Спосіб отримання пектину з вторинної картопляної сировини

Реферат: Винахід належить до харчової промисловості, а саме до способу отримання пектину, що використовується у різних галузях харчової та хімічної промисловостей, косметології, фармакології та медицині. Спосіб отримання пектину з картопляної мезги, передбачає промивання картопляної мезги, відокремлення мезги від промивних вод (пресування), кислотно-термічний гідролізекстрагування пектинових речовин, відокремлення пектинового екстракту, нейтралізацію, осадження пектину етиловим спиртом, відокремлення коагуляту, зневоднення і висушування пектину. Згідно корисної моделі спочатку проводять двостадійний ферментативний гідроліз відпресованої мезги: на першій стадії - комплексним ферментним препаратом (ФП) целюлолітичної дії при температурі 45-50 °C, рН 5,5-6,0 протягом 2,5-3 год., додаючи ФП у кількості 32-40 од. ЦлА/г СР при гідромодулі 1:8-10, на другий стадії - ФП бактеріальної аамілази при температурі 72-75 °C, рН 5,5-6,0 протягом 30-40 хв, додаючи ФП у кількості 650-700 UA 114384 C2 (12) UA 114384 C2 од. АмА/г СР, а кислотно-термічний гідроліз-екстрагування картопляної мезги проводять в присутності хлоридної кислоти за температури 72-75 °C, рН гідролізної суміші 1,4-1,6 протягом 70-75 хв. Технічний результат полягає у створенні способу отримання пектину з картопляної мезги з підвищеним виходом та уронідною складовою, що використовується у різних галузях харчової та фармацевтичної промисловості. UA 114384 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до харчової промисловості, а саме до способу отримання пектину, що використовується у різних галузях харчової, хімічної та фармацевтичної промисловостей. Відомий спосіб гідролізу-екстрагування пектину з картоплі [ЕР 2014682 В1. Process for production of pectin, and gelling agent and gelatinous food using the same, 2014], який базується на використанні хелатуючого реагенту (в основному використовують солі фосфатної кислоти та солі органічних кислот), за високої температури, таким чином, що рН екстракту після екстрагування коливався в межах 5,5-11. Використання у процесі гідролізу в надлишку хелатуючого реагенту (солей) знижує якість пектину, оскільки його важко повністю очистити. Процес гідролізу-екстрагування пектину здійснюють за дуже високих температур (90-125 °C) та тиску протягом тривалого часу (60-180 хв), що впливає на якісні показники пектину та створює небезпечні та шкідливі умови виробництва. За технічною суттю найбільш близьким і прийнятим за прототип є спосіб одержання пектину, що базується на кислотно-термічному гідролізі рослинної сировини (яблучних вичавок) з наступним осадженням пектину етанолом [патент України № 59570 Спосіб одержання пектину з яблучних вичавок, опубліковано 25.05. 2011. Бюлетень №10, 2011р.]. Спосіб одержання пектину з яблучних вичавок включає двократне промивання сировини підкисленою водою у співвідношенні сировина:вода як 1:5 при температурі 50 °C протягом 15 хв., гідроліз-екстрагування проводять при рН 1,8 за температури 70 °C протягом 120 хв., нейтралізують екстракт розчином гідроксиду натрію, концентрують упарюванням розчину при температурі не вище 70 °C, осаджують етанолом. В результаті одержують пектин з виходом 0,95,6 % (до маси вичавок). Недоліком даного способу є порівняно невеликий вихід пектину. В основу винаходу поставлено задачу створення способу вилучення пектину з картопляної мезги, що є відходом картоплекрохмального виробництва. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання пектину з картопляної мезги, передбачає промивання картопляної мезги, відокремлення мезги від промивних вод (пресування), кислотно-термічний гідроліз-екстрагування пектинових речовин, відокремлення пектинового екстракту, нейтралізацію, осадження пектину етиловим спиртом, відокремлення коагуляту, зневоднення і висушування пектину. Згідно з винаходом спочатку проводять двостадійний ферментативний гідроліз відпресованої мезги: на першій стадії -комплексним ферментним препаратом (ФП) целюлолітичної дії при температурі 45…50 °C, рН 5,5…6,0 протягом 2,5…3 год., додаючи ФП у кількості 32…40 од. ЦлА/г СР при гідромодулі 1:8…10, на другій стадії - ФП бактеріальної а-амілази при температурі 72…75 °C, рН 5,5…6,0 протягом 30…40 хв, додаючи ФП у кількості 650…700 од. АмА/г СР, а кислотно-термічний гідролізекстрагування картопляної мезги проводять в присутності хлоридної кислоти за температури 72…75 °C, рН гідролізної суміші 1,4…1,6 протягом 70…75 хв. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному. Для отримання пектину використовується вторинна сировина - відхід картоплекрохмального виробництва - картопляна мезга. При вилученні пектину промивання є необхідним технологічним етапом. В процесі промивання сировини, видаляються розчинні баластні сполуки та частина крохмалю, яка залишилась після промислового його отримання, що значною мірою впливає на чистоту та якість пектину. Наступним етапом є відокремлення промивних вод від сировини (пресування), для максимального видалення вологи і водорозчинних баластних речовин. Класична технологія пектину базується на кислотно-термічному гідролізі рослинної сировини. Проте, навіть за жорстких умов, гідроліз протопектину відбувається не повною мірою. Для збільшення виходу пектину використовують ферментні препарати, що ефективно гідролізують структурні полісахариди рослин, в основному целюлозу і геміцелюлозу. Їх дія виявляється в руйнуванні внутрішніх зв'язків у молекулах полісахаридів, наприклад, β-1,4глікозидних зв'язків молекул целюлози. Крім того, під дією ферментних препаратів (ФП) целюлази та геміцелюлази відбувається розщеплення кальцієвих містків і бокових ланцюгів, що з'єднують пектинові речовини з іншими полісахаридами рослинної тканини (арабаногалактановий комплекс, рамногалактани). В результаті дії цих ферментів розривається клітинна структура і полегшується екстракція пектинових речовин. Після пресування, картопляну мезгу піддають обробленню ФП целюлолітичної дії при температурі 45…50 °C, рН 5,5…6,0 протягом 2,5…3 год., додаючи ФП у кількості 32…40 од. ЦлА/г СР при гідромодулі 1:8…10. Вказані межі температури та рН ферментативного гідролізу є оптимальними для виявлення максимальної активності даного ФП. При температурі понад 1 UA 114384 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 50 °C відбувається інактивація ферменту, температура нижче за 45 °C призводить до збільшення тривалості гідролізу. Внесення ферменту у меншій кількості за 32 од. ЦлА/г СР дуже уповільнює гідроліз, тому не є ефективним, а у кількості понад 40 од. ЦлА/г СР - спостерігається зменшення виходу пектину. При зменшенні тривалості процесу до 2 год. целюлозно-пектиновий комплекс руйнується недостатньо, що призводить в подальшому до зменшення виходу пектину. При збільшенні тривалості процесу понад 3 год. підвищується в'язкість екстракту, що призводить до ускладнень при відокремленні рідкої фази і зменшує чистоту пектину. Вказані межі гідромодуля 1:8…10 обумовлені тим, що вони є оптимальними для ефективного проходження процесу гідролізу. При зменшенні гідромодуля до 1:7 погіршуються умови гідролізу внаслідок високої в'язкості суміші, а при збільшенні гідромодуля до 1:11 виникає необхідність внесення більшої кількості ФП внаслідок розбавлення суміші. Для запобігання осаджуванню разом з пектиновими речовинами продуктів гідролізу крохмалю (декстринів) використовують ферменти амілолітичної дії. Амілолітичні ФП доцільно застосовувати при вилученні пектину з сировини, що багата на крохмаль - картопля, батат. ФП α-амілази діє на крохмальні полісахариди, розщеплюючи їх спочатку до декстринів, потім в ході гідролізу з'являються тетра- і трисахариди, що не зафарбовуються йодом і не осаджуються етанолом. Ферменти амілолітичної дії, що використовуються у промисловості є термостабільними і діють переважно на клейстеризований крохмаль. По закінченні оброблення сировини ФП целюлази, проводять ферментативний гідроліз ФП термостабільної а-амілази за параметрів: рН 5,5…6,0, температура 72-75 °C, тривалість 30-40 хвилин при додаванні ферментного препарату у кількості 650…700 од. АмА/г СР. Підвищення температури до 72-75 °C інактивує фермент целюлазу, що є нестабільним при температурі понад 50 °C. Вказані межі температури та рН проведення процесу є оптимальними для виявлення активності даного ФП. Тривалість та кількість ФП вибрані в такому діапазоні, щоб відбувався гідроліз крохмалю до низькомолекулярних цукрів, які б не співосаджувались етанолом з пектиновими речовинами. На вихід та чистоту пектину, крім попереднього оброблення сировини ФП, впливають параметри кислотно-термічного гідролізу: вид гідролізуючого реагенту, рН середовища, температура та тривалість процесу. Після завершення ферментативного гідролізу продовжують процес при додаванні розчину хлоридної кислоти до рН гідролізної суміші 1,4-1,6 за гідромодуля 1:10. Пониження рН до значення менше 2 призводить до інактивації амілази. Проведення процесу кислотно-термічного гідролізу за рН середовища менше 1, призводить до деградації пектинових макромолекул, а за рН понад 1,6 -є не ефективним для гідролізу протопектину даної сировини і призводить до зменшення виходу пектину. Нами вибрано хлоридну кислоту, оскільки вона має найвищу реакційну здатність (найбільша константа швидкості гідролізу протопектину), є сильнодисоційованою кислотою, дешевою у порівнянні з іншими реагентами, які використовуються для отримання пектину. Температура гідролізу-екстрагування 72…75 °C вибрана тому, що при температурах нижче за 72 °C недостатньо пройде процес гідролізу протопектину, а при температурах понад 75 °C можливий гідроліз (деструкція) пектинових макромолекул, що призводить до зменшення виходу спиртоосаджуваного пектину та погіршення його якісних технологічних показників. Тривалість екстрагування становить 70…75 хв. Такий інтервал часу достатній для гідролізу протопектину (його переходу в розчинну форму) не впливаючи негативно на пектинові макромолекули. Тривалість процесу менше 70 хв. є недостатньою для екстрагування водорозчинних пектинових речовин і гідролізу протопектину. При збільшенні тривалості процесу понад 75 хв. за кислотного гідролізу рослинної сировини, підвищується концентрація баластних відносно до пектину речовин та можлива деструкція пектинових макромолекул. Після закінчення процесу гідролізу-екстрагування, тверду фазу відокремлюють від рідкої та охолоджують до кімнатної температури, після чого екстракт нейтралізують гідроксидом амонію до рН 3,5…4,5, проводять коагуляцію пектинових речовин у екстракті за допомогою етилового спирту, відокремлюють коагулят, додатково промивають етанолом, отриманий пектиновий коагулят зневоднюють, висушують, подрібнюють та просіюють. Застосування ФП целюлази призводить до збільшення виходу пектину практично вдвічі у порівнянні з класичним кислотно-термічним гідролізом, а використання ФП амілази - до збільшення вмісту уронідної складової пектину у сім разів. Приклад практичного застосування способу (приклад № 3, табл. 1). Картопляну мезгу промивають водою кімнатної температури для видалення крохмалю, доти, поки стічні води перестануть забарвлювались у синій колір в присутності йоду, після чого 2 UA 114384 C2 5 відокремлюють рідку фазу до вологості сировини 72 %. Підготовлену сировину масою 50 г змішують зі 150 мл попередньо підготовленого розчину, що містить 32 од. ЦлА/г СР комплексного целюлолітичного ФП "Целюлад" (активністю 9000 ЦлА од./г), вітчизняного виробництва, підігрітого до температури 45 °C. Ферментативний гідроліз проводять за умов: температура - 45 °C, тривалість - процесу 2,5 год., рН - 5,5. По закінченні гідролізу ФП целюлази до суміші додають ФП α-амілази (BAN 480L активністю 7000 Ам.од./г) у кількості 650 од. АмА/г СР). Таблиця 1 Параметри № гідролізу п/п целюлази процесу Параметри процесу ФП гідролізу ФП αамілази Кількість Кількість Тривалість, Тривалість, ФП, ФП, од. год. хв. од.АмА/г ЦлА/г СР СР Параметри кислотноПоказники термічного гідролізу Темпера тура, °C Вихід Уронідна Тривалість, пектину, складова, РН хв. % % 1 550 65 1,0 60 4,5 38 2,3 30 25 600 70 1,2 65 8,5 42 2,5 32 30 650 72 1,4 70 10,2 48 4. 2,8 38 35 680 73 1,5 73 10,5 50,5 5. 3 40 40 700 75 1,6 75 10,4 52 6. 3,5 45 45 750 77 1,7 80 7,5 51 7. 20 20 3. 15 25 2. 10 2,0 3,7 50 50 800 80 1,8 85 5,4 44 Висновок Низький вихід та уронідна складова пектину Невисокий вихід, низька уронідна складова пектину Високий вихід і чистота пектину Високий вихід і чистота пектину Високий вихід і чистота пектину Невисокий вихід пектину Низький вихід та уронідна складова пектину Ферментативний гідроліз проводять при температурі 72 °C, рН - 5,5 протягом - 30 хв. Подальший кислотний гідроліз здійснюють за рН суміші 1,4. Значення рН коригують внесенням хлоридної кислоти. Витримують суміш при температурі 72°Спротягом 70 хв. при періодичному перемішуванні. Після закінчення гідролізу-екстрагування пектинових речовин, відокремлюють екстракт, охолоджують до кімнатної температури та нейтралізують до рНЗ, 5. Осадження пектину проводять етиловим спиртом (96 %)при співвідношенні екстракту та спирту як 1:2. Суміш залишають у спокої протягом 1 год., потім відокремлюють коагулят. Після додаткового промивання спиртом, відокремлений пектиновий коагулят висушують при температурі 60…65 °C і подрібнюють. Вихід пектину становить 10,2 %. Уронідна складова 48 %. Інші приклади наведено в таблиці 1. Висновок: за даними, представленими в таблиці 1, оптимальними параметрами вилучення пектину з картопляної мезги є ті, що представлені у прикладах 3, 4, 5, які забезпечують високий вихід, чистоту (уронідна складова) та необхідні фізико-хімічні показники готового продукту. За інших варіантів здійснення способу (приклади способів 1, 2, 6, 7) спостерігається низький вихід 3 UA 114384 C25 пектину, підвищений вміст баластних речовин та низька комплексоутворювальна здатність, тобто якість готового продукту є незадовільною. Технічний результат полягає у створенні способу отримання пектину з картопляної мезги з підвищеним виходом та уронідною складовою, що використовується у різних галузях харчової та фармацевтичної промисловості. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб виробництва картопляного пектину, що передбачає промивання картопляної мезги, відокремлення мезги від промивних вод (пресування), кислотно-термічний гідролізекстрагування пектинових речовин, відокремлення пектинового екстракту, нейтралізацію, осадження пектину етиловим спиртом, відокремлення коагуляту, зневоднення і висушування пектину, який відрізняється тим, що спочатку проводять двостадійний ферментативний гідроліз відпресованої мезги: на першій стадії - комплексним ферментним препаратом (ФП) целюлолітичної дії за температури 45-50 °C, рН 5,5-6,0 протягом 2,5-3 год., додаючи ФП у кількості 32-40 од. ЦлА/г СР при гідромодулі 1:8-10, на другій стадії - ФП бактеріальної аамілази при температурі 72-75 °C, рН 5,5-6,0 протягом 30-40 хв., додаючи ФП у кількості 650700 од. АмА/г СР, а кислотно-термічний гідроліз-екстрагування картопляної мезги проводять в присутності хлоридної кислоти за температури 72-75 °C, рН гідролізної суміші 1,4-1,6 протягом 70-75 хв. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4