КОМПОЗИЦИИ, ПРОДУКТЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИОМАССЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ АКТИВИРОВАННЫЙ ПЕКТИН
COMPOSITIONS, PRODUCTS AND METHODS FOR PRODUCTION OF BIOMASS CONTAINING ACTIVATED PECTIN

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Пищевое волокно или грубое волокно – это неперевариваемая часть пищи, получаемой из растений. Было обнаружено, что употребление продуктов с высоким содержанием клетчатки снижает аппетит. Пищевое волокно состоит из растворимого и нерастворимого волокна. Растворимое волокно, которое растворяется в воде, легко подвергается ферментативному расщеплению в толстой кишке с образованием газов и физиологически активных продуктов расщепления и может быть пребиотиком и имеет вязкую консистенцию. Нерастворимое волокно, которое не растворяется в воде, либо является метаболически инертным и создает объем, либо может быть пребиотиком и подвергается метаболическому расщеплению в толстой кишке.
[0002] Пищевые волокна могут изменять природу содержимого желудочно–кишечного тракта и изменять абсорбцию других питательных и химических веществ. Некоторые типы растворимого волокна поглощают воду, превращаясь в гелеобразное, вязкое вещество, которое расщепляется бактериями в пищеварительном тракте. Некоторые типы нерастворимого волокна обладают объемообразующим действием и не расщепляются. Лигнин, основной источник нерастворимого пищевого волокна, может изменять скорость и метаболизм растворимых волокон. Другие типы нерастворимого волокна, в особенности резистентный крахмал, расщепляются полностью.
[0003] Химически пищевые волокна состоят из некрахмальных полисахаридов, таких как арабиноксиланы, целлюлоза и многие другие растительные компоненты, такие как резистентный крахмал, резистентные декстрины, инулин, лигнин, воски, хитины, пектины, бета–глюканы и олигосахариды. Министерство сельского хозяйства США приняло новую позицию для включения функциональных волокон в качестве изолированных источников волокон, которые могут быть включены в рацион. Термин "волокно" является в некоторой степени ошибочным, поскольку многие типы так называемых пищевых волокон на самом деле не имеют волокнистой структуры.
[0004] Пищевые источники пищевого волокна часто подразделяются в зависимости от того, обеспечивают ли они преимущественно растворимые или нерастворимые волокна. Пищевые продукты растительного происхождения содержат оба типа волокна в разных пропорциях, в зависимости от свойств растения.
[0005] Преимуществами потребления волокна является образование полезных соединений в процессе ферментации растворимого волокна и способность нерастворимого волокна (благодаря его пассивным гигроскопическим свойствам) увеличивать объем, смягчать стул и сокращать время прохождения через кишечный тракт.
[0006] Часто композиции пищевых волокон используются в пищевой промышленности или при производстве потребительских товаров благодаря своим функциональным свойствам, которые включают увеличение вязкости, абсорбцию воды, создание объема, эмульгирующие и даже гелеобразующие свойства. Добавление функционального пищевого волокна может обеспечивать улучшение текстуры, питательную ценность, а в некоторых случаях более простую маркировку, заменяя менее удобные для потребителя варианты.
[0007] Некоторые растения содержат пектин в качестве компонента растворимого волокна. Пектин представляет собой полисахарид, который может применяться в качестве коллоидного вещества во многих областях применения, таких как продукты питания, напитки, средства личной гигиены, лекарственные препараты и моющие средства. Как правило, пектин в промышленных масштабах извлекают в его водорастворимой форме из материала содержащей пектин биомассы с помощью экстракции.
[0008] К сожалению, процесс экстракции пектина часто бывает жестким, что приводит к ухудшению качества пектина, измеряемого показателем характеристической вязкости. Пектин с более высокой характеристической вязкостью часто является предпочтительным, поскольку высокая характеристическая вязкость указывает на то, что выделенный пектин более близок к своему исходному состоянию в сырье и поэтому не разлагался в процессе экстракции. С точки зрения оптимизации затрат, процесс экстракции должен быть спроектирован так, чтобы обеспечить выделение наибольшего количества доступного пектина из растений, однако выход пектина часто ограничен в обмен на качество пектина. Кроме того, переработка растений также является сложной из–за склонности пектина связываться с водой.
[0009] Таким образом, сохраняется потребность в получении пищевого волокна из содержащих пектин растений, которые могут быть легко переработаны с сохранением как растворимых, так и нерастворимых компонентов волокон с высококачественными свойствами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
in situ
[0010] Целью настоящего изобретения является предоставление способа получения композиции биомассы, содержащей активированный пектин, из исходного материала содержащей пектин биомассы, композиция биомассы, содержащей активированный пектин, и продукта, содержащего такую композицию биомассы, содержащей активированный пектин. Это может быть достигнуто с помощью признаков, определенных в независимых пунктах формулы изобретения. Другие улучшения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения. Неожиданно было обнаружено, что исходный материал содержащей пектин биомассы, содержащей нерастворимый протопектин и нерастворимое волокно (например, целлюлозное волокно из кожуры полодов цитрусовых), можно обрабатывать активирующим раствором, содержащим спирт и кислоту при определенных условиях, и подвергать воздействию определенного количества механической энергии в неламинарном потоке с превращением нерастворимого протопектина в растворимый пектин  и частично сворачивать часть целлюлозных волокон в фибриллы. В результате получают композицию биомассы, содержащей активированный пектин, которая содержит растворимый пектиновый компонент и нерастворимый волокнистый компонент, взаимодействующие между собой с образованием открытой сети, с получением конечной композиции с повышенной кажущейся вязкостью и характеристиками связывания с водой и высоким соотношением растворимого пектина и нерастворимого волокна. Кроме того, растворимый пектиновый компонент в результате этой обработки становится растворимым в воде, то есть в холодной воде, и может быть экстрагирован без добавления тепла, что позволяет преодолеть некоторые недостатки, связанные с традиционными способами экстракции пектина из материала содержащей пектин биомассы.
[0011] Предложены способы получения композиции биомассы, содержащей активированный пектин, такие как способы, в которых кожура цитрусовых является исходным материалом содержащей пектин биомассы, а полученная композиция биомассы, содержащей активированный пектин, имеет параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2 или больше. Способы включают: (А) смешивание исходного материала содержащей пектин биомассы, содержащей нерастворимый волокнистый компонент и нерастворимый протопектиновый компонент, с водным раствором спирта с получением смеси; (B) активацию исходного материала содержащей пектин биомассы с получением материала биомассы, содержащей активированный пектин, содержащей нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент, путем обработки исходного материала содержащей пектин биомассы: (i) активирующим раствором, полученным при добавлении кислоты к смеси с получением рН смеси в пределах от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5, и (ii) нагревания до температуры выше или равной приблизительно 40 градусам Цельсия; и (C) приложение механической энергии: (i) либо к смеси стадии A), (ii) во время активации в стадии B), (iii) либо к смеси стадии A) и во время активации в стадии B); и (D) отделение биомассы, содержащей активированный пектин, от смеси; где во время способа содержание спирта в смеси составляет приблизительно 40 вес. % или больше в расчете на общий вес смеси.
[0012] Также предложены композиции биомассы, содержащие активированный пектин, включающие нерастворимый волокнистый компонент целлюлозного материала и растворимый пектиновый компонент. В случае получения из плодов цитрусовых в качестве исходного материала содержащей пектин биомассы, композиции биомассы, содержащие активированный пектин, имеют параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2 или больше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Прилагаемые чертежи далее иллюстрируют примерные варианты осуществления изобретения и служат для поъяснения, в качестве примера, принципов изобретения.
[0014] ФИГ. 1 является схематической иллюстрацией графика с данными, полученными на основе значений энергии в Таблице 1, согласно примеру осуществления настоящего изобретения.
[0015] ФИГ. 2 является схематической иллюстрацией графика с данными, подготовленными на основе значений энергии в Таблице 2, согласно примеру осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0016] Содержащие активированный пектин композиции биомассы, описанные в настоящем документе, включают нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент. Содержащие активированный пектин композиции биомассы получены из исходного материала содержащей пектин биомассы, который (i) объединен с активирующим раствором и подвергнут термической обработке при температуре больше или равной приблизительно 40 градусам Цельсия для активации и (ii) к которому приложена механическая энергия либо перед активацией, во время активации, либо в обоих случаях; где в течение всего способа спирт присутствует в смеси в количестве приблизительно 40 процентов по весу или больше в расчете на общий вес смеси. Это приводит к улучшенной переработке и функциональности по сравнению с композициями содержащей пектин биомассы, полученными из исходного материала содержащей пектин биомассы, без активации и воздействия механической энергии.
[0017] Большая часть пектина в исходном материале содержащей пектин биомассы находится в форме протопектина (то есть нерастворимого пектина, имеющего очень высокую степень этерификации (СЭ), который недоступен), который требуется гидролизовать для того, чтобы он стал функциональным. При смешивании исходного материала содержащей пектин биомассы с активирующим раствором, содержащим спирт и кислоту, и приложении тепла (т.е. активации), протопектин можно гидролизовать без расщепления или экстракции полученного пектина, и, следовательно, это приводит к получению композиции биомассы, содержащей активированный пектин, которая содержит значительно больше растворимого пектина, чем может быть доступно при использовании обычных способов. Кроме того, было обнаружено, что приложение механической энергии к исходному материалу содержащей пектин биомассы либо до, либо во время контакта с активирующим раствором, либо в обоих случаях, с преимуществом позволяет гидролизовать большее количество протопектина и, следовательно, приводит к образованию большего количества водорастворимого пектина. Композиции содержащей пектин биомассы содержат растворимый пектиновый компонент с улучшенной функциональностью, такой как более высокая характеристическая вязкость и более высокий выход пектина, и нерастворимый волокнистый компонент с улучшенной функциональностью, такой как более высокая способность связывать воду.
Композиции содержащей активированный пектин биомассы
[0018] Свойства композиции содержащей активированный пектин биомассы могут быть охарактеризованы параметром перекрывания клубков композиции, который представляет собой средство оценки качества и количества пектина в составе композиции содержащей активированный пектин биомассы. То есть параметр перекрывания клубков может использоваться для указания функциональности композиции содержащей активированный пектин биомассы. Используемый в настоящем описании параметр перекрывания клубков определяется согласно следующей формуле:
пектина
Параметр перекрывания клубков=IV × выход пектина,
пектина
где IV представляет собой характеристическую вязкость пектина, выделенного из композиции содержащей активированный пектин биомассы, а выход пектина является количеством пектина, экстрагированного из композиции содержащей активированный пектин биомассы, деленным на общее количество композиции содержащей активированный пектин биомассы. Таким образом, единицей измерения параметра перекрывания клубков является дл/г. Характеристическая вязкость и выход пектина могут быть измерены при использовании любого подходящего способа, такого как, например, способы, описанные в настоящем документе.
[0019] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков равный или приблизительно равный 2 или больше, в особенности при использовании цитрусовых в качестве исходного материала содержащей пектин биомассы. Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков от или приблизительно от 2 до или приблизительно до 4,5. Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков от или приблизительно от 2,5 до или приблизительно до 4,5. Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков от или приблизительно от 3,5 до или приблизительно до 4,5. Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков от или приблизительно от 4,0 до или приблизительно до 4,5. Кроме того, композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6 или 4,7. Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно настоящему изобретению может иметь значение параметра перекрывания клубков между любым из указанных значений параметров перекрывания клубков.
[0020] Когда композиция содержащей активированный пектин биомассы получена из других пектинсодержащих материалов, таких как яблоки, топинамбуры или свекла, параметр перекрывания клубков варьирует в зависимости от количества натурального протопектина, доступного для превращения в растворимый пектин. Композиция содержащей активированный пектин биомассы, в случае использования исходного материала пектиновой биомассы, выбранного из яблока, топинамбура или свеклы, может иметь параметр перекрывания клубков в диапазоне от или приблизительно от 0,5 до или приблизительно до 2,0. Кроме того, композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь параметр перекрывания клубков по меньшей мере приблизительно на 300 процентов больше, чем у исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0021] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь кажущуюся вязкость от или приблизительно от 150 мПа∙с до или приблизительно до 3500 мПа∙с, при измерении в водном растворе при температуре 25°C и pH 4,0 с использованием вискозиметра Brookfield, как раскрыто в Методике 2 в настоящем документе, особенно при использовании цитрусовых в качестве исходного материала содержащей пектин биомассы. Кажущаяся вязкость может составлять от или приблизительно от 250 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 350 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 500 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 600 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 800 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 1000 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 1200 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 1500 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с, от или приблизительно от 2000 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с и от или приблизительно от 2500 мПа∙с до или приблизительно до 3100 мПа∙с. Композиция содержащей активированный пектин биомассы настоящего изобретения также может иметь кажущуюся вязкость между любыми из этих указанных значений вязкости.
[0022] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь водосвязывающую способность от или приблизительно от 14 г/г до или приблизительно до 27 г/г. Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь водосвязывающую способность от или приблизительно от 18 г/г до или приблизительно до 27 г/г. Водосвязывающая способность активированной содержащей пектин композиции может составлять от или приблизительно от 20 г/г до или приблизительно до 27 г/г.
[0023] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь pH по меньшей мере равный или приблизительно равный 2,5. Например, композиция содержащей активированный пектин биомассы может иметь pH от или приблизительно от 2,5 до или приблизительно до 5,5, от или приблизительно от 2,6 до или приблизительно до 5,0, от или приблизительно от 2,7 до или приблизительно до 4,5 или от или приблизительно от 3,5 до или приблизительно до 4,5.
in situ
[0024] При активации исходного материала содержащей пектин биомассы, чтобы он стал композицией содержащей активированный пектин биомассы, протопектин можно превратить в его легкорастворимую форму пектина . Способы, описанные ниже, не удаляют природные пектиновые вещества, присутствующие в исходном материале содержащей пектин биомассы. В некоторых вариантах пектин практически не экстрагируют из исходного материала содержащей пектин биомассы в смеси во время стадии активации. Используемый в настоящем документе термин "по существу не экстрагируют пектин" означает, что меньше 1% пектина в исходном материале содержащей пектин биомассы удаляется во время стадии активации. Без ограничения какой–либо теорией считается, что использование спирта на стадии активации предотвращает вымывание пектина из исходного материала содержащей пектин биомассы, что позволяет выделять большее количество пектина, т.е. повышать выход пектина. Это приводит к получению композиции содержащей активированный пектин биомассы, которая является не только высокофункциональной, но и ближе к природе, что приводит к получению минимально обработанного продукта.
[0025] Пектиновый компонент может присутствовать в композиции содержащей активированный пектин биомассы в количестве от приблизительно 20% до приблизительно 45% по весу композиции активированной пектинсодержащей биомассы. Пектиновый компонент может присутствовать в количестве от приблизительно 30% до приблизительно 45% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы. Пектин может присутствовать в количестве от приблизительно 40% до приблизительно 45% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы. Пектиновый компонент может присутствовать в количестве приблизительно 20%, приблизительно 25%, приблизительно 30%, приблизительно 35%, приблизительно 40% или приблизительно 45% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы. Кроме того, пектиновый компонент также может присутствовать в композиции содержащей активированный пектин биомассы согласно настоящему изобретению в количестве, находящемся в диапазоне между любыми из этих указанных значений.
[0026] Композиция содержащей активированный пектин биомассы имеет остаточное содержание сахара при измерении в Методике 4 меньше чем приблизительно 30% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы. Использование исходного материала содержащей пектин биомассы, который был промыт спиртом, как дополнительно описано ниже, вымывает сахар и поэтому повышает количество и качество пектинового компонента в материале содержащей активированный пектин биомассы. Остаточное содержание сахара может составлять от приблизительно 3% до приблизительно 30% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы. Остаточное содержание сахара может составлять приблизительно 3%, приблизительно 4%, приблизительно 5%, приблизительно 6%, приблизительно 7%, приблизительно 8%, приблизительно 9%, приблизительно 10%, приблизительно 11%, приблизительно 12%, приблизительно 13%, приблизительно 14%, приблизительно 15%, приблизительно 16%, приблизительно 17%, приблизительно 18%, приблизительно 19%, приблизительно 20%, приблизительно 21%, приблизительно 21%, приблизительно 22%, приблизительно 23%, приблизительно 24%, приблизительно 25%, приблизительно 26%, приблизительно 27%, приблизительно 28%, приблизительно 29% или приблизительно 30%. Кроме того, композиция содержащей активированный пектин биомассы настоящего изобретения также может иметь значение остаточного содержания сахара между любыми из этих указанных значений остаточного содержания сахара.
[0027] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может быть высушена с получением формы в виде сухих частиц. Такую форму в виде сухих частиц можно размалывать, что превращает композицию содержащей активированный пектин биомассы в порошковую форму, подходящую для применения, например, путем добавления в продукт питания.
[0028] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может не подвергаться сушке, но присутствовать в нерастворенном виде в смеси, в которой материал был активирован. Такой вариант, как правило, но не всегда, используют, когда пектин в композиции содержащей активированный пектин биомассы должен быть экстрагирован. Такая экстракция может быть выполнена путем отделения спирта и большего или меньшего количества воды от композиции содержащей активированный пектин биомассы. Отделенный спирт может повторно использоваться в последующем производстве композиций содержащей активированный пектин биомассы. В альтернативе композиция содержащей активированный пектин биомассы можно экстрагировать без отделения спирта и большего или меньшего количества воды от композиции содержащей активированный пектин биомассы.
Способы
in situ
[0029] В одном или более примерах осуществления способы позволяют получить композиции содержащей активированный пектин биомассы с различными характеристиками, как описано выше. Один из технических результатов способов состоит в том, что получаемая в результате композиция содержащей активированный пектин биомассы содержит нерастворимый волокнистый компонент с волокнистой структурой открытой сети и пектиновый компонент , высокого качества и с высоким содержанием. Способ дает композицию содержащей активированный пектин биомассы из исходного материала содержащей пектин биомассы. Способ включает следующие этапы: A) смешивание исходного материала содержащей пектин биомассы, включающей нерастворимый волокнистый компонент и нерастворимый протопектиновый компонент, с водным раствором спирта, с получением смеси; B) активацию исходного материала содержащей пектин биомассы с получением материала содержащей активированный пектин биомассы, включающей нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент, путем обработки исходного материала содержащей пектин биомассы: (i) активирующим раствором, полученным при добавлении кислоты к смеси до получения pH смеси в диапазоне от или приблизительно от 0,5 до или приблизительно до 2,5 и (ii) термической обработки при температуре выше или приблизительно равной 40 градусам Цельсия; C) приложение механической энергии либо (i) к смеси в этапе A), (ii) во время активации в этапе B), или (iii) к смеси в этапе A) и во время активации в этапе B); и D) отделение композиции содержащей активированный пектин биомассы от смеси; где во время способа спирт, присутствующий в смеси, составляет приблизительно 40 или больше процентов по весу в расчете на полный вес смеси.
[0030] Исходный материал содержащей пектин биомассы представляет собой материал содержащей неактивированный пектин биомассы, которая включает нерастворимый волокнистый компонент и нерастворимый протопектин (т.е. пектин в его нерастворимой форме). Неограничивающие примеры материала содержащей пектин биомассы включают плод и/или кожуру цитрусового (такого как апельсин, лимон, лайм, грейпфрут, помело, свити и мандарин), яблочные выжимки, виноградные выжимки, грушевые выжимки, выжимки айвы, кормовую свеклу, сахарную свеклу, остатки сахарной свеклы после извлечения сахара, остатки семян подсолнечника после извлечения масла, остатки клубней картофеля после получения крахмала, топинамбуры, кожуру и сердцевину ананаса, корни цикория и другие материалы пектинсодержащей биомассы. Нерастворимый волокнистый компонент обычно включает, например, преимущественно целлюлозные волокна, такие как гемицеллюлозу и целлюлозу.
[0031] Исходный материал содержащей пектин биомассы может быть очищен и подготовлен к применению путем контакта и промывки водой ("промыт водой") согласно традиционному способу, используемому для получения промытого водой материала. Этот способ включает использование, например, свежей и нарезанной кожуры плодов цитрусовых и ее промывку 2–3 объемами воды. Эта операция может быть выполнена 1–4 раза, после чего промытую водой кожуру механически прессуют.
in situ
[0032] Исходный материал содержащей пектин биомассы может быть очищен и подготовлен к применению путем контакта и промывки спиртом ("промыт спирт"). Промытый спиртом исходный материал содержащей пектин биомассы может быть получен при использовании способов, полностью или частично, как описано в патенте США 8,323,513, который включен в настоящий документ поредством отсылки. Считается, что протопектин, присутствующий в исходном материале содержащей пектин биомассы, может связывать воду, что затрудняет удаление воды. Было обнаружено, что обработка (т.е. промывка) исходного материала содержащей пектин биомассы спиртом приводит к тому, что протопектин  теряет способность связывать воду, что приводит к вымыванию воды из исходного материала содержащей пектин биомассы без протопектина и, следовательно, в конечном итоге, повышению выхода пектина
[0033] Неограничивающие примеры подходящих спиртов включают этанол, изопропанол, метанол и их комбинации. Спирт может присутствовать в смачивающей композиции в количестве от приблизительно 40 до приблизительно 85% по весу смачивающей композиции или по меньшей мере приблизительно 70% по весу смачивающей композиции. Смачивающая композиция может также включать воду в дополнение к спирту, которая может составлять всю или по существу всю остальную часть смачивающей композиции в дополнение к спирту.
[0034] В том случае, когда исходный материал содержащей пектин биомассы промыт спиртом, после каждой промывки исходный материал содержащей пектин биомассы может быть механически отделен, по меньшей мере, от части содержащей спирт смачивающей композиции с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Механическое разделение может быть выполнено путем прессования смоченного исходного материала содержащей пектин биомассы, которое может быть выполнено с помощью любого подходящего прессующего устройства, такого как пресс одношнекового типа, или вручную. Давление во время прессования может изменяться от приблизительно 0,5 бар до приблизительно 8 бар или от приблизительно 2 бар до приблизительно 4 бар, и продолжительность прессования может изменяться от приблизительно 1 минуты до приблизительно 25 минут или от приблизительно 10 минут до приблизительно 25 минут или от приблизительно 15 минут до приблизительно 25 минут.
[0035] Исходный материал содержащей пектин биомассы может подвергаться только одной промывке спиртом с последующим механическим разделением с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Исходный материал содержащей пектин биомассы может подвергаться больше чем одной промывке спиртом и соответствующему механическому разделению с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Исходный материал содержащей пектин биомассы может подвергаться первой промывке спиртом и соответствующему механическому разделению, а затем подвергаться второй промывке спиртом и соответствующему механическому разделению с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0036] Исходный материал содержащей пектин биомассы может необязательно быть высушен под воздействием тепла с получением высушеного исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0037] В этапе A) исходный материал содержащей пектин биомассы, промытый водой или промытый спиртом, или влажный или сухой, может быть смешан с водным раствором спирта с получением смеси, в которой спирт присутствует в количестве приблизительно 40 или больше процентов по весу в расчете на полный вес смеси. В этапе A) спирт может присутствовать в смеси в количестве от или приблизительно от 40 до или приблизительно до 60 процентов спирта по весу. Количество спирта, которое требуется добавить или разбавить, может быть рассчитано специалистом в данной области в зависимости от количества воды, присутствующей в промытом водой исходном материале содержащей пектин биомассы, и в зависимости от количества спирта и воды, присутствующих в промытом спиртом исходном материале содержащей пектин биомассы.
in situ
[0038] Перед активацией в этапе B) исходный материал содержащей пектин биомассы содержит нерастворимый волокнистый компонент и нерастворимый протопектиновый компонент. Когда исходный материал содержащей пектин биомассы находится в контакте с активирующим раствором, протопектин гидролизуется  с образованием водорастворимого пектина в исходном материале содержащей пектин биомассы, что приводит к получению композиции содержащей активированный пектин биомассы, включающей нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент. Считается, что протопектин превращается в водорастворимый пектин под воздействием кислоты и, благодаря спирту, это происходит без его вымывания из исходного материала содержащей пектин биомассы. В результате выход пектина может быть повышен.
[0039] Активирующий раствор, включающий спирт и кислоту, может быть получен при добавлении кислоты к смеси в этапе A) до pH смеси в диапазоне от или приблизительно от 0,5 до или приблизительно 2,5. Таким образом, активирующий раствор может иметь pH от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5 или от приблизительно 1,0 до приблизительно 2,0. Неограничивающие примеры подходящих спиртов включают изопропиловый спирт, этанол, метанол и их комбинации. Неограничивающие примеры подходящих кислот включают органические и неорганические кислоты, такие как азотную кислоту, лимонную кислоту, щавелевую кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, фосфорную кислоту и их комбинации. Спирт может быть раствором от приблизительно 40% до приблизительно 80% спирта, такого как этанол, а кислота может быть раствором от приблизительно 10% до приблизительно 65% азотной кислоты, с получением pH смеси в пределах от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5. 10% раствор азотной кислоты предпочтителен по соображениям безопасности.
[0040] Период времени, в течение которого исходный материал содержащей пектин биомассы находится в контакте с активирующим раствором, изменяется в зависимости, по меньшей мере частичной, от типов используемых спирта и кислот, температуры, при которой нагревают смесь, и от того, приложена ли механическая энергия в этапе B, и от интенсивности приложенной механической энергии. Например, исходный материал содержащей пектин биомассы может подвергаться контакту с активирующим раствором в течение по меньшей мере от приблизительно 5 минут до или приблизительно до 2 часов. Исходный материал содержащей пектин биомассы может подвергаться контакту с активирующим раствором в течение от или приблизительно от 15 минут до или приблизительно до 1 часа. Кроме того, этап B) могут проводить в течение 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 минут или 1 часа, 1,1 часа, 1,2 часа, 1,25 часа, 1,3 часа, 1,4 часа, 1,5 часа, 1,6 часа, 1,7 часа, 1,75 часа, 1,8 часа, 1,9 часа и 2 часов. Смесь могут нагревать в течение переода времени, длительность которого находится между любыми из этих указанных значений.
[0041] Этап активации B) включает нагревание смеси исходного материала содержащей пектин биомассы и активирующего раствора до температуры, которая равна или приблизительно равна 40 или больше градусам Цельсия (°C). Смесь могут нагревать до температуры от или приблизительно от 40°C до или приблизительно 90°C. Смесь могут нагревать до температуры, которая составляет от или приблизительно от 60°C до или приблизительно до 75°C. Смесь могут нагревать до температуры, равной или приблизительно равной одной из 40°C, 45°C, 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C и 90°C, или смесь могут нагревать до температуры, которая находится между любыми из этих указанных значений.
[0042] В смеси, в ходе ее применения в способе, концентрация исходного материала содержащей пектин биомассы ограничена в соответствии с последующим механическим устройством, используемым для приложения механической энергии в этапе C). Для более эффективной работы устройства концентрация исходного материала содержащей пектин биомассы может быть более высокой. Для упрощения, концентрация исходного материала содержащей пектин биомассы может быть основана на содержании сухого вещества в исходном материале содержащей пектин биомассы. Концентрация исходного материала содержащей пектин биомассы может составлять от или приблизительно от 1 до или приблизительно до 5 процентов по весу или может составлять от или приблизительно от 2 до или приблизительно до 4 процентов по весу, может составлять от или приблизительно от 3 до или приблизительно до 4 процентов по весу, в расчете на полный вес смеси.
[0043] Способ получения композиций содержащей активированный пектин биомассы, описанные в настоящем документе, дополнительно включает, как в этапе C), приложение механической энергии в некоторых этапах способа. Механическая энергия может быть приложена к смеси в этапе A), которая, как описано выше, представляет собой исходный материал содержащей пектин биомассы в водном растворе спирта. Механическая энергия может быть приложена во время активации в этапе B), который, как описано выше, представляет собой обработку исходного материала содержащей пектин биомассы активирующим раствором и нагревание. Механическая энергия может быть приложена как в ходе этапа A, так и в ходе этапа B). Приложение механической энергии в способе гомогенизирует смесь, изменяет физическую структуру исходного материала содержащей пектин биомассы, увеличивает параметр перекрывания клубков и, частично, позволяет целлюлозе становиться микрофибриллированной целлюлозой. Количество механической энергии, приложенной в способе, зависит от того, в каком этапе ее прикладывают, от типа исходного материала содержащей пектин биомассы, количества исходного материала содержащей пектин биомассы, используемого в смеси, от pH смеси и температуры в этапе активации. Количество механической энергии также может влиять на количество времени, требуемое для выполнения активации исходного материала содержащей пектин биомассы, для получения материала содержащей активированный пектин биомассы.
[0044] Устройства для приложения механической энергии могут быть насосом, рафинером, экструдером, кулачковым насосом и/или центробежным насосом. Смесь может циркулировать в системе с замкнутым контуром, которая включает емкость высокого давления (способную вмещать нагретую смесь растворителей), конденсационную емкость, теплообменник, такой как кожухотрубный теплообменник и насос для рециркуляции горячей смеси обратно в емкость, что позволяет многократно пропускать смесь через насос в системе. Может использоваться любой насос, который может прикладывать механическую энергию, такую как двухосное объемное напряжение, к жидкости, когда она проходит через насос или через систему. Примеры включают насосы с кулачковыми роторами (например, производства Viking Pump, Inc., Cedar Falls, IA; Johnson Pump, Rockford, IL; и Wright Flow Technologies, Inc., Cedar Falls, IA); центробежные насосы и гидротранспортные насосы (например, производства Cornell Pump Company, Clackamas, OR; и Alfa Laval Inc., Richmond. VA). Другие устройства, которые могут использоваться отдельно или в комбинации для передачи механической энергии, такой как двухосное объемное напряжение, включают пластинчатый рафинер, дисковый рафинер, конический рафинер, гидропульпер, экструдер, фрикционную мельницу, молотковую мельницу и шаровую мельницу. Паровой взрыв или сброс давления также могут использоваться для передачи механической энергии. Способы могут быть разработаны как непрерывные процессы без обратной циркуляции в емкость высокого давления.
[0045] Насос может быть насосом с кулачковыми роторами, одним или в комбинации с насосом другого типа. Насос с кулачковыми роторами представляет собой объемный насос и может иметь однокулачковую, двухлопастную, трехкулачковую или мультикулачковую конфигурацию. Во время работы два ротора сцепляются вместе и вращаются в противоположных направлениях, формируя полости между роторами и корпусом насоса. Смесь поступает в насос и наполняет полости, двигаясь через насос между кулачками и корпусом. Движение кулачков насоса толкает смесь через выпускное отверстие на нагнетательной стороне насоса, и смесь выталкивается из насоса. Движение смеси через насос подвергает смесь воздействию механической энергии, которая разделяет целлюлозные волокна, по меньшей мере частично, на фибриллы. Механическая энергия может включать двухосное объемное напряжение. Кулачковый насос может непрерывно перекачивать смесь через теплообменник и обратно в резервуар или емкость высокого давления в течение установленного времени. Способы могут быть разработаны как непрерывные, без обратной циркуляции в резервуар или емкость высокого давления.
[0046] Эта механическая энергия, передаваемая, например, за счет работы насоса, которая может создавать турбулентный поток внутри насоса и в исходном материале содержащей пектин биомассы, когда она циркулирует через замкнутую систему или в непрерывном процессе, открывает структуру целлюлозного компонента, визуально изменяя физическую структуру материала, в результате чего он приобретает более "пушистый" или "хлопкоподобный" внешний вид при исследовании в ходе процесса. Турбулентный поток приводит к возникновению обратных потоков и, следовательно, к расширению исходного материала содержащей пектин биомассы в смеси. Механическая энергия приводит к фибрилляции, по меньшей мере, части целлюлозного волокна с образованием фибрилл, увеличивая площадь поверхности и, следовательно, эффективность стадии активации.
–6
–6
–6
–6
–6
–6
–6
–6
[0047] Приложение механической энергии может преобразовывать волокнистую структуру исходного материала содержащей пектин биомассы в смеси, создавая открытую сеть, что обеспечивает больший доступ активирующего раствора к протопектину, в результате чего протопектин превращается в растворимый пектин внутри волокнистой структуры. В одном примере по существу весь пектин становится легкорастворимым в воде, даже в холодной воде. Микрофибриллированная целлюлоза может находиться в форме частиц и может иметь характеристическую длину в пределах от или приблизительно от 1×10 метров до или приблизительно до 5000×10 метров, от или приблизительно от 100×10 метров до или приблизительно до 3000×10 метров, от или приблизительно от 500×10 метров до или приблизительно до 3000×10 метров или от или приблизительно от 100O×10 метров до или приблизительно до 3000×10 метров.
a
b
a
b
a
[0048] Механическая энергия, при использовании в настоящем документе, определена либо в килоджоулях (кДж) на килограмм сухого вещества (СВ) в смеси, либо в килоджоулях на килограмм смеси (т.е. суспензии, содержащей исходный материал содержащей пектин биомассы). Определение расхода энергии на кг сухого вещества не зависит от полного веса смеси, подвергнутой предварительной обработке и активации. Количество приложенной механической энергии может составлять или приблизительно составлять 800 килоджоулей или более на кг сухого вещества, или находиться в диапазоне от или приблизительно от 800 до или приблизительно до 15000 кДж/кг сухого вещества. Механическая энергия, которая может быть приложена к смеси, может быть, по меньшей мере, любой из 800 кДж/кг, 1000 кДж/кг, 1200 кДж/кг, 1400 кДж/кг, 1600 кДж/кг, 1800 кДж/кг, 2000 кДж/кг, 2200 кДж/кг, 2400 кДж/кг, 2600 кДж/кг, 2800 кДж/кг, 3000 кДж/кг, 3200 кДж/кг, 3400 кДж/кг, 3600 кДж/кг, 3800 кДж/кг, 4000 кДж/кг, 4200 кДж/кг, 4400 кДж/кг, 4600 кДж/кг, 4800 кДж/кг, 5000 кДж/кг, 5200 кДж/кг, 5400 кДж/кг, 5600 кДж/кг, 5800 кДж/кг, 6000 кДж/кг, 6200 кДж/кг, 6400 кДж/кг, 6800 кДж/кг, 7000 кДж/кг, 7200 кДж/кг, 7400 кДж/кг, 7600 кДж/кг, 7800 кДж/кг, 8000 кДж/кг, 8200 кДж/кг, 8400 кДж/кг, 8600 кДж/кг, 8800 кДж/кг, 9000 кДж/кг, 9200 кДж/кг, 9400 кДж/кг, 9600 кДж/кг, 9800 кДж/кг, 10000 кДж/кг, 10200 кДж/кг, 10400 кДж/кг, 10600 кДж/кг, 10800 кДж/кг, 11000 кДж/кг, 11200 кДж/кг, 11400 кДж/кг, 11600 кДж/кг, 11800 кДж/кг, 12000 кДж/кг, 12200 кДж/кг, 12400 кДж/кг, 12600 кДж/кг, 12800 кДж/кг, 13000 кДж/кг, 13200 кДж/кг, 13400 кДж/кг, 13600 кДж/кг, 13800 кДж/кг, 14000 кДж/кг, 14200 кДж/кг, 14400 кДж/кг, 14600 кДж/кг, 14800 кДж/кг или 15000 кДж/кг, или к смеси может быть приложена механическая энергия в диапазоне от или приблизительно от  до или приблизительно до , где  является любым из предыдущих значений механической энергии, а  является любым из предыдущих значений механической энергии, которое >, как, например, от или приблизительно от 1400 кДж/кг до или приблизительно до 7900 кДж/кг, или от или приблизительно от 1300 кДж/кг до или приблизительно до 14400 кДж/кг и т.д. Например, для 1 кг материала (в расчете на сухой вес) в 30 литрах подкисленного водного ратвора спирта, обрабатываемого с помощью кулачкового насоса (типа APV, CL/1/021/10) с электродвигателем мощностью 2 кВт при 50 Гц, который работал при 10 Гц (0,4 кВт) в течение 50 минут (3000 секунд), энергия, сообщенная образцу, составляла 0,4 кВт × 3000 секунд или 1200 килоджоулей (на кг сухого вещества). Механическая энергия для смеси может быть больше на или приблизительно на 36 килоджоулей на килограмм смеси, больше на или приблизительно на 40 килоджоулей на килограмм смеси или больше на или приблизительно на 60 килоджоулей на килограмм смеси.
[0049] Расход механической энергии на килограмм сухого вещества или на килограмм смеси зависит от механического устройства. Расход энергии может зависеть от размера двигателя насосов или аналогичного используемого устройства, принимая во внимание использование частотного преобразователя, силу тока и напряжение. Например, при использовании кулачкового насоса, имеющего частоту в диапазоне 10–40 Гц, и эффект в диапазоне 0,4–1,6 кВт, с циркуляцией смеси через кулачковый насос за 20–156 проходов, это соответствует расходу механической энергии в диапазоне 800–8600 кДж. С таким кулачковым насосом число проходов через насос может составлять 20–50, что соответствует расходу механической энергии 800–2400 кДж. Этот пример осуществления используется в случае, когда исходным материалом содержащей пектин биомассы является кожура плодов цитрусовых.
[0050] Таблицы 1–2 и график значений параметров перекрывания клубков и механической энергии на Фигурах 1–2 являются примерами эффекта от приложения механической энергии в этапе A), указанном ниже как предварительная обработка, и/или в этапе B), указанном ниже как активация. В этих примерах использовали следующие устройства для приложения энергии: малый кулачковый насос (2 кВт); большой кулачковый насос (5,5 кВт); кулачковый насос (2,2 кВт); центробежный насос (7,5 кВт); гомогенизатор Boston Shear Mill (11 кВт); экструдер (8 кВт); и рафинер (8 кВт). Примерными количествами являлись 1 кг сухого вещества (СВ) в 30 кг смеси и приблизительно 20 кг сухого вещества примерно в 360 кг смеси. Разбавление исходного материала содержащей пектин биомассы спиртом перед предварительной обработкой может быть выполнено для обеспечения возможности перекачивать материал насосом. Когда исходный материал содержащей пектин биомассы промыт спиртом, предварительная обработка может быть выполнена без добавления спирта, например, когда перекачивание не является проблемой при использовании оборудования данного типа. Разбавление спиртом может быть выполнено только в этапе активации. Когда исходный материал содержащей пектин биомассы не разбавлен (например, использование промытой спиртом кожуры цитрусовых), предварительная обработка может требовать меньшего расхода энергии.
[0051] Для вычисления параметров механической энергии в Таблице 1 в качестве примера могут использоваться следующие вычисления:
1) Кулачковый насос имеет электродвигатель 2 кВт при 50 Гц, но работает только при 10 Гц, что дает 0,4 кВт. Кулачковый насос работает 30 минут (1800 секунд), что означает, что механическая энергия составляет: 0,4 кВт*1800 секунд=720 кДж. Рециркулируемая суспензия содержит 1 кг сухого вещества (СВ), таким образом, удельная энергия составляет 720 кДж/кг СВ. Полный объем суспензии составляет 30 кг. Насос, работающий при 10 Гц, создает поток 860 кг/час, таким образом, полный поток суспензии через насос за 30 минут составляет 430 кг. Суспензия при этом проходит 430 кг/30 кг=14,3 циклов.
2) Кулачковый насос имеет электродвигатель 2 кВт при 50 Гц и работает на этой частоте. Кулачковый насос работает 60 минут (3600 секунд), что означает, что механическая энергия составляет: 2 кВт*3600 секунд=7200 кДж. Рециркулируемая суспензия содержит 1 кг сухого вещества (СВ), таким образом, удельная энергия составляет 7200 кДж/кг СВ. Полный объем суспензии составляет 30 кг. Насос, работающий при 50 Гц, создает поток 4300 кг/час, таким образом, полный поток суспензии через насос за 60 минут составляет 4300 кг. Суспензия при этом проходит 4300 кг/30 кг=143 цикла.
Таблица 1
Образец
Сухоевещество (кг)
Устройство для предв. обработки
Полная смесь (кг)
Энергия предв. обработки (кДж)
Удельная энергия предв. обработки (кДж/кг СВ)
Удельная энергия предв. обработки смеси (кДж/кг смеси)
Устройство активации
Полная суспензия (кг)
Энергия активации (кДж)
Удельная энергия активации СВ (кДж/кг СВ)
Удельная энергия активации смеси (кДж/кг смеси)
Полная удельная энергия СВ (кДж/кг СВ)
Полная удельная энергия смеси (кДж/кг смеси)
1
BSM
30
1386
1386
46,2
Малый кулачковый
30
1200
1200
40,0
2586
86,2
2
BSM
30
1386
1386
46,2
Нет
30
0
0
0,0
1386
46,2
3
BSM
30
693
693
23,1
Малый кулачковый
30
1200
1200
40,0
1893
63,1
4
BSM
30
693
693
23,1
Нет
30
0
0
0,0
693
23,1
5
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
1200
1200
40,0
1200
40,0
6
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
2400
2400
80,0
2400
80,0
7
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
4800
4800
160,0
4800
160,0
8
Нет
30
0
0
0,0
Нет
30
0
0
0,0
0
0,0
9
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
8640
8640
288,0
8640
288,0
10
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
6480
6480
216,0
6480
216,0
11
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
10800
10800
360,0
10800
360,0
12
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
10800
10800
360,0
10800
360,0
13
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
1800
1800
60,0
1800
60,0
14
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
7200
7200
240,0
7200
240,0
15
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
7200
7200
240,0
7200
240,0
16
Нет
30
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
7200
7200
240,0
7200
240,0
17
20
Рафинер
360
2400
120
6,7
Кулачковый+центробежный
360
21420
1071
59,5
1191
66,2
18
20
Рафинер
360
2400
120
6,7
Кулачковый+центробежный
360
42840
2142
119,0
2262
125,7
19
20
Рафинер
360
9600
480
26,7
Кулачковый+центробежный
360
32130
1606,5
89,3
2087
115,9
20
20
Рафинер
360
9600
480
26,7
Кулачковый+центробежный
360
42840
2142
119,0
2622
145,7
21
20
Рафинер
360
16800
840
46,7
Кулачковый+центробежный
360
21420
1071
59,5
1911
106,2
22
20
Рафинер
360
16800
840
46,7
Кулачковый+центробежный
360
32130
1606,5
89,3
2447
135,9
23
20
Рафинер
360
16800
840
46,7
Кулачковый+центробежный
360
42840
2142
119,0
2982
165,7
24
20
Нет
360
0
0
0,0
Кулачковый+центробежный
360
32130
1606,5
89,3
1607
89,3
25
20
Нет
360
0
0
0,0
Кулачковый+центробежный
360
53550
2677,5
148,8
2678
148,8
26
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
990
990
33,0
990
33,0
27
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
1980
1980
66,0
1980
66,0
28
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
3366
3366
112,2
3366
112,2
29
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
5346
5346
178,2
5346
178,2
30
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
5346
5346
178,2
5346
178,2
31
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
891
891
29,7
891
29,7
32
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
1980
1980
66,0
1980
66,0
33
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
3267
3267
108,9
3267
108,9
34
Нет
30
0
0
0,0
Большой кулачковый
30
5247
5247
174,9
5247
174,9
35
Нет
4,2
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12000
400,0
36
Экструдер
4,2
725
725
172,6
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12725
572,6
37
Экструдер
4,2
556
556
132,4
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12556
532,4
38
Нет
2,5
0
0
0,0
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12000
400,0
39
Экструдер
2,5
180
180
72,0
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12180
472,0
40
1
Экструдер
2,5
196
196
78,4
Малый кулачковый
30
12000
12000
400,0
12196
478,4
41
1
Экструдер
2,5
196
196
78,4
Нет
30
0
0
0,0
196
78,4
Таблица 2
Образец
Полная удельная энергия (кДж/кг СВ)
Полная удельная энергия (кДж/кг смеси)
Темп. (°C)
Время нагрева (мин)
Кол–во циклов
Азотная кислота 62% (мл/кг)
IV (дл/г)
Выход (%)
Параметр перекрывания клубков
1
2586
86,2
65
50
23
100
8,4
28,2
2,4
2
1386
46,2
65
200
0
100
9,6
19,5
1,9
3
1893
63,1
65
50
23
100
8,2
28,6
2,3
4
693
23,1
65
200
0
100
10
18,3
1,8
5
1200
40,0
65
50
23
100
8,9
25,8
2,3
6
2400
80,0
65
50
48
100
8,2
29,6
2,4
7
4800
160,0
65
50
119
100
9
26
2,3
8
0
0,0
65
200
0
100
8,8
19,1
1,7
9
8640
288,0
65
90
215
100
8
30,4
2,4
10
6480
216,0
65
90
42
100
8
30,4
2,4
11
10800
360,0
70
90
215
100
6,7
38,8
2,6
12
10800
360,0
70
90
215
100
7,2
37,2
2,7
13
1800
60,0
75
15
36
150
7,3
37,8
2,8
14
7200
240,0
75
60
143
150
6,9
42,0
2,9
15
7200
240,0
75
60
143
150
6,2
44,8
2,8
16
7200
240,0
75
60
143
150
6,5
43,4
2,8
17
1191
66,2
75
60
40
240
6,7
46,0
3,1
18
2262
125,7
75
120
80
240
5,8
45,6
2,6
19
2087
115,9
75
90
60
240
6,4
46,6
3,0
20
2622
145,7
75
120
80
240
6,0
46,9
2,8
21
1911
106,2
75
60
40
330
6,7
46,1
3,1
22
2447
135,9
75
90
60
330
5,9
46,5
2,7
23
2982
165,7
75
120
80
330
5,8
47,1
2,7
24
1607
89,3
75
90
60
240
7,9
39,6
3,1
25
2678
148,8
75
150
100
240
7,5
39,9
3,0
26
990
33,0
75
5
15
150
7,2
29,9
2,2
27
1980
66,0
75
10
31
150
7,2
35,7
2,6
28
3366
112,2
75
17
52
150
7,3
38,1
2,8
29
5346
178,2
75
27
83
150
7,4
39,5
2,9
30
5346
178,2
75
27
83
150
7,1
38,8
2,7
31
891
29,7
75
9
14
150
7,4
30,8
2,3
32
1980
66,0
75
20
31
150
7,4
39,0
2,9
33
3267
108,9
75
33
50
150
7,1
38,4
2,7
34
5247
174,9
75
53
81
150
7,1
39,4
2,8
35
12000
400,0
75
100
239
150
5,9
45,1
2,6
36
12725
572,6
75
100
239
150
5,8
45
2,6
37
12556
532,4
75
100
239
150
5,3
45,7
2,4
38
12000
400,0
75
100
239
150
6,1
45
2,7
39
12180
472,0
75
100
239
150
6,2
45,1
2,8
40
12196
478,4
75
100
239
150
6,2
44,4
2,7
41
196
78,4
75
60
0
150
6,6
43,4
2,9
[0052] Со ссылкой на данные в Таблицах 1–2 и на Фигурах 1–2, когда параметр перекрывания клубков нанесен на график в зависимости от приложенной механической энергии, на основе графиков может быть сделан следующий вывод. Если энергия, которая введена в исходный материал содержащей пектин биомассы, в данных примерах кожура цитрусовых, составляет 800 кДж/кг СВ или более или 36 кДж/кг смеси, то параметр перекрывания клубков равен 2 или более. При изменении оборудования, температуры, pH и момента приложения механической энергии изменяется параметр перекрывания клубков. Функциональные возможности материала содержащей активированный пектин биомассы возрастают с увеличением параметра перекрывания клубков. Таким образом, способ может обепечивать получение материала содержащей активированный пектин биомассы с параметром перекрывания клубков, равным или приблизительно равным 2,3 или более, при использовании механической энергии, равной или приблизительно равной 1200 кДж/кг СВ или более, или равной или приблизительно равной 40 кДж/кг смеси, при этом параметр перекрывания клубков равен или приблизительно равен 2,5 или выше при использовании механической энергии, равной или приблизительно равной 1900 кДж/кг СВ или равной или приблизительно равной 60 кДж/кг смеси.
[0053] Обращаясь, например, к образцу 1 выше, разбавление спиртом выполняли перед предварительной обработкой. Количество сухого исходного материала содержащей пектин биомассы (промытой спиртом) = 1 кг (как правило, это относится к 2,5 кг влажной исходной пектинсодержащей биомассы). Полная масса смеси при предварительной обработке=30 кг. Расход энергии при предварительной обработке=1386 килоджоулей (кДж). Расход энергии при активации=1200 кДж. Полный расход энергии являлся расходом энергии при предварительной обработке+расход энергии при активации=2586 кДж. Полный удельный расход энергии (на вес сухого вещества) = (полный расход энергии)/(количество сухой исходной пектинсодержащей биомассы) = 2586 кДж/1 кг=2586 кДж/кг СВ. Полный удельный расход энергии (на полный вес суспензии) = (полный расход энергии)/(полный вес суспензии) = 2586 кДж/30 кг=86,2 кДж/кг.
[0054] Обращаясь, например, к образцу 40, разбавление спиртом выполняли перед предварительной обработкой. Количество сухой исходной пектинсодержащей биомассы (промытой спиртом) = 1 кг (как правило, это относится к 2,5 кг влажной исходной пектинсодержащей биомассы). Полная масса смеси=30 кг. Расход энергии при предварительной обработке=196 кДж. Расход энергии при активации=12000 кДж. Полный расход энергии=расход энергии при предварительной обработке+расход энергии при активации=12196 кДж. Полный удельный расход энергии (на вес сухого вещества) = (полный расход энергии)/(количество сухой исходной пектинсодержащей биомассы) = 12196 кДж/1 кг=12196 кДж/кг. Полный удельный расход энергии (на полный вес смеси) = (полный расход энергии при предварительной обработки)/(полный вес смеси при предварительной обработке) + (полный расход энергии при активации)/(полный вес смеси при активации) = 196 кДж/2,5 кг+12000 кДж/30 кг=478 кДж/кг.
[0055] Способ получения композиций содержащей активированный пектин биомассы, описанных в настоящем документе, включает отделение композиции содержащей активированный пектин биомассы от смеси, именуемое стадией D). После активации и приложения механической энергии композиция содержащей теперь уже активированный пектин биомассы и активирующий раствор разделяют на жидкую фазу, содержащую активирующий раствор, и фазу, содержащую композицию содержащей активированный пектин биомассы. Фаза, содержащая композицию содержащей активированный пектин биомассы, может быть дополнительно спрессована, например, с помощью винтового пресса или декантирующей центрифуги. Способ может включать слив, декантирование или фильтрацию смеси через мембрану. Например, смесь может быть нанесена на перфорированную ленту или сито, которые позволяют жидкой фазе смеси стечь. Избыток жидкости может быть удален путем приложения давления, например, при использовании пресса, такого как гидравлический пресс, пневматический пресс, винтовой пресс, пресс Vincent или конусный пресс или центрифужный экстрактор, или их любой комбинации, с получением обезвоженной композиции содержащей активированный пектин биомассы.
[0056] Композиция материала содержащей активированный пектин биомассы содержит около 40 процентов по весу сухого вещества, а жидкость состоит в основном из спирта и кислоты. Чтобы удалить остаточную кислоту, стадия разделения D) может включать промывку композиции содержащей активированный пектин биомассы в водном растворе спирта, содержащем от приблизительно 40 до приблизительно 90 процентов по весу спирта, пока рН промывочной жидкости не увеличится до от или приблизительно от 3 до или приблизительно до 5 или от или приблизительно от 3,5 до или приблизительно до 4,5. Промывка спиртом также может включать подщелачивающий агент, который может нейтрализовать кислоту. Неограничивающие примеры спиртов, которые могут использоваться для промывки осушенной композиции, содержащей активированный пектин, включают изопропиловый спирт, этанол, метанол и их комбинации. Типичные подщелачивающие агенты включают такие соли щелочных металлов, как карбонат, бикарбонат, или гидроксид, такие как карбонат калия, бикарбонат натрия или гидроксид натрия. Эту промывку могут проводить в периодическом процессе или в противоточном процессе. Количество спирта, присутствующего в спиртовом промывочном растворе, может быть увеличено при последующих промывках. Например, первый спиртовой промывочный раствор может включать содержание спирта 45 вес.%; второй спиртовой промывочный раствор может включать содержание спирта 55 вес.%; и третий спиртовой промывочный раствор может включать содержание спирта 70 вес.% или больше. Использование спиртовой промывки с содержанием спирта 70 вес.% или больше, в качестве конечного этапа промывки, может эффективно обезвоживать композицию содержащей активированный пектин биомассы перед сушкой. Это может уменьшить время и температуру, требуемые для получения сухого продукта с целевым содержанием влаги. Присутствие спирта также может способствовать минимизации или предотвращению образования водородных связей между фибриллами целлюлозных волокон композиции содержащей активированный пектин биомассы, что сводит к минимуму или предотвращает ороговение целлюлозных волокон при сушке. Процесс может включать в себя серию последовательных спиртовых промывок с более высокими концентрациями спирта для обезвоживания активированного волокна.
[0057] После этапа отделения композиция содержащей активированный пектин биомассы может быть подвергнута последующей обработке или переработке, поточной или внепоточной. В случае использования композиции содержащей активированный пектин биомассы для экстракции, композиция содержащей активированный пектин биомассы может быть в форме водной суспензии.
[0058] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может быть высушена так, что композиция содержащей активированный пектин биомассы будет находиться в сухой форме. Температуру во время сушки нужно контролировать таким образом, чтобы температура композиции содержащей активированный пектин биомассы не превышала приблизительно 75–80 градусов Цельсия, чтобы не повлиять на качество композиции содержащей активированный пектин биомассы. Примеры неограничивающих способов сушки включают применение методов механического разделения для удаления воды из волокон, замену растворителя для вытеснения остаточной воды, например, путем промывки раствором органического растворителя, сублимационной сушки, вакуумной сушки, сушки распылением, сушки в барабанной сушилке, тепловой сушки, сушки потоком воздуха, мгновенной сушки, сушки в псевдоожиженном слое, обработки тепловым излучением и их комбинации. Осушающее вещество может быть включено в процесс сушки для дополнительного ингибирования целлюлозных взаимодействий. Неограничивающие примеры осушающих веществ включают глюкозный сироп, кукурузный сироп, сахарозу, декстрины, мальтодекстрины и их комбинации.
[0059] Композиция содержащей активированный пектин биомассы после сушки может быть дополнительно измельчена, при этом композиция содержащей активированный пектин биомассы будет находиться в форме сухих частиц, например порошка. Неограничивающие примеры подходящих способов измельчения включают измельчение, размол и т.п. Измельчение может дополнительно уменьшать размер частиц высушенной композиции содержащей активированный пектин биомассы с получением продукта, обладающего улучшенными свойствами текучести, диспергируемости, гидратации и/или пригодности к обработке. Частицы могут быть измельчены до размера 300 мкм или меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 250 мкм или меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 200 и меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 150 мкм или меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 125 мкм или меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 100 и меньше. Частицы могут быть измельчены до размера 75 мкм или меньше. Например, частицы могут быть измельчены до нужного размера путем размола. Можно использовать любой тип мельницы. Например, может использоваться любая из, или комбинация, молотковой мельницы, штифтовой мельницы, штифтовой дисковой мельницы, ударной мельницы, крестовой ударной мельницы, воздушного микронайзера, струйной мельницы, просеивающей мельницы, шаровой мельницы, роторной ударной мельницы и турбомельницы.
[0060] Композиция содержащей активированный пектин биомассы может быть ингредиентом продукта питания. Таким образом, это не пищевая добавка. Она обладает преимуществом того, что она допускается к применению в пищевой промышленности и критически настроенными потребителями. Композиция содержащей активированный пектин биомассы, полученная на основе любого примерного способа, описанного в настоящем документе, содержится в продукте. Композиция содержащей активированный пектин биомассы, как описано в настоящем документе, содержится в продукте. Такой продукт может быть продуктом питания, но не ограничивается продуктами питания.
[0061] Несколько аспектов и вариантов осуществления содержащих пектин композиций биомассы и способов их производства описаны в настоящем документе. Признаки объектов изобретения описаны таким образом, что в конкретных аспектах может быть предусмотрена комбинация различных признаков. Для каждого аспекта и каждого признака, раскрытого в настоящем документе, любые комбинации, которые не оказывают негативного влияния на конструкции, композиции, процессы или способы, описанные в настоящем документе, предусмотрены и могут быть взаимозаменяемыми, с или без прямого описания конкретной комбинации. Таким образом, если прямо не указано иное, любой аспект, вариант осуществления или признак, раскрытый в настоящем документе, может быть включен в комбинацию с целью описания конструкций, композиций, процессов или способов изобретения, соответствующих настоящему описанию.
[0062] В настоящем изобретении раскрыто несколько типов диапазонов. В случае, когда раскрыт или заявлен диапазон какого–либо типа, цель состоит в том, чтобы индивидуально раскрыть или заявить каждое возможное число, которое такой диапазон может разумно охватывать, включая конечные точки диапазона, а также любые поддиапазоны и комбинации охватываемых им поддиапазонов.
[0063] Значения или диапазоны могут быть выражены в настоящем документе как "приблизительно", от "приблизительно" одного конкретного значения и/или до "приблизительно" другого конкретного значения. Когда указаны такие значения или диапазоны, другие раскрытые аспекты включают определенное указанное значение, от одного конкретного значения и/или до другого конкретного значения. Аналогичным образом, когда значения указаны как приближения при использовании предыдущего "приблизительно", следует понимать, что конкретное значение формирует другой аспект. Также следует понимать, что существует много значений, раскрытых в нем, и что каждое значение в настоящем документе также раскрыто как "приблизительно" такое конкретное значение в дополнение к самому значению. В некоторых аспектах "приблизительно" может использоваться для обозначения, например, в пределах 10% указанного значения, 5% указанного значения или 2% указанного значения.
[0064] Концентрации и проценты указаны в процентах по весу, если из контекста не следует иное.
[0065] Хотя композиции и способы описаны в настоящем документе с точки зрения "включения" различных компонентов или этапов, композиции и способы также могут "состоять по существу из" или "состоять из" различных компонентов или этапов, если не указано иное.
[0066] Формы единственного числа "a", "an" и "the" должны включать множественные альтернативы, например, по меньшей мере один, если не определено иное.
[0067] В целях описания и определения идей настоящего изобретения следует отметить, что термин "по существу" используется в настоящем документе для обозначения изначальной степени неопределенности, которая может быть связана с любым количественным сравнением, значением, измерением или другим представлением. Термин "по существу" также используется в настоящем документе для обозначения степени, в которой количественное представление может отличаться от указанной ссылки, не приводя к изменению основной функции рассматриваемого объекта.
[0068] Хотя любые материалы и методы, подобные или эквивалентные описанным в настоящем документе, могут использоваься при практическом осуществлении или тестировании изобретения, в настоящем документе описаны типичные материалы и методы.
[0069] Все публикации и патенты, указанные в настоящем документе, включены в настоящий документ посредством отсылки с целью описания и раскрытия, например, конструкций и методик, которые описаны в публикациях и патентах, которые могут использоваться в сочетании с описанным изобретением.
Примеры
[0070] Композиции содержащей активированный пектин биомассы и способы могут быть дополнительно описаны следующими неограничивающими примерами. Это всего лишь примеры различных исходных материалов и механической энергии, включенных в описанный способ получения композиции содержащей активированный пектин биомассы и продукта, включающего такую композицию содержащей активированный пектин биомассы.
[0071] Следующие методики использовали для анализа степени этерификации (СЭ), степени галактуроновой кислоты (ГК), кажущейся вязкости (мПа∙с), характеристической вязкости (дл/г), остаточного содержания сахара (%),связывания воды (г/г), SAG и процентный выход (%).
Методика 1: Определение степени этерификации и степени галактуроновой кислоты
[0072] Степень этерификации (СЭ) и степень галактуроновой кислоты (ГК) измеряли при использовании модификации метода, описанного в FAO JECFA Monographs 4 (2007). 100 мл кислого спирта (100 мл 50–60% изопропанола+5 мл дымящей 37% HCl) добавляли к 2,00 г измельченной кожуры при перемешивании магнитной мешалкой в течение 10 минут. Смесь фильтровали или пропускали через воронку Бюхнера с фильтровальной бумагой, стакан промывали кисным спиртом 6×15 мл и также фильтровали или пропускали через воронку Бюхнера с фильтровальной бумагой. Затем фильтрат промывали сначала приблизительно 1000 мл 50–60% изопропанола, а после этого приблизительно 2×50 мл 100% изопропанола. Затем образец сушили в течение приблизительно 2,5 часов при 105°C.
[0073] Образцы весом приблизительно 0,40 г измеряли для определения в двойной повторности (отклонение между определениями в двойной повторности не должно было превышать 1,5% абсолютного значения, иначе анализ повторяли). Образцы сначала увлажняли приблизительно 2 мл 100% изопропанола. Затем приблизительно 50 мл не содержащей углекислый газ воды добавляли к увлажненным образцам при перемешивании магнитной мешалкой. Затем образцы оценивали путем титрования либо с использованием индикатора, либо pH–метра/автоматической бюретки.
1
2
1
[0074] Титрование с использованием индикатора. 5 капель индикатора фенолфталеина добавляли к образцу и титровали 0,1 Н NaOH, пока не наблюдалось изменение цвета (регистрировали как титр V). Добавляли 20,0 мл 0,5 Н NaOH, перемешивали и закрывали фольгой точно на 15 мин. Добавляли 20,0 мл 0,5 Н HCl при перемешивании, пока не исчезал цвет. Затем добавляли 3 капли индикатора фенолфталеина и титровали 0,1 Н NaOH, пока не наблюдалось изменение цвета (регистрировали как титр V). Чтобы скомпенсировать возможные неточности балансирования двух частей 20 мл 0,5 Н NaOH и HCl, соответственно, выполняли так называемое "слепое измерение" (т.е. 100 мл деионизированной воды обрабатывали так же, как раствор образца, включая титрование). Последний результат титрования затем регистрировали как титр B. Степень этерификации и степень галактуроновой кислоты затем характеризовали следующими вычислениями.
1
2
1
(i) Vt=V+(V–B)
2
1
t
(ii) % СЭ (Степень этерификации)=[(V–B)/V]*100
t
(iii) % ГК (Степень галактуроновой кислоты)=[194,1*V*N*100]/вес промытого и высушеного образца (мг),
где N=скорректированная нормальность по 0,1 Н NaOH, используемому для титрования.
Методика 2: Определение вязкости (VIS)
[0075] 2% раствор пектина приготавливали при 25°C в среде, содержащей гексаметафосфат натрия. Вязкость определяли с помощью вискозиметра Brookfield типа LVT или LVF после доведения pH до 4,0.
[0076] Прибор включал следующее:
1. Аналитические весы
2. Химические стаканы; 400 мл и 2000 мл
3. Магнитная мешалка и магнитные перемешивающие элементы с тефлоновым покрытием
4. pH–метр с подходящим комбинированным электродом
5. Стеклянный цилиндр диаметром 50±1 мм
6. Вискозиметр Brookfield типа LVT или LVF
7. Термометр, 0–110°C
8. Мерные колбы; 250 мл и 1000 мл
9. Серологическая (или мерная) пипетка; 10 мл
3
3
8
[0077] Использовали следующие химические реактивы: гексаметафосфат натрия (пригодный для пищевого применения), гидрокарбонат натрия (NaHCO) чда и 100% изопропанол (CHO).
[0078] Одним из реактивов являлся раствор гексаметафосфата натрия, приготовленный следующим образом: (i) 11,11 г диспергировали в 950 мл деионизированной воды в химическом стакане на 2000 мл и перемешивали в течение 15 минут; (ii) раствор количественно переносили в мерную колбу на 1000 мл и доводили до 1000 мл деионизированной водой; (iii) перемешивали в течение 15 минут. Если гексаметафосфат натрий растворялся не полностью, нужно подготовить новый раствор. Другим реактивом являлся раствор бикарбоната натрия, приготовленный следующим образом: (i) 84,01 г растворяли в деионизированной воде и (ii) доводили до 1000 мл деионизированной водой.
[0079] Методика являлась следующей:
1. Взвешивали 4,00 г образца и переносили в химический стакан на 400 мл, содержащий магнитный перемешивающий элемент.
2. При помощи серологической пипетки к влажному пектину добавляли 10,0 мл изопропанола. Химический стакан устанавливали на магнитную мешалку.
3. К дисперсии пектина добавляли 180 мл раствора гексаметафосфата натрия при перемешивании. Перемешивание продолжали в течение 1 часа приблизительно при 700 об/мин.
4. В раствор пектина помещали pH–электрод. Значение pH доводили до 3,95–4,05, добавляя по каплям раствор бикарбоната натрия.
5. Чистый вес раствора пектина доводили до 200,0 г, добавляя деионизированную воду.
6. Раствор пектина переносили в стеклянный цилиндр. Температуру доводили до 25°C, поместив стеклянный цилиндр с раствором в подходящую охлаждающую или нагревающую баню.
7. Кажущуюся вязкость измеряли на вискозиметре Brookfield типа LVT или LVF при использовании шпинделя № 3 при 60 об/мин. После 60 секунд вращения производили регистрацию значений и с точностью до 0,5 по шкале.
Методика 3: Определение характеристической вязкости и выхода
[0080] Приблизительно 40 мг образца взвешивали и диспергировали в 100 мкл этанола. Добавляли 40 мл элюента и перемешивали смесь с помощью магнитной мешалки c термоблоком при 75±2°C в течение 30 минут.
[0081] Приготовление элюента для получения 10 литров элюента для FIPA (Осторожно: 0,3 M литийацетатный буфер) проводили следующим образом:
1. Приблизительно 3 л воды Milli–Q наливали в мерный стакан объемом 5000 мл.
2. Добавляли магнитный перемешивающий элемент и устанавливали на магнитную мешалку для получения подходящей воронки во время всех добавлений.
3. В лодочке для взвешивания взвешивали 125,6 г моногидрата гидроксида лития и количественно переносили в химический стакан.
4. В лодочке для взвешивания взвешивали 0,20 г азида натрия и количественно переносили в химический стакан.
5. В мерном стакане на 500 мл взвешивали 360,4 г ледяной уксусной кислоты и количественно переносили в химический стакан.
6. После растворения всех трех реактивов добавляли воду Milli–Q до 5000 мл и продолжали перемешивание в течение 5 минут.
7. Содержимое вливали в емкость для фильтрования под давлением.
8. Химический стакан промывали общим объемом 5000 мл воды Milli–Q, которую переносили в емкость для фильтрования под давлением, получив в общей сложности 10 л элюента.
9. Жидкость фильтровали при использовании блока для фильтрования под давлением с фильтром Sartopore 2 производства Sartorius (0,45+0,2 мкм).
10. После приготовления проверяли pH буфера, который должен был составить 4,6±0,1.
[0082] Образец переносили в водяную баню с температурой 5°C на 5 минут для охлаждения до комнатной температуры, и поскольку образец содержит нерастворимый материал, его нужно было вручную растворить и отфильтровать (фильтр 0,45 мкм) перед переносом во флакон автосемплера. Характеристическую вязкость образцов затем определяли с помощью эксклюзионной хроматографии (SEC). Молекулы разделяли в соответствии с их размером с помощью гельпроникающей хроматографии, при этом элюент из хроматографической колонки пропускали через четыре детектора (рефрактометрический детектор, лазерный детектор светорассеяния под прямым углом, малоугловой лазерный детектор светорассеяния и детектор вязкости). Программа Viscotek преобразовывала сигнал детектора вязкости и рефрактометрического детектора в характеристическую вязкость.
[0083] Прибор Viscotek TDA 302 FIPA, оборудованный насосом Viscotek VE 1122 системы подачи растворителя, использовали вместе с автосемплером Thermo Separation Products AS 3000 с модулем подготовки образцов. Колонки включали Thermo BioBasis SEC60 (150×7,8 мм), которые были подключены к компьютеру с программой OmniSEC для сбора данных и вычислений. Время работы автосемплера устанавливали на 10 минут, и использовали инжекцию с полным заполнением петли 25 мкл. Прибор Viscotek TDS 302 FIPA автоматически измеряет концентрацию растворимого пектина в образце, что позволяет получить процентное значение выхода пектина.
Методика 4: Определение остаточного содержания сахара
[0084] 10 г образца измеряли в стеклянном стакане на 600 мл. К образцу добавляли 200 мл 50% изопропанола и перемешивали в течение четырех часов на магнитной мешалке при комнатной температуре. Смесь переносили в вакуумную воронку Бюхнера с фильтровальной бумагой и промывали стакан 250 мл 50% изопропанола, чтобы гарантировать полный перенос, и промывали образец через воронку Бюхнера с фильтровальной бумагой. Затем образец сушили в течение ночи (минимум 12 часов) при 65–70°C в сошильной камере. Затем определяли вес высушенного образца и вычисляли содержание остаточного сахара:
Остаточный сахар = [(вес сухого образца – вес сухого, промытого образца)*100]/вес сухого образца
Методика 5: Определение водосвязывающей способности
[0085] Водосвязывающую способность измеряли с помощью модифицированной версии метода AAC 56–30.01, описанного в публикации Kael Eggie, Development of an extruded flax–based feed ingredient (2010). 1,0 г материала добавляли в центрифужную пробирку объемом 50 мл и взвешивали. Деионизированную воду добавляли в центрифужную пробирку маленькими, недозированными порциями и перемешивали после каждого добавления, пока смесь не была тщательно смочена. Пробирку с ее содержимым встряхивали на вортексе и затем центрифугировали при 3000 об/мин в течение 10 минут при комнатной температуре. Супернатант отбрасывали и, в тех случаях, когда супернатант не появлялся, добавляли еще воды и повторяли центрифугирование. Конечный вес пробирки и контейнера регистрировали и вычисляли водосвязывающую способность (WBC) согласно следующей формуле:
Водосвязывающая способность = ((масса пробирки+масса осадка) – (масса пробирки+масса образца))/масса образца
Методика 6: Определение SAG
[0086] Этот метод идентичен методу 5–54 комиссии IFT по стандартизации пектина за исключением того, что он модифицирован для применения механической мешалки вместо картофелемялки.
[0087] Устройство включало следующее:
1. Аналитические весы
2. Лабораторные весы (максимальная нагрузка 3–5 кг, точность 0,2 г)
3. Кастрюля из нержавеющей стали, 1,5 л, диаметром 15 см
4. Электрическая плитка диаметром 15 см, 1500 Вт
5. Мешалка с электроприводом, регулируемая скорость, 500–1000 об/мин
6. Вал мешалки (HETO, изделие № 000240, чертеж № 0004259)
7. Химические стаканы (1000 мл и 150 мл)
8. Шпатель
9. Секундомер
10. Термометр, 100°C
11. pH–метр
12. Стаканы и лента SAG
13. Ридгелиметр (прибор для определения прочности геля)
14. Струна для нарезки сыра
15. Рефрактометр
16. Термостат
[0088] Использовали следующие химические реактивы: сахар, винную кислоту (раствор 488 г на литр) и деионизированную воду.
[0089] Приготовление геля производили следующим образом:
1. В химическом стакане объемом 1000 мл взвешивали 650–(650/x) г сахара, где x=расчетная твердость образца.
2. Переносили 20–30 г взвешенного сахара в сухой химический стакан объемом 150 мл и добавляли взвешенный образец (вес образца для использования в геле выражен следующим образом: 650 г/расчетный класс твердости).
3. Образец и сахар тщательно смешивали в химическом стакане при перемешивании шпателем.
4. 410 мл деионизированной/дистиллированной воды вливали во взвешенную кастрюлю емкостью 1500 мл из нержавеющей стали и помещали в нее вал мешалки. Всю смесь образца/сахара сразу вливали в воду при перемешивании при 1000 об/мин. Важно как можно быстрее погрузить раствор образца/сахара в воду и перенести какие–либо остатки образца/сахара из маленького химического стакана в кастрюлю.
5. Перемешивание продолжали в течение двух минут.
6. Через 2 минуты кастрюлю ставили на предварительно нагретую электрическую плитку и перемешивали при 500 об/мин.
7. Когда содержимое начинало сильно кипеть, добавляли оставшийся сахар и продолжали нагревание и перемешивание, пока сахар не растворялся, и пока чистая масса партии геля не составила 1015 г. Электрическая плитка должна быть отрегулирована так, чтобы полное время нагрева геля составляло 5–8 минут (максимальная мощность, 1500 Вт).
8. После взвешивания партии 1015 г на лабораторных весах ее оставляли на столе на одну минуты. Затем кастрюлю наклоняли так, чтобы содержимое почти начинало перетекать через край, и быстро снимали всю пену. Термометр погружали в партию и продолжали осторожное перемешивание, пока температура не достигала точно 95°C.
9. Партию быстро наливали в два предварительно подготовленных стакана SAG, каждый из которых содержал 1,75–2,25 мл раствора винной кислоты, и наклеивали на них клейкую ленту так, чтобы стаканы можно было наполнить на приблизительно 1 см выше краев.
10. Через 15 минут стаканы накрывали крышками, и когда температура достигала 30–35°C, помещали стаканы в термостат при 25±3°C на 20–24 часа.
[0090] Свойства геля измеряли следующим образом:
1. После хранения гелей в течение 20–24 часов со стаканов снимали крышки и удаляли ленту. С помощью струны для резки сыра верхний слой срезали и отбрасывали.
2. Затем гель осторожно поворачивали и извлекали из стакана в перевернутом положении на квадратную стеклянную пластину в комплекте с ридгелиметром.
3. Секундомер запускали, как только гель оказывался на стеклянной пластине. Если гель немного наклонялся на одну сторону, его поправляли, осторожно наклоняя стеклянную пластину в другом направлении.
4. Пластину и гель осторожно устанавливали на основание ридгелиметра так, чтобы гель был центрирован под винтом микрометра, который затем нужно закрутить вниз до поверхности геля.
5. Через две минуты после запуска секундомера конус винта микрометра приводили в контакт с гелем и регистрировали показание ридгелиметра до ближайшей отметки 0,1.
6. Измеряли pH, который должен был составлять 2,2–2,4. В ином случае образец тестировали повторно.
[0091] Класс прочности геля образца вычисляли следующим образом:
1. При использовании калибровочной таблицы ридгелиметра показание ридгелиметра преобразовывали в Коэффициент 1 (см. Фиг. 1).
2. При использовании корректировочной таблицы для учета сухих веществ, измеренное содержание растворимых сухих веществ преобразовывали в Коэффициент 2 (см. Фиг. 2).
3. При умножении расчетного класса в тесте на поправочные коэффициенты получали истинный класс, используя следующую формулу:
Расчетный класс × Коэффициент 1 × Коэффициент 2=истинный класс
Таблица 3
<b>Показание ридгелиметра, процент SAO</b>
<b>Коэффициент 1</b>
<b>Показание ридгелиметра, процент SAO</b>
<b>Коэффициент 1</b>
<b>Показание ридгелиметра, процент SAO</b>
<b>Коэффициент 1</b>
19,019,119,219,319,419,5
1,2001,1951,1901,1861,1821,177
22,022,122,222,322,422,5
1,0671,0621,0571,0541,0481,044
25,025,125,225,325,425,5
0,9360,9330,9280,9250,9210,917
19,619,719,819,920,0
1,1731,1681,1631,1581,155
22,622,722,822,923,0
1,0401,0351,0311,0271,022
25,625,725,825,926,0
0,9130,9100,9060,9020,898
20,120,220,320,420,5
1,1501,1461,1421,1371,133
23,123,223,323,4
1,0181,0131,0091,005
26,126,226,326,426,5
0,8950,8920,8880,8850,881
<b>23,5</b>
<b>1,000</b>
20,620,720,820,921,0
1,1281,1241,1201,1151,110
23,623,723,823,924,0
0,9970,9920,9870,9830,978
26,626,726,826,927,0
0,8780,8750,8720,8680,864
21,121,221,321,421,5
1,1021,0971,0931,068
24,124,224,324,424,5
0,9740,9690,9650,9600,957
27,127,227,327,427,5
0,8620,8590,8560,8530,850
21,621,721,821,9
1,0841,0801,0761,072
24,624,724,824,9
0,9530,9460,9440,940
27,627,727,827,9
0,8470,8440,8420,838
Таблица 4
<b>Корреляционные значения, вычисленные для "Замененного" SAG анализа</b>
Процент SS
Поправочный коэффициент 2
64,0
1,034
54,1
1,031
64,2
1,028
64,3
1,024
54,4
1,021
64,5
1,018
64,6
1,015
64,7
1,012
64,8
1,008
64,9
1,004
65,0
1,000
65,1
0,997
65,2
0,993
65,3
0,990
65,4
0,987
65,5
0,984
65,6
0,980
65,7
0,975
65,6
0,970
65,9
0,967
66,0
0,964
66,1
0,960
66,2
0,957
Пример 1
[0092] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, и затем прессовали вручную с последующей второй последовательной промывкой/прессованием, с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Затем сухой, промытый спиртом исходный материал содержащей пектин биомассы разделяли на четыре образца – Образцы 1, 2, 3 и 4.
[0093] Образец 1 (активированный/без механической энергии): 2500 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали путем контакта материала со спиртом и кислотой при 60°C в течение 1 часа без воздействия механической энергии. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемой в экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 2500 граммов сухой кожуры, 250 мл 62% азотной кислоты; 20 л 60% изопропилового спирта. После обычной активации, т.е. без механической энергии, образец охлаждали до 25°C и сливали жидкую фазу. Осушенный образец затем промывали 100 л 60% изопропилового спирта, а затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0094] Образец 2 (активированный/механическая энергия): 1000 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали путем контакта материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа с воздействием механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемой в экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
1
2
[0095] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0096] После активации при воздействии механической энергии, смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали с помощью пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем два раза промывали обычным способом, где каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0097] Образец 3 (неактивированный/без механической энергии): 30 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0098] Образец 4 (неактивированный/механическая энергия): 30 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы суспендировали в 3 л деионизированной воды, а затем пропускали через гомогенизатор (гомогенизатор APV Rannie 1000, тип 12.50, рег. номер 113, Копенгаген, Дания) два раза под давлением 300 бар для передачи сопоставимой механической энергии, как в случае Образца 2. Гомогенизированный образец смешивали с 6 л 100% изопропанола и затем отжимали через нейлоновую ткань 60 мкм. Затем отжатый образец сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов, после чего высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0099] Сухую, промытую обычным способом водой, апельсиновую кожуру получали и делили на четыре образца – Образец 5, 6, 7 и 8.
[0100] Образец 5 (активированный/без механической энергии): 500 граммов (сухого вещества) промытого водой исходного материала содержащего пектин биомассы активировали при контакте материала с 15 л 60% этанола и 50 мл 62% азотной кислоты при 65°C в течение 2 часов без воздействия механической энергии. После обычной активации, т.е. без механической энергии, образец охлаждали до 25°C и затем отжимали. Отжатый образец затем промывали 15 л 60% этанола с доведением до pH 4,0 10% карбонатом натрия, а затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0101] Образец 6 (активированная/механическая энергия): 1000 граммов (сухого вещества) промытого водой исходного материала содержащего пектин биомассы активировали при контакте материала с 30 л 60% этанола и 100 мл 62% азотной кислоты при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей.
1
2
[0102] Механическую энергию индуцировали путем постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0103] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C, а затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 5 минут в 30 л 60% этанола с доведением до pH 4,0 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0104] Образец 7 (неактивированный/без механической энергии): 30 граммов (сухого вещества) промытого водой исходного материала содержащей пектин биомассы мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0105] Образец 8 (неактивированный/механическая энергия): 30 граммов (сухого вещества) промытого водой исходного материала содержащей пектин биомассы суспендировали в 3 л деионизированной воды, а затем пропускали через гомогенизатор (гомогенизатор APV Rannie 1000, тип 12.50, рег. номер 113, Копенгаген, Дания) два раза под давлением 300 бар с передачей сопоставимой механической энергии образцу, как в случае Образца 2. Гомогенизированный образец смешивали с 6 л 100% изопропанола и затем отжимали через нейлоновую ткань 60 мкм. Затем отжатый образец сушили в сушильном шкафу в 65°C в течение 10 часов, после чего высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0106] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), остаточное содержание сахара (% по весу образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), степень галактуроновой кислоты образца (ГК), кажущуюся вязкость (VIS) образца в 2% растворе/дисперсии при pH 4 и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы сухого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 5
Образец
Активированный
МЭ
Выход(%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков(дл/г)
Остаточный сахар(%)
СЭ(%)
ГК(%)
VIS(мПа∙с)
Свызывание воды(g/g)
1
Да
Нет
34
10
3,40
2,3
72,8
49,8
1020
n/a
2
Да
Да
38,4
9,1
3,49
2,6
73,4
48,8
1810
15
3
Нет
Нет
18,4
9,8
1,80
12,2
74,6
44
240
13,9
4
Нет
Да
22,8
7,6
1,73
12,2
74,6
44
270
22,6
5
Да
Нет
19,5
10
1,95
0,97
67,6
45
90
NA
6
Да
Да
39,4
7,7
3,03
0,7
67,4
49,4
1188
18,3
7
Нет
Нет
19,9
7
1,39
13,5
67,5
42,6
54
9,6
8
Нет
Да
23,2
6
1,39
13,5
67,5
42,6
92
12,6
[0107] Как показано в Таблице 5, промытый спиртом образец, который активировали при воздействии механической энергии, имеет более высокую кажущуюся вязкость, чем сравниваемый образец, активированный без воздействия механической энергии. Фактически, все образцы, которые подвергались воздействию механической энергии, имели более высокую кажущуюся вязкость, чем кажущаяся вязкость сравниваемых с ними образцов, которые подвергались воздействию механической энергии.
[0108] Также проиллюстрировано, что образцы, которые подвергались воздействию механической энергии, также имеют более высокий выход пектина. Этот результат вызывает удивление, поскольку традиционно считалось, что воздействие на исходный материал содержащей пектин биомассы механической энергии, превышающей 1200 килоджоулей на кг сухого вещества, приведет к разрушению или распаду материала с получением формы, которая сделает отделение активирующего раствора, а также экстракцию пектина из нее более сложной, и, следовательно, может неприемлемо снизить выход пектина.
[0109] Параметр перекрывания клубков Образца 2 указывает, что пектинсодержащая композиция, которая промыта спиртом и затем активирована при воздействии механической энергии, обладает наиболее высокой требуемой функциональностью.
Пример 2
[0110] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, и затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Затем сухой, промытый спиртом исходный материал содержащей пектин биомассы делили на два образца, Образцы 1 и 2.
[0111] Образец 1 (промытый спиртом/активированный): 1000 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемой при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
1
2
[0112] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом образца смеси (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0113] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом два раза, при этом каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 с использованием 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0114] Образец 2 (промытый спиртом/активированный): Образец 2 подготавливали так же, как Образец 1, за исключением того, что Образец 2 активировали при температуре 40°C.
[0115] Сухую, промытую обычным способом водой, апельсиновую кожуру получали и делили на два образца – Образцы 3 и 4.
[0116] Образец 3 (промытый водой/активированный): 1000 граммов (сухого вещества) промытого водой исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала с 30 л 60% этанола и 100 мл 62% азотной кислоты при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей.
1
2
[0117] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0118] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали с помощью пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 5 минут в 30 л 60% этанола с доведением до pH 4,0 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0119] Образец 4 (промытый водой/активированный): Образец 4 подготавливали так же, как Образец 3, за исключением того, что Образец 4 активировали при температуре 40°C.
[0120] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектин, экстрагированный из образца), остаточное содержание сахара (% по весу образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), степень галактуроновой кислоты образца (ГК), кажущуюся вязкость (раствора, в котором растворе или диспергирован образец) и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 6
Образец
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков(дл/г)
Остаточный сахар(%)
СЭ(%)
ГК(%)
VIS(мПа∙с)
Связывание воды(г/г)
1
38,4
9,1
3,49
2,6
73,4
48,8
1810
15
2
25
8,3
2,08
1,29
71,7
44
156
16,7
3
39,4
7,7
3,03
0,7
67,4
49,4
1188
18,3
4
28,3
8,3
2,35
0,97
68,4
45,9
266
16,2
[0121] Образцы показывают, что такое функциональное свойство, как кажущаяся вязкость, в образцах, которые подвергались механической обработке при 70°C, намного выше, чем у образцов, которые обрабатывали при 40°C. Это указывает на то, что обработка исходного материала содержащей пектин биомассы при температурах выше 40°C приводит к тому, что материал обладает более высокой функциональностью по сравнению с материалами, обработанными при температурах ниже 40°C.
Пример 3
[0122] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, и затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, а затем сушили с получением сухого, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы. Затем сухой, промытый спиртом исходный материал содержащей пектин биомассы делили на два образца – Образцы 1 и 2.
[0123] Образец 1 (сухой/без механической энергии): 2500 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа без воздействия механической энергии. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 2500 граммов сухой кожуры, 250 мл 62% азотной кислоты; 20 л 60% изопропилового спирта. После активации обычным способом, т.е. без механической энергии, образец охлаждали до 25°C и отжимали. Отжатый образец затем промывали 100 л 60% изопропиловым спиртом, а затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0124] Образец 2 (сухой/механическая энергия): 1000 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
1
2
[0125] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)), и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0126] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом два раза, где каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0127] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, с получением влажного и прессованного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0128] Образец 3 (влажный/механическая энергия): 950 граммов (сухого вещества) влажного и прессованного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
1
2
[0129] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0130] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом два раза, где каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0131] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), остаточное содержание сахара (% по весу образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), степень галактуроновой кислоты образца (ГК), кажущуюся вязкость (раствора, в котором растворен или диспергирован образец), и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 7
Образец
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков(дл/г)
Остаточный сахар(%)
СЭ(%)
ГК(%)
VIS(мПа∙с)
Связывание воды(г/г)
SAG
1
34
10
3,40
2,3
72,8
49,8
1020
n/a
111
2
38,4
9,1
3,49
2,6
73,4
48,8
1810
15
122
3
50,7
9,1
4,61
2,1
73,5
50
3100
24,6
142
[0132] Как показано в Таблице 7, такое функциональное свойство, как кажущаяся вязкость, намного выше в образце, в котором исходный материал содержащей пектин биомассы был промыт, но не высушен впоследствии. Это показывает, что в некоторых случаях может быть желательно избегать сушки промытого исходного материала содержащей пектин биомассы перед активацией (контакт исходного материала содержащей пектин биомассы с активирующим раствором и воздействие механической энергии на смесь). Кроме того, как показано в таблице, функциональное свойство SAG соответствует такому же профилю, как функциональное свойство вязкость.
Пример 4
[0133] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением промытого спиртом и высушенного исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0134] Образец 1: 1000 граммов (сухого вещества) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
[0135] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из емкости (KOFA ApS, объем 25 л) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/4 дюйма (0,6 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0136] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C и затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом два раза, где каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи и просеивали через сито с ячейками 100 микронов, чтобы все образцы имели одинаковую крупность частиц.
[0137] Образец 2: Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением влажного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0138] 950 граммов (сухого вещества) влажного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 70°C в течение 1 часа при воздействии механической энергии 10800 килоджоулей. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62% азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
1
2
[0139] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью 5200 л/ч из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц.
[0140] После активации при воздействии механической энергии смесь образца охлаждали до 15°C, а затем отжимали при использовании пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем промывали обычным способом два раза, где каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 3,5 при использовании 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи и просеивали через сито с ячейками 100 микронов, чтобы все образцы имели одинаковую крупность частиц.
[0141] Также получали четыре сравнительных образца, которые просеивали через сито с ячейками 100 микронов. Эти сравнительные образцы являлись коммерческими продуктами волокон цитрусовых, как указано в таблице ниже:
Таблица 8
Коммерческие образцы
Торговое наименование
Номер коммерческой партии
C1
CitriFi 100M40
R13162M40
C2
Herbacel AQ Plus citrus
31210020
C3
FiberGel Citrus 5100
510015M21A
C4
Ceamfibre 7000
PT52825
[0142] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), остаточное содержание сахара (% по весу образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), степень галактуроновой кислоты образца (ГК), кажущуюся вязкость (раствора, в котором растворен или диспергирован образец), водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) и SAG образца измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 9
Образец
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков(дл/г)
Остаточный сахар(%)
СЭ(%)
ГК(%)
VIS(мПа∙с)
Связывание воды(г/г)
SAG
1
37,2
7,2
2,68
3,7
73,3
49,9
558
18,2
101
2
43,8
7,5
3,29
2,8
73,1
51,1
1266
24,6
128
C1
18,2
6,1
1,11
21,1
67,6
44,3
56
13,1
<<60
C2
10,3
3,4
0,35
1,9
60,9
22,5
180
16,5
Нет геля
C3
20,9
2,7
0,56
39,6
6,6
43,8
10
8,1
Нет геля
C4
0,6
2,2
0,01
N/A
19
3,5
4
7,1
Нет геля
[0143] Как показано в Таблице 9, ни один из сравнительных образцов не имеет параметра перекрывания клубков, который больше, и поэтому, по сравнению с Образцами 1–2, они имеют более низкую функциональность. Кроме того, Образцы 1–2 имеют более высокую кажущуюся вязкость и водосвязывающую способность, а также, в отличие от сравнительных образцов, обладают способностью гелеобразования. Эти результаты демонстрируют функциональное превосходство иллюстративных композиций содержащей пектин биомассы согласно настоящему изобретению по сравнению с обычными композициями содержащей пектин биомассы.
Пример 5
[0144] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную, с последующей второй промывкой/прессованием, после чего сушили при 65°C в течение 10 часов с получением высушенного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы (остаточная влажность 5–10%).
[0145] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением влажного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы (35–45% сухого вещества).
[0146] Предварительно обработанные образцы (Образцы 1–4): Для каждого образца, смесь 1000 граммов (сухого вещества) высушенного, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы и активирующего раствора (100 мл 62% азотной кислоты: 30 л 60% спирта) подвергали предварительной обработке путем однократного пропускания через гомогенизатор Boston Shearmill (BSM) при комнатной температуре (модель BSM–25 с электродвигателем мощностью 15 л.с. (11 кВт) и диаметром выпускного отверстия 1 дюйм (25 мм)). Предварительно обработанную смесь каждого образца затем подвергали дополнительной обработке. Количество механической энергии, переданной Образцам 1, 2, 3 и 4, с помощью Boston Shearmill, вычисляли на основе эффекта BSM и времени обработки образца. Для образца 1 и 2 время, требуемое для обработки 33 литров в BSM, составляло 125 секунд; энергия, передаваемая образцу, составляла 11 кВт*125 секунд или 1380 килоджоулей. Для образцов 3 и 4 скорость потока была выше, а продолжительность обработки составляла только 63 секунды, следовательно передаваемая энергия составляла 690 килоджоулей (на кг сухого вещества).
[0147] Образец 2 и Образец 4: Для каждого образца предварительно обработанную смесь переносили в закрытый полиэтиленовый пакет и помещали на 65°C на 3–4 часа без механической обработки. Образец затем отжимали, промывали 20 л 80% изопропилового спирта при pH 4. После этого образец отжимали, прессовали и сушили. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
1
2
[0148] Образец 1 и Образец 3: Для каждого образца предварительно обработанную смесь (материал, спирт и кислоту) дополнительно обрабатывали в системе inator. Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно прокачивали приблизительно со скоростью 1000 л/ч из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) при поддержании температуры 65°C и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 10 Гц в течение 50 минут (3000 секунд), включая нагревание (15 минут) и охлаждение (15 минут).
[0149] Электродвигатель насоса имел мощность 2 кВт при 50 Гц; при 10 Гц мощность составляет только 0,4 кВт; энергия, передаваемая образцу 1 и 3, составляла 0,4 кВт*3000 секунд или 1200 килоджоулей (на кг сухого вещества).
[0150] После активации под воздействием механической энергии, смесь образца охлаждали до 15°C, а затем отжимали с помощью пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем два раза промывали обычным способом, при этом каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 4 с использованием 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи и просеивали через сито с ячейками 250 микронов.
1
2
[0151] Не подвергнутые предварительной обработке образцы: Для каждого образца смесь 1000 граммов (сухого вещества) высушенного, промытого спиртом и активирующего раствора (100 мл 62% азотной кислоты: 30 л 60% спирта) обрабатывали в inator. Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали со скоростью приблизительно 1000 л/ч из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) с поддержанием температуры 65°C и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при различных частотах (Гц) и в течение различных периодов времени.
[0152] После активации под воздействием механической энергии, смесь образца охлаждали до 15°C, а затем отжимали с помощью пресса Vincent (модель CP–4). Отжатый образец затем два раза промывали обычным способом, при этом каждую промывку проводили в течение 5 минут в 30 л 60% изопропилового спирта с доведением до pH 4 с использованием 10% карбоната натрия. Промытый образец затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи и просеивали через сито с ячейками 250 микронов.
[0153] Параметры обработки не подвергавшихся предварительной обработке образцов приведены в таблице ниже:
Таблица 10
Образец
Скорость кулачкового насоса и соответствующая мощность
Время, включая нагрев и охлаждение (минуты)
5
10 Гц (0,4 кВт)
50
6
20 Гц (0,8 кВт)
50
7
40 Гц (1,6 кВт)
50
9
40 Гц (1,6 кВт)
90
10
30 Гц (1,2 кВт)
90
[0154] Образец 8: 1000 (сухое вещество) промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы активировали при контакте материала со спиртом и кислотой при 65°C в течение 3–4 часов, без воздействия механической энергии. Количество кислоты, которое использовали, подбирали в соответствии с количеством кислоты, используемым при экстракции сухой кожуры (0,1 мл кислоты/грамм кожуры): 1000 граммов сухой кожуры, 100 мл 62 азотной кислоты; 30 л 60% изопропилового спирта.
[0155] После обычной активации, т.е. без механической энергии, образец охлаждали до 25°C, а затем отжимали. Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 30 минут в 30 л 80% изопропанола с доведением до pH 4,0 с использованием 10% карбоната натрия. Промытую кожуру затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0156] Общее количество механической энергии, переданной каждому образцу, приведено в таблице ниже:
Таблица 11
Образец
Энергия BSM (кДж)
Энергия Inator* (кДж)
Полная энергия** (кДж)
1
1380
1200
2580
2
1380
0
1380
3
690
1200
1890
4
690
0
690
5
0
1200
1200
6
0
2400
2400
7
0
4800
4800
8
0
0
0
9
0
8640
8640
10
0
6480
6480
*Энергию Inator вычисляли на основе эффекта насоса и времени работы
**Полная энергия – сумма энергии BSM и энергии Inator
[0157] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), кажущуюся вязкость (раствора, раствора, в котором растворен или диспергирован образец) и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 12
Образец
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
VIS(мПа∙с)
Связывание воды (г/г)
1
28,2
8,4
2,4
66,3
583
26,7
2
19,5
9,6
1,9
67,9
219
20,7
3
28,6
8,2
2,3
68,4
730
24,6
4
18,3
10
1,8
68,7
238
21,7
5
25,8
8,9
2,3
69,4
439
21,5
6
29,6
8,2
2,4
69,5
573
21,2
7
26
9
2,3
69,6
512
22,2
8
19,1
8,8
1,7
68,8
165
15,6
9
30,4
8
2,4
69,4
628
22,4
10
30,4
8
2,4
69,6
691
20
[0158] Как показано в таблице, когда количество механической энергии, передаваемой образцу, превышает 1500 килоджоулей на кг сухого вещества, параметр перекрывания клубков больше 2, и, таким образом, образец имеет кажущуюся вязкость выше 500 мПа∙с.
Пример 6
[0159] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, и затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0160] Образцы 1–3 (нагрев в Inator): Для каждого образца смесь 1000 граммов (сухого вещества) промытой спиртом, прессованной кожуры и активирующего раствора (100 мл 62% азотной кислоты: 30 л 60% спирта), обрабатывали в inator.
1
2
[0161] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) с поддержанием температуры 70°C и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 40 Гц (Образец 1) в течение 50 минут (3000 секунд), включая нагрев и охлаждение; 40 Гц (Образец 2) в течение 90 минут (5400 секунд), включая нагрев и охлаждение; 50 Гц (Образец 3) в течение 50 минут (3000 секунд), включая нагрев и охлаждение.
[0162] Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 30 минут в 30 л 80% изопропанола с доведением до pH 4,0 с использованием 10% карбоната натрия. Промытую кожуру затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0163] Образцы 4–9 (нагрев после Inator): Для каждого образца смесь 1000 граммов (сухого вещества) промытой спиртом, прессованной кожуры и активирующего раствора (100 мл 62% азотной кислоты: 30 л 60% спирта) обрабатывали в inator, как описано для образцов 1–3, но процесс проводили при 25°C, а насос работал при 50 Гц. Образцы 4–6 обрабатывали в течение 20 минут (1200 секунд), а образцы 7–9 обрабатывали в течение 60 минут (3600 секунд). После обработки в Inator, смесь разделяли на кожуру и активирующий раствор. Активирующий раствор нагревали до 70°C в емкости с мешалкой, и кожуру добавляли в емкость. Время нагрева при 70°C составляло 5 минут (образец 4), 20 минут (образец 5) и 60 минут (образец 6), 5 минут (образец 7), 20 минут (образец 8) и 60 минут (образец 9).
[0164] Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 30 минут в 30 л 80% изопропанола с доведением до pH 4,0 с использованием 10% карбоната натрия. Промытую кожуру затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0165] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), кажущуюся вязкость (раствора, в котором растворен или диспергирован образец) и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 13
Образец
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
1
32,42
8,82
2,86
70,2
17,8
2
38,06
8,23
3,13
69,3
20,3
3
33,84
8,72
2,95
69,4
18,2
4
26,23
10,43
2,74
70,6
17,1
5
29,79
9,46
2,82
69,5
18,1
6
38,25
8,24
3,15
70
21,3
7
27,79
8,77
2,44
67,6
18,4
8
31,81
8,91
2,83
70,5
16,6
9
30,97
9,17
2,84
70,5
15,8
[0166] Как показано в таблице выше, на функциональность полученной в результате композиции содержащей активированный пектин биомассы не обязательно влияет то, когда нагревают смесь исходного материала содержащей пектин биомассы и активирующего раствора, во время или после воздействия на смесь механической энергии. Таким образом, подходящие композиции содержащей активированный пектин биомассы могут быть получены независимо от того, когда нагревают смесь, т.е. во время или после обработки механической энергией.
Пример 7
[0167] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием и сушкой, с получением сухого, промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0168] Для каждого образца смесь 1000 граммов (95% сухого вещества) промытой спиртом, сухой кожуры и активирующего раствора (150 мл 62% азотной кислоты: 30 л 60% спирта) обрабатывали в inator.
1
2
[0169] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) с поддержанием температуры 55°C (Образец 1), 65°C (Образец 2) или 75°C (Образец 3) и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 50 Гц в течение 30 минут.
[0170] Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 30 минут в 30 л 80% изопропанола с доведением до pH 4,0 с использованием 10% карбоната натрия. Промытую кожуру затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушенный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0171] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ), кажущуюся вязкость (раствора, в котором растворен или диспергирован образец) и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже.
Таблица 14
Образец
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
VIS(мПа∙с)
Связывание воды (г/г)
1
7,1
30,4
2,16
67,4
196
16,6
2
6,5
36,1
2,35
66,2
276
16,6
3
6,1
41,9
2,56
66,1
353
22,0
[0172] Как показано в таблице выше, на функциональность полученной в результате композиции содержащей активированный пектин биомассы повлияла температура активации. При более высокой температуре активации IV уменьшается, тогда как выход, перекрывание клубков, кажущаяся вязкость и связывание воды увеличиваются. СЭ остается практически постоянной.
Пример 8
[0173] Свежую апельсиновую кожуру промывали в спирте при использовании способов, описанных в патенте США 8,323,513, а затем прессовали вручную с последующей второй промывкой/прессованием, с получением промытого спиртом исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0174] Для каждого образца смесь 1000 граммов (сухого вещества) промытой спиртом, прессованной кожуры и активирующего раствора, содержащего различные концентрации 62% азотной кислоты в 30 л 60% спирта, обрабатывали в inator.
1
2
[0175] Механическую энергию индуцировали при постоянной рециркуляции насосом смеси образца (материала, спирта и кислоты), в частности, смесь образца непрерывно перекачивали из 25 л емкости из нержавеющей стали (без перемешивания) через трубчатый теплообменник (длина 3 метра; внешний диаметр 6 дюймов (15,2 см); 2 внутренних трубки, каждая диаметром 1/ дюйма (3,8 см)) с поддержанием температуры от 55–75°C и обратно в емкость с помощью кулачкового насоса (APV, CL/1/021/10), который работал при 40–50 Гц в течение 5–60 минут.
[0176] Отжатый образец затем промывали обычным способом в течение 30 минут в 30 л 80% изопропанола с доведением до pH 4,0 с использованием 10% карбоната натрия. Промытую кожуру затем сушили в сушильном шкафу при 65°C в течение 10 часов. Затем высушеный образец мололи с получением частиц размером 250 микронов.
[0177] Выход (% растворимого пектина в образце), характеристическую вязкость (пектина, экстрагированного из образца), степень этерификации пектина в образце (СЭ) и водосвязывающую способность образца (граммы воды/граммы твердого вещества) измеряли и вычисляли параметр перекрывания клубков. Результаты приведены в таблице ниже с учетом влияния кислоты, температуры, приложенной энергии и времени обработки.
Таблица 15
Образец
Кислота (мл/кг СВ)
Темп(°С)
Время (мин)
Энергия (кДж)
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
1
150
75
15
1800
7,9
35,0
2,8
69,8
21,7
2
150
75
60
7200
7,4
39,0
2,9
68,3
20,9
[0178] При постоянной концентрации кислоты и температуре с переменным временем обработки, как показано в Таблице 15, IV несколько снижается при увеличении длительности обработки, выход несколько увеличивается при увеличении длительности обработки, перекрывание клубков остается практически постоянным независимо от времени обработки, и СЭ и связывание воды остаются практически постоянными.
Таблица 16
Образец
Кислота (мл/кг СВ)
Темп(°С)
Время (мин)
Энергия (кДж)
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
3
100
70
20
1920
8,8
32,4
2,9
70,2
17,8
4
100
70
60
5760
8,2
38,1
3,1
69,3
20,3
5
100
70
20
2400
8,7
33,8
3,0
69,4
18,2
[0179] При более низкой концентрации кислоты и более низкой температуре с переменным временем обработки, как показано в Таблице 16, по сравнению с Таблицей 15, IV несколько уменьшается при увеличении длительности обработки, выход несколько увеличивается при увеличении длительности обработки, перекрывание клубков остается практически постоянным независимо от времени обработки, и СЭ остается практически постоянным. Однако при увеличении длительности обработки увеличивается связывание воды.
Таблица 17
Образец
Кислота (мл/кг СВ)
Темп(°С)
Время (мин)
Энергия (кДж)
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
6
150
65
5
600
7,3
32,9
2,4
67,1
19,0
7
150
65
30
3600
7,5
38,5
2,9
68,1
19,0
8
150
65
60
7200
7,2
42,4
3,1
66,7
20,1
[0180] При постоянной концентрации кислоты и постоянной низкой температуре обработки с переменным временем обработки, как показано в Таблице 17, IV остается практически постоянным в случае времени обработки в пределах 5–60 минут, выход увеличивается при увеличении длительности обработки, увеличении длительности обработки увеличивается перекрывание клубков, а СЭ и связывание воды остаются практически постоянными.
Таблица 18
Образец
Кислота (мл/кг СВ)
Темп(°С)
Время (мин)
Энергия (кДж)
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
9
250
55
5
600
7,9
30,8
2,4
67
18,6
10
250
55
60
7200
7,2
37,9
2,7
65
19,1
[0181] При более высокой концентрации кислоты и еще более низкой температуре обработки с переменным временем обработки, как показано в Таблице 18, IV уменьшается при уменьшении времени обработки, выход увеличивается при увеличении времени обработки, перекрывание клубков увеличивается при увеличении времени обработки, а СЭ и связывание воды остаются практически постоянными при времени обработки в пределах 5–60 минут.
Таблица 19
Образец
Кислота (мл/кг СВ)
Темп(°С)
Время (мин)
Энергия (кДж)
IV(дл/г)
Выход (%)
Перекрывание клубков (дл/г)
СЭ(%)
Связывание воды (г/г)
11
50
65
30
3600
10,1
22,1
2,2
68,9
13,0
12
150
65
30
3600
7,6
36,9
2,8
67,1
19,9
13
250
65
30
3600
7,0
41,2
2,9
65,7
19,7
[0182] При постоянной температуре и времени обработки с увеличением концентрации кислоты, как показано в Таблице 19, IV снижалась, выход увеличивался, перекрывание клубков увеличивалось, СЭ снижалась, и связывание воды увеличивалось.
[0183] Таким образом, эти результаты показывают, что можно изменять концентрацию кислоты, температуру обработки и время обработки с получением множества вариантов для оптимизации обработки композиции биомассы, содержащей активированный пектин.
[0184] Концентрация кислоты находится в пределах 50–250 мл 62% азотной кислоты на кг сухого вещества, предпочтительно в пределах 100–250 мл 62% азотной кислоты на кг сухого вещества и более предпочтительно 150–250 мл 62% азотной кислоты на кг сухого вещества.
[0185] Температура обработки находится в пределах 55–75°C, предпочтительно 65–75°C и более предпочтительно 70–75°C.
[0186] Время обработки находится в пределах 5–60 минут, предпочтительно 15–60 минут и более предпочтительно 20–60 минут.
[0187] Идеальной комбинацией является концентрация кислоты 150 мл 62% азотной кислоты (концентрированной азотной кислоты) на кг сухого вещества, температура обработки 70°C и время обработки 15 минут, а если требуется более низкая температура, может применяться более высокая концентрация кислоты.
Пример 9
[0188] В данном примере продемонстрировано применение различных исходных материалов содержащей пектин биомассы и конечные свойства композиций содержащей активированный пектин биомассы, которые могут применяться в качестве исходных материалов в процессе экстракции пектина.
[0189] Яблоки прессовали. К прессованным выжимкам добавляли 63% изопропанол, после чего выжимки промывали в течение 5 минут и прессовали. Один образец промывали еще раз в 80% изопропаноле, прессовали и сушили в сушильном шкафу. Для другого образца, в Inator смешивали 1 кг сухого вещества прессованных яблочных выжимок с 24 кг 60% изопропанола. Добавляли 100 мл концентрированной азотной кислоты на кг сухого вещества. Эту смесь активировали при 70°C в течение 60 минут при перекачивании маленьким кулачковым насосом. После активации выжимки прессовали. Затем их промывали в 60% изопропаноле и прессовали. Затем их промывали в 80% изопропаноле, прессовали и сушили.
[0190] Топинамбуры прессовали. К прессованным выжимкам добавляли 63% изопропанол, затем выжимки промывали в течение 5 минут и прессовали. Один образец промывали еще раз в 80% изопропаноле, прессовали и сушили в сушильном шкафу. Для другого образца, в Inator смешивали 1 кг сухого вещества прессованных яблочных выжимок с 24 кг 60% изопропанола. Добавляли 100 мл концентрированной азотной кислоты на кг сухого вещества. Эту смесь активировали при 70°C в течение 60 минут, перекачивая маленьким кулачковым насосом. После активации выжимки прессовали. Затем их промывали в 60% изопропаноле и прессовали. Затем их промывали в 80% изопропаноле, прессовали и сушили.
[0191] Апельсины прессовали. К прессованной кожуре добавляли 63% изопропанол, после чего кожуру промывали в течение 5 минут и прессовали. Один образец промывали еще раз в 80% изопропаноле, прессовали и сушили в сушильном шкафу. Для другого образца, в Inator смешивали 1 кг СВ прессованной апельсиновой кожуры с 24 кг 60%–го изопропанола. Добавляли 100 мл концентрированной азотной кислоты на кг сухого вещества. Эту смест активировали при 70°C в течение 60 минут, перекачивая маленьким кулачковым насосом. После активации кожуру прессовали. Затем ее промывали в 60% изопропаноле и прессовали. Затем ее промывали в 80% изопропаноле, прессовали и сушили.
[0192] После экстракции сахара отбирали стружку сахарной свеклы. К стружке добавляли 63% изопропанол, промывали в течение 5 минут и прессовали. Один образец промывали еще раз в 80% изопропаноле, прессовали и сушили в сушильном шкафу. Для другого образца, в Inator 1 кг СВ прессованной стружки смешивали с 27 кг 60% изопропанола. Добавляли 100 мл концентрированной азотной кислоты на кг сухого вещества. Эту смесь активировали при 70°C в течение 60 минут, перекачивая маленьким кулачковым насосом. После активации стружку прессовали. Затем ее промывали в 60% изопропаноле и прессовали. Затем ее промывали в 80% изопропаноле, прессовали и сушили.
Таблица 20
Образец
Описание
Удельная энергия(кДж/кг СВ)
Полная смесь (кг)
Удельная энергия(кДж/кг смеси)
СЭ(%)
Выход (%)
IV(дл/г)
Перекрывание клубков (дл/г)
1
Яблоко
10800
27
400
77,4
3,0
14,5
0,4
2
Активированное яблоко
10800
27
400
76,9
14,8
12,1
1,8
3
Топинамбур
10800
27
400
54,8
9,1
1,3
0,1
4
Активированный топинамбур
10800
27
400
56,8
22,2
5,5
1,2
5
Апельсин
10800
27
400
70,2
15
7,8
1,2
6
Активированный апельсин
10800
27
400
68,9
39
7,5
2,9
7
Свекла
10800
30
360
54,1
1,7
2,9
0,05
8
Активированная свекла
10800
30
360
54,4
15,0
3,3
0,5
in situ
[0193] Подобные закономерности были обнаружены для всех протестированных исходных материалов, то есть пектин становился растворимым  в процессе активации. Значение выхода и параметра перекрывания клубков были в несколько раз выше, чем у соответствующего образца, промытого спиртом, без активации. Активированное яблоко, которое является плодом, имеющим COP, близкое к 2, тогда как активированные овощи, такие как топинамбур и активированная сахарная свекла, демонстрируют COP в пределах 0,5–1,2. Активированный апельсин (цитрус) демонстрирует наиболее высокий показатель COP, превышающий 2.
[0194] Композиции содержащей пектин биомассы, содержащие композицию содержащей активированный пектин биомассы, включающую как растворимые, так и нерастворимые волокнистые компоненты, могут применяться во многих областях применения, включающих, без ограничения перечисленными, пикантные продукты, такие как супы, соусы и приправы; пищевые добавки; а также пребиотики для добавления в корма для животных. Влагоудерживающая способность нерастворимого волокнистого компонента облегчает применение композиций содержащей активированный пектин биомассы в качестве жидкого абсорбента, например, в одноразовых подгузниках и женских гигиенических средствах, таких как гигиенические пеленки и прокладки для нижнего белья. Растворимый пектиновый компонент в композициях содержащей активированный пектин биомассы делает их полезными в таких же областях применения, что и экстрагированный пектин, например, как раскрыто в европейском патенте 1812120B1. Объединяя в себе способность растворимого пектинового компонента нейтрализовать аммиак и, таким образом, устранять неприятный запах, и способность нерастворимого волокнистого компонента поглощать жидкость, композиции содержащей активированный пектин биомассы также могут применяться в наполнителе для кошек с целью поглощения жидкости и нейтрализации аммиака. Кроме того, композиции содержащей активированный пектин биомассы могут применяться в качестве исходного материала в процессе экстракции для получения пектина.
[0195] Различные аспекты способов получения композиции содержащей активированный пектин биомассы и содержащей активированный пектин композиции включают следующее:
[0196] Аспект 1: Способ получения композиции содержащей активированный пектин биомассы, включающий:
A) смешивание исходного материала содержащей пектин биомассы, включающей нерастворимый волокнистый компонент и нерастворимый протопектиновый компонент, с водным раствором спирта, с получением смеси;
B) активацию исходного материала содержащей пектин биомассы с получением материала содержащей активированный пектин биомассы, включающей нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент, путем обработки исходного материала содержащей пектин биомассы: (i) активирующим раствором, полученным при добавлении кислоты к смеси с получением pH смеси в пределах от или приблизительно от 0,5 до или приблизительно до 2,5, и (ii) нагревания до температуры приблизительно 40 градусов Цельсия или выше;
C) приложение механической энергии либо: (i) к смеси в этапе A), (ii) во время активации в этапе B), или (iii) к смеси в этапе A) и во время активации в этапе B); и
D) отделение композиции содержащей активированный пектин биомассы от смеси; где во время способа спирт, присутствующий в смеси, состаляет приблизительно 40 или больше процентов по весу с расчете на полный процент смеси.
[0197] Аспект 2: Способ согласно аспекту 1, где приложение механической энергии в этапе C) дополнительно включает восстановление волокнистой структуры исходного материала содержащей пектин биомассы в смеси.
[0198] Аспект 3: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где по существу ни один из растворимого пектинового компонента не экстрагируют из исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0199] Аспект 4: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где приложение механической энергии в этапе C) производят с помощью по меньшей мере одного из следующей группы: насос, пластинчатый рафинер, дисковый рафинер, экструдер, кулачковый насос и центробежный насос.
[0200] Аспект 5: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где механическая энергия составляет или приблизительно составляет 800 килоджоулей или больше на килограмм сухого вещества исходного материала содержащей пектин биомассы или составляет или приблизительно составляет 36 килоджоулей или более на килограмм смеси.
[0201] Аспект 6: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где композиция содержащей активированный пектин биомассы имеет параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2,0 или более.
[0202] Аспект 7: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где нагревание производят при температуре от или приблизительно от 60 до или приблизительно до 80 градусов Цельсия в течение периода времени в пределах от или приблизительно от 15 до или приблизительно до 60 минут.
[0203] Аспект 8: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где этап D) дополнительно включает регуляцию pH композиции содержащей активированный пектин биомассы в пределах от или приблизительно от 3,5 до или приблизительно до 4,5.
[0204] Аспект 9: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где механическая энергия составляет или приблизительно составляет 1200 килоджоулей или более на килограмм сухого вещества исходного материала содержащей пектин биомассы или составляет или приблизительно составляет 40 килоджоулей или более на килограмм смеси.
[0205] Аспект 10: Способ согласно аспекту 9, где композиция содержащей активированный пектин биомассы имеет параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2,3 или больше.
[0206] Аспект 11: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где механическая энергия составляет или приблизительно составляет 1900 килоджоулей или более на килограмм сухого вещества исходного материала содержащей пектин биомассы или составляет или приблизительно составляет 60 килоджоулей или более на килограмм смеси.
[0207] Аспект 12: Способ согласно аспекту 11, где композиция содержащей активированный пектин биомассы имеет параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2,5 или больше.
[0208] Аспект 13: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, дополнительно включающий сушку, размол или и сушку, и размол отделенной композиции содержащей активированный пектин биомассы.
[0209] Аспект 14: Способ согласно любому из предыдущих аспектов, где исходный материал содержащей пектин биомассы в этапе A) получен из цитрусовых.
[0210] Аспект 15: Способ согласно аспекту 14, где исходный материал содержащей пектин биомассы является промытой спиртом кожурой цитрусовых.
[0211] Аспект 16: Способ согласно любому из предыдущих аспектов 14–15, где композиция содержащей активированный пектин биомассы включает параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2 или больше, и степень этерификации растворимого пектинового компонента, равную или приблизительно равную 60 процентам или выше.
[0212] Аспект 17: Способ согласно любому из предыдущих аспектов 14–16, где композиция содержащей активированный пектин биомассы включает одно или более свойств из следующей группы: кажущаяся вязкость от или приблизительно от 150 мПа∙с до или приблизительно до 3500 мПа∙с при измерении в водном растворе при температуре 25 градусов Цельсия и pH 4,0, с помощью вискозиметра Brookfield, водосвязывающую способность от или приблизительно от 14 г/г до или приблизительно до 27 г/г, растворимый пектиновый компонент, присутствующий в количестве от или приблизительно от 20% до или приблизительно до 45% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы и pH от или приблизительно от 2,5 до или приблизительно до 5,5.
[0213] Аспект 18: Композиция содержащей активированный пектин биомассы, полученная из плода цитрусового, включающая:
нерастворимый волокнистый компонент, включающий целлюлозный материал;
растворимый пектиновый компонент, включающий легкорастворимый пектин;
где композиция содержащей активированный пектин биомассы имеет параметр перекрывания клубков, равный или приблизительно равный 2 или больше.
[0214] Аспект 19: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно аспекту 18, где нерастворимый волокнистый компонент и растворимый пектиновый компонент формирует открытую структуру, которая обеспечивает доступ жидкости к легкорастворимому пектину.
[0215] Аспект 20: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–19, где композиция содержащей активированный пектин биомассы включает от или приблизительно от 80 до или приблизительно до 55 процентов по весу нерастворимого волокнистого компонента и от или приблизительно от 20 до или приблизительно до 45 процентов по весу растворимого пектинового компонента.
[0216] Аспект 21: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–20, где степень этерификации растворимого пектинового компонента равна или приблизительно равна 60 процентам или выше.
[0217] Аспект 22: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–20, где параметр перекрывания клубков равен или приблизительно равен 2,3 или больше.
[0218] Аспект 23: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–20, где параметр перекрывания клубков равен или приблизительно равен 2,5 или больше.
[0219] Аспект 24: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–24, где композиция содержащей активированный пектин биомассы включает одно или более свойств из следующей группы: кажущаяся вязкость от или приблизительно от 150 мПа∙с до или приблизительно до 3500 мПа∙с при измерении в водном растворе при температуре 25 градусов Цельсия и pH 4,0 с помощью вискозиметра Brookfield, водосвязывающая способность от или приблизительно от 14 г/г до или приблизительно до 27 г/г, растворимый пектиновый компонент, присутствующий в количестве от или приблизительно от 20% до или приблизительно до 45% по весу композиции содержащей активированный пектин биомассы и pH от или приблизительно от 2,5 до или приблизительно до 5,5.
[0220] Аспект 25: Композиция содержащей активированный пектин биомассы, включающая:
нерастворимый волокнистый компонент, включающий целлюлозный материал;
растворимый пектиновый компонент, включающий легкорастворимый пектин;
где композиция содержащей активированный пектин биомассы: (i) получена из исходного материала содержащей пектин биомассы, выбранного из яблока, топинамбура или свеклы, (ii) имеет параметр перекрывания клубков в пределах от или приблизительно от 0,5 до или приблизительно до 2,0, (iii) и имеет параметр перекрывания клубков, по меньшей мере приблизительно на 300 процентов больше, чем параметр перекрывания клубков исходного материала содержащей пектин биомассы.
[0221] Аспект 26: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–25, являющаяся ингредиентом продукта питания.
[0222] Аспект 27: Композиция содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–25, применяемая в качестве исходного материала для экстракции пектина.
[0223] Аспект 28: Продукт, включающий композицию содержащей активированный пектин биомассы, полученную из способа согласно любому из предыдущих аспектов 1–17, или включающий композицию содержащей активированный пектин биомассы согласно любому из предыдущих аспектов 18–26.