Способ получения пектинового экстракта из гребней винограда Российский патент 2024 года по МПК C08B37/06 

Изобретение относится к пектиновому производству, а именно к технологии получения пектинового экстракта из отходов винодельческой промышленности - гребней винограда, и может быть использовано в пищевой и косметической промышленности.

Известен способ производства пектинсодержащего продукта из плодов калины [Патент РФ №2727364, 2019, A23L 29/231. Опубл. в бюл. №21 от 21.07.2020], включающий обработку плодов калины с исходной важностью мякоти 85-90% ИК-лучами при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 11-13 кВт/м² в течение 2-2,5 мин до достижения плодами температуры 90-100°С и конечной влажности после остывания 10-12%. При этом предварительное увлажнение плодов не проводят.

Однако данная технология сложна и трудоемка, поскольку требует соблюдать сравнительно малый диапазон конечной влажности в 10-12%. Отклонение от требуемого параметра может отрицательно сказаться на качестве получаемого продукта: при конечной влажности менее 10% готовый продукт очень хрупкий и легко разрушается, а при конечной влажности более 12% готовый пектинсодержащий продукт плохо хранится.

Известен способ получения пектина из растительного сырья [Патент РФ №2567897, 2014, С08В 37/06. Опубл. в бюл. №31 от 10.11.2015], включающий операции гидролиза соляной кислотой и экстракцию пектиновых веществ из растительного сырья. Причем процессы гидролиза и экстракции проводят с применением полигармонического вибрационного воздействия в диапазоне частот 15-50 Гц. Одновременно раствор подвергают ультразвуковому воздействию в режиме кавитации с частотой 22 кГц и интенсивностью ультразвукового излучения в диапазоне 1-3 Вт/см².

Использование в этом способе соляной кислоты в качестве гидролизующего агента удорожает процесс, а также усложняет его, так как необходимо проводить последующую очистку получаемого продукта, что приводит, в итоге, к увеличению себестоимости получаемого продукта.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ экстракции пектиновых веществ из растительного сырья [Патент РФ №2339395, 2007, А61К 36/752, B01D 11/02, С08В 37/06. Опубл. в бюл. №33 от 27.11.2008], включающий гидролиз растительного сырья в воде, экстракцию пектиновых веществ под воздействием ультразвуковых волн с частотой 30 кГц и интенсивностью 23÷27 Вт/см², выделение пектинового экстрагента и его последующую сушку с выделением пектина. Экстракцию пектина проводят из кожуры цитрусовых при температуре 29÷33°С. Время ультразвуковой обработки составляет 24÷26 минут. Окончательное выделение пектина осуществляют воздействием 96% этилового спирта.

Недостатком известного способа является использование в производственном цикле пожароопасного этилового спирта, который требует дополнительной утилизации с точки зрения экологии производства.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение выхода пектиновых веществ.

Технический результат достигается тем, что в способе получения пектинового экстракта из гребней винограда, включающем предварительную обработку растительного сырья, воздействие ультразвуковых волн на обрабатываемое сырье в течение 24-26 минут, гидролиз, фильтрацию и концентрирование, согласно изобретению в качестве растительного сырья используют гребни винограда, которые промывают под воздействием ультразвуковых волн с частотой 40 кГц и дополнительно обрабатывают в электромагнитном поле крайне низких частот с частотой 100-1000 Гц продолжительностью 15 минут, при этом в качестве гидролизующего агента используют воду, в которую добавляют обработанные гребни винограда в соотношении 1:10 (гребни : вода) и обеспечивают автогидролиз под действием собственных органических кислот, выдерживают в течение 1,5-2 часа при температуре 75-80°С при постоянном перемешивании, проводят фильтрацию и концентрируют полученную смесь до содержания пектиновых веществ 4,2-4,6%.

Новизной заявляемого технического решения является безотходная технология переработки гребней винограда как одного из побочных продуктов винодельческой промышленности и экологическая эффективность утилизации гребней винограда, которые, как правило, вывозятся на поля и подвергаются неконтролируемому окислению и разложению, приводящему к образованию плесени и выделению углекислоты и других газов, что в совокупности влечет за собой загрязнение окружающей среды. Кроме того, новизна предложения обусловлена тем, что для получения пектинового экстракта из гребней винограда используется совокупность акустических (ультразвуковых) и электромагнитных методов обработки сырья, позволяющих максимально извлечь целевой компонент - пектиновые вещества.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена совокупность признаков, позволяющая решать задачу, которая ранее не могла быть решена известными техническими решениями. В уровне техники отсутствуют решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения, что свидетельствует о соответствии технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Соответствие заявляемого решения критерию патентоспособности «промышленная применимость» обусловлено тем, что предлагаемое техническое решение работоспособно и возможно его использование для получения качественного пектинового экстракта из гребней винограда, что способствует не только целесообразной переработке вторичных материальных продуктов винодельческой промышленности, но и решению экологической проблемы их утилизации.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлен график влияния частоты воздействия электромагнитных волн электромагнитного поля крайне низких частот на выход пектиновых веществ (в процентах).

Способ осуществляют следующим образом: растительное сырье (гребни винограда) после отделения на дробилках-гребнеотделителях поступает в измельчитель для достижения размера частиц 4-5 мм, а затем направляют в моечную машину, где под действием ультразвуковых волн с частотой воздействия 40 кГц происходит очищение от минеральных и органических примесей, сока. Продолжительность обработки составляет 24-26 минут, это обусловлено тем, что за этот период гребни успевают очиститься от загрязнений, но не нарушают свою целостность, что позволяет избегать лишних потерь пектиновых веществ на этапе мойки. Следует учесть, что частота ультразвуковых волн меньше 40 кГц недостаточна ввиду особенности используемого сырья, которое характеризуется прочностной структурой тканей, а частота ультразвуковых волн свыше 40 кГц является экономически невыгодным решением.

Затем гребни винограда подают в установку, где происходит обработка в электромагнитном поле крайне низких частот (далее - ЭМП КНЧ) с частотой воздействия электромагнитных волн в режиме «волновые качели» 100-1000 Гц в течение 15 минут. Такая обработка способствует максимальному воздействию на прочностную структуру исходного сырья, которое влечет за собой более легкое высвобождение извлекаемых пектиновых веществ, что подтверждается графиком на фигуре 1. После этого в емкость добавляют воду, куда направляют обработанные гребни в соотношении 1:10 (гребни : вода), выдерживают 1,5-2 часа при температуре 75-80°С, постоянно перемешивая для обеспечения автогидролиза под действием собственных органических кислот гребней винограда. Далее осуществляют фильтрацию и концентрирование до содержания пектиновых веществ 4,2-4,6%.

Преимуществом данного способа является использование акустических (ультразвуковых) и электромагнитных методов обработки гребней винограда, способствующие максимальному извлечению пектиновых веществ и исключающие применение агрессивных сред при гидролизе-экстрагировании.

Для доказательства эффективности использования совокупности акустических (ультразвуковых) и электромагнитных воздействий приведены результаты исследований, представленные на фигуре 1 в виде графика, на котором по оси абсцисс указаны режимы дополнительной обработки гребней винограда в ЭМП КНЧ с разными диапазонами электромагнитных волн для каждого сорта: Курчанский и Дойна. На графике под позициями обозначаются: 1 - 1-10 Гц; 2 - 10-100 Гц; 3 - 100-1000 Гц; 4 - контрольный образец, не подвергавшийся обработке в ЭМП КНЧ. По оси ординат указана степень извлечения пектиновых веществ из пектинового экстракта (в %).

Пример 1. Виноградные гребни сортов Курчанский и Дойна направляют в моечную машину, где под действием ультразвуковых волн с частотой воздействия 40 кГц происходит очищение от минеральных и органических примесей, сока. Продолжительность обработки составляет 24-26 минут. Затем гребни винограда подают в установку, где происходит обработка в ЭМП КНЧ с частотой воздействия электромагнитных волн 1-10 Гц (см. график поз.1) в течение 15 минут, так как за данный период времени структура гребней достаточно разрушается для более легкого извлечения пектиновых веществ, если увеличить период времени, то это будет экономически не выгодно, а если меньше времени обрабатывать сырье, то процесс будет происходить медленно и не эффективно. После этого в емкость добавляют воду, куда направляют обработанные гребни в соотношении 1:10 для обеспечения автогидролиза под действием собственных органических кислот гребней винограда, выдерживают 1,5-2 часа при температуре 75-80°С, постоянно перемешивая. Далее осуществляют фильтрацию и концентрирование до содержания пектиновых веществ 4,2-4,6%. При этом степень извлечения пектиновых веществ в среднем составила 85%.

Пример 2. Опыт проводили аналогично Примеру 1 за исключением того, что обработку гребней в ЭМП КНЧ проводили с частотой воздействия электромагнитных волн 10-100 Гц (см. график поз.2) в течение 15 минут. При этом степень извлечения пектиновых веществ в среднем составила 90%.

Пример 3. Опыт проводили аналогично Примеру 1 за исключением того, что обработку гребней в ЭМП КНЧ проводили с частотой воздействия электромагнитных волн 100-1000 Гц (см. график поз. 3)в течение 15 минут. При этом степень извлечения пектиновых веществ в среднем составила 95%.

Пример 4. Опыт проводили аналогично Примеру 1 за исключением того, что обработку гребней в ЭМП КНЧ не проводили. При этом степень извлечения пектиновых веществ в среднем составила 60%.

Результаты исследований показали, что выход пектиновых веществ из пектинового экстракта, полученного согласно предлагаемому способу из гребней винограда, значительно увеличился при воздействии на исходное сырье ультразвуковых волн с частотой 40 кГц продолжительностью 24-26 минут, а также дополнительная обработка в ЭМП КНЧ с частотой электромагнитных волн 100-1000 Гц в течение 15 минут.

Изобретение относится к пектиновому производству, а именно к технологии получения пектиновых веществ из отходов винодельческой промышленности. Способ получения пектинового экстракта из гребней винограда включает предварительную обработку растительного сырья, воздействие ультразвуковых волн на обрабатываемое сырье в течение 24-26 минут, гидролиз, фильтрацию и концентрирование. Причем в качестве растительного сырья используют гребни винограда. Гребни винограда промывают под воздействием ультразвуковых волн с частотой 40 кГц и дополнительно обрабатывают в электромагнитном поле крайне низких частот с частотой 100-1000 Гц продолжительностью 15 минут. При этом в качестве гидролизующего агента используют воду. В воду добавляют обработанные гребни винограда в соотношении 1:10 гребни:вода и обеспечивают автогидролиз под действием собственных органических кислот. Выдерживают в течение 1,5-2 ч при температуре 75-80°С при постоянном перемешивании, проводят фильтрацию и концентрируют полученную смесь до содержания пектиновых веществ 4,2-4,6%. Изобретение направлено на увеличение выхода пектиновых веществ. 1 ил., 4 пр.

Способ получения пектинового экстракта из гребней винограда, включающий предварительную обработку растительного сырья, воздействие ультразвуковых волн на обрабатываемое сырье в течение 24-26 минут, гидролиз, фильтрацию и концентрирование, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют гребни винограда, которые промывают под воздействием ультразвуковых волн с частотой 40 кГц и дополнительно обрабатывают в электромагнитном поле крайне низких частот с частотой 100-1000 Гц продолжительностью 15 минут, при этом в качестве гидролизующего агента используют воду, в которую добавляют обработанные гребни винограда в соотношении 1:10 гребни:вода и обеспечивают автогидролиз под действием собственных органических кислот, выдерживают в течение 1,5-2 ч при температуре 75-80°С при постоянном перемешивании, проводят фильтрацию и концентрируют полученную смесь до содержания пектиновых веществ 4,2-4,6%.