Научная статья на тему 'ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ-ФЛОКУЛЯЦИИ КИСЛЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ПЛОДОВОГО СЫРЬЯ В ИМПУЛЬСНОМ ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕНЕНИЯ РН РАСТВОРА'

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ-ФЛОКУЛЯЦИИ КИСЛЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ПЛОДОВОГО СЫРЬЯ В ИМПУЛЬСНОМ ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕНЕНИЯ РН РАСТВОРА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
22
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИЯ / ЭЛЕКТРОФЛОКУЛЯЦИЯ / ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ТОК / ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ КИСЛЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ / ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Мачнева Ирина Александровна, Ильина Ирина Анатольевна, Богус Александр Муссович, Филимонов Михаил Васильевич, Дрофичева Наталья Васильевна

Анализ результатов научных исследований, направленных на выявление механизмов и разработку методов изоляции высокомолекулярных коллоидов, показал, что в настоящее время одним из эффективных и экономичных способов является метод коагуляции-флокуляции - процесса образования и объединения коагулированных частиц для достижения более высокой агломерации и соответственно осаждения. Наиболее перспективным для осаждения полярных высокомолекулярных соединений из коллоидных растворов является способ воздействия на них электрического разряда.Основными задачами исследования являлись: обоснование механизмов электрокоагуляции и флокуляции кислых полисахаридов плодового сырья; выявление зависимостей влияния рН пектинового экстракта при оптимальных параметрах электрического поля на функциональные характеристики и молекулярную массу выделяемых фракций пектинов; установление оптимальных параметров процесса коагуляции-флокуляции кислых полисахаридов плодового сырья в импульсном вращающемся электрополе.В результате исследований установлены зависимости изменения молекулярной массы и функциональных характеристик выделяемых пектинов, а именно полиуронидной составляющей, содержания свободных и этерифицированных карбоксильных групп в пектиновых макромолекулах, степени этерификации от условий процесса электрокоагуляции и флокуляции в импульсном вращающемся электрическом поле пектинов из экстрактов, полученных из плодового сырья (яблоки, яблочная кожура). Установлено, что в зависимости от рН среды электроосаждаются различные фракции пектинов. Применяемый электрохимический способ осаждения пектиновых веществ отличается меньшей энергоёмкостью производства, отсутствием сложных и дорогостоящих промывок, возможностью фракционирования пектина по степени этерификации и молекулярной массе, получением пектина высокой степени чистоты.Analysis of the results of scientific research aimed at identifying the mechanisms and development of methods for high-molecular colloids isolation showed that at the present moment one of the most effective and economical ways is the method of coagulation - flocculation - the process of formation of coagulated particles association to achieve higher agglomeration and precipitation, accordingly. The impact of the electric discharge in the polar high-molecular compounds from colloidal solutions is the most promising for its precipitation.Substantiation of electrocoagulation and flocculation mechanisms of fruit raw materials acidic polysaccharides; identifying dependencies of influence of pectin extract pH at optimal parameters of the electric field on the functional characteristicsandmolecularweightofpectinextractedfractions; establishing of optimal process parameters of coagulation-flocculation of fruit raw materials acidic polysaccharides in a pulsed rotating electric field were the main objectives of the study.Dependencies of changes molecular weight and functional characteristics of allocated pectin such as polyuronides component, the content of free and etherified carboxylic groups in the pectin macromolecules, the degree of etherification of conditions of electrocoagulation process and flocculation in a rotating pulsed electric field of pectin extract obtained from raw materials (apples, apple peel), was established at the result of researches.It is established that different fractions of pectin are precipitated electrical depending on pH.Applied electrochemical method of pectin substances precipitation is less energy-intensive of production, absence of complicated and expensive washings, the possibility of pectin fractionation on the degree of etherification and molecular weight, obtaining a high purity of pectin.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Мачнева Ирина Александровна, Ильина Ирина Анатольевна, Богус Александр Муссович, Филимонов Михаил Васильевич, Дрофичева Наталья Васильевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ-ФЛОКУЛЯЦИИ КИСЛЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ПЛОДОВОГО СЫРЬЯ В ИМПУЛЬСНОМ ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕНЕНИЯ РН РАСТВОРА»

Вестник АПК „ ,

Растениеводство

:№ 2(14), 2014

УДК 678.01:544.23.02/03.544.25.02/03

Мачнева И. А., Ильина И. А., Богус А. М., Филимонов М. В., Дрофичева Н. В.

Machneva I. A., 1!у1па I. A., Bogus A. M., Filimonov M. V., Droficheva N. V.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ-ФЛОКУЛЯЦИИ КИСЛЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ПЛОДОВОГО СЫРЬЯ В ИМПУЛЬСНОМ ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗМЕНЕНИЯ рН РАСТВОРА

OPTIMIZATION OF COAGULATION - FLOCCULATION OF ACIDIC POLYSACCHARIDES OF FRUIT RAW MATERIAL IN ROTATING PULSED ELECTRIC FIELD BY CHANGING OF pH SOLUTION

Анализ результатов научных исследований, направленных на выявление механизмов и разработку методов изоляции высокомолекулярных коллоидов, показал, что в настоящее время одним из эффективных и экономичных способов является метод коагуляции-флокуляции - процесса образования и объединения коагулированных частиц для достижения более высокой агломерации и соответственно осаждения. Наиболее перспективным для осаждения полярных высокомолекулярных соединений из коллоидных растворов является способ воздействия на них электрического разряда.

Основными задачами исследования являлись: обоснование механизмов электрокоагуляции и флокуляции кислых полисахаридов плодового сырья; выявление зависимостей влияния рН пектинового экстракта при оптимальных параметрах электрического поля на функциональные характеристики и молекулярную массу выделяемых фракций пектинов; установление оптимальных параметров процесса коагуляции-флокуляции кислых полисахаридов плодового сырья в импульсном вращающемся электрополе.

В результате исследований установлены зависимости изменения молекулярной массы и функциональных характеристик выделяемых пектинов, а именно полиуронидной составляющей, содержания свободных и этерифицирован-ных карбоксильных групп в пектиновых макромолекулах, степени этерификации от условий процесса электрокоагуляции и флокуляции в импульсном вращающемся электрическом поле пектинов из экстрактов, полученных из плодового сырья (яблоки, яблочная кожура). Установлено, что в зависимости от рН среды электроосаждаются различные фракции пектинов.

Применяемый электрохимический способ осаждения пектиновых веществ отличается меньшей энергоёмкостью производства, отсутствием сложных и дорогостоящих промывок, возможностью фракционирования пектина по степени этерификации и молекулярной массе, получением пектина высокой степени чистоты.

Ключевые слова: электрокоагуляция, электрофлокуля-ция, высокочастотный импульсный ток, параметры электрического поля, высокомолекулярные кислые полисахариды.

Analysis of the results of scientific research aimed at identifying the mechanisms and development of methods for high-molecular colloids isolation showed that at the present moment one of the most effective and economical ways is the method of coagulation - flocculation - the process of formation of coagulated particles association to achieve higher agglomeration and precipitation, accordingly. The impact of the electric discharge in the polar high-molecular compounds from colloidal solutions is the most promising for its precipitation.

Substantiation of electrocoagulation and flocculation mechanisms of fruit raw materials acidic polysaccharides; identifying dependencies of influence of pectin extract pH at optimal parameters of the electric field on the functional characteristics and molecular weight of pectin extracted fractions; establishing of optimal process parameters of coagulation-flocculation of fruit raw materials acidic polysaccharides in a pulsed rotating electric field were the main objectives of the study.

Dependencies of changes molecular weight and functional characteristics of allocated pectin such as polyuronides component, the content of free and etherified carboxylic groups in the pectin macromolecules, the degree of etherification of conditions of electrocoagulation process and flocculation in a rotating pulsed electric field of pectin extract obtained from raw materials (apples, apple peel), was established at the result of researches.

It is established that different fractions of pectin are precipitated electrical depending on pH.

Applied electrochemical method of pectin substances precipitation is less energy-intensive of production, absence of complicated and expensive washings, the possibility of pectin fractionation on the degree of etherification and molecular weight, obtaining a high purity of pectin.

Key words: electrocoagulation, electroflocculation, high freguency pulse current, parameters of the electric field, high-molecular acidic polysaccharides.

Мачнева Ирина Александровна -

кандидат сельскохозяйственных наук ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар

Тел.: (861) 252-70-74, факс: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Machneva Irina Alexandrovna -

Ph.D. in Agriculture North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar

Теl.: (861) 252-70-74, fax: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Ильина Ирина Анатольевна -

доктор технических наук, профессор ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар

Тел.: (861) 252-70-74, факс: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Богус Александр Муссович -

доктор технических наук ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар

Тел.: (861) 252-70-74, факс: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Филимонов Михаил Васильевич -

младший научный сотрудник центра коллективного пользования ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар

Тел.: (861) 252-70-74, факс: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Дрофичева Наталья Васильевна -

кандидат технических наук ГНУ Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства г. Краснодар

Тел.: (861) 252-70-74, факс: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Ilina Irina Anatolievna -

Doctor in Technical Sciences, Professor

North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar

Теl.: (861) 252-70-74, fax: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Bogus Alexandr Mussovich -

Doctor in Technical Sciences North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar

Теl.: (861) 252-70-74, fax: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Filimonov Mikhail Vasilievich -

Junior researcher

of Center for collective

use North Caucasian Regional

Research Institute

of Horticulture and Viticulture

Krasnodar

Теl.: (861) 252-70-74, fax: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

Droficheva Natalia Vasilievna -

Ph.D. in Technical Sciences North Caucasian Regional Research Institute of Horticulture and Viticulture Krasnodar

Теl.: (861) 252-70-74, fax: (861) 257-57-02 E-mail: kubansad.kubannet.ru

В условиях всевозрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации - широкого применения ксенобиотиков, включая хи-микотерапевтические препараты, воздействия физических и биологических факторов, локальных и глобальных экологических катастроф - происходят значительные нарушения в человеческом организме, имеющие серьезные последствия как для отдельного человека, так и общества в целом. В настоящее время наблюдается глобальное нарушение общего состояния населения, являющегося следствием экологического прессинга. В связи с этим в развитых странах мира в последние десятилетия наблюдаются тенденции перехода пищевой промышленности на производство продуктов питания функционального назначения с использованием современных методов и подходов к интенсификации технологий. К таким продуктам, безусловно, относятся натуральные полисахариды, в т. ч. пектины, которые являются высокоэффективными детоксикантами тяжелых металлов и радионуклидов.

Развитие отечественного производства пектина сдерживается нерешенностью ряда технологических задач и, в частности, процесса выделения пектина из экстракта.

Концентрированный раствор пектинов, являющихся высокомолекулярными полярными соединениями, представляет собой коллоидную систему, которой свойственна большая вязкость и высокая устойчивость, обусловленная наличием на поверхности частиц двух оболочек: электрической и гидратной. В связи с этим для коагуляции высокомолекулярных соединений необходимо нейтрализовать заряд коллоидной частицы и разрушить гидратную оболочку.

Согласно теории коллоидной химии, коагуляция в коллоидных системах может происходить под воздействием различных факторов: под влиянием электролитов (процесс высаливания), механического воздействия на коллоидную систему, нагревание или замораживание золя, разбавление или концентрирование раствора, действия видимого и ультрафиолетового света, рентгеновских лучей радиоактивного излучения, при действии электрического разряда и ультразвука. Одним из перспективных технологических решений данной задачи является электрохимический способ осаждения пектиновых веществ [1-3].

Ранее доктором технических наук А. М. Богус разработано и запатентовано устройство для осаждения пектина в импульсном вращающемся высокочастотном электрополе [4]. В основе данного способа лежит идея электрокоагуляции и флокуляции кислых полисахаридов, которые в

:№ 2(14), 2014

растворе находятся в виде полярных диполей. При воздействии импульсного вращающегося высокочастотного электрического поля происходит нарушение гидратных связей между молекулами кислых полисахаридов и растворителя за счёт центробежных сил, возникающих при вращении молекул, обладающих дипольным моментом. В результате этого происходит коагуляция, переходящая в флокуляцию высокомолекулярных полярных соединений.

Разработанный способ, в отличие от традиционного, связанного со спиртовым осаждением, отличался получением пектина более высокой степени чистоты, меньшей энергоёмкостью производства, отсутствием сложных и дорогостоящих очисток, возможностью фракционирования пектина по степени этерификации и молекулярной массе. Однако существенным недостатком данного устройства является низкий выход пектина, обусловленный большими потерями напряжения, которые составляют более 30 %.

В работе [5] авторами предложено использование модернизированной стендовой установки для коагуляции пектина в импульсном вращающемся электрическом поле на основе использования принципиально новой схемы генератора импульсов электрического поля. Новый принцип конденсаторной сборки обеспечивает вращение электрического вектора напряженности при подаче положительного напряжения на графитовый электрод и отрицательного импульса синхронно и последовательно на каждую пару отрицательных электродов, лежащих на одном диаметре заданного круга. Такая геометрия расположения электродов существенно обеспечивает суммарную приемную поверхность отрицательных электродов, а утечки тока при этом сводит к нулю.

Предложенный модернизированный генератор импульсного вращающегося электрического поля с новой геометрией конденсаторной сборки обеспечивает снижение потерь электричества на 30 % и повышение производительности устройства в 7-10 раз [6, 7].

Экспериментальные исследования проводились на стендовой установке с модернизированным генератором [5].

Объектами исследований являлись яблочная мезга, являющаяся вторичным сырьем сокового производства (составляет до 30 %), и измельченная яблочная кожура сорта Айдаред - отход при производстве цукатов из яблок (16-18 %).

Результаты проведенных ранее исследований [8] позволили выбрать для дальнейших исследований пектинсодержащее сырье, получаемое из яблок сорта Айдаред, что обусловлено относительно меньшим количеством в яблочном сырье полифенолов - низкомолекулярных анионов, создающих помехи при осаждении, «конкурируя» с высокомолекулярными анионами в скорости адсорбции на поверхность металлического электрода электрохимической установки.

Испытания модельных пектиновых растворов, проведенные на первом этапе исследований, показали, что на кинетику и полноту электрокоагуляции, а также структуру и свойства ассоциатов влияют: концентрация пектиновых веществ в экстракте, степень ионизации экстракта, температура экстракта, параметрические характеристики импульсного вращающегося электрического поля и продолжительность их воздействия на экстракт. Результаты исследований показали, что, в целом, продолжительность процесса электрокоагуляции-флокуляции пектиновых веществ из пектиновых растворов, экстрагированных из мезги и яблочной кожуры, составляет 60 минут. Первоначально происходит адсорбция пектиновых веществ на поверхности электрода, затем посредством образующихся химических связей между случайными микрохлопьями формируются так называемые матричные флокулы.

Для проведения дальнейших исследований начальными условиями эксперимента были взяты оптимальные характеристики электрофизического воздействия на модельные пектиновые растворы, а именно: температура экстракта 1 = 20-30 оС, частота вращения электрического поля 25 кГц; напряжение на электродах в импульсе 35 В.

Отмечено, что из пектинсодержащего экстракта мезги (Э1) фракции пектина осаждаются с большей скоростью, чем из экстракта яблочной кожуры (Э2), однако скорость осаждения пектинов Э1 начинает заметно снижаться уже после 20 мин эксперимента, в то время как фракции пектина Э2 осаждались равномерно во всём временном диапазоне.

В связи с тем что пектиновые молекулы представляют собой частично этерифицированную пектиновую кислоту, степень диссоциации которой зависит от присутствия в растворе других катионов, в том числе ионов Н+, в целях оптимизации процесса коагуляции-флокуляции во вращающемся электрическом поле рН пектинового экстракта необходимо довести до значений, соответствующих изоэлектрической точке (рН, при котором средний суммарный заряд макромолекул, обладающих дипольным моментом, равен 0). В этом случае силы взаимного притяжения и отталкивания между мицеллами пектина не будут препятствовать коагуляции пектина в импульсном вращающемся электрическом поле.

Кроме того, одним из факторов, оказывающих существенное влияние на процесс коагуляции-флокуляции, является размер макромолекул (молекулярная масса пектинов): чем больше их размер, тем относительно больший процент сегментов адсорбированных макромолекул остается свободным и способным к адсорбции на других частицах. Нами определена зависимость изменения молекулярной массы электрокоагулируемого пектина в зависимости от рН исходного раствора (рис.).

170

В

Рисунок - Зависимость изменения средней молекулярной массы фракций пектина от рН раствора:

Э1 - пектиновый раствор, экстрагированный из мезги; Э2 - пектиновый раствор, экстрагированный из яблочной кожуры

Результаты исследований показали резкое увеличение молекулярной массы выделяемых фракций пектинов из экстрактов, полученных из яблочной мезги, при рН 7,0. Наивысшее значение ММ яблочного пектина - 25200 Да отмечено при рН 8,0. Молекулярная масса пектинов, выделяемых из экстрактов яблочной кожуры, имеет более низкие значения. Оптимальным значением рН для всех испытуемых растворов явилось 8,5. Повышение значений рН выше 9,0 не является целесообразным из-за того, что не способствует выделению фракций пектинов с высокой молекулярной массой.

На следующем этапе исследований определяли закономерности влияния концентрации пектина в экстракте на его выход при рН 8,0. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, максимальное количество осаждённого пектина, в том числе на 1 см2 площади приёмных электродов, наблюдается при выделении из экстракта, полученного из яблочной кожуры.

Исследованы закономерности влияния значений рН исходного раствора на функциональные характеристики выделяемых пектинов:

полиуронидную составляющую (частично характеризующую чистоту пектина), содержание свободных и этерифицированных карбоксильных групп в пектиновых макромолекулах; степень этерификации.

Результаты исследования зависимости по-лиуронидной составляющей коагулируемых в высокочастотном импульсном вращающемся электрическом поле пектинов в зависимости от значений рН экстракта приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Полиуронидная составляющая пектинов (Пч, %), осаждённых при различных рН

Вид пектинового Значения рН

экстракта 4,5 5 5,5 6 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

Пектиновый

раствор, экстрагированный из мезги (Э1) 37 46 48 59 60 60,9 63 57 52

Пектиновый

раствор, экстрагированный из яблочной кожуры (Э2) 52 54 57 60 65 66,8 65 58 55

В результате исследований отмечена максимальная полиуронидная составляющая у фракций пектинов, полученных при электрокоагуляции из экстрактов с рН 7,0-7,5. Кроме того, при данном интервале рН выход пектина также близок к максимальному. Это свидетельствует о том, что в данном интервале рН коагулируют преимущественно макромолекулы пектина, имеющие в своем составе мономеры галакту-роновой кислоты, а затем другие фракции, имеющие в своем составе мономеры арабинозы, галактозы, ксилозы и другие моносахара, которые в целом являются балластными веществами. Чистота коагулируемого пектина из экстракта яблочной кожуры в меньшей степени зависит от рН по сравнению с пектинами, выделяемыми из экстракта мезги.

Таблица 1 - Зависимость выхода пектина от исходной концентрации пектина в растворе (объём экстракта 1 л)

Пектиновый экстракт,

полученный:

Показатель из из

яблочной яблочной

мезги кожуры

Содержание пектина в экстракте, % 1,0 1,95

Масса осаждённого

пектина, г 3,41 5,5

Масса пектина,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

осажденного на 1 см2

поверхности электродов, мг 34 55

: № 2(14), 2014

Результаты исследований изменения содержания свободных и этерифицированных карбоксильных групп выделяемых в электромагнитном поле фракций пектинов при разных значениях рН исходных пектиновых экстрактов приведены в таблице 3.

Как видно из табличных данных, оптимальный диапазон рН для выделения фракций пектинов с максимальным значением общего со-

держания карбоксильных групп находится в интервале рН 6,0-7,5, однако максимальное содержание свободных карбоксильных групп наблюдалось у фракций пектинов, полученных из экстракта кожуры при рН 5,0-6,0.

Результаты исследований зависимости изменения степени этерификации выделяемых фракций пектинов от значений рН исходных пектиновых экстрактов приведены в таблице 4.

Таблица 3 - Зависимость изменения общего содержания и свободных карбоксильных групп в пектиновых макромолекулах от значений рН в исходных экстрактах

Вид пектинового экстракта Значение рН экстракта

4,5 5 5,5 6 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

Содержание свободных карбоксильных групп

Пектиновый раствор, экстрагированный из мезги (Э1) 7,3 8,8 8,7 10,3 10,4 10,4 11,1 9,4 8,7

Пектиновый раствор, экстрагированный из яблочной кожуры (Э2) 10,5 10,8 11,4 10,7 8,8 8,7 9,1 7,8 7,3

Общее содержание карбоксильных групп, %

Пектиновый раствор, экстрагированный из мезги (Э1) 10,0 12,4 12,9 15,9 16,2 16,5 17 15,4 14,0

Пектиновый раствор, экстрагированный из яблочной кожуры (Э2) 14,0 14,6 15,4 16,2 17,6 18 17,6 15,7 14,9

Таблица 4 - Зависимость изменения степени этерификации в пектиновых макромолекулах от значений рН в исходных экстрактах

Вид пектинового экстракта Значение рН экстракта

4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

Пектиновый раствор, экстрагированный из мезги (Э1) 27 29 33 35 36 37 35 39 38

Пектиновый раствор, экстрагированный из яблочной кожуры (Э2) 25 26 26 34 50 52 48 50 51

Результаты исследований показали, что степень этерификации выделяемых пектинов колеблется в зависимости от рН экстракта в пределах 25-51 %, что свидетельствует о возможности получения двух типов пектинов: низко- и среднеэтерифицированных. Наиболее высокое содержание этерифицирован-ных карбоксильных групп отмечено при рН экстракта 7,0-8,5, что объясняется достижением изоэлектрической точки, облегчающей процесс коагуляции пектина. Более низкая степень этерификации пектинов, осаждённых при рН экстрактов 4,5-5,5, объясняется тем, что увеличение концентрации ионов Н+ в растворах многоосновных кислот, к которым относятся пектиновые кислоты, приводит к резкому снижению их констант диссоциаций, силы отталкивания между заряженными частицами снижаются, молекулы сцепливаются в ассо-циаты за счет донорно-акцепторных механизмов и соосаждаются на поверхности электрода. Кроме того, данный факт можно объяснить и значительной затруднённостью процесса коагуляции фракций, обладающих относительно меньшим зарядом на единицу массы (более высокоэтерифицированные пектины).

Полученные зависимости влияния рН среды на выход, полиуронидную составляющую, содержание свободных и этерифицирован-ных карбоксильных групп, молекулярную массу электрокоагулируемых пектинов позволили определить оптимальные условия выделения отдельных фракций пектинов, а именно:

I. Низкой степенью этерификации - 2527 % и максимально достижимой молекулярной массой - 18000 Да; полиуронид-ной составляющей - 58-65 %.

II. Средней степенью этерификации - 4850 %, молекулярной массой - 24000 Да, полиуронидной составляющей - 52-54 %.

В обоих случаях более предпочтительным является пектиновый экстракт, выделенный из яблочной кожуры.

В первом случае оптимальными условиями коагуляции пектинов во вращающемся электрическом поле с использованием модернизированной установки с измененной геометрией конденсаторной сборки являются:

- напряжение на электродах иэ = 3 В;

- ток через раствор I = 300 мА/см2;

- частота следования импульсов f = 20 кГц;

- рН раствора - 7,0.

При осаждении пектинов из яблочных экстрактов оптимальными условиями являются:

- напряжение на электродах - 3,5-4 В/м;

- плотность тока, протекающего через раствор - 220 мА/см2;

- частота следования импульсов вращающегося электрического поля, необходимых для нейтрализации заряда - 15 кГц, агломерации пектиновых флокул и их уплотнения - 25 кГц;

- рН раствора - 7,5-8,0.

Литература

1. Богус А. М., Шаззо Р. И. Физические способы получения пектина. Краснодар. 2003. 126 с.

2. Ho Y. C., Norli* I., Alkarkhi F. M. Abbas, Morad N. Characterization of biopolymeric floc-culant (pectin) and organic synthetic floccu-lant (PAM): A comparative study on treatment and optimization in kaolin suspension // Bioresource Technology 101 (2010) 11661174.

3. Drogui Patrick, Asselin M'elanie, Satinder Brar K., Benmoussa Hamel. Electrochemical removal of pollutants from agro-industry wastewaters // Separation and Purification Technology 61 (2008) 301-310.

4. Патент № 2153264 Российская Федерация MKU 7 A L 1/0524. Способ получения пектина / Богус А. М., Кондратенко В. В., Тлехурай Г. Н. Заявитель и патентообладатель Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции 99116220/13, заяв. 20.07.1999, опубл. 27.07.2000, бюл. № 21.

5. Богус А. М., Ильина И. А., Кондратенко В. В. Модернизация установки для коагуляции пектинов в высокочастотном импульсном электрическом поле // Вестник РАСХН. 2010. № 1. С. 82-83.

6. Богус А. М., Ильина И. А., Филимонов М. В. Закономерности протекания процесса коагуляции пектинов в высокочастотном импульсном электрическом поле // Вестник РАСХН. 2009. № 6. С. 41-42.

7. Ильина И. А., Богус А. М., Мачнева И. А., Филимонов М. В., Дрофичева Н. В. Аналитические характеристики и комплексо-образующие свойства коагулированных в импульсном вращающемся электрополе пектинов // Вестник Росельхозакадемии. 2013. № 6. С. 55-57.

8. Мачнева И. А., Дрофичева Н. В. Оценка сортов плодово-ягодных культур для создания рецептурных композиций продуктов питания с радиопротекторными свойствами // Плодоводство и виноградарство Юга России [электрон. ресурс]. Краснодар, 2012. № 18. Шифр Информрегистра: 0421200126/0086. - http: // www.journal. kubansad.ru/pdf/12/06/14.pdf.

Пектины со средней степенью этерификации предназначены для консервной и кондитерской промышленности в качестве студнеобразо-вателей, пектины с низкой степенью этери-фикации рекомендуются для использования в фармацевтике, медицине, а также в пищевой промышленности для производства лечебно-профилактических продуктов с высокими де-токсикационными свойствами по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам.

References

1. Bogus A. M., Shazzo R.I. Physical methods of producing pectin. Krasnodar. 2003. 126 p.

2. Ho Y. C., Norli* I., Alkarkhi F. M. Abbas, Morad N. Characterization of biopolymeric floc-culant (pectin) and organic synthetic floccu-lant (PAM): A comparative study on treatment and optimization in kaolin suspension // Bioresource Technology 101 (2010) 11661174.

3. Drogui Patrick, Asselin M'elanie, Satinder Brar K., Benmoussa Hamel. Electrochemical removal of pollutants from agro-industry wastewaters // Separation and Purification Technology 61 (2008) 301-310.

4. Pat. 2153264 Russian Federation MKU 7 AL 1/0524. A method of producing pectin/Bogus A.M., Kondratenko V.V., Tlehuray G.N. Applicant and patentee Krasnodar Research Institute of storage and processing of agricultural products 99116220/13, appl. 20.07.1999, publ. 27.07.2000 Journal, Number 21.

5. Bogus A. M., Ilyina I. A., Kondratenko V. V. Modernization of installation for coagulation pectins in a high frequency pulsed electric field // Journal of the RAAS. 2010. № 1. P. 82-83.

6. Bogus A. M., Ilyina I. A., Filimonov M. V. Regularities of the process of coagulation of pectin in a high frequency pulsed electric field // Journal of the RAAS. 2009. № 6. P. 41-42.

7. Ilyina I. A., Bogus A. M., Machneva I. A., Filimonov M. V., Droficheva N. V. Analytical characteristics and complexing properties of coagulated in pulsed rotating electrofield pectin // Journal of the RAAS. 2013. № 6. P. 5557.

8. Machneva I. A. Droficheva N. V. Evoluation of fruit crops varieties for creating prescription compositions of food products with radioprotective properties/Horticulture and viticulture South Russia [electron. resource]. Krasnodar, 2012. № 18. Cipher INFORMREGISTER: 0421200126/0086. - Http: //www.journal. kubansad.ru/pdf/12/06/14.pdf.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.