Виробництво пектину

Найбільшою мірою цим  вимогам відповідає виробництво пектину і пектинопродуктів, що передбачає виробництво біологічно цінного комплексо- і драглеутворювача з вторинних сировинних ресурсів (яблучних, виноградних, цитрусових вичавлювань, бурякового жому і т. д.).

Створення безвідходних, енерго- і ресурсозберігаючих технологій, широке використання під час переробки рослинної сировини – є одним з найважливіших напрямків підвищення ефективності виробництва консервної

 

 

 

галузі.

Щорічно цукрова промисловість  в Україні переробляє на корм худобі близько 6 000 тис. тонн бурякового жому, який є одним з найперспективніших джерел отримання пектину, разом з яблучним вичавлюванням.

Щорічно в Україні не використані  майже 100 тис. тонн яблучних вичавлювань, які частково йдуть на корм худобі. Виробництво пектину на підприємствах Росії, України, Молдови складало до розпаду СРСР 350...400 тонн у рік, 1,5…2,0 тис. тонн щорічно закуплялося за рубежем. Сьогодні потреба в пектині значно перевищує об'єми його закупівель за рубежем. Враховуючи потребу харчової промисловості (консервна, кондитерська, хлібобулочна, молочна), а також потреба в пектинопрофілактиці – для населення, яке проживає в екологічно несприятливих умовах з розрахунку: 40 млн. чоловік мають потребу в 30 тис. тонн пектину і пектинопродуктів щорічно [7].

В Україні виробництво пектину  було налагоджено в м. Бар (Вінницька  область), де проводили яблучний пектин, і на дослідному пектиновому заводі з випуску бурякового пектину  в м. Гайсине (Вінницька область). Все виробництво було припинено  в 1990 році через економічні умови, що склалися. В 1993 році Летичевським заводом продтоварів (Хмельницька область) і Яреськовським заводом (Полтавська область) здійснений випуск досліджених партій пектинопродуктів – пектинових екстрактів і концентратів, рідкого цукру, що містить пектин, з яблучних вичавлювань і бурякового жому.

 У даний час в Україні  освоєна технологія виробництва концентрату пектинового яблучного, в якому міститься 2,5…5,0% пектину, рН  2,2...4,0 і вміст сухих речовин не менше 7%. Крім безпосередньо пектинових речовин концентрат містить також цілий комплекс таких біологічно активних речовин як амінокислоти, легкозасвоювані вуглеводи (глюкоза, фруктоза), органічні кислоти, мікро- і макроелементи. Концентрат пектиновий яблучний може

виступати і як загусник і емульгатор для отримання виробів у кондитерській, хлібопекарській, молочній, рибній і м'ясній промисловостях.

Світове виробництво  пектину в даний час складає 80 тис. тонн з щорічним збільшенням  на 1…2 тис. тонн. Найбільшими виробниками  пектину є фірми «Gerkules Ink.» (США), «Herbstreit und Fox До G» (Німеччина), «Grill & Grossman» (Австрія), «Кореnhagen рекtin fabrik» (Данія), «Pectowin» (Польща), продукція яких представлена і на українському ринку[8].

На даний момент в  Україні пектин не виробляють, використовують імпортний.

Дослідження в галузі одержання  пектину та пектинових концентратів і можливостей їх використання проводять  у ряді установ України: Національний університет харчових технологій має  найбільшу кількість патентів з  цієї тематики, Інститут технічної теплофізики НАНУ, Одеська національна академія харчових технологій , Національний фармацевтичний університет, Інститут мікробіології і вірусології НАНУ. Також є декілька приватних патентів.

Пектин інколи називають дарунком рослинного царства, основним благодійником XX ст. Але з пектином склалася парадоксальна ситуація. З одного боку, пектин є одним з найпоширеніших полісахаридів, міститься в достатніх кількостях у практично необмеженій за об’ємами і щорічно поновлюваній сировині (плодах, овочах, корене- та бульбоплодах, яблучних і

цитрусових вичавках). З другого боку, ціна на пектин стала  недосяжною для широкого споживача, наприклад на початок 90-х років XX ст. – 8…10 доларів за 1 кг. Хоча щодо недосяжності виникають сумніви. Розрахунки показують, що ціна досить прийнятна.

Світове виробництво  пектину на початок 90-х років XX ст. становило 80 тис. т, а в країнах  СНД – всього 600…650 т/рік [9].

 

2.1.Хімічна природа пектинових речовин

Пектинові речовини, пектини (від грец. pektós — згуртований, такий, що згорнувся, замерзлий)-високомолекулярні полісахариди, присутні в розчинній (розчинний пектин) або нерозчинній (протопектин) формі у всіх наземних рослинах і у ряді водоростей. Особливо багато пектинових речовин у фруктах, ягодах, стеблах (льон), коренеплодах (цукровий буряк). Пектинові речовини являють собою складні полісахариди полігалактуроніди, які складаються із залишків -галактуронових кислот, з`єднаних 1,4-зв`язками.

Є три типи пектинових речовин:

- протопектин - водонерозчина  складова частина клітинної стінки;

- пектин - водорозчинний полімер галактуронової кислоти, яка містить метилефірні зв`язки ;

- пектинова кислота  - водорозчинний полімер галактуронової кислоти, вільний від метилефірних зв`язків. Пектинова кислота складається з довгих ланцюжків галактуронових кислот, здатних після обробки кальцієвими солями до утворення твердого пектинового гелю [10].

         Бактерії і гриби можуть розкладати пектин, протопектин і пектинову кислоту в аеробних і анаеробних умовах. В грунті виявлена велика кількість мікроорганізмів, які розкладають пектинові речовини ( до 1млн. клітин на 1г. грунту). Вельми великою пектинорозкладаючою активністю володіє представник сімейства Bcillaceae - аеробні бактерії роду Bacillus ( Bacillus macerans, Bacillus polymyxa) і анаеробні бактерії роду Clostridium (Clostridium pektinovorum, Clostridium pectinolyticum, Clostridium corallinum), а також багато грибів. Пектини розкладаються під впливом фітопатогенних грибів і бактерій, які завдяки цьому проникають у тканину сільськогосподарських рослин і викликають хвороби типу гнилі.

Мікроорганізми синтезують три групи екзофементів, каталізуючих розпад пектинових речовин:

- протопектиназу, яка каталізує розкладання протопектину з утворенням

 

розчинного пектину;

- пектинестеразу, яка гідролізує  метилоефірний з`язок пектину  і отримання при цьому пектинової  кислоти;

- пектиназу, руйнуючи зв`язки між одиницями галактуронової кислоти, пектину або пектинової кислоти з утворенням невеликих ланцюжків і в кінцевому результаті - галактуронової кислоти.

При гідролізі пектинової кислоти пектиназою протягом перших стадій розкладання акумулюються тільки невеликі кількості вільної -галактуронової кислоти. Звичайно ферментами розкладаються ди-, три-, тетра-, пентагалактуронові кислоти. В послідуючій стадії гідролізу довгі молекули розпадаються під впливом каталітичної діяльності пектинази і накопичуються вільна - галактуронова кислота і інші сполуки.

Розпад пектинової кислоти  може бути виражений наступною схемою:

С46Н68О40 + nН2О = СНО( СНОН)4СООН + С6Н12О6 + С5Н10О5 +

Пектинова                     галактуронова                галактоза   арабіноза

кислота                         кислота             

+С5Н10О5 + СН3ОН + СН3СООН

 ксилоза       метиловий оцтова

  спирт         кислота [11].

П Р - це вуглеводовмісні  біополімери, які мають складну  хімічну макромолекулу. Конфігурація і конформація її змінюються в  залежності від температури, тривалості процесу, рН середовища. Надзвичайно різні по молекулярній масі П Р розрізняються по будові ланцюгів і характеру надмолекулярних структур. Пектинові молекули мають переважно нитчасту структуру і відносяться до лінійних колоїдів з довжиною молекули близько 0,00001 см. В водних розчинах пектинова молекула набуває форму спіралі.

В водних розчинах пектин являє собою напівгнучку макромолекулу, що має конформацію спіралі з  постійним поперечним розтином, карбоксильні групи якої розташовані одна під  другою. Під дією температури і рН середовища дисоціація вільних карбоксильних груп посилюється, при

цьому кожна дисоційована група  отримує протилежний заряд. Виникають  близько розташовані однойменно заряджені сили відштовхування, які випрямляють спіральну молекулу і збільшують її лінійні розміри і в`язкість розчину. Підвищення температури і концентрації водневих іонів прискорює реакцію гідролітичного розщеплення протопектину, про що свідчить зменшення періоду синусоїдної кривої. При збільшенні тривалої дії (0,4 год) відбувається частинна деструкція основного ланцюга полімеру, що призводить до зменшення молекулярної маси, зниження концентрації П Р і збільшення вмісту галактуронової кислоти ( Г К). При збільшенні часу гідролізу до 0,8 год гідролітичне розщеплення протопектину продовжується, концентрація П Р збільшується і знижується вміст Г К. При видаленні джерела сировини реакція полімеризації і деструкції продовжуються протягом 0,5 год, а потім відбувається деструкція П Р, чим і викликана необхідність різкого охолодження екстракту після закінчення процесу видалення цільового продукту - одного із нових прийомів в технології пектинового виробництва [12].

 

2.2.Види сировини,її переробка та зберігання

Завдяки фотосинтезу на Землі щорічно  утворюється близько 250…300 млрд т органічної речовини, значну частку якої становлять вуглеводи. Ці вуглеводи утворюють як традиційні для харчування людини рослини (зернові культури, овочі, фрукти, ягоди), так і нетрадиційні (дерева, трави, кущі, водорості).Відомо, що ці вуглеводи і утворюють пектинові речовини, які містяться в усіх частинах рослин: коренях, стеблах, кошиках, листях, але переважно – у плодах.

З метою розроблення  універсальної технології пектинових речовин, яка б давала можливість переробляти сировину різних видів  на одній процесно-апаратурній схемі, на початку 90-х років Л. В. Донченко зі співробітниками запропонувала усю пектиновмісну сировину поділити на три основні групи

 

за ботанічним видом:

1. овочі: бульбоплоди (картопля), коренеплоди (буряки, морква), листові (капуста, цибуля), стеблові (селера), плодові (баклажани, томати), гарбузові (кавуни, дині, кабачки, гарбузи), бобові (горох, квасоля) і зернові (кукурудза). У цій групі найвищий вміст пектинових речовин, % на суху масу: у коренеплодах – до 30, у гарбузових – до 23,6; у листових, стеблових і плодових – 7…11; у бобових, зернових і бульбоплодах – до 2,5…5,0;
2. плоди: насіннєві (яблука, айва, груші), кісточкові (вишня, черешня тощо), ягоди справжні (виноград, смородина), ягоди "несправжні"  (полуниця, суниця), ягоди складні (малина, ожина), плоди субтропічні (цитрусові) і тропічні (інжир, гранати тощо). В цій групі найвищий вміст пектинових речовин, % на суху масу: у насіннєвих – до 22, у субтропічних і тропічних плодах – 14…16, у справжніх ягодах – до 12, у справжніх і складних – 7…8;
3. промислова сировина інших видів з високим вмістом пектину: листя чаю і тютюну, соняшник, коробочки бавовнику, кора

хвойних дерев (сосни, ялини, модрини). Найвищий вміст пектинових речовин, % на суху масу: у стеблах соняшнику – 20…36 і кошиках – 2…24, у стулках і коробочках бавовнику – 10…15, у корі хвойних дерев -8…9.

З наведених даних  можна вибрати найбільш придатну сировину для виробництва пектинових речовин.

Важливою ознакою пектиновмісної сировини є співвідношення протопектину і розчинного пектину (ПП/РП), яке може мати значення від 28 до 91%.

За цією ознакою всю  сировину також можна поділити на три групи:

1. ПП/РП у межах 63…91 %: вишня, слива, цукровий буряк, яблука, айва, морква, брусниця, чорниця;
2. ПП/РП у межах 53…73%: стебла і кошики соняшнику, кора хвойних дерев, груші;
3. ПП/РП у межах 28…60%: смородина, абрикоси, лимони, апельсини, гранати, гарбузові, мандарини, томати.

Важливим критерієм оцінки промислової  значущої сировини для організації  виробництва пектинових речовин  з високою драглетвірною здатністю є вміст галактуронової кислоти у пектині. За цим критерієм сировину можна поділити на дві групи:

1. вміст галактуронової кислоти у межах 80,0…92,4%: апельсини, грейпфрути, лимони, яблука, виноград, кавун кормовий, абрикоси, груші, цукровий буряк, кошики соняшнику (найбільший її вміст у цитрусових плодах – 90,4…92,4%);
2. вміст галактуронової кислоти у межах 44,0…66,6%: айва, сосна, ялина, модрина, стулки коробочок бавовнику, томати, вишня (найменування вміст у вишні – 44,0…48,2%).

За вмістом у пектині ацетильної складової, яка впливає на здатність до драглеутворення (чим вищий її вміст, тим гірше драглеутворення) сировину

теж поділяють на дві  групи:

1. вміст ацетильної складової 0,38…0,90%: кошики соняшнику, цукровий буряк, стулки коробочок бавовнику, томати, айва;
2. вміст ацетильної складової 0,11…0,27%: кормові й столові буряки, морква, яблука, кора хвойних дерев.

Також на дві групи  поділяють сировину за вмістом у  пектині метоксильної складової, яка  зумовлює високо молекулярну масу і  драглетвірну здатність пектину:

1. вміст метоксильної складової 8,0…11,9%: лимони, апельсини, айва, мандарини, яблука, капуста, абрикоси, смородина, журавлина, морква, буряк цукровий;
2. вміст метоксильної складової 4,0…6,7%: кора модрини, кошики соняшнику, виноград, кора сосни і ялини, томати, вишня, стулки бавовнику.