Создание малоотходной энергосберегающей технологии получения инулина из топинамбура с использованием ультразвука Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 68.39.15

М.А. Пасынкова, Б.А. Кареткин

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СОЗДАНИЕ МАЛООТХОДНОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНУЛИНА ИЗ ТОПИНАМБУРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

Purification of Jerusalem artichoke tubers water extracts from pigments by ultrafiltration was investigated. It was established, that portion of carbohydrates were kept in concentrate, when 10 kDa membrane used, while when 20 kDa membrane was used with out activated char-coal pretreatment, fool purification of extract could not be achieved. Different ways of Jerusalem artichoke stem treatment were studied.

Исследована очистка водных экстрактов из клубней топинамбура от красящих примесей путем ультрафильтрации. Установлено, что при использовании мембраны с пределом пропускания10 кДа часть углеводов задерживается в концентрате, в то время как ультрафильтрация через мембрану на 20 кДа без предварительной обработки активированным углем не позволяет добиться полного обесцвечивания пер-миата. Изучены различные способы обработки стеблей топинамбура.

В последнее время увеличивается количество продуктов питания, БАД и медицинских препаратов, содержащих инулин, что связано с его пребиотическими свойствами. Поэтому создание новых энергосберегающих и малоотходных технологий получения инулина является одной из значимых задач. Инулин относится к группе фрук-танов или полифруктазнов, и состоит из 30-36 остатков ß-D-фруктозы. Инулин и оли-гофруктаны содержаться в качестве запасного вещества в цикории, георгине, нарциссе, гиацинте, топинамбуре, артишоке, одуванчике и ряде других растений, в основном относящихся к семейству Сложноцветных. Одним из наиболее перспективных источников инулина являются клубни топинамбура, содержащие до 80 % этого полифруктозана по сухому весу.

Ранее проведенные исследования показали, что инулин может быть выделен из предварительно измельченных до размеров частиц 5 - 30 мм клубней топинамбура ультразвуковой экстракцией. Оптимальными условиями для проведения данного процесса являются гидромодуль 12, температура и рН экстрагента 60 °С и 6,0±0,2, соответственно. При этом максимальный выход инулина - 63,5 % отн., достигался в течении 10 мин, т.е. как минимум в 2 раза быстрее, чем в известных ранее способах, а сам процесс шелф в более мягких условиях. Поскольку цветность полученного экстракта была велика, вследствие чего, осаждение из него инулина не позволит получить продукт высокого качества, также исследовали возможность предварительной очистки экстракта от окрашенных соединений активированным углем. Однако даже при оптимальном содержании актитвированного угля 10 г на 1 л экстракта не удалось добиться полного обесцвечивания. К тому же использованный активированный уголь не может быть регенерирован, что делает технологию менее экологичной.

В ходе переработки топинамбура основную массу отходов составляют стебли и жом клубней. Ранее показано, что жом может быть использован для получения растительных углеводно-белковых кормов (РУБК). С этой целью суспензию жома с содержанием сухих веществ 2,3 % и рН среды 1,0 - 1,2, подвергали ультразвуковой обработка при температуре среды 72 - 75 °С, в результате чего в раствор переходило 5,9 г/л сахаров. В процессе культивирование дрожжей Candida tropicalis на полученном гидроли-зате к стационарной фазе концентрация биомассы достигала 2,5 г/л.

Целью данной работы является поиск возможных путей совершенствования ис-

следуемого способа получения инулина из топинамбура для создания малоотходной, энергосберегающей технологии.

В экспериментах использовали стебли топинамбура, собранные во второй половине июня 2007 г., и клубни топинамбура сорта «Интерес» урожая 2007 года. Клубни измельчали и подвергали ультразвуковой обработке на лабораторной установке с рабочей частотой 22. Процесс проводили в конических колбах объемом 250 мл, заполненных на 75 мл. В качестве экстрагента использовали дистиллированную воду с рН 5,9 -6,2. Кислотность экстрагента регулировали с помощью серной кислоты. Полученный экстракт отделяли от остатка (жома) фильтрацией через бельтинг под вакуумом. Общее содержание углеводов определяли фенол-серным методом. Содержание фруктозы определяли по Селиванову. Для определения выхода полисахаридов экстракт подвергали гидролизу 5 М серной кислотой в течение 40 мин., и измеряли содержание РВ. Ультрафильтрацию проводили в ячейке, объемом 160 мл, на мембранах с пределом пропускания 10 и 20 кДа, при избыточном давлении 1,6 - 2,0 кгс/см2.

В данной работе нами исследована возможность очистки ультразвукового экстракта из клубней топинамбура от красящих примесей с применением ультрафильтрации. Ультрафильтрация может быть использована также для концентрирования экстракта, что позволит избежать энергоемкой стадии вакуум-выпаривания.

Рис.1. Исследование Рис. 2. .Выделение углеводов из стеблей

ультрафильтрации топинамбура различными способами: 1 - уль-

экстракта из клубней тразвуковая обработка в установке с элемен-

топинамбура на мембране том стержневого типа, 2 - обработка в лабора-с порогом удержания торной ультразвуковой ванне, 20 кДа. 3 - температурная обработка.

При ультрафильтрации экстракта, предварительно осветленного активированным углем, на мембране с порогом удержания 10 кДа значительная часть углеводов собиралась в пермеате. При этом цветность пермеата против дистиллированной воды равнялась 0. Однако часть сахаров задерживалась на мембране и оставалась в концентрате, поэтому нами исследована ультрафильтрация экстракта на мембранах с более высоким порогом удержания. Ультрафильтрации на мембране 20 кДа подвергли экстракт, не обработанный активированным углем. В ходе ультрафильтрации 95,6 % углеводов перешли в пермеат, однако цветность пермеата возрастала (рис. 1). Полученные результаты позволяют заключить, что мембрана с порогом удержания 20 кДа не может

быть применена для удаления из экстракта цветных примесей, поскольку в отличии от мембраны на 10 кДа, не удерживает эти примеси. Указанное, может быть связанно с тем, что пигментные примеси с низкой молекулярной массой, сорбировались на угле, в случае, когда ультрафильтрацию проводили на мембране 10 кДа. Однако, возможно так же связывание фенольных соединений, которые, как известно, придают окраску водным растительным экстрактам, с молекулами углеводов, что приводит к увеличению молекулярной массы последних, из-за чего они задерживались на мембране 10 кДа. В этом случае необходимо исследовать возможные пути разрушения этих комплексов. Вопрос требует дальнейших исследований.

В ходе переработки топинамбура основную массу отходов составляют стебли. В данной работе исследованы различные способы выделения углеводов из стеблей топинамбура: температурное и ультразвуковое воздействие, причем в последнем случае процесс проводили в ультразвуковой ванне, а также в установке, с элементом стержневого типа. Стебли измельчали до частиц размером 3 - 5 мм. Процесс осуществляли при pH 2,0 и гидромодуле 15 (на сухой вес стеблей). Как видно из результатов, представленных на рис.2, наиболее эффективным способом выделения углеводов является тепловая обработка. Однако эффективность ультразвуковой обработки, особенно в случае использования установки с элементом стержневого типа, может быть значительно повышена при увеличении степени измельчения.

Таким образом, исследованные способы утилизации как жома, так и стеблей топинамбура с целью получения РУБК нельзя считать эффективными, поскольку концентрации углеводов после предобработки, а, следовательно, и концентрации биомассы, не высоки. Интенсифицировать данный процесс можно путем объединения двух этих видов отходов.

Список литературы

1. Фам Ань Кыонг. Получение белка одноклеточных из растительного сырья по малоотходной и энергосберегающей технологии: Дисс.. ..канд. техн. наук. - М., 1998.

2. Чепурной, И.П. Способ получения инулина/ И.П.Чепурной, С.М.Кунижев,

3.Н.Швецов и др.- Патент РФ 2121848.- 1998.

3. Мухамеджанова, Т.Г. Выделение инулина в процессе комплексной переработки топинамбура. Разработка технологического режима экстракции инулина и других фрук-тозанов из топинамбура. Отчет по НИР. - М., 1994.

4. Ebringerova, A. / A. Ebringerova, Z. Hromadkova // Ultrasonics Sonochemistry, 2002, Vol. 9..- Р. 225-229.

5. Run Cang Sun / Run Cang Sun, Jeremy Tomkinson // Ultrasonics Sonochemistry, 2002, Vol. 9.- Р. 85-93.

УДК: 577.112.083 О.В. Рытченкова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ БЕЛКОВ ИЗ КОНЦЕНТРАТА МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ

The ultafiltration process of whey and molecular weight distribution of whey proteins were researched. . It has been observed that concentrate contains immunoglobulins, bovine whey albumin, lactoferrin and lactop-eroxidase, permeate contains a-lactalbumin and b-lactoglobulin. The precipitation of proteins in isoelectric point was researched. Two protein samples consisting of immunoglobulins and mixture of lactoferrin and lactoperox-