СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕКТИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА Российский патент 2004 года по МПК A23L1/524 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, к переработке отхода свеклосахарного производства - жома, с целью получения пищевого продукта - пектинового концентрата.

Известен способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающий увлажнение сырья горячей водой, экстракцию пектиновых веществ из жома минеральной кислотой при рН 1,5, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию (Голубев В.Н., Шелухина Н.П. “Пектин: химия, технология, применение”, М.: Рос. академия технологических наук, -1995, - с.299-301).

К недостаткам этого способа относится использование сильной минеральной кислоты при экстракции пектиновых веществ, под действием которой происходит гидролиз всех компонентов растительной массы и связей между ними, разрушаются пектиновые вещества, образуются нежелательные примеси. Это снижает качество получаемого экстракта, в результате чего требуется дополнительная очистка концентрата от ионов минеральной кислоты и образующихся примесей в отдельном оборудовании с большим расходом воды. Полученный концентрат содержит смесь высоко- и низкомолекулярного пектина. При хранении напитков, приготовленных из этого концентрата, происходит выпадение в осадок части высокомолекулярных пектиновых веществ, что ухудшает внешний вид и потребительские свойства напитков. Присутствие в концентрате низкомолекулярных пектиновых веществ снижает его желирующую способность при изготовлении пищевых продуктов - желе, конфитюров и других кондитерских изделий.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества пектинового концентрата (растворимости и желирующей способности) путем разделения пектиновых веществ по молекулярной массе на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную.

Для достижения этого результата в предложенном способе производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающем увлажнение сырья, экстракцию пектиновых веществ из жома, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию, увлажнение свекловичного жома проводят острым паром с температурой 125-130°С в течение 15-20 мин для очистки и дезодорации. Затем проводят гидролиз жома 2,0-2,5% раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин с отделением твердой фазы. Экстракцию пектиновых веществ из гидролизованного жома осуществляют водой с рН 5,5-6,0 при температуре 70-75°С с последующим отделением экстракта. Ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм для разделения на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную. Высокомолекулярную фракцию сгущают вакуум-выпариванием до содержания сухих веществ (СВ) 4,1-4,3%. Низкомолекулярную фракцию подвергают диафильтрации на мембранном фильтре с порами 10-15 нм для очистки от примесей, стерилизуют и концентрируют ультрафильтрацией до содержания сухих веществ (СВ) 1,4-1,5%.

Способ поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже.

Способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома заключается в следующем.

В качестве сырья используют сырой прессованный свекловичный жом. Возможно также применение сухого жома, который предварительно промывают и замачивают для набухания. Жом обрабатывают острым паром с температурой 125-130°С в шнековом аппарате непрерывного действия с удалением конденсата. После паровой обработки проводят гидролиз растительной массы 2,0-2,5%-ным раствором перекиси водорода для перевода водонерастворимого протопектина в растворимый пектин. Процесс проводят в шнековом аппарате непрерывного действия при рН среды 4,2-4,4 и температуре 50-55°С. Применение шнекового аппарата позволяет установить гидромодуль до 1-1,4, что снижает расход воды и повышает экологическую оценку производства.

При гидролизе жома под действием перекиси водорода в водорастворимый пектин переходит до 30% протопектина. В указанных условиях перекись водорода, в отличие от минеральной кислоты, действует на пектиновые вещества мягко, без изменения их молекулярной массы, с меньшим образованием побочных веществ, ухудшающих качество продукта при последующих технологических операциях. В мягких условиях гидролиза практически не разрушается нативная структура макромолекул пектина, благодаря чему сохраняется его комплексообразующая способность (связывание тяжелых металлов) и другие полезные свойства. В результате реакции перекиси водорода с феруловой кислотой, входящей в состав пектиновых веществ, образуются поперечные связи между молекулами пектина через феруловые кислые остатки, что увеличивает молекулярную массу пектиновых веществ. Восстановление кратных связей повышает стойкость концентрата к деполимеризации пектина при хранении, увеличивает его термоустойчивость при последующем сгущении. Кроме того, в процессе гидролиза происходит обесцвечивание растительной массы.

По окончании гидролиза твердую фазу отделяют от раствора прессованием или центрифугированием с помощью осадительной центрифуги до содержания сухих веществ 16-18%. Жидкая фаза с остаточным содержанием перекиси водорода 0,5-0,6% поступает в сборник для приготовления рабочего 2,0-2,5%-ного раствора из концентрированного раствора Н₂О₂.

Отжатый гидролизованный жом направляют в противоточный экстрактор для извлечения водорастворимого пектина. Процесс экстракции проводят водой с рН 5,5-6,0 (гидромодуль 1:5) при температуре 70-75°С в течение 60-70 мин. Возможно использование деминерализованной воды в качестве экстрагента, что снизит концентрацию солей и зольность полученного экстракта, повысит скорость экстракции пектиновых веществ за счет снижения образования солей пектатов двух-, трехвалентных металлов. После экстракции проводят отделение твердой фазы в осадительной центрифуге. Полученные растительные волокна с остаточным содержанием 10-12% протопектина и 3,0-3,5% водорастворимого пектина направляют на производство пищевых волокон.

Отделенный в поле центробежных сил экстракт содержит 0,8-1,0% сухих веществ (СВ), в том числе 0,40 - 0,55% водорастворимого пектина (С_пв), а также 3-8% механических примесей в виде мезги, которые необходимо удалить. Сепарирование экстракта с помощью непрерывно действующей центрифуги позволяет уменьшить содержание механических примесей до 0,1%, что является необходимым условием для проведения дальнейшей стадии обработки экстракта - ультрафильтрации.

Полученный пектиновый экстракт содержит пектиновые вещества с разной молекулярной массой - от 5000 до 40000. Такое молекулярно-массовое распределение отрицательно сказывается на процессе вакуум-концентрирования. В дальнейшем, при хранении концентрата и продуктов, приготовленных из него, происходит выпадение в осадок части высокомолекулярных пектиновых веществ, что ухудшает внешний вид и потребительские свойства продуктов. Эти недостатки устраняются путем фракционирования пектиновых веществ по молекулярной массе с помощью ультрафильтрации.

Ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм в ультрафильтрационной установке периодического действия. Процесс проводят в течение 16-20 мин при температуре 35-45°С, последовательно 3-4 раза пропуская через мембраны исходный экстракт. В результате получают фракцию пектиновых веществ с молекулярной массой более 20000, содержанием сухих веществ (СВ) 1,4-1,6%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 1,2-1,4%. Прошедший через мембраны фильтрат является фракцией низкомолекулярных пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) с содержанием сухих веществ (СВ) 0,4-0,6%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 0,2-0,3%.

Высокомолекулярную фракцию пектиновых веществ направляют на сгущение в вакуум-аппарате при остаточном давлении 0,86-0,90 атм и температуре кипения 50-55°С до содержания сухих веществ (СВ) 4,1-4,3%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 4,0-4,2%. Концентрат представляет собой желтую, вязкую жидкость без вкуса и запаха, не расслаивающуюся при хранении - стабильный золь. Готовый концентрат расфасовывают и направляют потребителям для приготовления продуктов питания.

Полученную после ультрафильтрации низкомолекулярную фракцию пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) направляют на диафильтрацию (очистка от сопутствующих примесей) и концентрирование. Эти процессы проводят на мембранном фильтре с порами 10-15 нм. Для повышения эффективности очистки диафильтрацию проводят параллельно с ультрафильтрацией в одной установке, чередуя их во времени. Раствор последовательно пропускают 2-3 раза через мембрану, чередуя ультрафильтрацию в течение 3-5 мин с подачей противотоком деминерализованной воды в течение 10-20 с (процесс диафильтрации) для повышения концентрационного градиента в поверхностном слое мембран, а также для промывки мембран. Одновременно с очисткой от примесей, которые удаляются в виде фильтрата, происходит концентрирование пектинсодержащего раствора до содержания сухих веществ (СВ) 1,4-1,5%.

Между промежуточными ступенями ультрафильтрации применяют обработку раствора путем ультрафиолетового облучения в течение 1,0-1,5 с для стерилизации продукта, улучшения процесса концентрирования и разложения остатков перекиси водорода.

В процессе очистки и концентрирования образуется фильтрат, представляющий собой раствор примесей с содержанием сухих веществ (СВ) 0,6-0,65%, который является отходом производства. Данный фильтрат можно использовать в качестве технической воды или на стадии гидролиза жома перекисью водорода.

В результате получают низкомолекулярный пектиновый концентрат светло-желтого цвета без вкуса и запаха с рН 3,9-4,1, содержащий 1,4-1,5% сухих веществ (СВ), в том числе 1,3-1,4% пектиновых веществ (С_пв) с молекулярной массой менее 20000. Благодаря комплексообразующей способности в пределах 2-3 мг Pb/г концентрата низкомолекулярные пектиновые вещества не коагулируют и не осаждаются при хранении.

Полученные по предлагаемому способу низкомолекулярный и высокомолекулярный пектиновые концентраты обладают рядом преимуществ, которые улучшают их потребительские свойства по сравнению со смесью низко- и высокомолекулярных пектиновых веществ.

Так, низкомолекулярный пектиновый концентрат пригоден для приготовления лечебно-профилактических и прохладительных напитков благодаря тому, что при хранении не образуется осадок пектиновых веществ, ухудшающий внешний вид продуктов.

Высокомолекулярный пектиновый концентрат обладает повышенной желирующей способностью (150° SAG) по сравнению со смесью пектиновых веществ с различной молекулярной массой (90° SAG) и может применяться при изготовлении желе, конфитюров и других кондитерских изделий.

Пример

100 кг свежего прессованного жома с содержанием сухих веществ 16% подвергают паровой обработке острым паром с температурой 128°С в течение 20 мин в шнековом аппарате непрерывного действия с удалением получаемого конденсата.

По окончании паровой обработки проводят гидролиз жома 2,0% раствором перекиси водорода в течение 20 мин при рН среды 4,2 и температуре 50°С в шнековом аппарате непрерывного действия. Под действием Н₂О₂ до 30% протопектина переходит в водорастворимый пектин при одновременном обесцвечивании, стерилизации и дезодорации растительной массы. Гидролизованный жом прессуют в шнековом прессе до содержания сухих веществ 16%. Жидкую фракцию - раствор с остаточным содержанием 0,5% перекиси водорода возвращают в сборник для приготовления 2,0% рабочего раствора из 35%-ного исходного раствора H₂O₂.

Отпрессованную массу направляют в противоточный шнековый экстрактор, в котором проводят процесс экстрагирования водой с рН 5,5, гидромодуль 1:5, при температуре 75°С в течение 65 мин. Полученный экстракт отделяют от растительных волокон в шнековом прессе. Отпрессованные осветленные волокна с содержанием сухих веществ 16%, в том числе 3,2% пектиновых веществ, направляют на производство пищевых свекловичных волокон.

Для отделения механических примесей, содержание которых составляет 5%, экстракт направляют в сепаратор.

Экстракт с содержанием 0,9% сухих веществ (СВ), в том числе 0,4% пектина (С_пв) и остаточным содержанием 0,1% механических примесей поступает на ультрафильтрационную установку периодического действия. Разделение на две фракции проводят, последовательно пропуская раствор 3-4 раза через мембраны с порами 25-30 нм в течение 18 мин при температуре 40°С. Получают высокомолекулярную фракцию пектиновых веществ (молекулярная масса более 20000) с содержанием сухих веществ СВ=1,5%, в том числе пектиновых С_пв=3%, а также фильтрат, представляющий собой фракцию низкомолекулярных пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) с содержанием сухих веществ СВ=0,5%, в том числе пектиновых веществ C_пв=0,25%.

Высокомолекулярную фракцию сгущают в вакуум-аппарате при температуре кипения 50°С и остаточном давлении 0,88 атм до содержания сухих веществ СВ=4,2%, в том числе пектиновых веществ С_пв=4,0%.

Низкомолекулярную фракцию направляют на мембранный фильтр с порами 10-15 нм для проведения процесса диафильтрации (очистки от низкомолекулярных примесей) и концентрирования. Процесс проводят в течение 12 мин при температуре 40°С, чередуя во времени диафильтрацию деминерализованной водой (15 с) и ультрафильтрацию (3 мин) с одновременным отделением фильтрата в качестве отхода производства. Раствор последовательно два раза пропускают через мембраны, подвергая его ультрафиолетовому облучению с помощью кварцевой лампы между ступенями ультрафильтрации.

В результате получают низкомолекулярный пектиновый концентрат с содержанием сухих веществ СВ=1,5%, в том числе пектиновых веществ С_пв=1,4% и высокомолекулярный пектиновый концентрат с содержанием сухих веществ СВ=4,2%, в том числе пектиновых веществ С_пв=4,0%.

Готовые концентраты расфасовывают в емкости и направляют потребителям для приготовления продуктов питания.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, к переработке отхода свеклосахарного производства – жома. Способ предусматривает увлажнение жома острым паром с температурой 125-130°С в течение 15-20 мин для очистки и дезодорации. Затем проводят гидролиз жома 2,0-2,5% раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин с отделением твердой фазы. Экстракцию пектиновых веществ из гидролизованного жома осуществляют водой с рН 5,5-6,0 при температуре 70-75°С с последующим отделением экстракта. Ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм для разделения на две фракции – высокомолекулярную и низкомолекулярную. Высокомолекулярную фракцию сгущают вакуум-выпариванием до содержания сухих веществ 4,1-4,3%. Низкомолекулярную фракцию подвергают диафильтрации на мембранном фильтре с порами 10-15 нм для очистки от примесей, затем стерилизуют путем ультрафиолетового облучения и концентрируют ультрафильтрацией до содержания сухих веществ 1,4-1,5%. Готовые концентраты расфасовывают и направляют потребителям для приготовления продуктов питания. В результате повышается качество пектинового концентрата. Так, низкомолекулярный пектиновый концентрат пригоден для приготовления лечебно-профилактических и прохладительных напитков, благодаря тому, что при хранении не образуется осадок, ухудшающий внешний вид продуктов. Высокомолекулярный пектиновый концентрат обладает повышенной желирующей способностью и может применяться при изготовлении желе, конфитюров и других кондитерских изделий. 1 ил.

Способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающий увлажнение жома, экстракцию пектиновых веществ из жома, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию, отличающийся тем, что увлажнение жома проводят острым паром с температурой 125-130°С в течение 15-20 мин для очистки и дезодорации, затем жом гидролизуют 2,0-2,5%-ным раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин с отделением твердой фазы, после чего экстракцию пектиновых веществ из гидролизованного жома осуществляют водой с рН 5,5-6,0 при температуре 70-75°С с последующим отделением экстракта, ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм для разделения на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную, причем высокомолекулярную фракцию сгущают вакуум-выпариванием до содержания сухих веществ 4,1-4,3%, а низкомолекулярную фракцию подвергают диафильтрации на мембранном фильтре с порами 10-15 нм для очистки от примесей, затем стерилизуют путем ультрафиолетового облучения и концентрируют ультрафильтрацией до содержания сухих веществ 1,4-1,5%.