Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома

Изобретение относится к способам выделения пектина из растительного сырья, а именно к технологии получения пектинового экстракта.

Известен способ получения пектинового экстракта из выжимок груши. При этом выжимки груши, свежие или сушеные измельчают до размера частиц 2,0-3,0 мм, промывают теплой водой температурой 40°С и, для удаления ионов Me²⁺ и нитратов, обрабатывают щелочной фракцией ЭАВС (электроактивированной водной системы). После отжима выжимки подают на гидролиз-экстрагирование. В качестве гидролизующего агента используется водный раствор лимонной кислоты концентрацией 0,1…0,5%. Гидролиз-экстрагирование проводили при температуре 90°С в течение 3 часов, соотношение расхода масс составляло 1:6. Затем проводят разделение гидролизной смеси и очистку экстракта сепарированием. Очищенный экстракт концентрируют и направляют на асептическое хранение. (Родионова Л.Я. Технология пектинсодержащих пищевых композиций функционального назначения. - Краснодар, КГАУ, 2004. - 233 с.)

Известен также способ получения пектинового экстракта из яблочных выжимок. Способ заключается в использовании в качестве исходного сырья сушеных или свежих яблочных выжимок. Выжимки дробят до размера частиц 1,5-2,0 мм и промывают водой температурой 20-25°С в течение 20-30 мин. Гидролиз-экстрагирование яблочных выжимок проводят при температуре 80-90°С; рН=2,8-3,2; продолжительности процесса 1,0-1,5 ч; соотношении твердой и жидкой фаз 2,5:4,0. Затем смесь разделяют. Пектиновый экстракт охлаждают, осветляют, фильтруют и направляют на концентрирование с последующим асептическим хранением. (Л.В. Донченко, Г.Г. Фирсов. Пектин: основные свойства, производство и применение. - М.: ДеЛи принт, 2007. - 276 с.)

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома (RU №2471367, 25.05.2011). Способ предусматривает набухание сухого свекловичного жома в воде температурой 30-40°С при соотношении 1:20 в течение 30-40 мин. Далее набухший жом отжимают и дважды промывают холодной водой. После чего промытый жом заливают 0,5-2,0%-ным раствором ферментного препарата с высокой целлюлолитической активностью. При этом массовое соотношение свекловичного жома и ферментного препарата выбирают в пределах 1:(13-15). Выдержку смеси осуществляют при температуре 40-42°С в течение 1-2 часов при постоянном перемешивании. Затем смесь разделяют. Полученный жом заливают молочной сывороткой в соотношении 1:(13-15) и проводят гидролиз-экстрагирование в течение 2-2,5 часов при температуре 95-98°С при постоянном перемешивании. После этого проводят отделение гидролизата, его фильтрацию. Затем фасуют конечный продукт. Изобретение позволяет получить пищевой свекловичный пектиновый экстракт с хорошими органолептическими показателями и обеспечить безотходную технологию переработки сахарной свеклы.

Недостатками этого способа являются низкий выход пектина при использовании целлюлолитических ферментных препаратов и молочной сыворотки, высокая температура проведения процесса гидролиза, в результате чего происходит частичная деградация пектина, связанная с разрушением пектиновых молекул, уменьшением молекулярной массы, уменьшением выхода пектина, снижением комплексообразующей способности пектина, и низкое качество конечного продукта.

Техническим результатом заявляемого способа является увеличение выхода и улучшение качества пищевого пектинового экстракта из сухого свекловичного жома путем использования для гидролиза пектолитических ферментных препаратов комплексного действия и раствора лимонной кислоты.

Технический результат достигается тем, что способ получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома, включающий набухание сухого свекловичного жома водой с температурой 30-40°С при соотношении 1:20 в течение 30-40 мин, отжим полностью набухшего жома и его промывку водой с последующим отжимом, гидролиз промытого жома ферментным препаратом, выдержку смеси при температуре 40±2°С при постоянном перемешивании, разделение смеси, гидролиз-экстрагирование жома при постоянном перемешивании, отделение гидролизата и его фильтрацию, расфасовку целевого продукта, отличается тем, что промывку полностью набухшего жома осуществляют один раз водой температурой 40°С, в качестве ферментного препарата используют пектолитический ферментный препарат комплексного действия, причем гидролиз промытого жома осуществляют 1-3%-ным раствором пектолитического ферментного препарата при массовом соотношение жом: ферментный препарат в пределах 1:17 в течение 1 часа, после разделения смеси полученный жом заливают 0,5%-ным раствором лимонной кислоты в соотношении 1:17, а гидролиз-экстрагирование проводят в течение 2 часов при температуре 80-85°С.

Новизна заявляемого способа состоит в том, что сушеный свекловичный жом после набухания, промывания и отжима подвергают обработке пектолитическим ферментным препаратом комплексного действия, что существенно ускоряет и облегчает процесс расщепления протопектина до растворимого пектина, а лимонная кислота увеличивает скорость его экстракции в раствор, что в совокупности значительно улучшает качество конечного продукта.

Промывка один раз водой температурой 40°С позволяет максимально удалить водорастворимые белковые вещества, остаточные количества сахаров, водорастворимых ароматических и красящих веществ, затрудняющих экстракцию пектиновых веществ в раствор и загрязняющих конечный продукт - пищевой пектиновый экстракт, сократить затраты воды в производстве.

Заливка промытого свекловичного жома раствором пектолитического ферментного препарата комплексного действия с концентрацией 1-3%, например Депектил Кларификейшн, или Депектил экстракшн, или Депектил МП+ (Поставщик на российский рынок препаратов для обработки виноматериалов и технологического оборудования для производства вина - компания «ООО Сигма-Трейд» - www.sigmatreid-ltd.ru), позволяет ферментам наиболее эффективно воздействовать на пектоцеллюлозные комплексы сырья, разрушая их, гидролизовать нерастворимый протопектин до его растворимой формы, обеспечить последующий переход растворимого пектина в раствор. В состав ферментных препаратов входят три основных пектолитических фермента (полигалактуроназа, пектинэстераза и пектинлиаза). Кроме пектолитических ферментов в состав препаратов входит β-глюкозидаза.

Пектолитические ферменты расщепляют связи в нерастворимом протопектине, который представляет собой соединение полигалактуроновой кислоты с арабаном и галактаном клеточной стенки растений. Протопектин переходит в растворимый пектин под действием фермента полигалактуроназы. Полигалактуроназа (полигалактуронидгликано-гидролаза, КФ 3.2.1.15) катализирует расщепление гликозидных связей, гидролизует α-1,4-D-гликозидные связи в полигалактуронидах. Пектинэстераза расщепляет сложноэфирную связь в молекуле растворимого пектина с образованием свободной полигалактуроновой кислоты и метилового спирта; пектинлиаза отщепляет отдельные молекулы галактуроновой кислоты, способствуя снижению молекулярной массы пектина; β-глюкозидаза расщепляет β-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах.

Воздействие используемых пектолитических препаратов комплексного действия позволит значительно увеличить содержание пектиновых веществ в экстракте, удалить ароматические и красящие вещества, загрязняющие готовый продукт и не позволяющие использовать его в пищевых целях. При обработке пектолитическими ферментными препаратами содержание пектиновых веществ в экстрактах увеличивается на 15-20%. Авторами установлено, что выход пектиновых веществ при использовании пектолитических ферментных препаратов достигает 4,43…4,76% (в среднем не менее 4,5%) в сравнении с целлюлолитическими ферментами - 4,0% (прототип).

Проведение гидролиза в течение 1 часа обеспечивает максимальное время воздействия на протопектин и пектоцеллюлозные комплексы сырья, расщепление балластных веществ. Авторами установлено, что увеличение содержания пектиновых веществ наблюдается в том случае, если продолжительность обработки ферментным препаратом составляет 60 мин. При увеличении времени обработки свыше 60 мин увеличение содержания пектиновых веществ наблюдается незначительно, при времени обработки менее 60 мин происходит недостаточная активация ферментов и, следовательно, небольшое содержание пектиновых веществ.

Проведение гидролиза-экстрагирования при температуре 80-85°С позволяет наиболее качественно провести процесс гидролиза. С повышением температуры возрастает коэффициент диффузии, но чрезмерное повышение температуры вызывает деградацию пектиновых веществ, вследствие чего ухудшаются органолептические показатели пектинового экстракта. При температуре ниже предлагаемой гидролиз идет медленнее, что существенно увеличивает продолжительность процесса и повышает энергетические затраты в производстве.

Использование лимонной кислоты в качестве гидролизующего агента объясняется пищевым назначением пектинового экстракта и позволяет получить пищевой продукт с улучшенной органолептической оценкой, придать ему мягкий кисловатый вкус. Лимонная кислота является наиболее известной и широко применяемой в пищевой промышленности вкусовой добавкой, регулятором кислотности и консервантом. Одновременно она выступает как антиокислитель и синергист антиокислителей. Являясь пищевой добавкой (Е 330) лимонная кислота обладает наиболее мягким и приятным вкусом по сравнению с другими пищевыми кислотами, является наиболее доступной, благодаря чему находит самое широкое применение в пищевой промышленности.

Оптимальный выход пектиновых веществ в экстракт обнаруживается при соотношении свекловичный жом:лимонная кислота - 1:17. При меньшем соотношении переход пектиновых веществ в экстракт осложняется и не обеспечивается на должном уровне. При увеличении заявленного соотношения концентрация пектиновых веществ в растворе уменьшается, а в технологическом цикле увеличивается расход лимонной кислоты и энергии.

Продолжительность гидролиза-экстрагирования в течение 2 часов при постоянном перемешивании является оптимальным. С сокращением длительности цикла менее 2 часов сокращается количество экстрагируемых пектиновых веществ, а увеличение продолжительности цикла снижает выход пектиновых веществ.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома в заявляемой совокупности признаков.

Получение пищевого свекловичного пектинового экстракта из свекловичного жома осуществляют следующим образом.

Проводят набухание сухого свекловичного жома в воде температурой 30-40°С при соотношении 1:20 в течение 30-40 минут. Затем полностью набухший жом отжимают, промывают один раз водой температурой 40°С и отжимают. Далее промытый жом заливают 1-3%-ным раствором пектолитического ферментного препарата комплексного действия. Массовое соотношение свекловичного жома и ферментного препарата при этом выбирают в пределах 1:17. Выдержку смеси осуществляют при температуре 40±2°С в течение 1 часа при постоянном перемешивании. Далее смесь разделяют. Полученный жом заливают 0,5%-ным раствором лимонной кислоты в соотношении 1:17 и проводят гидролиз-экстрагирование в течение 2 часов при температуре 80-85°С при постоянном перемешивании. После этого проводят отделение гидролизата, его фильтрацию. Затем фасуют целевой продукт.

Примеры осуществления способа получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома

Пример 1

Сухой свекловичный жом заливают водой температурой 40°С в соотношении 1:20, выдерживают 30 мин при периодическом перемешивании. Затем набухший жом отжимают, промывают 1 раз водой температурой 40°С. Промытый жом отжимают, заливают 1%-ным раствором пектолитического ферментного препарата (Депектил МП+) в соотношении 1:17 и выдерживают при t=38°С в течение 1 часа при периодическом перемешивании. Затем смесь разделяют. Свекловичный жом заливают 0,5%-ным раствором лимонной кислоты в соотношении 1:17 и проводят гидролиз-экстрагирование при t=80°С в течение 2 часов при постоянном перемешивании. Затем смесь разделяют, полученный экстракт фильтруют и отправляют на фасовку.

Пример 2

Сухой свекловичный жом заливают водой температурой 40°С в соотношении 1:20, выдерживают 35 мин при периодическом перемешивании. Затем набухший жом отжимают, промывают 1 раз водой температурой 40°С. Промытый жом отжимают, заливают 2%-ным раствором пектолитического ферментного препарата (Депектил Кларификейшн) в соотношении 1:17 и выдерживают при t=40°С в течение 1 часа при периодическом перемешивании. Затем смесь разделяют. Свекловичный жом заливают 0,5%-ным раствором лимонной кислоты в соотношении 1:17 и проводят гидролиз-экстрагирование при t=85°С в течение 2 часов при постоянном перемешивании. Затем смесь разделяют, полученный экстракт фильтруют и отправляют на фасовку.

Пример 3

Сухой свекловичный жом заливают водой температурой 40°С в соотношении 1:20, выдерживают 40 мин при периодическом перемешивании. Затем набухший жом отжимают, промывают 1 раз водой температурой 40°С. Промытый жом отжимают, заливают 3%-ным раствором пектолитического ферментного препарата (Депектил экстракшн) в соотношении 1:17 и выдерживают при t=42°С в течение 1 часа при периодическом перемешивании. Затем смесь разделяют. Свекловичный жом заливают 0,5%-ным раствором лимонной кислоты в соотношении 1:17 и проводят гидролиз-экстрагирование при t=85°С в течение 2 часов при постоянном перемешивании. Затем смесь разделяют, полученный экстракт фильтруют и отправляют на фасовку.

Органолептические показатели качества, содержание пектиновых веществ в экстрактах и комплексообразующая способность пектиновых веществ представлены в таблице 1.

Готовый пищевой пектиновый экстракт содержит (в среднем): массовую долю пектиновых веществ не менее 4,65%, массовую долю сухих веществ 5,7%, имеет комплексообразующую способность по свинцу 283,4 мг Pв/г пектина.

Таким образом, технический результат достигается только при сочетании заявленных оптимальных параметров процесса, что позволит получить целевой гигиенический продукт с повышенными биологическими свойствами.

Положительный эффект при реализации разработанного способа заключается в том, что переработка сухого свекловичного жома обеспечивает безотходную технологию переработки сахарной свеклы в течение года или нескольких месяцев с начала сезона, в придании целевому продукту потребительских качеств за счет применения в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты и использования ферментных препаратов.