Раздел 13. Производство и применение пектина

Пектиновые вещества имеют довольно сложное строение и состав. Это высокомолекулярные соединения, относящиеся к группе кислых полисахаридов. Основной частью молекулы пектина являются полигалактуроновая кислота (ПГК), соединенная с остатками нейтральных сахаров. Карбоксильные группы ПГК часто этерифицированы метиловым спиртом, либо замещены ионами металлов, среди которых преобладают Ca, Mg и их соли.

В растениях пектиновые вещества содержатся в виде нерастворимого протопектина первичных клеточных стенок и межклеточного вещества (срединных пластинок), а также в виде растворимого пектина клеточного сока.

Содержание пектина в различных растительных продуктах отличается, например (в %): в яблоках – 1,5-3,5; в лимонах – 2,5-4; в апельсинах – 3,5-12,4; в сахарной свекле – 4,8-7,8; в корзинках подсолнечника – 2,8-4,1 и т.д. Во всех перечисленных и других видах растений пектиновые вещества неодинаковы по строению и свойствам.

Яблочный пектин представляет собой смесь нейтральных и кислых сахаров в соотношении 1,0:1,5. Нейтральный полиглюкан, а кислый – пектовая кислота

Пектин представляет для нас особый интерес как вещество, способное образовывать нерастворимые комплексы с соединениями поливалентных металлов, способствуют выведению из организма тяжелых металлов и радиоактивных веществ. Установлено, что 1 г. пектина способен связывать от 160 до 420 мг стронция. В пищевой промышленности пектин применяют так же для выпечки нечерствеющих сортов хлеба. Пектин является хорошим клеящим средством при шлихтовке в текстильной и полиграфической промышленности. Пектиновые вещества успешно применяют в медицине при лечении различного рода желудочных заболеваний. В Германии разработан продукт диетического и профилактического действия: бутербродная масса из свежих фруктов и концентрированных фруктовых соков, которая удовлетворяет потребности человека в витаминах, аминокислотах и пектине. В последнее время яблочный пектин и полуфабрикаты на его основе находят свое применение в молочной промышленности.

В нашей стране промышленным сырьем для получения являются яблочные отжимы и свекловичный жом.

Технологический процесс производства пектина из плодово-ягодного сырья сводится в общих чертах к предобработке (удаление сахаров), гидролизу – экстрагированию пектиновых веществ и отделению экстракта, его последующему осветлению, очистке и концентрированию, осаждению пектинового коагулята, его очистке и высушиванию. На различных стадиях процесса применяют сильные кислоты, сильные и слабые основания, ферментные препараты, соли поливалентных металлов, этиловый спирт и другие соединения.

Процесс экстрагирования пектиновых веществ состоит из двух стадий: гидролиза протопектина и молекулярной диффузии растворимого пектина из сырья в экстрагент.

В настоящее время экстрагирование пектиновых веществ, в основном, проводят кислотным способом, при котором гидролиз протопектина протекает в присутствии минеральных кислот и высокой температуре, при этом используют различные кислоты – соляную, азотную, лимонную, уксусную и другие. Однако, применение концентрированных минеральных кислот для гидролиза протопектина не только существенно усложняет технологическую схему производства, но и приводит к непригодности растительного сырья после извлечения пектина для пищевых продуктов и затрудняет его использование для кормовых целей, а также вызывает загрязнение окружающей среды и ухудшает экологическую обстановку. Боле перспективным направлением является использование энзиматического гидролиза растительного сырья с целью получения конечных продуктов более высокого качества. Использование ферментных препаратов даёт возможность вести процесс в мягких условиях (t 40-45°C, pH 4.5-5.0), упрощает аппаратурное оформление, при этом не требуется специальных приборов, улучшаются условия труда и создаются предпосылки для ведения экологически чистого процесса.

Разработан ряд способов получения пектина с использованием ферментных препаратов:

• получение пектина из замороженных яблок, айвы, груши с последующей дефростацией горячей водой и применением ферментативного гидролиза препаратами целлюлозолитического комплекса с последующей экстракцией пектина сернистым ангидридом в более мягких условиях. При этом выход яблочного пектина увеличивается в 1,5-2,0 раза по сравнению с существующим способом;

• получения пектина из отходов чайного производства (черешки, волоски, чаинки, экстракционный жом) с использованием композиции ферментных препаратов ксилоглюканофоетидина и целлобиозы. Способ испытан в НПО «Чайпром» в Грузии (10)

• получение пектина из яблочных выжимок с использование ферментов микроорганизма Trichoderma longibrachiatum. Яблочную выжимку разбавляют водой в соотношении 1:1, затем обрабатывают ферментами микроорганизма при температуре 26°C в течение 2 суток при глубинном культивировании, отделяют культуральную жидкость, экстрагируют твердую фазу водой в противотоке и осаждают пектин из культуральной жидкости и экстракта этиловым спиртом.

В пищевой промышленности в настоящее время применяется несколько типов ферментных препаратов – протеолитические, воздействующие на белок; пектолитические, воздействующие на полиурониды; амилолитические, гидролизующие крахмал; целлюлазные гемицеллюлазные, действующие на соответствующие полисахариды растительных клеточных стенок и другие. Особенности состава яблочных выжимок позволяют предположить, что из перечня ферментных препаратов наибольший интерес могут представлять целлюлазы и гемицеллюлазы, вызывающие деструкцию клеточных стенок и возможное высвобождение ассоциированного с ними протопектина; амилазы, гидролизирующие крахмал с вероятным повышением чистоты получаемого пектина; пектиэстираза, благодаря которой можно выделить низкометоксилированный пектин со специфическими свойствами и, в порядке прогноза, экзополигалактуроназа, действие которой не сопровождается существенной деполимеризацией молекулы пектина

В последние годы активно осваиваются различные способы получения пектинсодержащих полуфабрикатов – порошков, паст, пюре и т.п. В то же время ставка на получение полуфабрикатов не является идеальной для современного промышленного производства, т.к. лишь в случае получения чётко обозначенных целевых продуктов можно гарантировать как дифференцированную сферу их использования, так и конкурентоспособность на мировом рынке

Один из способов получения пектина выглядит следующим образом:

Пектин образуется из экстракта обработанной ферментом яблочной выжимки путем осаждения хлористым кальцием и последующей регенерации. Из растительного сырья водорастворимый пектин извлекают путем ферментативного гидролиза. При обработке хлористым кальцием пектин коагулирует и осаждается в виде геля.

Технологическая схема получения пектина из яблочных выжимок включает в себя следующие операции:

Влажная выжимка высушивается и взвешивается. Взвешенная выжимка промывается водой с гидромодулем 1:10, после чего промытая выжимка отделяется от промывных вод прессованием. Промытая выжимка подается в экстрактор с мешалкой, где подвергаются гидролизу-экстрагированию раствором ферментного препарата (ФП) Целловиридин Г 20х в виде 10%-ной суспензии из расчета ФП 0,2% к массе сырья. Экстрагирование проводят при температуре 40-50°С в течение 3 часов.

По окончании гидролиза-экстрагирования выжимочную суспензию прессуют для отделения экстракта. Проэкстрагированные выжимки направляют на дальнейшую утилизацию. Экстракт пектина центрифугируют либо фильтруют для отделения грубых взвесей. Осветленную часть нейтрализуют с помощью 20%-го NaOH до pH 10 в течение 3 часов; затем 10%-ным HCl увеличивают pH экстракта до 5-6. При интенсивном перемешивании в экстрактор задают насосом заранее приготовленный и отмеренный раствор 30%-ного хлористого кальция. Полученный пектинат кальция отделяют путём фильтрации или центрифугирования, после чего подсушивают до порошкообразного состояния. Полученный пектинат кальция засыпают в ёмкость, где регенирируют этиловым спиртом. Полученный пектин выгружают на поддоны и сушат воздухом, нагнетаемым вентилятором до влажности 10-12%. Высушенный пектин дробят до состояния муки и расфасовывают в тару.

Вопросы для самоконтроля к разделу 13

1. Что является мономерами пектиновых соединений?

2. В каких растениях содержится наибольшее количество пектиновых веществ?

3. Какие способы экстрагирования пектиновых веществ вы знаете?

4. В каких отраслях промышленности применяют пектин?

5. Какой способ экстракции наиболее мягкий?

Тесты к разделу 13

1. При какой температуре проводят энзиматическую экстракцию:

а) 40-45°C

б) 60-65°C

в) 30-35°C

2. Ферменты какого действия используют для получения пектина:

а) протеолитические

б) гидролитические

в) гемицеллюлазные

г) целлюлазные

д) амилолитические

3. Какой из этапов получения пектина первый:

а) осаждение

б) экстракция

4. Осаждение пектина проводят с помощью:

а) СаCl₂

б) NaCl

в) NaOH

г) Ca(OH)₂