Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения пектина из растительного сырья, в частности из свекловичного жома (отхода сахарного производства).

Известен способ получения пектина, включающий процессы гидролиза и экстракции пектиновых веществ из растительного сырья, в котором процессы гидролиза и экстракции сырья проводят с использованием кавитационного поля, получаемого с помощью роторного дезинтеграторного аппарата (В.Н.Голубев, Н.П. Шелухина. Пектин: химия, технология, применение. М.: Изд. Академии технологических наук РФ, 1995, с. 235-241).

Недостатком этого способа является сложность аппаратурного оформления и значительная энергоемкость, что обусловлено наличием быстровращающихся частей, большими потерями на трение и низким КПД устройства.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения пектина, включающий гидролиз растительного сырья соляной кислотой и экстракцию пектиновых веществ из растительного сырья, отличающийся тем, что процессы гидролиза и экстракции проводят с применением полигармонического вибрационного воздействия в диапазоне частот 15-50 Гц (см. патент РФ №2201938, БИ №10, 2003).

Недостатком данного способа является то, что скорости обрабатываемой смеси по всему объему экстракционной камеры сравнительно невысоки, а проведение процесса экстракции при высокой температуре может привести к разрушению цепей пектиновых веществ, что снижает интенсивность процесса экстракции.

Задача изобретения - повышение интенсивности процесса экстракции за счет интенсификации обменных процессов на границах раздела твердой и жидкой фаз.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения пектина, включающем процессы гидролиза и экстракции пектиновых веществ из растительного сырья, процессы гидролиза и экстракции пектиновых веществ проводят с применением полигармонического вибрационного воздействия в диапазоне частот 15-50 Гц и одновременно раствор подвергают ультразвуковому воздействию в режиме кавитации с частотой 22 кГц и интенсивностью ультразвукового излучения в диапазоне 1-3 Вт/см².

Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что он отличается от прототипа тем, что процессы гидролиза и экстракции пектиновых веществ проводят с одновременным воздействием на раствор ультразвука в режиме кавитации с частотой 22 кГц и интенсивностью ультразвукового излучения в диапазоне 1-3 Вт/см². Это соответствует критерию изобретения "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, что соответствует критерию изобретения "технический уровень".

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи изобретения - повышение интенсивности процесса экстракции за счет интенсификации обменных процессов на границах раздела твердой и жидкой фаз.

Сущность способа заключается в следующем.

При наложении полигармонического вибрационного воздействия более равномерно распределяется амплитуда вибрации по всему объему экстрактора. Кроме того, различие частот вибрации способствует интенсификации процесса экстракции за счет движения потоков пульпы с большими скоростями, что приводит к эффективному вымыванию частиц пектиновых веществ из пульпы. Использование в качестве привода электромагнитного вибровозбудителя колебаний, в котором рабочий орган совершает возвратно-поступательное движение, позволит значительно упростить конструкцию, снизить потери на трение из-за отсутствия подшипниковых узлов, а также снизить энергозатраты. Одновременно с наложением вибрации происходит излучение ультразвуковой энергии от излучающих пластин, установленных на внутренней поверхности реактора, в раствор экстрагента. При этом в звуковой волне образуются кавитационные пузырьки, при захлопывании которых выделяется значительное количество энергии.

Совместное воздействие механических и ультразвуковых колебаний приводит к интенсификации обменных процессов на границах раздела фаз, возникновению кавитационных эффектов, что вызывает разрушение клеток сырья, повышение диффузионной проницаемости ткани экстрагируемого материала, обеспечивая тем самым ускорение процесса экстракции и повышение выхода целевого продукта.

В качестве растительного сырья можно использовать отходы различных отраслей пищевой промышленности: свекловичный жом, кожуру цитрусовых, яблочные и виноградные выжимки и т.п.

В качестве вибропривода, используемого для создания полигармонического вибрационного воздействия, может быть использован электромагнитный вибровозбудитель (см. С.Ф.Яцун, В.Я.Мищенко, М.Б.Коновалов. Извлечение пектина из растительного сырья с применением вибрационного воздействия. Известия вузов. Пищевая технология. №1, 2006, с. 101-103).

В качестве ультразвукового возбудителя колебаний может быть использован ультразвуковой генератор УЗГ9-0,5/22 с пьезокерамическими излучателями (мощность 0,8 кВт, частота 22 кГц).

Для обоснования предлагаемого способа были проведены лабораторные исследования.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют свекловичный жом (влажность 50%), являющийся отходом свеклосахарного производства.

Реактор оборудован электромагнитным виброприводом, ультразвуковыми излучателями и водяной рубашкой для поддержания необходимой температуры смеси. Ультразвуковой генератор УЗГ9-0,5/22 настраивали по интенсивности воздействия (частота 22 кГц, мощность 800 Вт, интенсивностью излучения энергии 1 Вт/см²).

Жом в количестве 100 г заливают раствором соляной кислоты с рН 0,8-1,0 в количестве 600 мл. После выдерживания в течение 30 мин смесь помещают в реактор, в котором проводят совмещенный процесс гидролиза-экстракции.

Процесс гидролиза-экстракции проводится при температуре 50 градусов при одновременном воздействии полигармонического вибрационного воздействия с частотой 15-50 Гц и ультразвуковом воздействии с частотой 22 кГц и интенсивностью излучения 1 Вт/см² в течение 20 мин. Далее пектиносодержащая пульпа подается на центрифугу, где отделяется пектиносодержащий экстракт. Последний подается на вакуумный фильтр, а затем на ультрафильтрацию, где раствор пектиновых веществ концентрируется до содержания пектина 4,8-5,5%. Далее при необходимости получения пектина в виде сухого продукта пектиносодержащий экстракт очищается диафильтрацией и направляется на вакуумную сушку. Сухой продукт имеет влажность 10%.

Степень извлечения пектиновых веществ достигает 92%.

Пример 2. Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что ультразвуковую обработку проводили с интенсивностью излучения энергии ультразвука 2 Вт/см² в течение 20 мин.

Степень извлечения пектиновых веществ - 94%.

Пример 3. Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что ультразвуковую обработку проводили с интенсивностью излучения энергии ультразвука 3 Вт/см² в течение 20 мин.

Степень извлечения пектиновых веществ - 94%.

Пример 4. Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что ультразвуковую обработку проводили с интенсивностью излучения энергии ультразвука 5 Вт/см² в течение 20 мин.

Степень извлечения пектиновых веществ - 90%.

Пример 5. Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что ультразвуковую обработку проводили с интенсивностью излучения энергии ультразвука 3 Вт/см² в течение 25 мин.

Степень извлечения пектиновых веществ - 90%.

Пример 6. Опыт проводили аналогично примеру 1 за исключением того, что ультразвуковую обработку проводили с плотностью энергии ультразвука 5 Вт/см² в течение 25 мин.

Степень извлечения пектиновых веществ - 88%.

В таблице приведены сравнительные данные получения пектина с использованием предлагаемого способа и прототипа.

Как видно из таблицы, при предлагаемом способе увеличение интенсивности ультразвукового излучения и времени его воздействия ведет к снижению выхода пектиновых веществ. Это связано с тем, что при больших частотах вероятность возникновения кавитационных эффектов уменьшается. Кроме этого, при предлагаемом способе повышается выход целевого продукта, значительно ускоряется процесс экстракции, а более низкая температура смеси позволяет исключить длительный нагрев растительного сырья и сократить время получения пектиновых веществ.