Способ подготовки выжимок из фруктов или овощей для производства сорбентов
METHOD OF PREPARING FRUIT OR VEGETABLE POMACE FOR THE PRODUCTION OF SORBENTS

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, и может быть использовано для получения основы в форме порошка для производства сорбентов.
Продукт может быть использован для производства сорбентов, в том числе энтеросорбентов.
Известен способ переработки яблок, включающий мойку плодов, инспектирование, дробление, отделение сока от мезги, сушку и измельчение, после отделения сока мезгу бланшируют и протирают, при этом сушку проводят в вальцовой сушилке при давлении пара 0,36-0,42 МПа и толщине наносимого слоя 0,50-1,00 мм в течение 30-45 с (А.с. СССР №1405769, кл. А23В 702, 1988). Данный способ позволяет повысить качество готового продукта, снизить его термопластичность. Однако способ трудоемок в технологическом процессе, воздействуют на обрабатываемую массу острым паром, давление 0,42 МПа, нагревая до 90-95 °С, что неминуемо приводит к разложению клетчатки и сворачиванию белка в обрабатываемой массе и, как следствие, к снижению качества готового продукта.
Известен способ получения биологически активной добавки (БАД) к пище, обладающей радиопротекторными свойствами (патент РФ 2370159 С1, опубл. 20.10.2009, Бюл. №29), антиоксидантными свойствами (патент РФ 2371012 С1, опубл. 27.10.2009, Бюл. №30), гепатопротекторными свойствами (патент РФ 2370160 С1, опубл. 20.10.2009, Бюл. №29) и антитоксическими свойствами (патент РФ 2370155 С1, опубл. 20.10.2009, Бюл. №29). Предлагаемые БАДы представляют собой порошок из яблочных выжимок, полученный путем их сушки до влажности 6-8%, последующего измельчения в тонкой, вращающейся по спирали пленке толщиной 0.1-0.5 мм при пульсирующем градиенте давления 10-15 МПа и температуре 20-30 °С. Связывание и выведение из организма ионов тяжелых металлов (свинец, кадмий, цезий, цирконий), радионуклидов и других токсичных веществ, а также антиоксидантные, гепатопротекторные и антитоксические свойства порошка из яблочных выжимок обусловлены присутствием физиологически функциональных ингредиентов (пектин, протопектин, витамин С и микроэлемент селен). Недостатком данного способа является темно-серый цвет яблочных волокон из-за окислительных процессов. Снижается возможность их применения при производстве продуктов питания, в рецептуре которых не используются красители.
Известен способ отбелки пищевых растительных волокон, полученных из отходов сокопроизводства, в частности яблочных выжимок (патент 2556145, опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19). По данной схеме смешивают сырые яблочные выжимки с щелочным раствором КОН при температуре 40-45 °C. Затем при температуре 50-55 °C добавляют раствор перекиси водорода. Продолжают плавный контролируемый нагрев до 60-65 °C. Отбеливают в течение 40-60 минут. Отжимают на пресс-фильтре или центрифуге. Промывают в растворе, содержащем умягченную воду и лимонную или уксусную кислоту при температуре 40–45 °C. Отжимают, подвергают инфракрасной конвективной сушке до влажности 7-8% при температуре не более 35 °C в течение всего времени сушки. Размалывают до необходимого размера фракции. Способ позволяет получить не порошок, а пастообразный продукт, имеющий цвет от белого до светло-желтого. Пастообразный продукт требует особой фасовки и условий хранения в отличие от порошка. Нагрев до 60–65 °C в процессе отбеливания сырья может приводить к снижению содержания пектина и как следствие сорбционной способности.
2
2
Известен способ получения пищевых волокон из свекловичного жома, разработанный в Чехословакии (Пат. 270967, ЧСФР "Способ получения пищевых волокон". Заявл. 29.12.97, опубл. 11.07.91, МКИ5 A23L 1/21. РЖХ, № 14, 1993 г., стр. 39). По данной схеме обессахаренную стружку промывают водой, дезинфицируют и пробеливают раствором перекиси водорода. Способ отличается простотой, однако как и выше приведенном способе необходимо использование агрессивных реагентов (щелочь, перекись водорода), что требует соблюдения особо строгих санитарно-гигиенических требований. Следует также отметить, что HO инициирует радикальный процесс, приводящий к окислительной деструкции пектина усиливающийся с ростом температуры.
Известен способ стабилизации яблочных выжимок в водном растворе лимонной кислоты, куда дополнительно вводят аскорбиновую кислоту в количестве 0.5–1.0% к массе выжимок, при этом лимонную кислоту берут в количестве 1.5–2.0% к массе выжимок, температура замачивания поддерживается в пределах 75-80 °С. Далее обрабатывают водяным паром, затем последовательно поступает на протирочные машины, коллоидную мельницу и вакуум-выпарной аппарат (патент SU 1775098 А1, опубл. 15.11.92, Бюл. №42). Изобретение позволяет предотвратить потемнение яблочных выжимок и получаемой из них пасты, однако использование высоких температур приводит к терморазрушению пектина, кроме того, получается паста, а не порошок.
Известен способ осветления свекловичного жома на стадии стабилизации его цветности раствором лимонной кислоты с массовой долей 0,08-0,09% в течение 40-45 мин при постоянном перемешивании (патент RU 2528496 C1, опубл. 20.09.2014, Бюл. № 26). Недостатком данного способа, как и в выше приведенном является использование лимонной кислоты, которая снижает рН до значения 2.0-2.3, что увеличивает диссоциацию ионизированных остатков галактуроновой кислоты, увеличивает растворимость структурных элементов протопектина, т.е. значительно интенсифицирует процесс извлечения пектиновых веществ при промывании яблочных выжимок водой, что приводит к уменьшению содержания пектина в готовом порошке.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подготовки свекловичного жома к производству пищевых волокон (патент РФ №2128928, опубл. 20.04.1999). Способ получения пищевых волокон, предусматривающий подготовку сырья, измельчение его в присутствии ингибирующего реагента энзиматических систем, прессование, промывание холодной водой с повторяющими операциями прессования, сушку готовой продукции, отличающийся тем, что в качестве сырья используют возвратные отходы свеклосахарного производства - бой и хвостики сахарной свеклы, в качестве инактиватора окислительных ферментов - тиосульфат натрия с массовой долей 0.008–0.012% к свекловичной массе, осуществляют двукратное промывание водой при соотношении свекловичная масса: вода 1:3 с температурой 20–25 °C, после прессования проводят дезодорацию свекловичной массы водой при температуре 60–65 °C, прессуют, обрабатывают раствором аскорбиновой кислоты с массовой долей 0.1–0.2% к свекловичной массе, прессуют и сушат продукт до влажности не больше 5%. Недостатком данного способа является стабилизация свекловичной стружки с помощью тиосульфат натрия на стадии изрезывания свеклы в стружку перед ее подачей на обессахаривание, его попадание вместе со свекловичной стружкой в диффузионный аппарат для обессарахивания стружки нежелательно, поскольку велика вероятность изменения состава свекловичного жома и осложнения при его очистке.
Из уровня техники известно, что смесь сорбентов, в частности активированного угля, пектина и микрокристаллической целлюлозы, проявляет большую сорбционную емкость, чем её компоненты в чистом виде (Задин Р.Р. Разработка лекарственных препаратов комбинированных энтеросорбентов на основе угля активированного: автореф. дисс…к.ф.н., 14.04.01: Пермь, 2011. 24 с.). Однако такая технология повышения сорбционной активности в технологическом плане - длительный и дорогостоящий процесс.
Технический результат – максимальное сохранение пектиновых веществ по отношению к исходному содержанию пектина в сырье; улучшение сорбционных свойств готового продукта, экономичное и экологичное ингибирование ферментативного окисления полифенолов во фруктовых и овощных выжимках; получение порошка, имеющего светлый цвет, что позволяет его использовать при производстве продуктов питания, в рецептуре которых не используются красители.
Технический результат изобретения достигают внесением изменений в технологию обработки выжимок. В способе подготовки фруктовых или овощных выжимок к производству порошка, включающем мойку плодов, инспектирование, дробление, отделение сока, ингибирование ферментативного окисления полифенолов в выжимках, их прессование, сушку, измельчение и хранение, добавляют новые шаги. Для ингибирования ферментативного окисления полифенолов во фруктовых или овощных выжимках осуществляют добавление раствора хлорида натрия с массовой долей 0,15–0,50% при непрерывном перемешивании в течение 10-15 минут в течение часа после отжатия сока.
Следующий шаг после промывки выжимок раствором хлорида натрия - прессование, без дополнительной промывки водой. Далее сырье обрабатывают раствором аскорбиновой кислоты с массовой долей 0,09–0,20% в течение 10-15 минут при непрерывном перемешивании. После прессуют, сушат при температуре не выше 50 °C до влажности 7-8% . Это позволяет снизить распад полигалактуроновой кислоты и увеличить сорбционную емкость получаемого сорбента.
Предлагаемый способ подготовки фруктовых и овощных выжимок к производству порошка, обладающего сорбционными свойствами, осуществляется следующим образом.
Фрукты или овощи тщательно промывают, инспектируют, дробят, производят отделение сока прямым отжимом. Для блокирования энзиматической активности полифенолоксидазы и торможения развития образования красящих веществ выжимки, не позже чем час после отделения сока, помещают в 0,15–0,50% раствор хлорида натрия.
Использование 0,15–0,50% раствора NaCl более целесообразно, чем сухого вещества, так как измельченная масса выжимок находится под слоем раствора, это увеличивает поверхность смачивания, происходит более равномерное и полное смачивание. Смачивание позволяет избежать контакта с кислородом воздуха, что значительно предотвращает потемнение массы.
+
-
Контакт с раствором осуществляется в течение 5-10 мин при непрерывном перемешивании, затем выжимки прессуют. Повторного промывание массы после прессования не требуется, поскольку сорбции ионов Na и Cl на пищевых волокнах не происходит.
Исключение этапа повторного промывания чистой водой после раствора хлорида натрия повышает степень экономичности процесса за счет сбережения водных и энергоресурсов, а применение хлорида натрия экологически безопаснее и экономически выгоднее, чем применение лимонной кислоты или тиосульфата натрия.
3
3
Использование гипертонического раствора NaCl также способствует снижению микробиологической порчи продукта. Для увеличения эффекта ингибирования после прессования фруктовые или овощные выжимки обрабатывают 0,09–2,00% раствором аскорбиновой кислоты. Аскорбиновая кислота выполняет роль сильного восстановителя фенольных веществ, что предотвращает потемнение выжимок при высушивании. Введение аскорбиновой кислоты позволяет повысить пищевую ценность пищевых волокон. Аскорбиновая кислота (пищевая добавка Е300) является органическим соединением, предельно допустимые концентрации вещества составляют 2 мг/м , класс опасности 3. При использовании предлагаемой технологии подготовки выжимок конечная концентрация аскорбиновой кислоты в сырье составляет не более 0,02 мг/м.
Аскорбиновая кислота является антиоксидантом, восстановителем и коэнзимом ряда метаболических процессов в живом организме, то есть обладает рядом полезных свойств и лишена недостатков используемых при известных технологических схемах щелочей или перекиси водорода.
Последняя стадия процесса состоит в сушке продукта при температуре 40-50 °С. Известные технологии используют для сушки, чаще всего, температуры близкие к 100 °С, при этом происходит распад пектина - полигалактуроновой кислоты.
Из уровня техники известно, что сушка растительного сырья до влажности 8% оптимальна для увеличения срока хранения продукта, именно до такого уровня влажности высушивали готовый продукт.
Подтверждение промышленной применимости способа иллюстрирует пример оценки качества сорбента, полученного из яблочных выжимок, подготовленных по предложенному способу.
3
2
4
2
4
р
0
р
Испытание на сорбционную емкость. В серию пробирок помещали навески (m) сорбента по 1 г, заливали их 0.05 л (V) 0.025М водного раствора соли исследуемого металла, например, ионы свинца, меди, никеля и цинка брали в виде солей Pb(NO), CuSO, NiCI и ZnSO, используя реактив квалификации «х.ч.» и выдерживали 2 часа. В условиях установившегося равновесия в системе определяли равновесную концентрацию ионов металла в растворе (С) от их начальной концентрации (C) и рассчитывали равновесную сорбционную емкость сорбента (А):
.
2+
2+
2+
2+
По сорбционной активности к яблочным выжимкам высушенным без предварительной стабилизации и сушке 85–90 °С изученные катионы располагаются в ряд: Pb> Zn≥ Cu> Ni. Сорбционная емкость яблочного жома соответственно равна: 198.8 мг/г, 61.3 мг/г, 59.6 мг/г и 51.4 мг/г.
Стабилизация яблочных выжимок на стадии окисления не повлияла на механизм сорбции, так как не изменила последовательность расположения ионов в ряду по сорбционной активности, однако возросли в среднем на 7% ее численные значения: 213.8 мг/г, 65.9 мг/г, 64.1 мг/г, 55.3 мг/г, что свидетельствует о большем сохранение пектиновых веществ, в отличие от порошка, полученного без стабилизации.
Испытания проводили как со свежеприготовленным порошком из выжимок, так и с порошком, хранившимся от полугода до двух лет. Значимого ухудшения сорбционных свойств с увеличением срока хранения не отмечено.
Таким образом, нами предложены следующие шаги, характеризующиеся новизной.
Использование для орошения выжимок водного раствора хлорида натрия с массовой долей 0,15–0,50% сухого вещества, при этом соотношение раствора и выжимок 1:1. Орошение выжимок необходимо осуществлять не позже одного часа после отжатия сока.
Обработка раствором аскорбиновой кислоты с массовой долей 0,09–0,20%.
Выполнение прессование сырья после каждого этапа орошения без дополнительной промывки чистой водой.
Использование для сушки температурного режима не выше 50 °C до влажности 7-8%.
Новые шаги позволили получить новый, неизвестный из уровня техники результат, а именно исключение из технологической цепочки подготовки производства сорбентов процесса выделения чистого пектина. Эффективность сорбции при предложенном способе выше, чем у используемого на сегодняшний день чистого пектина.
Установлено, что полученный порошок для производства сорбентов крайне нетребователен к условиям хранения.
Единственное условие хранения, которое следует соблюдать для полного сохранения свойств на протяжении долгого времени – поддержание влажности. Порошок следует хранить в закрытой таре. Требования к температурному режиму и освещённости не критичны. В течение двух лет исследование полученного порошка, хранившегося при температуре от +10 до +40 °С и переменной освещенности, не выявило снижение сорбционных свойств и цвета порошка.