 3ч при 20°C. Жидкую и твердую фазы разделяют центрифугированием. Пектин из жидкой фазы выделяют, как описано в [2]. Вы ход пектина составляет 34,0г из 1кг выжимок при чистоте продукта 60,71%. Время получения пектина 24ч. Оставшиеся после извлечения пектина яблочные выжимки используют для 3 - ей стадии переработки для культивирования базидиомицетов. Субстрат подвергают стерилизации при 1,5атм в течение 1ч. Затем производят засев мицелием гриба Coriolus hirsutus шт.358 (соотношение посевного материала и выжимки 1 : 30 (по объему). Время культивирования составляет 6сут. Полученную массу высушивают. Готовый продукт содержит 18,3% белка. Продолжительность процесса 6,5сут. Общая продолжительность процесса безотходной переработки яблочных выжимок по предлагаемому способу составляет 8,83сут. Пример 2. Сухую яблочную выжимку (с активной зольностью 0,62% помещают в реактор, куда вводят водный раствор азотной кислоты (7M) содержащий количество кислоты, необходимое для нейтрализации зольных элементов. Процесс предварительной обработки осуществляют при комнатной температуре в течение 30мин. Жидкую фракцию отделяют, стерилизуют при 1,5атм (120°C) в течение 0,5ч и культивируют дрожжи при 30° в течение 24ч при периодическом помешивании. После этого проводят термолиз жидких кормовых дрожжей при 80°. Время переработки на 1 этапе составляет 30час. На 2 - м этапе переработки осуществляют гидролиз-экстрагирование предварительно обработанной яблочной выжимки 0,2% раствором азотной кислоты при температуре 95°C в течение 50мин. Жидкую фазу отделяют и высаждают пектин изопропиловым спиртом. Выход пектина составляет 10,2%, уронидная составляющая - 71,3%. Длительность этапа в целом 4 часа. Оставшиеся после отделения пектина яблочные выжимки используют для культивирования базидиомицетов по описанному в примере 1 режиму. Продолжительность процесса 6,2 суток. Общая длительность процесса - 7,12 суток. Пример 3. Способ осуществляют как в примере 2, но 2 - ой этап переработки - гидролизэкстрагирование проводят 0,05% раствором серной кислоты при температуре 105°C в течение 15мин. Выход пектина - 13,5% (уронидная составляющая - 62,9%). Общая длительность процесса - 6,42 суток. Результаты опытов приведены в табл.1 - 3. Как следует из полученных результатов. предлагаемый способ позволяет повысить выход кормовых дрожжей в 1,1 - 1,2 раза, выход пектина - более, чем в 3 раза, улучшить его качество, а именно, повысить уронидную составляющую до 63 - 70%, сократить общую дли тельность процесса. Кроме того, способ обеспечивает более полное использование минеральной, гемицеллюлозной и лигноцеллюлозной составляющей яблочных выжимок.