2.2 Переваги та недоліки технологічної переробки

Значна частина рослинної сировини при виготовленні харчових продуктів йде на відходи, які нині вважають цінними вторинними матеріальними ресурсами через багатий склад, в тому числі біологічно активних речовин. У відходах рослинної сировини знаходиться один із полісахаридів - пектин, технологія отримання якого давно привертає до себе прискіпливу увагу науковців і виробників з усього світу [8, с. 12].

Полісахариди - складні вуглеводи, які за хімічною структурою є полімерами, побудованими із залишків багатьох тисяч молекул моносахаридів та їх похідних, обєднаних за допомогою реакції поліконденсації. За особливостями хімічної будови ці сполуки поділяються на гомополісахариди та гетерополісахариди.

Гомополісахариди -- складні вуглеводи, мономерами яких є залишки однакових моносахаридів (найчастіше глюкози) або їх похідних. Гомополісахариди поділяються на вуглеводи тваринного (глікоген, хітин), рослинного (крохмаль, клітковина, інулін, пектини)та мікробного (декстран) походження.

Гетерополісахариди -- складні вуглеводи, утворені з різних за хімічною структурою мономерів -- похідних гексоз.

Відповідно до фізіологічних функцій полісахариди можна поділити на структурні, які утворюють опорні тканини (целюлоза, пектинові речовини, хітин); резервні, що поступово споживаються в процесі обміну (крохмаль, глікоген, інулін); захисні, що утворюються у відповідь на ушкодження рослин (слизи і камеді).

Дослідження полісахаридів повязане з великими труднощами. На цей час добре вивчені лише окремі гомополісахариди - крохмаль, глікоген і целюлоза.

Крохмаль -- рослинний гомополісахарид, що складається з двох фракцій -- амілози та амілопектину, які становлять 15-20 % та 80-85 % загальної маси крохмалю, відповідно.

Крохмаль - найважливіший гомополісахарид рослин із загальною формулою (C6H1005)n. Це білий порошок, нерозчинний у воді, без смаку і запаху. У гарячій воді утворює колоїдний розчин, що забарвлюється йодом у синій колір [18, с. 35].

Крохмаль утворюється в процесі фотосинтезу в зелених листях рослин і відкладається в насіннях, плодах і стовбурах. Особливо багато його міститься в зернах рису, пшениці, кукурудзи і бульбах картоплі. В організм людини і тварин крохмаль потрапляє з їжею (картопля, хліб і ін.).

Амілоза -- лінійний полісахарид, молекули якого містять від 200 до 1000 мономерів (залишків глюкози); м.м. амілози--40-160 кД. У складі амілози мономери сполучені а-1,4-глікозидними звязками. Гомополімери амілози формують спіральні структури, кожен виток яких включає шість молекул глюкози. Специфічні кольорова реакція на крохмаль із йодом (синє забарвлення) зумовлена включенням молекул-йоду в молекулярні канали всередині спіралей амілози.

Амілопектин -- розгалужений полісахарид з м.м. від 1 до 6 млн. Головний ланцюг амілопектину утворений а-1,4-глікозидними звязками; розгалуження формуються а-1,6-глікозидними звязками. Між точками розгалужень містяться 20-30 глюкозидних мономерів. Співвідношення звязків 1,4 до 1,6 складає приблизно 25:1. Тому молекула амілопектину має розгалужену структуру [18, с. 36].

Крохмаль є основним джерелом резервної енергії в рослинних клітинах, що утворюється внаслідок фотосинтезу і відкладається в коренях, бульбах і насінні Крохмаль -- головний вуглевод в харчуванні людини, який міститься в значних кількостях у хлібних злаках, картоплі, бобових рослинах.

Технології отримання пектинових препаратів, з одного боку, спрямовані на повніше переведення пектину в екстракт, а з іншого, - на збереження його нативної структури або ж модифікацію її таким чином, щоб зберегти або поліпшити багато корисних для людини властивостей цього полісахариду. Йдеться про використання пектину як драглеутворювача. Набагато ціннішим є широке застосовування пектинів як природних іонообмінників, нешкідливих й звичних для людського організму, які дають змогу ефективно попереджувати й лікувати багато захворювань та запобігати шкідливому впливові радіонуклідів. Це зумовить використання пектинових препаратів як харчових добавок до багатьох харчових продуктів [3, с. 101].

Усі схеми отримання пектинових препаратів достатньо відомі і вирізняються високими енерго- і ресурсозатратами, повязаними з екстракцією, очищенням, конценруванням та виділенням пектину. Жорсткі умови екстракції за допомогою кислот досі застосовують багато світових лідерів пектинового виробництва для отримання желеутворювального пектину, який у загальному обсязі пектинових препаратів займає понад 90%. Ферментативні способи екстрагування менш агресивні, але перебувають лише на стадії наукових досліджень. Лужний гідроліз-екстрагування не знайшов широкого застосування через паралельно діючу деструкцію (b-елімінування) і багатостадійність наступного очищення і осадження продукта (солі полівалентних металів).

Проблему виробництва пектинових речовин із збереженням найкращого ефекту поглинання багатьох токсичних елементів можна вирішити з набагато меншими затратами, якщо орієнтуватися на їхні сорбційні та комплексоутворювальні властивості [3, с. 102].

Відомо, що пектинові біополимери легше взаємодіють з лугами, ніж з кислотами. Наприклад, для деструкції протопектину і переведення його у водорозчинний стан необхідні жорсткі умови екстракції. Це температура 85-90 °С і час 1,5-2 години в присутності сильних мінеральних кислот, зазвичай, соляної, сірчаної, азотної. Органічні кислоти неефективні. Кислі екстракти пектину за класичною схемою очищають після охолодження фільтруванням, адсорбцією й запарюють для економії осаджувальних реагентів (спирту, солей полівалентних металів). У результаті значно руйнуються нативні властивості пектину багато в чому руйнуються і втрачається молекулярна маса, знижується вихід продукту.

Експериментально встановлено, що лужний гідроліз має незаперечні переваги перед кислотним, якщо брати до уваги комплексоутворення пектину, що визначається молекулярною масою і, особливо, ступенем етерифікації макромолекули пектину. Деетерифікація карбоксильних груп у лужному середовищі відбувається ефективніше, а отже, можна одержати з вихідного пектину препарат із більшою кількістю вільних карбоксильних груп, ніж при взаємодії з кислотами.

Проте, через лужну екстракцію, як зазначалося, може руйнуватися пектиновий біополімер. Співробітники проблемної науково-дослідної лабораторії ОНАПТ і кафедри екології за багато років роботи з пектином, однак, встановили: якщо температуру екстрагування не піднімати вище 40°С, то за 1,5-2 години екстрагування можна одержати прийнятні результати з необхідними сорбційними характеристиками пектину [3, с. 103].