Влияние параметров процесса гидролиза-экстракции на выход и качество пектина из плодово-ягодного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 664

И. Н. Гимаев, Н. К. Романова, О. А. Решетник ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА-ЭКСТРАКЦИИ НА ВЫХОД И КАЧЕСТВО ПЕКТИНА ИЗ ПЛОДОВО-ЯГОДНОГО СЫРЬЯ

Работа связана с определением оптимальных параметров гидролиза-экстракции пектина из плодово-ягодного сырья, при этом гидролизующим агентом является янтарная кислота. Проведенные исследования показывают возможность получения и использования пектиновых веществ из плодовоягодного сырья.

В настоящее время отмечена тенденция изменения структуры питания населения в сторону дисбаланса основных компонентов рациона: недостаточное потребление витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых волокон на фоне избыточного поступления животного жира. Резко ухудшающиеся экологические условия проживания человека; воздух, вода, почва, а следовательно, и пища содержат избыточное количество минеральных, органических экологически вредных веществ, среди которых особое значение получили ра-дионуклеиды, пестициды, соли тяжелых металлов, нитраты и многие другие. Поэтому вполне понятно то пристальное внимание, которое уделяется проблеме изыскания новых источников белка, пищевых волокон из нетрадиционного растительного сырья [1].

Одним из перспективных направлений переработки растительного сырья является производство пектиновых веществ. Благодаря своему природному происхождению, и физико-химическим характеристикам пектин невозможно заменить во многих областях медицины и пищевых производств. Способность пектина к гелеобразованию позволяет придавать пищевым продуктам необходимую структуру, они служат загустителями при производстве конфетюров, джемов, начинок, являются структурообразователями при производстве йогуртов, молочных кремов. Такие свойства как набухаемость и водопоглотительная способность позволяют, в технологии хлебопечения; повысить прочностные характеристики полуфабрикатов за счет укрепления клейковины, улучшить структуру теста, качество готовых изделий и увеличить сроки сохранения свежести хлеба. Одним из важнейших свойств пектиновых веществ, которые относятся к растворимым пищевым волокнам, является их физиологически функциональная активность. Пектины способствуют пищеварительному процессу, помогают организму человека противостоять многим заболеваниям, среди которых злокачественные новообразования, атеросклероз, диабет, аллергия. Пектины нормализуют количество холестерина в крови, помогают восстановиться слизистой оболочке дыхательных и пищеварительных путей после раздражений и воспалительных процессов, благотворно влияют на внутриклеточное дыхание тканей и общий обмен веществ. Также пектиновые вещества, благодаря своим комплексообразующим свойствам, способны выводить из организма человека ионы тяжелых металлов и радиоактивные вещества [2].

Однако современная отечественная промышленность испытывает серьезные затруднения с производством столь ценного продукта. Классические технологии пектина, по которым ранее работали предприятия, морально устарели и являются небезопасными с точки зрения охраны окружающей среды. По подсчетам экономистов, потребность основных отраслей пищевой промышленности Российской Федерации в пектинах состав-

ляет 3,5 тыс. т ежегодно. Потребность кондитерской промышленности в пектинах достигает более 5 тыс. т в год. С учетом нормы потребления пектинов в профилактических целях (2 г на человека в сутки) его количество при круглосуточном потреблении пектиновых продуктов для 100 млн. человек составляет более 70 тыс. т. [2].

Дефицит пектина компенсируется закупками за рубежом, но это не решает проблем. В настоящее время предлагается ряд способов получения пектина из отходов перерабатывающих производств: свекловичного жома, корзинок подсолнечника, яблочных и виноградных выжимок [2,3], однако трудности с технологической и материальной базой приостанавливает их внедрение, и поиск новых не менее доступных источников сырья для получения пектина до сих пор остается актуальным.

Одним из источников получения пектина в нашем регионе может быть плодовоягодное сырье, такое как клюква, красная и черноплодная рябина, брусника. Данное сырье используется для производства ликероводочных напитков. Однако коэффициент конверсии его достаточно низкий и составляет 40-60 %. Учитывая, что получение полуфабрикатов ликероводочного производства и выделение пектиновых веществ может быть объединено в едином технологическом цикле, нами была апробирована и проанализирована схема одновременного получения полуфабрикатов ликероводочного производства и пектиновых веществ. В соответствии с этим при гидролиз-экстракции в качестве гидролизующего агента использовали пищевую кислоту.

Плодово-ягодное сырье заливали водным раствором янтарной кислоты с концентрацией от 1 до 4 %, гидролиз проводили в течение 6-12 часов. По окончании процесса гидролиза экстракт осаждали спиртом, концентрировали и отфильтровывали. Полученный пектин сушили этиловым спиртом и измельчали.

Известно, что глубина гидролиз-экстракции определяется такими факторами, как температура, рН среды, концентрация гидролизующего агента, гидромодуль и продолжительность. Учитывая, что для каждого вида пектинсодержащего сырья существует определенное сочетание указанных факторов, мы провели исследование процесса гидролиз-экстрагирования пектиновых веществ из ягод клюквы и красной рябины. Определение оптимальных параметров процесса гидролиза плодово-ягодного сырья проводили по стандартным методикам [4].

Данные, полученные при изучении влияния гидромодуля на степень извлечения экстрактивных веществ на примере ягод клюквы и красной рябины, представлены на рис 1.

Как следует из рис 1, с увеличением объема экстрагента выход экстрактивных веществ повышается, однако как показало последующее использование экстрактов как полуфабриката ликероводочного производства, увеличение объема заливаемого экстрагента более 1:5 приводит в получению слишком разбавленных экстрактов что делает невозможным дальнейшее купажирование сладких настоек. Таким образом, в случае гидролиз-экстракции ягод клюквы целесообразно использовать гидромодуль 1:3, а в случае экстрагирования красной рябины 1:4-5. Вероятно, это вызвано тем, что в ягодах клюквы содержание влаги составляет не менее 80 %, тогда как в ягодах красной рябины около 70. Влияние различных концентраций гидролизующего агента на степень извлечения пектиновых веществ представлено на рисунке 2. Полученные результаты свидетельствуют, что концентрация янтарной кислоты оказывает существенное влияние на выход пектина. С ее увеличением от 1 до 4 % выход пектиновых веществ повышается с 7,6 до 15,3 % соответственно, но повышение концентрации гидролизующего агента выше 4 % не целесообразно, так как значительно повышается кислотность экстракта, который в дальнейшем планируется использовать для приготовления сладких настоек.

Рис. 2 - Влияние концентрации гидролизующего агента на степень извлечения пектиновых веществ

Изучение влияния продолжительности гидролиз-экстракции (рис.3) показало, что оптимально проводить экстрагирование в течение 10 часов.

Рис. 3 -Влияние продолжительности гидролиза на степень извлечения пектиновых веществ

Изучение влияния температуры на процесс гидролиза-экстракции (рис. 4) свидетельствует о повышении выхода пектиновых веществ с увеличением температуры, однако анализ органолептических характеристик экстракта показал, что повышение температуры выше 60 °С отрицательно сказывается на его качестве.

Рис. 4 - Влияние температуры на степень извлечения пектиновых веществ

Таким образом, оптимальными параметрами процесса гидролиз-экстракции плодовоягодного сырья является: гидромодуль 1:3, в зависимости от используемого сырья, температура 55 С, продолжительность гидролиза 10 ч и концентрация гидролизующего агента 3 %.

Изучение физико-химических и органолептических характеристик полученных пектиновых веществ представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика пектина полученного из ягод клюквы и красной сухой рябины

Наименование показателей Характеристика

Клюквенный пектин Рябиновый пектин

1 Органолептические показатели

Внешний вид Порошок тонкого по- Порошок тонкого

мола с размером час- помола с размером

тиц 0,1 -0,5 мм частиц 0,1 -0,5 мм

Вкус слабокислый слабокислый

Запах отсутствует отсутствует

Цвет светло-розовый светло-кремовый

2 Физико-химические показатели

Степень этерификации, % 44,55 41,09

Содержание свободных карбоксильных групп 11,7 3,87

Содержание этерифицированных групп 0,8 0,4

Проведенные исследования показали возможность получения пектиновых веществ из плодово-ягодного сырья, а изучение его функциональных групп прогнозировать его дальнейшее использование. Степень этерефикации полученных пектинов из ягод клюквы и рябины составила 40,55 и 41,09 соответственно, что позволяет говорить о целесообразности его использования в медицинской промышленности [3], а также в качестве студне-образователей низкосахаристых продуктов в пищевых производствах [4].

Литература

1. Пилат Т.Л., Иванов А.А. Биологически активные добавки к пище (теория, производство, применение). - М.: “Авваллон”, 2002 - 710с.

2. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов: Учеб. пособие. - М.: ДеЛи, 2000. - 225 с.

3. Голубев В.Н., Шелухина Н.П. Пектин: химия, технология, применение. М.: Из-во АТН РФ, 1195. - 390 с.

4. Аймухамедова Г.Б., Шелухина Н.П. Пектиновые вещества и методы их определения. - Фрунзе: Илим, 1964. - 120 с.

© И. Н. Гимаев - асп. каф. промышленной биотехнологии КГТУ; Н. К. Романова - канд. техн. наук; О. А. Решетник - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пищевых производств КГТУ.