СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА ИЗ СТВОРОК ЗЕЛЕНОГО ГОРОХА
METHOD FOR PRODUCTION OF GREEN PEA SHELL PECTIN

Изобретение относится к технологии получения естественных загустителей и может быть использовано в пищевой промышленности.
Пектиновые вещества являются важным компонентом растительных клеток, хотя и составляют незначительную часть клеточных стенок (не более 5%). О превращениях пектиновых веществ еще мало известно, так как их очень трудно извлечь из клеточных стенок, где пектиновые вещества находятся в форме нерастворимых в воде соединений, известных под названием протопектинов, состав которых еще менее изучен. При созревании плодов и овощей протопектины в большей или меньшей степени переходят в пектин. Процесс этот ферментативный и происходит под влиянием комплекса пектолитических ферментов. В промышленных масштабах пектин получают из свеклы (сухая масса клубнекорней свеклы содержит до 25% пектина) и некоторых других видов растительного сырья (отжатые лимоны, яблоки и др.).
Самое важное свойство гороха - это, несомненно, то, что он является богатым источником белка. До такой степени богатым, что может соперничать даже с мясом говядины! Женщинам будет интересно узнать, что регулярное употребление гороха тормозит процессы старения кожи и всего организма в целом.
Врачи рекомендуют горох людям со слабой сердечно-сосудистой системой, больным гипертонией, онкологическими заболеваниями. Интересно, что при варке это бобовое растение не теряет полезных свойств, однако стоит знать, что на первый взгляд безобидный продукт может нанести и ощутимый вред.
В сырых зернах гороха есть токсическое вещество - пектин. Для того, чтобы оно не навредило организму, нужно всего лишь соблюдать некоторые правила приготовления блюд из гороха - варить его примерно 1,5-2 часа или предварительно замачивать. В горохе содержится пектина в 100 граммах 0,6 г.
Горох богат всеми необходимыми организму витаминами и микроэлементами. Так, в его состав входят белки, жиры, углеводы, витамины группы А и С, а также витамины группы В.
В настоящее время при переработке зеленого гороха (со створками) образуется до 80% отходов, представляющих определенный интерес как носителя остаточных количеств биологически активных веществ и пищевых волокон. Наличие некоторых компонентов позволяет использовать нетрадиционное растительное сырье в лечебном и лечебно-профилактическом питании.
Анализ химического состава створок гороха показал высокое содержание (в % на сухую массу) в них белков (15,8%), что говорит о высокой биологической ценности данного сырья. Количество липидов в исследуемом веществе гораздо меньше (0,7%), чем в пшенице мягкой яровой (2,2%), выбранной для сравнения, являющейся исходным сырьем для получения муки пшеничной.
Общее содержание углеводов в сворках гороха составляет 63,74%, из которых большая часть приходится на пищевые волокна (57,12%), представленные целлюлозой (47,17%), гемицеллюлозами (4,35%) и пектином (5,6%). Количество моно- и дисахаридов в исследуемых створках обнаружено в пределах 0,52%.
Известен способ получения порошка из створок зеленого гороха. Порошок получали из створок зеленого гороха консервной стадии зрелости сорта «Атлант» на барабанной сушильной установке. Технологический процесс производства порошка включает операции: отделение бобов на стручкоотделителе, мойка створок на встряхивающей машине, инспекция на ленточном конвейере, сушка при температуре 50-60°С до влажности не более 15%, измельчение, просеивание, фасовка и упаковка. Порошок створок зеленого гороха имеет светло-коричневый цвет, запах зеленого гороха и приятный вкус. Гранулометрический состав порошка показал, что на долю фракции с размером частиц до 160 мкм приходится 86,7%. (Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Джабоева А.С., 2009).
Известен способ получения пектина, в котором яблочные выжимки со степенью измельчения 0,6-4,0 мм (влажные и сульфитированные) подвергают перед промыванием предварительному пропариванию в течение 15 мин. Промывают водой при гидромодуле 1:6 и температуре 50-60°С. Отделяют жом (твердый остаток) от экстрагента, экстрагент удаляют, а твердый остаток подвергают кислотно-термическому гидролизу 1-1,5%-ным раствором лимонной кислоты (рН гидролизата 2,0-2,5), гидромодуль 1: 6, далее фильтрацией отделяют гидролизат. Жом подвергают экстракции водой при соотношении фаз жом: вода 1: 5 для более полного извлечения пектиновых веществ, жом отделяют и удаляют, а смесь гидролизата-экстракта упаривают в вакуум-выпарном аппарате до содержания пектиновых веществ 10-12% к АСВ. Полученный пектиновый концентрат осаждают и промывают этиловым спиртом, высушивают распылением или на вакуум-сушильной установке, после чего измельчают и отправляют на хранение, (см. RU 2110187, 10.05.1998).
В данном способе для получения пектинового концентрата используют вакуумно-выпарной аппарат, а для осаждения и промывания пектина - этиловый спирт, что приводит к увеличению энергоемкости производства, пожароопасности и удорожанию себестоимости готового продукта.
Известен способ выделения пектина из виноградных выжимок, предусматривающий отделение от них семян и диффузионного сока, гидролиз-экстрагирование раствором винной кислоты, отделение жидкой фазы и ее концентрированно (Влащик Л.Г. Разработка технологии пектинопродуктов с высокими качественными показателями из выжимок винограда различных сортов. Автореферат дис. к.т.н. - Краснодар: КубГАУ, 2000, с.12-19).
Недостатками этого способа являются сложная технология, высокие потери пектина и высокая энергоемкость.
Наиболее близким аналогом является способ получения пектина из створок зеленого гороха, включающий обработку створок зеленого гороха для разрушения клеточных мембран, его экстрагирование, разделение фаз и выделение целевого продукта из жидкой фазы, при этом обработку растительного сырья для разрушения клеточных мембран осуществляют путем подачи его в закрученный сверхзвуковой газовый поток.
Недостатком наиболее близкого аналога является наличие необратимых потерь при производстве, а также низкий выход пектина.
Задачей изобретения является сокращение потерь пектина, повышение выхода продукта, а также повышенное качества пектина.
Поставленная задача решается тем, что способ получения пектина из створок зеленого гороха, согласно изобретению, предусматривает замачивание предварительно измельченных до размера частиц 4,0-10,0 мм створок зеленого гороха в воде при температуре 20°С в течение 5 минут и соотношении створки: вода - 1:3, далее полученную смесь фильтруют и отделяют жом, который экстрагируют водой температурой 45-55°С в течение 25-35 минут при соотношении жом: вода 1:6, полученный экстракт охлаждают до температуры 20°С и фильтруют с отделением жома, при этом жом после водного экстрагирования подвергают кислотно-термическому гидролизу 1%-ным раствором винной кислоты при температуре 81°С в течение 95 минут и при соотношении жом: раствор винной кислоты - 1:15, с последующим отделением пектинсодержащего гидролизата, который подвергают ступенчатой молекулярно-массовой сепарации методом нанофильтрации с использованием полимерных нанофильтров в две ступени: на первой ступени пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 1 кДа с разделением на низкомолекулярную менее 1 кДа и высокомолекулярную фракции более 1 кДа, при этом низкомолекулярную фракцию отводят, а высокомолекулярную - на второй ступени пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 50 кДа, а полученные фракции разделяют на две высокомолекулярные фракции - более 50 кДа и от 1 до 50 кДа, при этом последнюю фракцию концентрируют обратным осмосом с использованием полимерных мембран рулонного типа до содержания растворимых сухих веществ в концентрате 4-5%, а затем высушивают при температуре 50-70°С до остаточной влажности 8-14% с получением пектина.
В предпочтительном варианте пектин высушивают в распылительной сушильной установке. А также в качестве полимерных нанофильтров используют полимерные рулонные нанофильтры.
Техническим результатом заявленного изобретения является рациональное и комплексное использовать растительного сырья, создание экологически безопасного способа получения пектина. Сухой пектин, полученный из створок зеленого гороха, имеет светло-бежевый цвет, слегка кисловатый запах и вкус, свойственный сушеной груше, и характеризуется высокой комплексообразующей способностью. Способность пектина связывать ионы свинца составляет 72%, никеля - 75%. Высокая связывающая способность дает возможность использовать пектин, полученный из створок зеленого гороха, в производстве продуктов питания специализированного назначения, предназначенных для лиц, контактирующих с соединениями свинца и никеля.
Предварительное измельчение до размера частиц 4,0-10,0 мм створок зеленого гороха перед экстрагированием водой позволяет увеличить выход готового продукта на 28,9%. В то же время при чрезмерно тонком измельчении сырье слеживается и экстракт получается мутным, трудно осветляемым и плохо фильтрующимся, а более крупное измельчение не позволяет провести полное извлечение готового продукта. При температуре 45-55°С происходит практически полная экстракция створок зеленого гороха. При этом повышение температуры сверх 55°С способствует увеличению выхода целевых веществ, но приводит к ухудшению их качества, а при температуре ниже 45°С снижается выход. Соотношение сырья и экстрагента выбирали так, чтобы обеспечивалось более полное извлечение целевого продукта без неоправданных затрат растворителя, увеличения продолжительности процесса и энергозатрат при разделении.
Для процесса кислотно-термического гидролиза пектиновых веществ из створок гороха оптимальным гидролизующим агентом является 1%-ный раствор винной кислоты. Использование винной кислоты концентрацией менее 1% снижает выход пектина, более 1% - качество пектина, придавая продукту кислый вкус. Кислотно-термический гидролиз пектина при температуре ниже 81°С приводит к увеличению продолжительности процесса, а повышение - к уменьшению выхода и снижению качества пектина, что, возможно, связано с гидролизом цепей рамногалактуронана. Продолжительность кислотно-термического гидролиза в течение 95 мин обеспечивает максимальный выход пектина. Увеличение времени гидролиза, как и уменьшение, снижает выход пектина.
Кислотно-термический гидролиз пектина при соотношении масс сырья и экстрагента ниже оптимального вызывает уменьшение выхода пектина, поскольку снижается скорость диффузии молекул растворимого пектина из сырья в раствор. Увеличение соотношения более 1:15 нецелесообразно, так как выход пектина не увеличивается, а количество экстрагента возрастает, что приводит к удорожанию технологии.
Технический результат будет достигаться только при заявленном качественном и количественном соотношении компонентов, а также при использовании только заявленных режимов.
Способ осуществляется следующим образом.
Створки зеленого гороха со степенью измельчения 4,0-10,0 мм замачивают в воде при температуре 20°С в течение 5 минут и соотношении створки: вода - 1:3, фильтруют, отделяют жом. Оставшийся жом экстрагируют водой температурой 45-55°С в течение 25-35 минут при соотношении жом: вода 1:6, полученный экстракт охлаждают до температуры 20°С и фильтруют с отделением жома. Затем жом подвергают кислотно-термическому гидролизу 1%-ным раствором винной кислоты при температуре 81°С в течение 95 минут и при соотношении жом: раствор винной кислоты - 1:15, полученный экстракт охлаждают и фильтруют с отделением пектинсодержащего гидролизата. Пектинсодержащий гидролизат подвергают ступенчатой молекулярно-массовой сепарации методом нанофильтрации с использованием полимерных нанофильтров в две ступени. На первой ступени его пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 1 кДа с разделением на низкомолекулярную менее 1 кДа и высокомолекулярную фракции более 1 кДа. Низкомолекулярную фракцию отводят, а высокомолекулярную подают на вторую ступень, в которой пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 50 кДа. Полученные фракции разделяют на две высокомолекулярные фракции -более 50 кДа и от 1 до 50 кДа. Высокомолекулярные фракцию от 1 до 50 кДа концентрируют обратным осмосом с использованием полимерных мембран рулонного типа до содержания растворимых сухих веществ в концентрате 4-5%, а затем высушивают при температуре 50-70°С до остаточной влажности 8-14% с получением пектина. Полученный пектин расфасовывают и упаковывают в полимерную, бумажную или стеклянную тару.
Низкомолекулярную фракцию, образующуюся в результате реализации первой ступени, содержащую низкомолекулярные компоненты (диссоциированные соли органических и неорганических кислот, моно-, ди- и трисахариды, органические кислоты и др.) отводят из системы. Она может быть далее использована в качестве биологически активной добавки. Высокомолекулярную фракцию (более 1 кДа) отводят и подают на вторую ступень сепарации, обеспечивающими эффективный порог удержания в пределах 50 кДа. Высокомолекулярную фракцию (более 50 кДа), содержащую высокомолекулярные компоненты первичного экстракта (протеины, гемицеллюлозы, крахмал, а также коллоидные системы, образованные продуктами интрацеллюлярного взаимодействия данных компонентов) отводят из системы. Она также может быть использована в качестве биологически активной добавки.
Пример 1
Створки зеленого гороха со степенью измельчения 4,0 мм замачивают в воде при температуре 20°С в течение 5 минут и соотношении створки: вода - 1:3, фильтруют, отделяют жом. Оставшийся жом экстрагируют водой температурой 45°С в течение 35 минут при соотношении жом: вода 1:6, полученный экстракт охлаждают до температуры 20°С и фильтруют с отделением жома. Затем жом подвергают кислотно-термическому гидролизу 1%-ным раствором винной кислоты при температуре 81°С в течение 95 минут и при соотношении жом: раствор винной кислоты -1:15, полученный экстракт охлаждают и фильтруют с отделением пектинсодержащего гидролизата.
Пектинсодержащий гидролизат подвергают ступенчатой молекулярно-массовой сепарации методом нанофильтрации с использованием полимерных нанофильтров в две ступени. На первой ступени его пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 1 кДа с разделением на низкомолекулярную менее 1 кДа и высокомолекулярную фракции более 1 кДа. Низкомолекулярную фракцию отводят, а высокомолекулярную подают на вторую ступень, в которой пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 50 кДа. Полученные фракции разделяют на две высокомолекулярные фракции -более 50 кДа и от 1 до 50 кДа. Высокомолекулярные фракцию от 1 до 50 кДа концентрируют обратным осмосом с использованием полимерных мембран рулонного типа до содержания растворимых сухих веществ в концентрате 4%, а затем высушивают при температуре 50°С до остаточной влажности 8% с получением пектина. Полученный пектин расфасовывают и упаковывают в полимерную, бумажную или стеклянную тару.
Пример 2
Створки зеленого гороха со степенью измельчения 10,0 мм замачивают в воде при температуре 20°С в течение 5 минут и соотношении створки: вода - 1:3, фильтруют, отделяют жом. Оставшийся жом экстрагируют водой температурой 55°С в течение 25 минут при соотношении жом: вода 1:6, полученный экстракт охлаждают до температуры 20°С и фильтруют с отделением жома. Затем жом подвергают кислотно-термическому гидролизу 1%-ным раствором винной кислоты при температуре 81°С в течение 95 минут и при соотношении жом: раствор винной кислоты - 1:15, полученный экстракт охлаждают и фильтруют с отделением пектинсодержащего гидролизата.
Пектинсодержащий гидролизат подвергают ступенчатой молекулярно-массовой сепарации методом нанофильтрации с использованием полимерных нанофильтров в две ступени. На первой ступени его пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 1 кДа с разделением на низкомолекулярную менее 1 кДа и высокомолекулярную фракции более 1 кДа. Низкомолекулярную фракцию отводят, а высокомолекулярную подают на вторую ступень, в которой пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 50 кДа. Полученные фракции разделяют на две высокомолекулярные фракции -более 50 кДа и от 1 до 50 кДа. Высокомолекулярные фракцию от 1 до 50 кДа концентрируют обратным осмосом с использованием полимерных мембран рулонного типа до содержания растворимых сухих веществ в концентрате 5%, а затем высушивают при температуре 70°С до остаточной влажности 14% с получением пектина. Полученный пектин расфасовывают и упаковывают в полимерную, бумажную или стеклянную тару.
Пример 3
Створки зеленого гороха со степенью измельчения 7,0 мм замачивают в воде при температуре 20°С в течение 5 минут и соотношении створки: вода - 1:3, фильтруют, отделяют жом. Оставшийся жом экстрагируют водой температурой 50°С в течение 30 минут при соотношении жом: вода 1:6, полученный экстракт охлаждают до температуры 20°С и фильтруют с отделением жома. Затем жом подвергают кислотно-термическому гидролизу 1%-ным раствором винной кислоты при температуре 81°С в течение 95 минут и при соотношении жом: раствор винной кислоты - 1:15, полученный экстракт охлаждают и фильтруют с отделением пектинсодержащего гидролизата.
Пектинсодержащий гидролизат подвергают ступенчатой молекулярно-массовой сепарации методом нанофильтрации с использованием полимерных нанофильтров рулонного типа в две ступени. На первой ступени его пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 1 кДа с разделением на низкомолекулярную менее 1 кДа и высокомолекулярную фракции более 1 кДа. Низкомолекулярную фракцию отводят, а высокомолекулярную подают на вторую ступень, в которой пропускают через фильтр с порогом удержания в пределах 50 кДа. Полученные фракции разделяют на две высокомолекулярные фракции - более 50 кДа и от 1 до 50 кДа. Высокомолекулярные фракцию от 1 до 50 кДа концентрируют обратным осмосом с использованием полимерных мембран рулонного типа до содержания растворимых сухих веществ в концентрате 4,5%, а затем высушивают в распылительной сушильной установке при температуре 50°С до остаточной влажности 11% с получением пектина. Полученный пектин расфасовывают и упаковывают в полимерную, бумажную или стеклянную тару.
Выход за рамки заявленных параметров осуществления процесса не позволит получить пектин из створок зеленого гороха, обладающий именно вышеописанными свойствами.
Таким образом, предложенный способ получения пектина из створок зеленого гороха позволяет в отличие от прототипа рационально и комплексно использовать растительное сырье, создать экологически безопасный способ получения нерастворимых пищевых волокон. Использование выделенного пектина в производстве продуктов питания позволит расширить ассортимент продуктов лечебного, профилактического и специализированного назначения.