Спосіб отримання низькоетерифікованого амідованого пектину

Винахід відноситься до харчової промисловості, а саме до виробництва пектину. Відомий спосіб деетерифікації високоетерифікованого пектину [Kim W.J., Smit C.J.B., Rao V.N.M. Demethylation of pectin using asid and ammonia // Journal of Food Science. - V. 43. - 1978. - P.74-78]. Згідно з цим способом для амідування NН4OH беруть пробу сухого пектину, промивають кислотою щоб усунути алюміній. Фільтровану масу ділять на 6 порцій і заливають сумішшю ізопропанолу і NН4OH, що містять різні концентрації, які витримують при різних температурах та часі. Після пектин промивають і висушують. Найкращій результат з огляду на невелике зменшення молекулярної маси мають параметри, при яких застосовуються вищі значення концентрації реагентів і нижчі температури в даній роботі це: температура 3°С, концентрація амонію - 4,0н NН4OH, час 50 хв. За таких параметрів досягалась ступінь етерифікації на рівні 40%. Недоліками способу є: велика витрата реагентів для реакції амідного деетерифікування та амідування, що суттєвим чином підвищує вартість пектину; застосування в якості вихідної сировини готового препарату пектину веде до додаткових витрат для повторного отримання його у висушеному вигляді і ускладнення технологічного процесу; низька температура процесу, за оптимальних параметрів (3°С), приводить до значної витрати енергії на охолодження суспензії у виробничих умовах. За прототип винаходу нами було прийнято спосіб отримання низькометоксильованого пектину викладеного в [El-Nawawi S.A., Neikal Y.A. Production of a low ester pectin by deesterification of high ester citrus pectin // Carbohydrate Polymers. - 1995. - Vol. 27. - P. 191-195]. Пектин екстрагували з лимонної шкоринки при t° м'якого екстрагування 70°С з водним розчином НСІ при рН2,5, щоб запобігти деполімеризації пектинових ланцюгів. Потім пектин осаджували 70% підкисленим спиртом (об/об), щоб вимити електроліти та розчинні непектинові матеріали. Осад, що залишився промивали ізопропанолом, висушували та подрібнювали. Деметоксилювання та амідування проводили у суспензії в суміші органічного розчинника і амонію. 60 г проби очищеного сухого пектину розчиняли у дистильованій воді і зберігали їх при 5°С. У той же час готували суміш гідрату окису амонію і ізопропанолу, різної нормальності і зберігали при 5°С. Проби змішували та витримували різний час до 160 хвилин при різних температурах. Отримані проби фільтрували і промивали 60% ізопропанолом, а потім 1н НСІ у 60% ізопропанолі. Проби потім промили ізопропанолом, висушили при 60°С, розмололи та проаналізували. 40% етерифікованих груп досягалась за 180хв при оптимальних параметрів 4н NН4OH та Т=5°С. Даний спосіб має такі недоліки: велика витрата реагентів для реакції амонійного деетерифікування та амідування, призводить до високих рН суміші і веде до значного зниження молекулярної маси готового пектину внаслідок деградації ланцюгу пектину, а витрата реагентів разом з реагентами на нейтралізацію ведуть до подорожчання кінцевого продукту; застосування в якості вихідної сировини готового препарату пектину, веде до додаткових витрат і ускладнення технологічного процесу на додаткове осадження, промивку, висушування, подрібнення; порівняно висока тривалість процесу амонійного деетерифікування та амідування, супроводжується збільшенням витрат енергоносіїв. В основу винаходу було покладено задачу удосконалення способу виробництва низькоетерифікованого амідованого пектину шляхом використання нових технологічних операцій при оптимальних параметрах процесу із забезпеченням отримання низькоетерифікованого амідованого пектину з ступенем етерифікації 40...45% з високими виходом та уронідною складовою при одночасному спрощенні процесу та зменшенні витрат матеріальних ресурсів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання низькоетерифікованого амідованого пектину, який включає амонійне деетерифікування та амідування розчину цитрусового пектину у воді в суміші спирту і гідрату окису амонію, промивання, висушування, подрібнення. Згідно винаходу, амонійне деетерифікування та амідування проводять у охолодженому вологому пектиновому коагуляті сумішшю ізопропілового спирту з гідратом окису амонію з концентрацією NН4OH 1,5...1,8М і витримують у суміші 50...60 хвилин при температурі 5...7°С. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному. Для виробництва низькоетерифікованого амідованого пектину як вихідну можна використовувати висушену або свіжу пектиновмісну цитрусову сировину. Процес амонійного деетерифікування та амідування на стадії промивання вологого пектинового коагуляту має такі переваги: використовується напівпродукт пектинового виробництва - вологий коагулят пектину, що спрощує технологічний процес, зменшує матеріальні і енергетичні затрати, знижує собівартість продукції; скорочує час процесу деетерифікації, що супроводжується зменшенням витрат енергоносіїв; Деетерифікація є процесом внутрішнім і визначається такими основними факторами: температурою, показником рН середовища, тривалістю процесу, станом пектину (розчин, вологий коагулят, висушений порошок пектину). Процес амонійного деетерифікування та амідування, який полягає у відщепленні від карбоксильної групи ефірних залишків в сильнолужному середовищі, проводиться у вологому пектині. Це сприяє більш швидкій заміні ефірних залишків на водень та залишок амонію з утворенням вільної карбоксильної та амідної груп. Такий швидкий процес стає можливим і зумовлений станом пектинового полімерного ланцюга, спіраль якого в коагуляті є витягнутою (не згорнутою у клубок), дозволяє іонам швидко наближатись до карбоксильної групи галактуронової кислоти. Проведення процесу в середовищі з 60%-ним ізопроліловим спиртом зумовлене необхідністю як запобігання повторному розчиненню пектину, так і додаткового переходу баластних по відношенню до пектину речовин у спирто-водяний розчин. Амонійне деетерифікування та амідування пектину проводять при концентрації NН4OH в суміші 1,5...1,8М. Такий інтервал значень обрано тому, що при концентрації в суміші NН4OH нижче за 1,5М значно зростає тривалість процесу. При концентрації в суміші NН4OH вище за 1,8М відбувається прискорена деградація полімерного ланцюга пектину. З тих самих причин обрано і оптимальну температуру процесу деетерифікації 5...7°С. При температурах, нижчих за вказаний оптимальний інтервал, суттєво зростає тривалість процесу. При температурах вищих за 7°С відбувається часткова деполімеризація пектину, що зменшує його молекулярну масу і вихід. При тривалості процесу менше за 50 хвилин реакція амонійного деетерифікування та амідування проходить не повністю і кількість деетерифікованих груп не досягає обраного значення. Збільшення часу процесу понад 60 хвилин призводить до деградації молекули пектину, зменшення молекулярної' маси і виходу пектину. Поєднання запропонованих ознак дозволяє забезпечити очікуваний технічний результат отримання низькоетерифікованого амідованого пектину з ступенем етерифікації 40...45% і високим виходом пектину із збереженою молекулярною масою, Спосіб здійснюється таким чином. Вологий коагулят пектину, отриманий після коагуляції з екстракту, закладають у ексикатор і охолоджують до сталої температури 5...7°С, а потім заливають сумішшю 60% ізопропілового спирту з гідратом окису амонію, таким чином, щоб концентрація NН4OH у суміші була 1,5...1,8М, також витриману до сталої температури 5...7°С. Ємність закладають на зберігання при температурі 5...7°С протягом 50...60 хвилин. По закінченні процесу амонійного деетерифікування та амідування коагулят пектину відокремлюють від рідини. Відокремлений вологий коагулят пектину промивають, висушують і подрібнюють. Приклад 2. Вологий коагулят пектину отриманий після коагуляції з екстракту і витриманий у холодильнику в ексикаторі при температурі 5°С і заливають сумішшю 60% ізопропілового спирту з NH40H в такій кількості, щоб рідина повністю покривала пектин. Перед закладанням у холодильник суміш ретельно перемішують. Для приготування суміші амонійного деетерифікування та амідування використовують заздалегідь приготовлений 60% розчин ізопропілового спирту у воді із додаванням NН4OH в суміш до концентрації 1,5М. Приготовлений таким чином розчин зберігають за температури 5°С. Ексикатор закладають в холодильник з температурою 5°С і витримують протягом 60 хвилин. По закінченні процесу амонійного деетерифікування та амідування коагулят пектину відокремлюють від рідини. Промивають спочатку підкисленим спиртом, а потім чистим спиртом міцністю 65%. Процес промивання здійснюють два рази. Після промивки коагулят заливають 95% ізопропіловим спиртом і витримують 15...20хв, періодично перемішуючи. Відокремлений вологий коагулят пектину висушують і подрібнюють. В готовому пектині визначають кількість вільних карбоксильних груп, етерифікованих карбоксильних груп, уронідну складову, ступінь етерифікації, вихід пектину. Отримані результати разом з іншими прикладами здійснення способу наведено в таблиці. Таблиця Амонійне деетерифікування та Якісні показники отриманого амідування в вологому низькоетерифікованого пектиновому коагуляторі амідованого пектину Препарат № цитрусо- КонцернСтупінь Уронідна Вихід вого п/п Трива- Темпетрація в етери- складова пектину пектину суміші лість, ратура, фікації, (відносна), (відносний), °С NН4OH, хвилини % % % моль 1 Сухий пектин 1,0 60 5 53,1 70,1 81,8 2 Сухий пектин 1,5 60 5 44,8 67,8 80,2 3 Сухий пектин 1,6 60 5 42,6 65,9 81,7 4 Сухий пектин 1,7 60 5 40,0 64,6 79,9 5 Сухий пектин 1,9 60 5 37,5 62,4 78,5 Примітки Вихід і уронідна складова пектину задовільні, а ступінь етерифікації не досягає запланованих значень. Досягнуто необхідне значення ступеня етерифікації. Пектин має високий вихід, та задовільну чистоту. Досягнуто необхідне значення ступеня етерифікації. Пектин має високий вихід, та задовільну чистоту. Досягнуто необхідне значення ступеня етерифікації. Пектин має високий вихід, та задовільну чистоту. Пониження ступеня етерифікації при одночасному зниженні чистоти та виходу цільового продукту. Висновки. Як видно з вищенаведених у таблиці прикладів, оптимальними параметрами проведення процесу отримання пектину з пониженим вмістом етерифікованих карбоксильних груп в пектині є приклади №2, 3, 4. При меншому (приклад 1) або більшому (приклад 5) значеннях рН процесу деетерифікації якісні показники готового продукту є незадовільними.