CC BY
113УДК 664.123.6
worn
Свекловичный жом — стабильный промышленный источник пектина в России
Л.В. ДОНЧЕНКО, д-р техн. наук, проф.
НИИ Биотехнологии и сертификации пищевой продукции ФГБОУ ВО «Кубанский ГАУ имени И.Т. Трубилина» (e-mail: [email protected])
К одной из первоочередных задач, стоящих перед пищевой промышленностью, можно отнести обеспечение населения страны принципиально новыми, физиологически ценными продуктами питания из растительного сырья, полученными по наилучшим доступным технологиям при минимальных потерях основных питательных веществ.
Сахарная промышленность относится к числу высокоматериа-лоёмких отраслей промышленного производства, потребляющих значительное количество сырья в расчёте на единицу выпускаемой продукции. Технология получения сахара предполагает максимальное извлечение сахарозы в виде готовой продукции. Между тем в 100 кг сахарной свёклы кроме сахарозы содержится 2,2 кг клетчатки и гемицеллюлозы, 2,5 кг пектина, 0,2 кг аминокислот, микро- и макроэлементы [3]. Классическая технология свеклосахарного производства не решает проблемы получения этих веществ, так как они затрудняют проведение технологических процессов, повышают потери сахарозы. Часть из них безвозвратно теряется при очистке диффузионного сока и термической обработке полупродуктов, остальные выводятся в побочных продуктах производства — жоме и мелассе. В связи с этим актуальной является разработка технологий эффективной комплексной переработки сахарной свёклы и
получения из неё новой продукции, что способствовало бы более рациональному использованию свёклы в сахарной промышленности и расширению ассортимента продуктов функционального питания.
В этом отношении высокий инновационный и коммерческий потенциал имеет технология производства пектина.
Пектин относится к растворимым пищевым волокнам и входит в число нутрицевтиков, используемых в рационе здорового питания. Отечественный рынок пектина является одним из наиболее динамично развивающихся в отрасли пищевых ингредиентов, по итогам 2016 г. его объём оценивался в 40—45 млн долл. [5]. При этом отсутствие отечественного пектина привело к 100%-й его закупке за рубежом.
Следует заметить, что мировой рынок гидроколлоидов в настоящее время оценивается специалистами объёмом около 3 млрд долл. США. Производство пектина при этом составляет около 11 % от общего объёма гидроколлоидов на сумму более 310 млн долл. В последние годы спрос на пектины увеличивается, область их использования неуклонно расширяется с появлением новых видов продуктов здорового питания. На сегодняшний день наблюдается устойчивый рост потребления пектина в среднем 3,0—3,5 % в год [5].
Мировое производство пектина составляет свыше 30 тыс. т. Основная доля приходится на несколько ведущих компаний. Крупнейший производитель и продавец пектина на мировом рынке — компания CP Ке1со (USA). Второе место по масштабам производства занимает немецкая компания Herbstreith & Fox KG (Германия). Около 16 % мирового производства пектина приходится на компанию Danisco. Четвёртое место принадлежит французской фирме Degussa — около 12 %. На долю всех остальных компаний приходится приблизительно 1 тыс. т ежегодно [3].
Общий объём поставляемого в Россию пектина составляет более 7 тыс. т. Однако, по оценке специалистов, в связи с расширением областей применения пектина потребность различных отраслей промышленности составляет около 10 тыс. т без учёта пектинопрофилактики населения России. Известно, что пектиновые вещества являются хорошими детоксикантами и радиопротекторами, способны снижать уровень холестерина и глюкозы в крови (EU 432/2012).
Одним из важнейших свойств пектиновых веществ является их комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжёлых и радиоактивных металлов. Это свойство даёт основание рекомендовать пектин для вклю-
46 САХАР № 7 • 2018
F^O ЩЕЛКОВО IfQrOTIIUlf RPH Для обработки сахарной свеклы в период вегетации, борьбы
ПЩП ДГРПУИМ ПШ ИI МгВПу Dill с кагатными гнилями на корнеплодах при закладке на хранение
AI гили IVI зоо г/л бензойной кислоты в виде органической соли ЗйШ.Шли c-J'jÜ чфктопц
россиискии аргумент защиты r J J^ j-J J
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАКОДОК
чения в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязнённой радионуклидами, и имеющих контакт с тяжёлыми металлами. Для организма человека особенно опасны долгоживущие изотопы цезия ^ 137), стронция ^г 90), иттрия (I 91) и др. Экскреция пектина по отношению к введённой дозе Cs 137 составляет 8,4 %, стронция — 52,6 % [1].
Благодаря комплексообразую-щему свойству по отношению к металлам пектин является незаменимым веществом в производстве пищевой продукции профилактического и лечебного питания. Оптимальная профилактическая доза пектина составляет не менее 2—4 г в сутки для контактирующих с тяжёлыми металлами, а в условиях радиоактивного загрязнения — не менее 15—16 г [3].
Свекловичный пектин обладает наилучшими комплексообра-зующими свойствами среди всех промышленных пектинов. Это обусловливает особую актуальность применения свекловичного пектина как детоксиканта в современных условиях ухудшения экологической ситуации [6].
Другим свойством, определяющим область применения пектинов, является их студнеобра-зующая способность. Одна из особенностей свекловичного пектина — наличие в его молекуле ацетильных групп. Связанные с гидроксильными группами пектиновых веществ, ацетильные группы значительно ухудшают их студ-необразующие свойства [5]. Нами изучена возможность повышения студнеобразующей способности пектинов сахарной свёклы и получены положительные результаты [2, 4].
Наряду с перечисленными физико-химическими свойствами пектины обладают и другими, менее известными, но не менее важными фармакологическими свойствами. В последние несколько лет всё
чаще используют такие термины, как «фармацевтический пектин» и «биопектин». Многоплановый спектр терапевтического действия пектина обусловливает его применение для изготовления лечебных препаратов.
В России собственного пектинового производства нет. Продолжительная ориентация на импортные поставки высокоэтерифициро-ванного пектина (яблочный и цитрусовый) негативно повлияла на его развитие в России. Кроме того, одной из главных причин, тормозившей развитие производства пектина, являлось отсутствие экологически безопасной технологии по комплексной переработке вторичных сырьевых ресурсов. Традиционная технология предусматривает применение химически агрессивных сред, что обусловливает высокие требования по коррозионной стойкости основного технологического оборудования, его взрыво- и пожароопасности.
Для выработки свекловичного пектина на территории России имеется практически неограниченная сырьевая база. Никакой другой вид пектиносодержащего сырья не может конкурировать со свекловичным жомом по своей дешевизне и объёмам.
В физическом выражении при переработке 15 млн т свёклы примерно 12 млн т составляет свекловичный жом. Содержание пектиновых веществ в свекловичном жоме в зависимости от зоны возделывания колеблется от 20 до 45 % на воздушно-сухую массу.
Распределение пектиновых веществ в различных частях корня сахарной свёклы показано на рис. 1. Следует отметить, что пектиновых веществ больше в тех тканях, где меньше сахара, и наоборот.
Свекловичный жом по структуре представляет собой сложное коллоидное капиллярно-пористое тело. Содержание протопектина
в нём достигает 95—98 % суммы пектиновых веществ, и эта его особенность обусловливает технологические параметры извлечения целевого продукта.
Учитывая локализацию протопектина в свекловичной ткани, физические свойства клеточной оболочки, химический состав протопласта и вакуоли, возможны два способа подготовки высококачественного пектиносодержа-щего сырья, позволяющие максимально извлечь из свекловичного сырья балластные по отношению к пектину вещества для соответствия готового продукта требуемым показателям качества.
Первый способ состоит в максимальном удалении клеточного сока за счёт тщательного измельчения тканей корнеплода в свекловичную кашку с последующим экстрагированием в условиях низких температур, не допускающих денатурации белков протоплазмы, затем в условиях горячего экстрагирования и прессования сырья с получением жома.
1
2
3
4
Рис. 1. Распределение пектиновых веществ в корнеплоде сахарной свеклы, % на массу сырья [3]: 1 — головка (2,81); 2 — покровный наружный слой (0,98); 3 — вторичный слой (2,26); 4 — центральная часть (2,14); 5 — хвостик (2,65)
№ 7 • 2018 САХАР 47
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕГЕТАЦИЕЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ: эффективные ХСЗР, [Щ ЩЕЛКОВО
W агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW.betaren.rU
ШШ
Второй способ заключается в удалении балластных веществ не из исходной свёклы, а из свекловичного жома путём его дополнительного измельчения и экстрагирования с последующим прессованием.
С точки зрения качества пек-тиносодержащего сырья первый способ имеет преимущество в том, что он позволяет удалить большее количество балластных веществ, включая белковые. Второй способ более прост для организации его внедрения. Подготовка пек-тиносодержащего сырья обоими способами требует как минимум двух операций прессования. Целесообразность прессования иллюстрируется примером. Если свежий жом с содержанием мякоти 5 % и сахарозы 0,7 % прессуется до содержания сухих веществ 22 %, то из 100 кг жома получим 36,3 кг прессованного жома, в котором будет присутствовать 0,25 кг сахарозы. При погружении прессованного жома в чистый экстрагент на время, при котором восстанавливается упругое состояние ткани, и последующем его отжатии до 22 % сухих веществ остаточное количество сахара составит 0,09 кг, т. е. в 7,7 раза меньше исходного. Во столько же раз уменьшится количество других растворимых балластных веществ жома.
Примерная классификация границ обезвоживания жома приведена на рис. 2.
Определяющим в технологическом процессе подготовки высококачественного пектиносодер-жащего сырья является способ его сушки, предусматривающий мягкий температурный режим с использованием теплоносителя, очищенного от продуктов сгорания топлива.
В процессе сушки свекловичного жома температура в сырье не должна превышать 85 оС. Указанные параметры сушки уточнены нами опытным путём при сушке
измельчённого, проэкстрагиро-ванного и отпрессованного сырья на барабанной сушильной установке. Для оценки качества пектиносодержащего сырья определено содержание уронидной части, метоксильной составляющей, содержание свободных карбоксильных групп и студнеобра-зующая способность. В сырье, не подготовленном к процессу сушки, содержание уронидной части меньше в среднем на 5,9—13,5 %, метоксильной составляющей — на 0,8—2,6 %. Студнеобразующая способность пектиновых веществ ниже в 1,2—1,4 раза. Кроме того, существенно ухудшаются органо-лептические показатели сырья, имеются продукты углеводного распада, окислительных и гидролитических превращений, сгоревшие частицы [3].
Конечная влажность сушёного жома обычно составляет 12—14 %.
Сушёный жом представляет собой сыпучую массу частиц неправильной вытянутой формы, которая обусловлена формой све-
кловичной стружки. Его частицы могут быть пылевидными и в виде стружки длиной 20—70 мм.
По дисперсности сушёный жом можно отнести к грубодисперсным порошкам, в которых поверхность соприкосновения частиц занимает фактически незначительную долю поверхности, в результате чего они слабо взаимодействуют друг с другом. Наиболее мелкие пылевидные частицы склонны к слипанию. Эти признаки характеризуют сушёный свекловичный жом как капиллярно-пористое коллоидное тело, содержащее адсорбци-онно-связанную влагу. При этом в зависимости от значения относительной влажности окружаю -щего воздуха сушёный жом может отдавать или поглощать влагу до достижения равновесного состояния. Количество сушёного жома составляет 5 % к массе свёклы.
Результаты экспериментальных исследований показали, что сушёный свекловичный жом является полноценным источником для получения пектина [3]. После извле-
Рис. 2. Границы обезвоживания свекловичного жома при различных способах его обработки
48 САХАР № 7 • 2018
ЩЕЛКОВО IfQrOTIIUlf RPH Для обработки сахарной свеклы в период вегетации, борьбы
ПЩП ДГРПУИМ ПШ ИI МгВПу Dill с кагатными гнилями на корнеплодах при закладке на хранение
AI гили IVI 300 г/л бензойной кислоты в виде органической соли ЗйШ.Шпи c-J'jÜ чфктопц
россиискии аргумент защиты r J J^ j-J J
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАКОДОК
Аналитические характеристики промышленных пектинов из различного сырья
Источник сырья Содержание пектина, % к массе сухих веществ Содержание галактуроновой кислоты, % Степень метоксили-рования пектина, %
Отжимы цитрусовых 20-30 85 75-80
Свекловичный жом 20-35 60 50-60
Выжимки яблочные 15-25 75 75-80
чения пектина жом также может быть использован для кормовых целей, поскольку его кормовая ценность в результате гидролиза повышается.
Критерием оценки промышленной значимости сырья для организации пектинового производства является также содержание галактуроновой кислоты в пектине (см. табл.), оно должно быть не менее 50 %.
Из представленных данных видно, что по содержанию пектиновых веществ и галактуроновой кислоты свекловичный жом следует рассматривать как промышленный сырьевой источник пектина.
Нами разработана экологически чистая технология производства свекловичного пектина, предусматривающая получение высококачественного конкурентоспособного пектина как в сухом, так и в жидком виде, защищённая более 40 патентами Российской Федерации на изобретение.
Инновационный характер разработанной технологии позволяет не только избежать монопольной зависимости от импортных поставок, но и обеспечить существенные преимущества российским производителям и на российском рынке, и на рынках третьих стран.
При выборе приоритетов отечественного производства наиболее привлекательным является выпуск высококачественного свекловичного пектина, поскольку сырьевая база по яблочным выжимкам нестабильна и недостаточна по объёмам. Широкое географическое распространение по
№ 7 • 2018 САХАР 49 -
стране заводов, перерабатывающих свёклу, исключает риск дефицита сырья для пектинового производства вследствие неурожая, а большое количество этих заводов предоставляет возможность выбора поставщика отходов сахарного производства — свекловичного жома — ещё и по наилучшему соотношению «цена — качество».
Создание современного отечественного пектинового производства полностью укладывается в идеологию приоритетов существенного улучшения качества жизни российских граждан, соответствуя интересам населения в использовании натуральных безопасных полезных продуктов питания.
Список литературы
1. Дегтярёв, Л.С. Свойства и строение галактуроновой кислоты в технологии производства пектинов / Л.С. Дегтярёв [и др.] // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. — 2002. — № 4. - С. 15-18.
2. Донченко, Л.В. Исследование перспектив применения свекловичного пектина в качестве студ-необразователя / Л.В. Донченко, А.В. Темников // Сб. материалов IV Междунар. научн.-практ. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века». — 2015. — С. 137—141.
3. Донченко, Л.В. Пектин: основные свойства, производство и применение /Л.В. Донченко, Г.Г. Фирсов. — М. : ДеЛи принт, 2007. — 276 с.
4. Донченко, Л.В. Разработка способов улучшения студнеобра-зующей способности свекловичного пектина / Л.В. Донченко, А.В. Темников // Евразийское научное объединение. — 2016. — № 2. — С. 80.
5. Донченко, Л.В. Пищевая химия. Гидроколлоиды / Л.В. Донченко, Н.В. Сокол, Е.А. Красносёлова. — М. : Юрайт, 2018. — 180 с.
6. Огнева, О.А. Пектиносодер-жащие напитки с пробиотиче-скими свойствами / О.А. Огнева, Л.В. Донченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2015. — № 107. — С. 333—341.
Аннотация. Статья посвящена решению актуальной задачи - оценке свекловичного жома как стабильного сырья для организации отечественного промышленного производства пектина. Описаны требования к свекловичному жому как сырью для пектинового производства. Рассмотрены особенности свекловичного пектина и перспективы расширения его производства в России. Ключевые слова: пектин, производство, свекловичный жом, свойства. Summary. The article is devoted to the solution of the actual problem - evaluation of beet pulp as a stable raw material for the organization of industrial production of pectin. Requirements to beet pulp as raw material for pectin production are determined. The features of the properties of beet pectin and the prospects of expanding its production in Russia are considered.
Keywords: pectin, production, beet pulp, properties.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕГЕТАЦИЕЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ: эффективные ХСЗР, [3] ЩЕЛКОВО
W агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW.betaren.rU
