СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АГАР-АГАРА, РАСТВОРИМОГО В ВОДЕ БЕЗ КИПЯЧЕНИЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF AGAR AGAR SOLUBLE IN WATER WITHOUT BOILING

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности производству гелеобразующих веществ с улучшенными свойствами, которые могут быть использованы в пищевой промышленности, а также для научно-исследовательских целей в биохимии, иммунохимии, молекулярной биологии, микробиологии и для производства отечественных стрептомицина, пенициллина и др. препаратов.
Полисахарид агар-агар (агар), получаемый из красных или бурых водорослей (Phyllophora, Gracilaria, Gelidium, Ceramium и др.), известен как желирующий агент уже несколько столетий. Он часто используется в качестве структурообразователя в пищевом производстве (пищевая добавка Е406) - в рецептурах мармелада, зефира, жевательных конфет, пастилы и прочего. Кроме того, агаровый студень в сочетании с питательной средой широко применяют в микробиологии для выращивания микроорганизмов.
По физическим свойствам агар представляет собой порошок от белого до светло-коричневого цвета. В холодной воде нерастворим, подавляющее большинство сортов растворяется в воде при 95-100°C.
Известны отдельные типы агара, растворимые в воде при более низких температурах. Обычно это достигается следующими путями.
Первый - это выбор подходящей фракции агара, полученного из определенного сырья. Такие продукты значительно дороже, ввиду ограниченности сырьевой базы и низкого выхода целевого продукта, а также стоимости самой технологии переработки.
Второй - сушка раствора, содержащего смесь агара и другого компонента, облегчающего растворение, например декстрозы. Из-за того, что агар составляет далеко не 100% такой смеси, для получения того же эффекта необходимо значительно увеличить дозировку продукта.
Третий - воздействия химических реагентов на раствор агар-агара (химическая модификация), вызывающие изменения в структуре молекул, такие как укорачивание полисахаридных цепей агара (гидролиз), потеря сульфатных групп и др., после которых агар обычно не может обеспечить ту же прочность студня, которая была до модификации. Тем самым, снова появляется проблема увеличения дозировки, кроме того, химический состав агар-агара изменяется после такого рода модификаций.
Известные способы предполагают работу с раствором агар-агара, что усложняет и удорожает процесс и, соответственно, конечный продукт. Кроме того, агар при концентрации свыше 8-12% в воде образует очень вязкие субстанции, по этой причине работать возможно только с разбавленными растворами, что снижает технологичность методик и производительность оборудования.
Из “Уровня техники” известен способ модификации агара путем введения в него реагента. Перед введением реагента в агар последний растворяют в воде, а реагент вносят в количестве, обеспечивающем создание pH среды 7,1-14, раствор выдерживают в течение от 0,4 до 3 ч при поддержании температуры от 20 до 90°C с последующим охлаждением и выдерживанием полученного геля в течение 1-3 ч при температуре не более 20°C, затем проводят очистку и обезвоживание агара. При этом получают продукт с достаточно низкой прочностью, способного растворяться в воде при небольших термических воздействиях (см. патент РФ №2435787, опубл. 10.12.2011).
Недостатками известного способа являются его сложность осуществления с получением модифицированного агар-агара с требуемыми свойствами. Кроме того, использование в качестве реагента щелочей металлов приводит к щелочной деструкции агара.
Кроме того, из "Уровня техники" известен способ получения легкорастворимого в воде агара, включающий растворение агара в водном растворе полимера, нагревание раствора, удаление воды сушкой (патент Японии №07327663, опубл. 19.12.95).
Недостатком известного способа являются также его сложность осуществления, обусловленная тем, что при использовании полимеров зачастую увеличивается вязкость водного раствора, при этом интенсивность нагрева также должна быть увеличена. Кроме того, некоторые полимеры содержат токсичные примеси в виде остатков мономеров. При сушке удаляют только воду, получаемый продукт имеет ограниченное применение, поскольку содержит полимеры.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков.
Технический результат заключается в упрощении способа, обеспечении его безопасности и получении натурального агар-агара, способного к растворению в воде при температуре не выше 85°C без изменения химического строения молекул и содержания каких-либо дополнительных компонентов в готовом продукте.
Технический результат обеспечивается тем, что способ получения агар-агара, растворимого в воде при температуре не более 85°C, включает тонкое измельчение исходного агара, замачивание агара в воде в течение времени для набухания агара с последующей обработкой ультразвуком для интенсификации диффузионных и массообменных процессов. Осуществляют по меньшей мере однократное добавление водного раствора водорастворимого органического растворителя, включающего, по меньшей мере, одно из следующих веществ: метанол, этанол, пропанол, изопропанол, трет-бутанол, ацетон, тетрагидрофуран, ацетонитрил, этиленгликоль, пропиленгликоль, диметоксиэтан, диметилформамид, диметилсульфоксид, до содержания растворителя в конечной смеси от 10 до 99% по объему. Нагревают суспензию в закрытом реакторе без доступа воздуха до температуры 100-160°C, выдерживание при этой температуре, охлаждение до температуры меньшей, чем температура кипения растворителя, разделение твердой и жидкой частей суспензии. Осуществляют по меньшей мере однократную промывку сырого порошка агар-агара безводным органическим растворителем, высушивание агар-агара с улавливанием и конденсацией паров органического растворителя и воды.
В соответствии с частными случаями выполнения способ имеет следующие особенности.
Исходный агар-агар измельчают до частиц размером не более 0,06-0.1 мм.
Органический растворитель добавляют в количестве от 50 до 95% по объему от объема конечной смеси.
Суспензию нагревают в закрытом реакторе до температуры от 120 до 150°C.
Содержимое реактора охлаждают до температуры не более 50°C.
Содержимое реактора охлаждают до температуры не более 30°C.
При нагреве и охлаждении осуществляют перемешивание.
При нагреве и охлаждении осуществляют диспергирование.
Смесь воды и растворителя, полученную после обработки агара, используют повторно.
Настоящий способ осуществляют следующим образом.
Исходный сухой агар (например, в виде порошка) измельчается до размера частиц не более 0,06-0,10 мм, предпочтительно не более 0.10 мм. Тонкое измельчение сокращает время модификации и позволяет ускорить диффузионные и массообменные процессы. Полученный порошок замачивают в воде для набухания агара в течение до 3 часов. Диффузионные и массобменные процессы интенсифицируют, а время замачивания сокращают путем обработки ультразвуком (кавитации). Далее по меньшей мере однократно добавляют водный раствор, содержащий от 10% до 99%, органического растворителя, чаще от 50% до 95% растворителя, включающий по меньший мере одно из следующих веществ: метанол, этанол, пропанол, изопропанол, трет-бутанол, ацетон, тетрагидрофуран, ацетонитрил, этиленгликоль, пропиленгликоль, диметоксиэтан, диметилформамид, диметилсульфоксид, а также смеси двух и более растворителей. Смесь выдерживают до 3 ч при комнатной температуре для набухания агара, большее время выдерживания возможно, но нецелесообразно из-за снижения производительности при том же качестве конечного продукта. При смешивании с водным раствором растворителя и выдерживании может быть обеспечена интенсификация массообменных и диффузионных процессов путем перемешивания с помощью мешалки или использования ультразвукового кавитатора. В процессе обработки может добавляться раствор органического растворителя. Далее суспензию помещают в закрытый реактор, нагревают без доступа воздуха под собственным давлением до температуры 100-160°C, предпочтительно 120-150°C, и выдерживают при этой температуре в течение до 5 ч, предпочтительно 0.5-2 ч. Большее чем 5 ч время нагревания приводит к деструкции (разрушению) молекул агара с потерей потребительских свойств и удорожает процесс производства за счет снижения производительности.
После завершения нагревания, суспензию в реакторе охлаждают до температуры более низкой, чем температура кипения используемого растворителя, обычно до температуры не более 50°C, предпочтительно не более 30°C.
В процессе нагревания и охлаждения возможно перемешивание либо диспергирование суспензии, для более равномерного воздействия на всю массу агара.
При этом используют разные виды реакторов. В первом случае нагреватель просто имеет мешалку, а во втором случае используют реактор-диспергатор с набором мешалок и циркуляционными трубами, содержащими конфузорный участок турбулизации суспензии и диффузорный участок турбулизации суспензии с ориентацией на мешалки для диспергирования.
Отделяют жидкую часть от осадка агар-агара фильтрацией и сырой порошок агар-агара по меньшей мере однократно промывают безводным органическим растворителем, включающим по меньший мере одно из следующих веществ: метанол, этанол, пропанол, изопропанол, трет-бутанол, ацетон, тетрагидрофуран, ацетонитрил, этиленгликоль, пропиленгликоль, диметоксиэтан, диметилформамид, диметилсульфоксид. Осуществляют повторную фильтрацию, высушивают любым доступным способом, например в конвекционной печи или вакуумной сушилке. Во время сушки улавливают и конденсируют пары органического растворителя и воды с образованием конденсата на охлаждаемой поверхности.
Конденсат и оставшийся отработанный раствор органического растворителя, после корректировки состава, используют повторно для аналогичной модификации другой партии агара.
Полученный агар-агар представляет собой сыпучий порошок, от белого до светло-коричневого цвета. По качественным показателям сходный с тем агаром, что использовался в качестве сырья, отличающийся способностью растворяться в воде при температуре не более 85°C. Может использоваться, как доступная замена для агара специального сорта, растворимого в воде без кипячения. Полученный агар не содержит химических добавок и не имеет ограничений для его использования.
Пример 1:
10 кг сухого агара (например, в виде порошка) измельчают до размера частиц 0,06 мм. Далее его замачивают в воде для набухания в течение 2 часов.
Обеспечивают пузырьковую кавитацию с помощью ультразвукового источника излучения. Затем смешивают со смесью, состоящей из 95.0 л этилового спирта и 40.7 л воды, выдерживают 2 часа. Смесь нагревают в закрытом реакторе-диспергаторе до температуры 132°C. Затем содержимое реактора охлаждают до 25°C и пропускается через фильтр. Влажный агар промывают этиловым спиртом. Повторно фильтруют, сушат до содержания влаги 8-10%. Полученный продукт начинает растворяться в воде при температуре 62°C, полное растворение достигается при 79°C. Прочность студня с сахаром составила 3382 г/см.
Пример 2:
20 кг сухого агара (например, в виде порошка) измельчают до размера частиц 0,1 мм. Далее его замачивают в воде для набухания в течение 3 часов с последующей обработкой ультразвуком. Агар перемешивают с помощью ультразвуковой кавитации с раствором, состоящим из 75.0 л этилового спирта, 3,0 л ацетонитрила и 19.0 л воды. Смесь выдерживается в течение 1 ч при обработке ультразвуком. Затем нагревают в закрытом реакторе с мешалкой до температуры 139°C. Затем содержимое реактора охлаждают до 25°C, при этом осуществляют перемешивание. Пропускают через фильтр. Влажный агар промывают смесью этилового спирта и ацетонитрила. Повторно фильтруют, сушат до содержания влаги 8-10%. Полученный продукт начинает растворяться в воде при температуре 67°C, полное растворение достигается при 82°C. Прочность студня с сахаром составила 2959 г/см.
Пример 3:
2
20 кг сухого агара (например, в виде порошка) измельчают до размера частиц 0,1 мм. Далее его замачивают в воде для набухания в течение 3 часов с последующей обработкой ультразвуком. Агар дополнительно перемешивают с помощью мешалки с раствором, состоящим из 78 л изопропилового спирта, 5 л диметоксиэтана и 17 л воды. Смесь выдерживается в течение 1 ч при перемешивании и обработки ультразвуком для обеспечения эффектов вихревой и ультразвуковой кавитации. Затем нагревают в закрытом реакторе с мешалкой до температуры 141°C. Затем содержимое реактора охлаждают до 25°C, при этом осуществляют перемешивание. Пропускают через фильтр. Влажный агар промывают смесью изопропилового спирта и диметоксиэтана. Повторно фильтруют, сушат до содержания влаги 8-10%. Полученный продукт начинает растворяться в воде при температуре 72°C, полное растворение достигается при 84°C. Прочность студня с сахаром составила 2417 г/см.
В таблице приведены характеристики продукта, полученного посредством последовательности действий, описанных в Примерах 1-3.
Прочность студня с сахаром полученного продукта измеряли в соответствии с ГОСТ 26185-84.