Способ получения пектина Советский патент 1993 года по МПК C12N9/00 A23L1/05 C08B37/06 

Изобретение относится к технологии получения пищевых природных высокомолекулярных веществ, в частности пектина, из растительного сырья.

Во всех странах постоянно растет потребность в желирующих, сгущающих и связующих веществах со специфическими свойствами. Таковыми являются крахмал и его производные, растворимые в воде целлюлозные соединения, агар-агар, карубин, карагенан, альгинаты, желатин и ряд других гидроколлоидов. Среди растительных пол- исахаридов следует выделить пектин, обладающий ярко выраженной способностью водосвязывания и набухания. Пектин как студнеобразователь и как пищевая добавка находит все более широкое применение в пищевой промышленности. Его используют в кондитерском производстве, а также для приготовления джемов, концентрированных фруктовых напитков, соков, молочно- фруктовых десертов, кисломолочных продуктов. Пектиновые вещества применяют в медицине при лечении различных желудочных заболеваний. Известны их гемостатические, дезинтоксикационные,

антисептические свойства. Производные пектинов употребляют при острой недостаточности кальция в организме. Особый интерес представляет способность пектина образовывать нерастворимые комплексные соединения с поливалентными металлами, выводить из организма радиоактивные вещества.

Пектин - природный коллоид, присутствующий во всех без исключения высших растениях, в связи с чем сырьевая база для его получения практически не ограничена. Однако содержание пектиновых веществ в растительных тканях колеблется в значительных пределах. Наиболее важным сырьем для получения в промышленных масштабах пектина являются свекловичный жом, яблочные и цитрусовые выжимки.

Пектиновые вещества входят в состав клеточных стенок растений в связанном с нейтральными полисахаридами и между собой состоянии. Поэтому в основе получения пектина из растительного сырья лежит разрушение этих связей в условиях, не приводящих к уменьшению молекулярной массы пектиновых веществ. Последнее обстояЈ

VJ

ю

Ј

СП

ел

тельствр является определяющим критерием при установлении качества пектина, т.к. деполимеризация пектиновых веществ отрицательно сказывается на их студнеобра- зующей способности.

До недавнего времени были известны способы получения пектина, основанные на сочетании воздействия на различное пек тинсодержащее сырье химических веществ, жестких режимов температуры и рН, Несмотря на ряд недостатков, присущих этому методу (гидролиз гликозидных и сложно- эфирных связей в составе пектина, вызывающий нарушение первичной структуры пектиновых веществ, снижение их молекулярной массы и, следовательно, желирую- щей способности; значительное содержание в пектине других полисахари- дов клеточной ётёнкй; исгТ6льзвШанйё для очистки и удаления примесей больших объемов органических растворителей и т.п.), различные его модификации до сих пор составляют основу технологической схемы при промышленном получении пектиновых веществ различного качества.

В последние два десятилетия появились научные, разработки, касающиеся получения п ектин о в §ё Щёс т в пггутем ферментативной обработки растительного сырья. Для более полного извлечения пектина, входящего в арабано.-галактановый комплекс клеточной стенки, очистки получаемых продуктов от примесей полисахари- дов непектинового происхождения растительное сырье, как правило, подвергают комплексной обработке высокой температурой и ферментными препаратами, в оСнЬШбм целлюлолитического, протеоли- тического и амилолитического действия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения пектина, который состоит в гидролизе ферментными препаратами целлюлолитического действия предварительно замороженного и дефростированного горячей водой пектинсодержащего сырья.

Однако данному способу получения пектина из свежих выжимок яблок, айвы, груШ или Другого пектинсодержащего сырья присущи следующие недостатки:

необходимость глубокого (до минус 30- 40°С) замораживания сырья и его дефроста- ции горячей (90-95°С) водой, что требует значительных энергозатрат;

длительность (2-3 часа) ферментативной обработкиПектинсодержащего сырья;

использование для получения пектина свежих пектйнЩержащих выжимок из растительного сырья.

Целью изобретения является упрощение технологии получения пектина за счет устранения необходимости замораживания и дефростации пектинсодержащего сырья сокращение длительности ферментативной обработки сырья; использование для извлечения пектина сухих пектинсодержащих растительных тканей.

0.

Это достигается тем, что ферментатив: ная обработка пектинсодержащего сырья осуществляется мацерирующими растительную ткань ферментными препаратами,

5 полученными из мицелиальных грибов Asperglllus alllaceus и Penlcillium dlgltatum. Для получения ферментных препаратов, обладающих мацерирующей растительные ткани активностью, различные штаммы

0 гриба A.alliaceus культивируют на среде, содержащей, %; свекловичный жом - 3,0, солодовые ростки - 0,5, аммоний сернокислый или аммоний хлористый - 0,5, калий фосфорнокислый однозамещенный - 0.1, маг5 ний сернокислый - 0,05 с исходным рН 4,0, при температуре 26-28°С в течение 96 часов, а штаммы гриба P.dlgltatum на среде следующего состава (%): свекловичный жом - 3,5, аммоний азотнокислый - 0,14,

0 калий фосфорнокислый однозамещенный - 0,1, магний сернокислый - 0,05, исходный рН 5,0, длительность,культивирования при температуре 24-26°-84 часа.

Грибу культивируют в 3-литровых кол- 5 бах с 1 л питательной среды или в 0,1. 1.0 или 3,2 м3 ферментерах (коэффициент заполнения - 0,5, скорость вращения мешалки - 180-200 об/мин при скорости подачи воздуха 0,5 л/л/мин), Посевной материал 0 5 об.% 24-часовой культуры грибов, выращенных на среде (%): глюкоза - 0.5. калий фосфорнокислый однозамещенный - 0,1, магний сернокислый - 0,05, калий хлористый-0,05, железо (III) сернокислое-0,001.

5 Источники азотного питания - аммоний сернокислый для A.alliaceus и натрий азотнокислый - для P.dlgltatum.

По окончании ферментации биомассу грибо в отдел я ют, 8 кул ьтурал ьные жидкости

0 различных штаммов A.alliaceus и Р .dig Ita tu rtT кон: центри руют вакуум-в ы па ри- ванием до 1/10 первоначального обьема.

Осаждение ферментов этанолом из концентрата культуральной жидкости грибов в

5 соотношении 1:3-4 (объем/объем) при рН 5,0-6,0 и температуре 4-5°С с последующей сушкой ферментного осадка одним из известных способов позволяет получать препараты в форме ПОх имеющих ферментативную активность . (15):

A.alllaceus - 400-450 ед/г, из P.dlgitatum - 500-550 ед/г.

Для получения препаратов в форме ГЗх концентраты культуральных жидкостей высушивают распылением при температуре 75-80/160-170°С. Препараты из P.dlgitatum имеют активность 195-300, из A.alllaceus - 110-190 ед/г.

Ферментные препараты, полученные ультрафильтрацией культуральных жидко- стей P.dlgitatum и A.alllaceus до 1/50-1/100 первоначального объема при температуре 5-10°С и рН 5,0-6,0 (форма Г20х), характеризуются активностью соответственно 250- 350 и 200-250 ед/мл.

Данные о ферментативной активности препаратов различной степени очистки из штаммов A.alliaceus и P.digltatum представлены в табл.1.

Способ получения пектина заключается в следующем. Сухие пектинсодержащие отходы, например, смесь кожуры апельсинов, лимонов и грейпфрутов, загружают в экстрактор, заливают водой для набухания, затем вводят при перемешивании раствор одного из ферментных препаратов и осуществляют ферментативную обработку. Для остановки ферментативной реакции раствором соляной кислоты снижают рН до 2,0- 3,0, осуществляют экстракцию для более полного извлечения пектина, после чего экстракт пектиновых веществ отделяют, пектин осаждают этиловым спиртом, выпавший осадок отделяют и высушивают.

Предлагаемый способ получения пекти- на из отходов переработки цитрусовых с использованием мацерирующих ферментных препаратов из A,alliaceus и P.dlgitatum позволяет по сравнению с прототипом: исключив необходимость замораживания и дефростации сырья, уменьшить энергетические затраты и упростить технологию получения пектина; сократить длительность ферментативной обработки пектинсодер- жащих отходов с 2-3 до 1-0,5 часов; исполь- зовать сухие пектинсодержащие отходы, что ставит процесс получения пектина вне зависимости от сезонного сырья.

Сделанное заключение основывается на следующем фактическом материале. Под воздействием физико-химических процессов на стадиях производства пектина существенно изменяются свойства пектинсодержащего сырья. Так, количество и качество пектинового экстракта зависит от исходного сырья, режима гидролиза, способа экстрагирования. Особо важное значение при разработке ферментативного способа получения пектинов имеет установление оптимальной концентрации участвующих в гидролизе пектинсодержащего растительного сырья ферментных препаратов, позволяющей обеспечить максимальный выход продукции высокого качества. .

Учитывая технические возможности современного микробиологического производства, в настоящее время даже из одного продуцента получают препараты как различной степени очистки, так и, следовательно, различной ферментативной активности. Поэтому логически обоснованным и целесообразным представляется применять ферментные препараты, предназначенные для обработки (переработки) растительного сырья, выразив их концентрацию в единицах ферментативной активности по отношению к единице обрабатываемого материала. Такой подход позволяет, в зависимости от степени очистки и активности препаратов, варьировать их концентрацией, выраженной в мас.%, оставляя неизменной их концентрацию, рассчитанную в единицах ферментативной активности на единицу сырья.

При оптимизации условий гидролиза пектинсодержащего сырья ферментными препаратами использовались их концентрации, выраженные в единицах пектолитиче- ской активности (15) на 100 г сухих цитрусовых выжимок. Результаты исследования зависимости выхода пектина из цитрусовых выжимок от концентрации ферментных препаратов представлены в табл.2. Установлено, что 30-40 единиц ферментных препаратов из A.alllaceus на 100 г сухого цитрусового сырья и 2-5 единиц препаратов из P.digitatum на 100 г сырья являются достаточными для получения пектина, обладающего высокой желирующей способностью. Использование концентраций ферментных препаратов, превышающих оптимальные, не приводит к сколько-нибудь заметному увеличению выхода пектина, но значительно снижает его качество (табл.2).

При этом установлено, что ферментативный гидролиз пектинсодержащего сырья целесообразно проводить при температуре 40-45°С (табл.3).

Показано, что длительность ферментативной обработки цитрусовых выжимок оказывает значительное влияние на выход пектина и его студнеобразующую способность: оптимальные результаты получены при 30-60-минутном ферментолизе. Ферментативный гидролиз сырья длительностью более часа хотя несколько и повышает выход пектина, но существенно снижает его качество (табл.4).

Из представленных в табл.5 данных видно, что выход пектина и его желирующая

способность определяются временем экстракции сырья после его ферментативной об- работки. Так, выделение пектина из экстракта непосредственно после обработки пектинсодержащего сырья ферментом сопровождается небольшим выходом и слабой желирующей способностью (130° по Тарр-Бейкеру). А более чем 4-часовая экстракция представляется нецелесообразной вследствие того, что выход пектина увеличивается незначительно, хотя несколько повышается его студнеобразование.

Установлена значительная зависимость выхода пектина из цитрусовых выжимок от рН экстракта (табл.6). Из полученных данных видно, что максимальный выход пектина из экстракта происходит при рН 2,0-3,0 и резко уменьшается при осуществлении этого процесса как в более кислой, так и в более щелочной зоне рН.

П р и м е р 1. 100 г сухих цитрусовых выжимок, представляющих собой смесь кожуры апельсина, лимона и грейпфрута, заливают 1,6 литрами воды и выдерживают 1 час. Затем в эту массу добавляют водный раствор ферментного препарата из A.alljaceus БИМ-87 в количестве 40 единиц ферментативной активности. После ферментативной обработки в течение 30 минут при температуре 40°С с помощью соляной кислоты рН доводят до 2,5 и экстрагируют пектин в течение 4 часов при постоянном перемешивании. После этого экстракт отделяют, пектин осаждают этиловым спиртом и сушат, Выход пектина составляет 13,9%, а его студнеобразующая способность - 200° по Тарр-Бейкеру.

П р и м е р 2. После подготовки сырья как описано в примере 1, его обрабатывают ферментным препаратом из P.dlgltatum 24П в расчете 2 единицы на 100 г сырья в течение 45 минут при 45°С, после чего проводят 4- часовую экстракцию при рН 3,0. Экстракт отделяют, этиловым спиртом осаждают пектин и сушат. Выход пектина 14,0% при студ- необразующей способности 200° по: Тарр-Бейкеру.

Пример 3. В подготовленные как описано в примере 1 цитрусовые выжимки вводят ферментный препарат из A.alllaceus шт.1 в количестве 30 единиц на 100 г сырья и осуществляют ферментолиз 60 минут при 40°С, после чего рН доводят до 2,0 с помощью соляной кислоты и экстрагируют пектин в течение 4 часов. Из экстракта выделяют пектин как описано в примерах 1 и 2. Выход составляет 14,3% пристуднеобра- зующей способности 193 по Тарр-Бейкеру.

П р и м е р 4. Из подготовленного и обработанного ферментным препаратом

A.alliaceus шт.13 как описано в примере 3 сырья экстрагируют пектин в течение 8 часов при рН 2,0. Из экстракта его выделяют осаждением спиртом и сушат. Выход пектина составляет 14,2% со студнеобразующей способностью 190° по Тарр-Бейкеру.

П р и м е р 5, После проведения ферментативной обработки цитрусовых выжимок мацерирующим ферментным препаратом

0 P.dlgltatum шт .6 как описано в примере 2 проводят экстракцию в течение 8 часов при рН 2,5, экстракт отделяют, пектин осаждают этиловым спиртом и сушат. Выход пектина 13,8%, а его студнеобразующая способ.5 ность 195° по Тарр-Бейкеру.

П р и м е р 6. Подготовленные как описано в примере 1 цитрусовые выжимки сме- шивают с ферментным раствором, полученным из A.alllaceus БИМ-83, в коли0 честве 40 единиц ферментативной активности на 100 г сырья, Осуществляют ферментолиз 30 минут при температуре 40- 45 С, после чего рН доводят до 2,0, пектин экстрагируют 4 часа, осаждают этиловым

5 спиртом и сушат. Выход составляет 13,8%, студнеобразующая способность - 189° по Тарр-Бейкеру.

Пример. В схеме, описанной в примере 1, ферментный препарат из

0 A.alliaceus шт.2 заменяют на ферментный препарат из шт.497. Выход пектина составляет 14,2% при студнеобразующей способности 187° по Тарр-Бейкеру.

Примере. 100 г сухих цитрусовых

5 выжимок подвергают гидрообработке (гидромодуль, 1:16) (вес/объем) в течение часа, обрабатывают ферментным препаратом из P.digltatum шт.П в концентрации 2 единицы ферментативной активности на 100 г сырья

0 в течение 60 мин при 40°С. После экстракции при рН 2,5, осаждения этиловым спиртом и сушки выход пектина составляет 14,6% при студнеобразующей способности 192° по Тарр-Бейкеру.

5 П р и м е р 9. Осуществляют, как описано в примере 8, заменив P.dlgltatum шт.П на P.dlgltatum шт.324. Выход пектина - 14,2%, студнеобразующая способность - 190° по Тарр-Бейкеру.

0 Разработанный способ получения пектина из отходов переработки цитрусовых апробирован и предлагается к внедрению на Бендерском пектиновом заводе агропромышленной фирмы Варница.

5 Фор мула изобретения

Способ получения пектина, включающий обработку пектинсодержащего сырья ферментными препаратами, экстракцию пектина, осаждение пектина этиловым спиртом и сушку, отличающийся тем,

что, с целью упрощения способа и сокращения длительности процесса, обработку сырья ведут мэцерирующими ферментами, выделенными из Asperglllus alllaceus в концентрации 30-40 единиц ферментативной активности на 100 г сухого сырья, и

Penlcllllum dlgltatum в концентрации 2-5 единиц ферментативной активности на 100 г сухого сырья в течение 30-60 мин при температуре 40-45°С, а экстракцию пектина осуществляют в течение 42 ч при рН 2,0-3,0.

Использование: пищевая промышленность, получение пектина из растительного сырья. Сущность изобретения: с целью упрощения технологии и сокращения длительности процесса сухое пектинсодержащее растительное сырье обрабатывают мацери- рующими ферментами выделенными из Aspergillus alllaceus и Penicillium dlgitatum, после чего экстрагируют пектин при рН 2,0- 3,0, осаждают этиловым спиртом и сушат. 6 табл.

Ферментативная активность препаратов из различных штаммов A.alltaceus и P.dlgitatum

Влияние концентрации ферментных препаратов на выход пектина из цитрусовых выжимок

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Влияние температуры ферментативной обработки растительного сырья на выход пектина (ферментилиз препаратом из P.digttatum в количестве 2 единицы активности на

100 г сухого сырья)

Зависимость выхода пектина от длительного ферментолиза (5ед/100г сухого сырья препаратом из P.dlgltatum , температура 40°С)

Зависимость выхода пектина и его студнербразующей способности от

длительности экстракции

Таблица 4

Таблица 5