Спосіб одержання пектину з яблучних вичавок

Спосіб одержання пектину з яблучних вичавок, що включає промивання сировини, гідроліз 3 осадження пектину етиловим спиртом, сушіння та подрібнення [3]. До недоліків даного способу можна віднести: 1) промивання сировини холодною водою не веде до достатнього видалення водорозчинних речовин та призводить до витрат значних об'ємів води; 2) застосування молочної сироватки обумовлює залежність технологічного циклу виробництва пектину від молокозаводів та не утилізує відходи молочної промисловості, як заявляють автори, а лише перекладає їх на виробництво пектину; 3) необхідність попередньої обробки молочної сироватки - її нагрівання протягом 15хв. при температурі 90-95°С та фільтрування, що веде до ускладнення технології та збільшення енерговитрат; 4) слабка кислотність молочної сироватки (рН 3,0-3,5) може знизити ефективність гідролізуекстракції пектину з вичавок; 5) застосування аніоніту для видалення поліфенольних речовин ускладнює технологію та підвищує собівартість виробництва, а також потребує постійного очищення та регенерації іонообмінних носіїв; 6) застосування харчової соди в якості лужного реагенту для нейтралізації може призвести до спінення через утворення вуглекислого газу та втрати частини пектинового екстракту; 7) концентрування пектинового екстракту при температурі 80-85°С може призвести до часткової деструкції полімерних молекул пектину та зниження його якісних показників. Даний спосіб [3] обрано в якості прототипу, оскільки за технологічною схемою та виходом пектину він є найбільш близьким до способу, що заявляється. В основу корисної моделі поставлено задачу одержання пектину з яблучних вичавок шляхом спрощення технології за рахунок: 1) зменшення кількості стадій і операцій; 2) зниження температури та скорочення тривалості процесу. 3) заміни реагентів, що дозволяє покращити та прискорити виділення пектину за рахунок посилення кислотності, використовуються в меншої кількості та більш дешеві. Поставлена задача досягається за рахунок того, що спосіб одержання пектину з яблучних вичавок, згідно корисної моделі, включає двократне промивання сировини підкисленою підігрітою водою (50°С) у співвідношенні сировина:вода=1:5, гідроліз-екстрагування пектину при рН=1,80 в присутності розчину кислоти протягом 120хв. при температурі 70°С та співвідношенні сировина:вода=1:12, нейтралізацію екстракту розчином гідроксиду натрію до рН 3,0-4,0, відділення екстракту від осаду центрифугуванням; концентрування розчину пектину при зниженому тиску і температурі 70°С, осадження пектину ізопропіловим спиртом, сушіння та подрібнення пектину. Сировиною для одержання пектину були свіжі яблучні вичавки сорту «Антонівка звичайна» вологістю 83-84%, одержані після видалення соку в сокочавлі; в якості кислот для гідролізу використо 59570 4 вували соляну (ГОСТ 3118-77), сірчану (ГОСТ 1204-67), фосфорну (ГОСТ 6552-80), оцтову (ГОСТ 61-75) та щавлеву (ГОСТ 22180-76) кислоти; в якості лужного реагенту для нейтралізації використовували гідроксид натрію (ГОСТ 2263-79), для осадження пектину - ізопропіловий спирт (ГОСТ 9805-84). В результаті одержують пектин з виходом 0,95,6% (в перерахунку на сирі вичавки). Відмінностями способу, що заявляється, є промивання сировини підкисленою та підігрітою водою, посилення кислотності розчину для гідролізу, використання невеликої кількості ефективних та дешевих реагентів, зниження температури та тривалості процесів гідролізу та концентрування, просте апаратурне оформлення процесу. Досягнутий в запропонованому способі результат обумовлений наступними причинами. Попереднє промивання яблучних вичавок здійснюється для видалення водорозчинних речовин (органічних і неорганічних), при цьому обрані температурний режим (50°С) та кислотність середовища (підкислення соляною кислотою до рН 2,53,0) дозволяють досягнули високого ступеню очищення вичавок та запобігти передчасному гідролізу сировини. При послідовному трикратному промиванні вичавок підкисленою водою (сировина:вода=1:5), маси видалених водорозчинних речовин знаходяться у співвідношенні 35:2,5:1. Ці дані свідчать, що двократного промивання вичавок цілком достатньо. В прототипі автори [3] відмічають, що фруктовий порошок - висушений залишок після видалення пектину - має червоний колір, та пояснюють це неповним видаленням антоціанових барвників під час попереднього промивання сировини холодною водою або підігрітою (50°С) молочною сироваткою. Відомі способи одержання пектину, в яких або не вказано - яку кислоту використовували для екстрагування пектину [4,5], або використано суміш кислот [6]. Зважаючи на це, в даному способі наведено порівняння ефективності ряду органічних та неорганічних кислот для екстрагування пектину. Вибір кислоти для гідролізу пектину обумовлено наступними чинниками. Кислота для цього процесу повинна бути нетоксичною за аніоном, достатньо сильною та дешевою. Через токсичність нітрат-аніону та окислювальні властивості вирішено не використовувати азотну кислоту (HNО3). Досліджено процес при рН 1,8, що створено додаванням у водну суспензію вичавок однієї з наступ3 них кислот: соляної (36% НСl, d=1,19г/см ), сірча3 ної (90% H2SO4, d=1,80г/cм ), ортофосфорної (85% 3 Н3РО4, d=1,69г/см ), оцтової (100% СН3СООН, 3 d=1,05г/cм ) та щавлевої (Н2С2О4×2Н2О), аніони яких (за виключенням щавлевої) нетоксичні. Оцтова кислота виявилась недостатньо сильною: для створення необхідного показника рН її витрачається в 60 разів більше (в об'ємному вимірі), ніж концентрованої фосфорної кислоти, що призводить до ряду негативних наслідків: зростання вартості, підвищення енерговитрат на нагрівання та подальше упарювання, перевитрати лужного реагенту на нейтралізацію. Схожий результат спостерігається при використанні щавлевої кислоти. 5 59570 Найбільш ефективною серед обраних кислот є фосфорна кислота, використання якої дозволяє одержати якісний пектин з високим виходом (5,6% від маси сирих вичавок). При використанні соляної чи оцтової кислоти вихід нижче (1,1 та 0,9%, відповідно), що можна пояснити наступним: сутністю переходу нерозчинного протопектину в пектин є руйнування кальцієвих солей полігалактуронових кислот, тобто обмін в кислому середовищі іонів 2+ + Са на Н , при цьому фосфорна кислота здатна утворити нерозчинний фосфат кальцію, що не відбувається за участю соляної або оцтової кислоти - хлорид та ацетат кальцію добре розчиняються в воді. Ця властивість соляної кислоти, а також її повна дисоціація в воді, обумовлюють її ефективне використання для попереднього промивання сировини, та знижує ефективність під час гідролі2+ зу. Саме для зв'язування іонів Са автори [1] пропонують використовувати трилон Б. Сірчана кислота, найбільш сильна та дешева з використаних кислот, теж може утворювати нерозчинну сіль кальцію, але при нейтралізації надлишку кислоти гідроксидом натрію утворюється сульфат натрію, який після концентрування розчину через низьку розчинність свого кристалогідрату (Na2SO4×10H2O) випадає в осад разом з пектином при додаванні спирту, що призводить до утворення пектину низької якості, поліпшити яку можна за допомогою іонообмінників. В пектиновому концентраті, одержаному при використанні щавлевої кислоти, утворюється осад оксалату натрію, якщо концентрат був охолоджений до 20-25°С, а при додаванні спирту в концентрат з більш високою температурою, оксалат натрію висаджується разом з пектином. Після кислотного гідролізу та нейтралізації пектин знаходиться в водному розчині, а осад являє собою баластні (щодо пектину) речовини (целюлоза та ін.). Рідка фаза є колоїдним розчином з певною в'язкістю, що ускладнює її фільтрування від осаду через забивання фільтрів (паперових, тканинних або з поруватого скла). Запропоновано відділяти тверду фазу центрифугуванням при G=625-700g протягом 3-5хв. Упарювання при зниженому тиску є найбільш простим та доступним методом концентрування пектинового розчину. При цьому температура упарювання не повинна перевищувати поріг деструкції пектину. 6 Запропоновано проводити упарювання розчину пектину при температурі 70°С та залишковому тиску 0,1атм. (10кПа). Ці параметри дозволяють не тільки уникнути руйнування пектинових макромолекул, а й швидко провести упарювання, оскільки при поступовому зростанні концентрації розчину зменшується тиск водяної пари над ним, що веде до уповільнення процесу. Упарювання ведуть поки об'єм розчину не зменшиться в 6 разів. Після охолодження в пектиновий концентрат додають трикратний об'єм ізопропілового спирту, що веде до осадження пектину, який відфільтровують, промивають на фільтрі спиртом та висушують при 20-30°С. Ізопропіловий спирт (і-С3Н7ОН) може бути замінений етиловим спиртом (С2Н5ОН). Приклад 1. Свіжі яблучні вичавки масою 50,0г перемішують протягом 15хв. з 250мл води, підкисленої соляною кислотою до рН 2,5-3,0 при температурі 50°С, відділяють рідку фазу фільтруванням. Процедуру повторюють двічі. В промиті вичавки додають 12-кратну кількість води (600мл), фосфорну кислоту до рН 1,80 та перемішують протягом 120хв. при 70°С. Охолоджують до 25-30°С та нейтралізують 10% розчином гідроксиду натрію до рН 3,0-4,0. Відділяють рідку фазу від баластного осаду центрифугуванням протягом 3-5хв. при G=625700g, упарюють розчин до 100мл при температурі 70°С та залишковому тиску 0,1атм., охолоджують та додають 300мл ізопропілового спирту. Осад пектину, що утворився, відфільтровують, сушать та подрібнюють. Вихід пектину на сиру сировину 5,6%. Блідо-кремовий порошок. Приклади 2-5 здійснюють аналогічно прикладу 1. Умови проведення стадії гІдролізуекстрагування та вихід пектину наведені в табл. 1. Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, полягають в наступному: - спрощення технології через усунення: попередньої обробки рідини для промивання та гідролізу вичавок; використання аніоніту; - зменшення об'ємів використання води та утворення стоків; - зниження енерговитрат та зменшення тривалості промивання і замочування сировини з 135140хв. до 30хв.; - збільшення виходу пектину через заміну реагентів, підвищення кислотності та тривалості гідролізу з 60 до 120хв. Таблиця Умови гідролізу-екстрагування та вихід пектину № прикладу 1 2 3 4 5 прототип 1) Кислота гідролізу фосфорна соляна сірчана оцтова щавлева молочна сироватка 1) Кількість кислоти, г/100г вичавок 8,45 3,10 3,06 157,4 12,45 450-490 рН Температура, °С 1,8 70 1,8 70 1,8 70 1,8 70 1,8 70 3,0-3,5 70-75 Вихід пектину, % 5,6 1,1 3,4 0,9 5,2 1,7-3,2 Примітка: вказано масу концентрованих розчинів кислот, для щавлевої - масу твердої кислоти, для прототипу масу сироватки 7 59570 Джерела інформації: 6 1. Пат. 38092 Україна, МПК С08В37/06, A23L1/0524. Спосіб отримання пектину [Текст] / І.О.Крапивницька, О.О.Худайкулова, А.І.Свінціцька, І.М.Бандура (Україна); заявник Укр. держ. ун-т харчових технологій. -№2000053025 ; заявл. 26.05.2000; опубл. 15.05.2001, Бюл. №4.-4с. 6 2. Пат. 34012 Україна, МПК A23L1/0524. Спосіб одержання пектину [Текст] / С.А.Богданов [та ін.] (Україна); заявник Ін-т тенх. теплофізики НАНУ. №99052684; заявл. 14.05.1999; опубл. 15.02.2001, Бюл. №1. -5с. 3. Пат. 2329663 РФ, A23L1/0524 (2006.01). Способ получения пектина [Текст] / Н. В.Цугленок, Н. И.Типсина, О.Ю.Катасанова (РФ) ; заявитель Красноярский гос. агр. ун-т. - № 2006137621/13 ; заявл. 24.10.2006; опубл. 27.07.2008, Бюл. №21. 8с. (прототип). Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 8 7 4. Пат. 56804 Україна, МПК A23L1/0524. Спосіб отримання низькоетерифікованого пектину [Текст] / О.В.Богданова, Л.С.Дегтярьов, М.П.Купчик, Є.С.Богданов (Україна) ; заявник Нац. ун-т харчових технологій. - №2002097524; заявл. 18.09.2002; опубл. 15.05.2003, Бюл. №5.-3с. 5. Пат. 39550 Україна, МПК A23L1/00 (2009). Спосіб виробництва низькоетерифікованого рідкого пектину [Текст] / І. О. Крапивницька [та ін.] (Україна) ; заявник Нац. ун-т харчових технологій. №u200813624 ; заявл. 25.11.2008; опубл. 25.02.2009, Бюл. №4. - 4с. 6. Пат. 31496 Україна, МПК A23L1/0524 (2008.01). Спосіб отримання бурякового пектину [Текст] / О.В.Кушнір, І.О.Крапивницька, А.І.Українець (Україна) ; заявник Нац. ун-т харчових технологій. -№U200714010; заявл. 13.12.2007; опубл. 10.04.2008, Бюл. №7. - 3с. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601