СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТОИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА
METHOD FOR PREPARING PECTOINULIN OF ARTICHOKE TUBERS

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к получению пектоинулина из высушенных измельченных клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L.) с использованием ферментного препарата.
Известен способ получения инулина для диагностирующих целей в медицине (Пат. RU 2121848, кл. A61K 35/78, опубл. 20.11.98), включающий экстракцию клубней топинамбура водой противоточным методом с введением в воду кислоты уксусной, центрифугирование, упаривание, кристаллизацию инулина и сушку целевого продукта.
Известен способ получения инулина из клубней топинамбура для медицинских и пищевых целей (Пат. RU 2131252, кл. A61K 31/715, A61K 35/78, опубл. 10.06.99), включающий получение сока из свежих клубней топинамбура и четырех водных извлечений из выжимок или из сухих измельченных клубней, объединение извлечений, очистку сока и водных извлечений кальция карбонатом, фильтрование, упаривание, осаждение, кристаллизацию сырого инулина, дополнительную очистку с помощью анионита, алюминия оксида, кальция карбоната с дальнейшей очисткой с помощью катионита и анионита, кристаллизацию, переосаждение, сушку и измельчение полученного продукта.
Известен способ получения инулина из клубней топинамбура (Пат. RU 2148588, кл. C08B 37/00, C08B 37/18, опубл. 10.05.00), заключающийся в том, что из измельченных клубней топинамбура получают сок, который очищают при помощи нагревания, фильтрации, ультрафильтрации, диафильтрации и нанофильтрации, осветляют при помощи угля активированного, концентрируют и из полученного раствора кристаллизуют инулин.
Известен способ получения инулина и других фруктаносодержащих продуктов из топинамбура и другого инулинсодержащего сырья (Пат. 2175239, кл. A61K 35/78, A23L 1/236, опубл. 27.10.01), включающий экстрагирование фруктанов горячим солевым раствором из сырья с последующей фильтрацией и депигментацией на анионите, концентрирование, осаждение, фильтрацию, промывку и вакуум-сушку готового продукта.
Существуют различные способы получения пектина из растительного сырья с использованием ферментных препаратов, которые благодаря своей специфичности и эффективности действия позволяют проводить направленную модификацию сырья, повысить выход целевого продукта, а также улучшить экологическое состояние производства. Однако не известны способы ферментативного извлечения пектина из клубней топинамбура.
Известен способ получения пектина (Пат. RU 2059385, кл. A23L 1/0524, C08B 37/06, опубл. 10.05.96), заключающийся в изготовлении гидролизующего агента (Bacillus polymyxa), смешивании его с растительным пектинсодержащим сырьем, экстрагировании смеси и выделении целевого продукта. Изобретение позволяет осуществить наиболее полную экстракцию пектиновых веществ из растительного сырья.
Известен способ производства пектина (Пат. RU 2262865, кл. A23L 1/0524, опубл. 27.10.05), предусматривающий обработку растительного сырья композицией микробных ферментов, включающей пектинлиазу, гемицеллюлазу, амилазу, целлюлазу и протеазу, фильтрацию и концентрирование, обработку препаратом пектинэстеразы, сушку до получения порошкообразного препарата. Способ позволяет увеличить выход пектина и получить препарат с заданной степенью этерификации.
Существующие способы позволяют получать инулин и пектин отдельно друг от друга и предполагают глубокую очистку каждого продукта.
Клубни топинамбура уникальны по химическому составу, что обусловлено одновременным присутствием таких ценных компонентов, как инулин и пектин, которые дополняют и усиливают биологическое действие друг друга на организм человека.
Известен способ получения инулин-пектинового концентрата в порошке для медицинских и пищевых целей из высушенного сырья (Пат. RU 2169002, кл. A61K 35/78, A61K 31/715, опубл. 20.06.01), заключающийся в том, что проводят водное экстрагирование из порошка сухих клубней топинамбура фракций инулина и водорастворимого пектина, экстрагирование пектинов водным раствором кислоты лимонной из оставшегося сырья, кристаллизацию и осаждение инулина и пектинов. Полученные продукты высушивают, объединяют и размалывают в порошок. Данный способ получения наиболее близок к заявляемому и выбран за прототип.
Недостатками данного способа получения инулин-пектинового концентрата является небольшой выход пектина и его невысокие качественные характеристики (связывающая способность, степень этерификации, уронидная составляющая, полная статическая обменная емкость). Инулин-пектиновый концентрат также обладает невысокой детоксицирующей активностью.
Технической задачей предлагаемого изобретения является способ получения пектоинулина, позволяющий увеличить выход пектина и улучшить его физико-химические свойства, повысить детоксицирующую активность пектоинулина, а также сохранить экологически чистый процесс получения продукта.
Техническая задача решается следующим образом: проводят водное экстрагирование инулина и водорастворимого пектина из высушенных измельченных клубней топинамбура (Helianthus tuberosus L.), ферментативное извлечение пектина из оставшегося сырья, фильтрование и концентрирование извлечений, осаждение, сушку, объединение и измельчение полученных полупродуктов.
Использование высушенных измельченных клубней топинамбура обеспечивает получение пектоинулина в течение всего года. Свежие клубни топинамбура пригодны в течение 2-3 месяцев после уборки, так как при дальнейшем их хранении, за счет ферментативных процессов, наблюдается постепенный гидролиз инулина до фруктозы и последующая ее эпимеризация в глюкозу.
Использование ферментного препарата позволяет увеличить выход пектина, улучшить его качественные показатели, тем самым повысить детоксицирующую активность целевого продукта.
Ферментативному извлечению пектина предшествует экстрагирование горячей водой (75°С) инулина и водорастворимого пектина из высушенных измельченных клубней топинамбура, причем предварительно осуществляют набухание сырья при 80°С в течение 1 часа. Экстрагирование водой проводят при соотношении сырье:вода 1:6 и температуре 75°С трехкратно. Фильтраты объединяют, упаривают, добавляют спирт этиловый 96% в соотношении 1:1 по объему, помещают в холодильник при 4°С на 5 суток, выпавший осадок отделяют фильтрованием, сушат на подложке из пищевой пленки на воздухе, окончательно высушивают в сушильном шкафу при 70°С до остаточной влажности 10%.
Для ферментативного извлечения пектина используют ферментный препарат Максазим NNP K (с протеолитической активностью не менее 750 ед./мл). Применение данного ферментного препарата способствует увеличению выхода пектина за счет его высвобождения из белково-пектиновых комплексов клубней топинамбура.
Количество Максазима NNP K составляет 10% от общей массы исходного сырья.
Максазим NNP K представлен в жидкой форме и не требует предварительного приготовления, как в случае с порошкообразными ферментными препаратами.
Ферментативное извлечение пектина проводят с использованием цитратного буферного раствора с pH=4,5 при соотношении сырье:буферный раствор 1:6.
Продолжительность ферментативного извлечения составляет 24 часа при температуре 60°С.
Экспериментально подобранные в соответствии со спецификацией Максазима NNP K условия ферментативного извлечения (количество ферментного препарата, буферный раствор, pH, температура, продолжительность) обеспечивают максимальный выход пектина из высушенных измельченных клубней топинамбура при использовании данного ферментного препарата.
В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описан способ получения пектина из растительного сырья, в том числе из клубней топинамбура, с использованием ферментного препарата Максазима NNP K. Применение указанного ферментного препарата позволяет увеличить выход пектина, а следовательно, и целевого продукта и улучшить качественные показатели пектина. При этом повышается детоксицирующая активность пектоинулина.
Заявляемый способ получения пектоинулина из высушенных измельченных клубней топинамбура поясняется следующим примером.
Пример. 1000 г высушенных измельченных клубней (с найденной влажностью 8,73%) заливают 6 л горячей воды (80°С), перемешивают и оставляют для набухания на 1 час. Набухшее сырье подвергают экстрагированию при перемешивании в течение 1 часа при 75°С, фильтруют в горячем виде через слой бязи. Экстрагирование повторяют еще дважды в аналогичных условиях. Полученные фильтраты, не содержащие механических примесей, объединяют, упаривают под вакуумом до 1/10 от первоначального объема, охлаждают до 30°С, добавляют спирт этиловый 96% в соотношении по объему 1:1 и выдерживают при температуре 3-4°С в течение 5 суток. Выпадает осадок светло-коричневого цвета, который отделяют фильтрованием через фильтр бумажный. Осадок переносят на подложку из пищевой пленки, сушат на воздухе 12 часов и окончательно высушивают в сушильном шкафу при 70°С до остаточной влажности 10%. Получают 123,2 г полупродукта, содержащего инулин и водорастворимый пектин. Выход сухого полупродукта составляет 13,5% в расчете на абсолютно сухое сырье.
Оставшееся сырье подвергают ферментативной обработке. Для чего выжимки заливают 6 л цитратного буферного раствора с pH=4,5, добавляют 600 мл Максазима NNP K (с протеолитической активностью не менее 750 ед./мл) и ставят в термостат при t=60°C на 24 часа. Далее ферментативное извлечение фильтруют через слой бязи, шрот отжимают. Фильтрат, не содержащий механических примесей, упаривают под вакуумом до 1/10 от исходного объема, охлаждают до 30°С и осаждают пектиновые вещества спиртом этиловым 96% в соотношении 1:3 по объему. Осадок отделяют фильтрованием. Затем переносят в воду очищенную объемом 300 мл, нагревают при постоянном перемешивании до полного растворения и повторно осаждают в тех же условиях. Полученный осадок распределяют тонким слоем на подложке из пищевой пленки, сушат сначала на воздухе в течение 12 часов и окончательно высушивают в сушильном шкафу при 70°С до остаточной влажности 10%. Получают 59,3 г пектина. По сравнению с прототипом выход пектина в 2 раза больше и составляет 6,5% в расчете на абсолютно сухое сырье.
Полупродукты, полученные водным извлечением (инулин и водорастворимый пектин) и ферментативным извлечением (пектин) объединяют, размалывают и получают пектоинулин массой 182,5 г. Выход продукта составляет 20% в расчете на абсолютно сухое сырье.
Предложенное технологическое решение позволяет увеличить выход пектина в сравнении с прототипом в 2 раза, улучшить физико-химические свойства пектина и, соответственно, целевого продукта.
С использованием ферментного препарата Максазим NNP K получен пектин со следующими показателями:
- связывающая способность по свинец-ионам (II) - 310,68 мг/г;
- степень этерификации - 7,2%;
- уронидная составляющая - 85,33%;
2
- ПСОЕ 9,78 мг-экв/г (по КОН) и 40,4 мг-экв/г (по CaCl);
- молекулярная масса - 5248.
Аналогичные показатели пектина, получаемого извлечением кислотой лимонной по способу, выбранному за прототип:
- связывающая способность по свинец-ионам (II) - 228,6 мг/г;
- степень этерификации - 40,6%;
- уронидная составляющая - 81,7%;
2
- ПСОЕ 8,81 мг-экв/г (по КОН) и 33,5 мг-экв/г (по CaCl);
- молекулярная масса - 10600.
Связывающая способность по свинец-ионам (II), степень этерификации, уронидная составляющая, полная статическая обменная емкость (ПСОЕ) являются важными показателями детоксицирующей активности пектина.
Пектин, полученный ферментативным извлечением, обладает в 1,4 раза большей связывающей способностью по свинец-ионам (II), чем пектин, получаемый по способу, выбранному за прототип.
Степень этерификации пектина, полученного с использованием ферментного препарата Максазим NNP K, в 5,6 раз меньше аналогичного показателя пектина, получаемого по способу, принятому за прототип. Известно, что, чем меньше степень этерификации, тем выше детоксицирующая активность пектина.
Содержание уронидной составляющей и значения ПСОЕ по катионам одно- и двухвалентных металлов также превышают аналогичные показатели пектина, получаемого по способу, выбранному за прототип.
При ферментативном извлечении пектина его молекулярная масса уменьшается в 2 раза, что позволяет предположить увеличение гепатопротекторной активности пектина.
Таким образом, использование ферментного препарата Максазим NNP K дает возможность не только увеличить выход пектина и, следовательно, целевого продукта, но и существенно повысить их детоксицирующие свойства.