Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства пектинсодержащего продукта из плодов калины

Изобретение относится к пищевой промышленности и дает возможность произвести пектинсодержащий продукт (полуфабрикат), который может быть использован для получения пищевого пектина.

Известен способ получения пектина, предусматривающий дезактивацию пектинэстеразы, при этом растительный материал, содержащий пектин, приводят в контакт с подкисленной водой при t≤70°С и значении рН от 3,2 до 3,9. Такая обработка приводит к увеличению молекулярной массы получаемого пектина до 50%. Чувствительность к ионам кальция при этом уменьшается. Соотношение между чувствительностью к кальцию пектина, экстрагированного из подобного, но необработанного исходного растительного материала, содержащего пектин, находится в пределах 0,90-1,40. Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу, степень этерификации и обладает низкой чувствительностью к кальцию [1].

Недостатком известного способа является использование больших объемов воды, которая должна иметь достаточно низкое значение рН (3,2-3,9), применение концентрированных HNO₃ и H₂SO₄, проводится длительная сушка при 70°С в течение 15 часов, кроме того, обработка пектинсодержащего материала при рН 3,2-3,9 проводится в течение длительного времени несколько раз по 10-20 мин. Пектин патента-прототипа плохо связывает ионы тяжелых металлов, так как чувствительность к ионам кальция у пектина уменьшилась [1].

Задачей изобретения является совершенствование технологической схемы переработки пектинсодержащего материала, ускорение технологического процесса (сокращение длительности), снижение затрат воды, тепла и энергии; улучшение качества пектина и повышение его способности связывать и выводить из организма человека ионы тяжелых металлов (биологическая ценность пектина).

Поставленная задача достигается тем, что пектинсодержащее сырье (плоды калины) без предварительного увлажнения обрабатывают ИК-лучами с целью дезактивации пектинэстеразы и полигалактуроназы. ИК-обработку плодов проводят при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 11-13 кВт/м² в течение 2,0-2,5 мин. с достижением плодом температуры 90-100°С. При этом исходная влажность мякоти плодов до обработки составляет 85-90%, а после обработки 10-12%. Такая обработка приводит к увеличению молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего сырья до 54%. Чувствительность к кальцию при этом увеличивается по сравнению с прототипом. Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу и степень этерификации, обладает высокой по сравнению с прототипом чувствительностью к кальцию.

Технический результат состоит в получении пектинсодержащего продукта, обладающего высокой пищевой и биологической ценностью; при этом сокращается длительность технологического процесса по сравнению с прототипом, продукт имеет улучшенное качество (увеличенную степень этерификации и молекулярную массу пектина) и обладает способностью выводить из организма человека ионы тяжелых металлов.

Исходная влажность мякоти плодов перед обработкой ИК-лучами 85-90% необходима для получения того количества водяного пара, которое необходимо для инактивации ферментов при самой ИК-обработке. Значение влажности менее 85% может привести к подгоранию плодов, а более 90% способствует развитию микрофлоры на поверхности плодов.

Использование для тепловой обработки плодов коротковолнового диапазона ИК-излучения 0,9-1,1 мкм соответствует максимальному поглощению энергии молекулами воды и гидроксильной группой ОН, а использование плотности лучистого потока 11-13 кВт/м² позволяет прогреть плоды одновременно по всему объему. Вследствие этого интенсивно прогревается находящаяся в плодах влага, что приводит к увеличению внутреннего давления паровоздушной среды в плодах (часть воды в плодах переходит в пар), плоды внутри при этом нагреваются и происходит инактивация ферментов. Кроме того, под действием пара происходит высвобождение ионов кальция и дополнительно появляются свободные СООН-группы в пектине [2, 3].

При ИК-излучении с длиной волны менее 0,9 мкм и плотности лучистого потока менее 11 кВт/м² происходят процессы структурного изменения в плодах, что снижает количество пектина. При использовании лучистого потока с длиной волны более 1,1 мкм и плотности лучистого потока более 13 кВт/м² большая часть лучистого потока поглощается поверхностными слоями плодов, что приводит к значительному перегреву и, как следствие, к подгоранию плодов.

Нагрев плодов до температуры 90-100°С необходим для превращения в пар части влаги внутри плодов и вызывает инактивацию ферментов (пектинэстераза до 70-74% к исходному, полигалактуроназа до 60-64%) [3].

При обработке плодов до температуры менее 90°С происходит незначительная инактивация ферментов в плодах. При обработке ИК-лучами плодов до температуры более 100°С происходит обгорание плодов.

Время обработки 2-2,5 мин. обусловлено необходимостью нагрева плодов до заданной температуры (90-100°С). При обработке плодов в течение менее 2 мин. не происходит необходимых биохимических изменений в плодах. При обработке более 2,5 мин. происходит обгорание плодов [2].

Конечная влажность плодов после ИК-обработки 10-12% необходима для хорошей сохранности готового пектинсодержащего продукта. При конечной влажности готового продукта менее 10% он очень хрупкий и легко разрушается. При конечной влажности более 12% готовый пектинсодержащий продукт плохо хранится.

Способ осуществляется следующим образом.

Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 85-90% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,9-1,1 мкм и плотности лучистого потока 11-13 кВт/м² в течение 2-2,5 мин. При этом температура внутри плодов достигает 90-100°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 10-12%. Получен пектинсодержащий продукт (полуфабрикат).

Пример 1. Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 85% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,9 мкм и плотности лучистого потока 11 кВт/м² в течение 2 мин. Температура внутри плодов достигает 90°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 10%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 70% к исходному, полигалактуроназа - 60% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 51%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 29%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 3%.

Пример 2. Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 87% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,0 мкм и плотности лучистого потока 12 кВт/м² в течение 2,2 мин. Температура внутри плодов достигает 95°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 11%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 72% к исходному, полигалактуроназа - 61% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 52%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 31%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 4%.

Пример 3. Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 90% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,1 мкм и плотности лучистого потока 13 кВт/м² в течение 2,5 мин. Температура внутри плодов достигает 100°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 12%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 74% к исходному, полигалактуроназа - 64% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 54%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 33%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 5%.

Пример 4. Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 80% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 0,8 мкм и плотности лучистого потока 10 кВт/м² в течение 1,5 мин. Температура внутри плодов достигает 80°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 14%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 65% к исходному, полигалактуроназа - 52% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 46%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 26%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 2%.

Пример 5. Пектинсодержащее сырье (плоды калины) с исходной влажностью мякоти 95% обрабатывают ИК-лучами при длине волны 1,2 мкм и плотности лучистого потока 14 кВт/м² в течение 3 мин. Температура внутри плодов достигает 100°С. Влажность плодов после ИК-обработки составляет 8%.

Инактивация ферментов: пектинэстераза - 76% к исходному, полигалактуроназа - 67% к исходному. Увеличение молекулярной массы пектина в составе пектинсодержащего продукта - 56%. Чувствительность к ионам кальция по сравнению с прототипом увеличивается на 34%. Степень этерификации сохраняется, а по отношению к прототипу увеличивается на 6%.

Таким образом, при использовании режимных параметров по примеру 4 снижается степень инактивации ферментов, в меньшей степени увеличивается молекулярная масса пектина и уменьшаются чувствительность к ионам кальция и степень этерификации.

В то же время реализация способа по примеру 5 позволяет увеличить инактивацию ферментов, молекулярную массу пектина в составе пектинсодержащего продукта, чувствительность к ионам кальция и степень этерификации, однако при этом происходит обгорание плодов.

Следовательно, использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет увеличить инактивацию ферментов (пектинэстеразы и полигалактуроназы), увеличить молекулярную массу пектина в составе пектинсодержащего продукта до 4% (до 54% к исходному необработанному пектину), чувствительность к кальцию до 33% и степень этерификации до 5%.

Пектин хорошо сохраняет молекулярную массу, увеличивается его степень этерификации по сравнению с прототипом, следовательно, улучшается его качество. ИК-обработка способствует высвобождению ионов кальция из кальциевого комплекса клеточных стенок растений. Пектин в составе пектинсодержащего продукта обладает большей способностью связывать ионы тяжелых металлов, так как увеличилось количество свободных СООН-групп. В результате полученный пектинсодержащий продукт становится биологически более полноценным.

Кроме того, изобретение сокращает длительность технологического процесса, снижает затраты воды, тепла и энергии, а также исключает использование концентрированных кислот (HNO₃ и H₂SO₄).

Источники информации

1. Кристенсен Я.О.С. Улучшенный способ обработки растительного материала, содержащего пектин. Патент №2336280,20.10.2008, бюл. №29.

2. Бутова С.Н., Гунькин В.А., Пурецкий А.А., Суслянок Г.М. Способ производства пектинсодержащего продукта из зерна льна. Патент №2619385, 15.05.2017, бюл. №14.

3. Краснова Ю.В., Бутова С.Н., Гунькин В.А., Пурецкий А.А., Суслянок Г.М. Способ производства пектинсодержащего продукта из шелушеных семян подсолнечника. Патент №2619241,12.05.2017, бюл. №14.