Виробництво пектину

За ступенем етерифікації, що характеризує комплексотвірну здатність пектинових речовин (чим нижчий ступінь етерифікації, тим нижча його розчинність, нижча в’язкість і вища комплексотвірна здатність), сировину теж можна поділити на дві групи:

1. ступінь етерифікації 33,0…65,1%: вишня, буряк цукровий, кора ялини і сосни, виноград, морква,буряк кормовий, кора модрини, томати, капуста, стулки бавовнику, кошики соняшнику;
2. ступінь етерифікації 65,0…80,0%: буряк червоний, цитрусові, яблука. [13].

Пектинові речовини, отримані з різних рослинних джерел різноманітними методами, представляють собою порошки  без запаху і слизові на смак від світлокремового до коричневого кольору. Цитрусові

пектини зазвичай світліші яблуневих. У вологій атмосфері пектини можуть сорбувати до 20% води. В надлишку води вони розчиняються. На відміну від цукрового піску, який відразу ж після потрапляння у воду починає розчинятися, частка пектинового порошку, потрапивши у воду, всмоктує її, наче губка, збільшуючись в розмірах у кілька разів, і лише після досягнення певного розміру починає розчинятися. Якщо частки пектинового порошку при зіткненні з водою знаходяться близько один до одного, то, всмоктуючи воду і розбухаючи, вони злипаються, утворюючи один великий липкий ком, який надзвичайно повільно розчиняється у воді.

Головне завдання кожної із технологій з виробництва пектину  є створення комплексного безвідходного  виробництва. Аналіз діяльності переробної промисловості свідчить, що у сфері  переробки продовольчої сировини це завдання виконано неповно.

Проблема перетворення нетрадиційної рослинної сировини на харчові

добавки перебуває на початкових стадіях  вивчення. Водночас кількість населення  стрімко зростає, у багатьох регіонах відчувається дефіцит їжі, і це вимагає пошуків нових ресурсів, одним з яких є нетрадиційна рослинна сировина. На сьогодні переробляють чотири основні види сировини для одержання пектинів: яблучні вичавки, жом цукрового буряку, кошики соняшнику та шкурки цитрусових.

Особливістю пектинового виробництва є те, що у зв’язку з сезонністю промислової переробки плодів коренеплодів для виробництва пектину використовують консервування пектиновмісної сировини (буряковий жом, цитрусові й яблучні вичавки).

Уперше пектин виділили з фруктового соку. Зараз для виробництва пектину використовують рослинну сировину з високим його вмістом.

В рослинних тканинах пектин знаходиться в двох формах: у вигляді протопектину клітинних  стінок і міжклітинних тканин,і водорозчинного

пектину клітинного соку [15]. Одним з основних джерел пектинових речовин є яблука, до 80% яких на консервних заводах використовують для виробництва соків. Сучасні методи та обладнання дають змогу виділити з

яблук до 80% соку [14]. Але при цьому більша частина  водонерозчинного протопектину залишається у вичавках [16]. Для забезпечення переводу його в біологічно активну водорозчинну форму провідними пектиновими формами використовується у промислових масштабах технологія виробництва з яблучних вичавок препаратів пектину як драглеутворюючого компонента та детоксиканта [15].        

        Однак, в Україні на теперішній час не функціонує ні один пектиновий завод, а такий цінний вид джерела пектину як яблучні вичавки не використовується.

        Проте,були зроблені спроби відпрацювати таку технологію комплексної переробки яблук, яка б забезпечила більш раціональне використання біологічно активних речовин плодів.  Технологія включала відділення з

яблук, після видалення насіннєвої камери та подрібнення, такої кількості  соку, яка містить мінімальний вміст завислих частинок м’якоті, щоб зменшити кількість операцій, необхідних для подальшого його освітлення і тим самим збереження його біологічної цінності.

         Другу частину мезги (густу  фракцію) обробляли різними способами для гідролізу протопектину з метою подальшого використання модифікованої таким чином густої фракції для створення продуктів функціональної дії з підвищеним вмістом водорозчинного пектину. Для трансформування протопектину використовували теплову обробку з доданням та без додання лимонної кислоти, ферментативну обробку та обробку на струменевому

насосі-гомогенізаторі (диспергаторі) марки ТСВТ фірми “Транс звук”, принцип дії якого заснований на скачку тиску у двохфазній системі рідина-газ при прокачуванні продукту зверхнапірним насосом. Подрібнення сировини при цьому відбувається за рахунок згустку енергії на межі фаз.

         Кількість зависів у соку залежить  від сорту яблук, способу подрібнення   плодів перед відділенням соку  і кількості відпресованого соку.

         При обробці яблук сорту Слава  переможцям з  подрібненням  на “волчку”, відділення соку  було утруднене, тому при виході  всього 32,7% соку кількість зависів  у ньому складала 3,1%.

            При використані яблук з більш  соковитою та пружною м’якоттю та подрібненні її на стружку, вихід соку збільшувався, кількість зависів в ньому зменшувалась. При відділенні соку до 40-45%, кількість зависів була в межах до 1,6%, а при подальшому відпресуванні соку до 50,0-66,9%, кількість зависів значно збільшувалась.  Консистенція густої фракції при цьому була досить щільною, що утруднювало її подальшу технологічну обробку. За результатами дослідів  можна зробити попередній висновок, що при фракціонуванні яблук доцільно відділяти до 40% соку при умові подрібнення плодів на ножовій дробарці.

         При застосуванні традиційної  схеми отримання пюре з подрібненої 

плодової маси (дослід від 24.11.03) шляхом її розварювання та протирання відходи  при протиранні складали 16,2%, а з  ними втрачалась значна кількість пектинових речовин – до 37,2%. З тих пектинових речовин, які залишились в пюре (0,94%), тільки 0,25% складав водорозчинний пектин. При додаванні до густої фракції яблук перед розварюванням 0,3% лимонної кислоти, кількість відходів скоротилась до 14,6%, а втрати пектину при протиранні – до 26,2%. Кількість водорозчинного пектину складала 0,9 % при загальному вмісті пектинових речовин в пюре 1,10%, тобто додавання лимонної  кислоти до яблук ( при умові невисокої кислотності самих плодів) забезпечує певний ефект у прискоренні гідролізу протопектину.

При обробці густої фракції  ферментними препаратами ( пектиназою та

амілазою) вміст водорозчинного пектину збільшився з 0,39 до 0,49%, тобто  ефективність такої обробки досить невисока. Крім того, будуть мати місце втрати пектинових  речовин при послідуючому протиранні маси.

Найбільш ефективним способом виявилась обробка густої фракції яблук на струменевому насосі - гомогенізаторі ТСВТ. Вміст водорозчинного пектину після обробки на гомогенізаторі протягом 5 хв збільшився з 0,45 до 0,65%, а після додаткової теплової оброки ( нагріву до фасування та стерилізації після фасування та закупорювання) до 0,75% при загальному вмісті пектинових речовин в масі 1,08%.

Маса після обробки  на ТСВТ мала вигляд гомогенізованої, дещо драглевидної маси з розміром більшості частинок від 10 до 150нм. При цьому слід відмітити, що при використанні такого способу подрібнення втрати складали 3,4%, тому що плодова маса подрібнюється разом з шкірочкою, в якій зосереджена основна маса протопектину.

Отже,при комплексній  переробці яблук доцільно виділяти до 40% соку з мезги, подрібненої  на ножовій дробарці, що забезпечує мінімальний  вміст звисів до 1,6% .Для трансформування протопектину в водорозчинний пектин найбільш ефективною виявилася обробка густої фракції яблук  на струменевому насосі – гомогенізаторі; вміст водорозчинного пектину збільшився з 0,45 до 0,65%, а після додаткової теплової обробки – до 0,75% [16].

Пектиновмісна сировина – це колоїдний  матеріал, а за структурою – капілярно-пористе тіло, в якому проходять біохімічні процеси, що залежать від хімічного складу, вологості, умов і тривалості зберігання. Під час зберігання сировини відбувається обмін речовин внаслідок утворення енергії за рахунок розпаду й окиснення полісахаридів, що входять до її складу і сприяють гідролітичному розщеплення пектину. Внаслідок цього можуть погіршитися якісні показники пектину. Наприклад, драглетвірна здатність пектину яблучних вичавок знижується через 3 год до 63%, через 12 год – до 52, через 24 год – до 43, а через 48 год – до 31% початкової драглетвірної здатності. Тому термін зберігання вичавок знижується. Тому термін зберігання вичавок після віджимання соку не повинен перевищувати 2 год, а бурякового жому – 3 год.

Одним із способів консервування свіжовіджатої сировини є сульфітування. Діоксид сірки є антисептиком, він оберігає сировину від псування. Проникаючи у рослину клітину, діоксид сірки вступає у взаємодію з білками протоплазми, паралізує її життєві функції і пригнічує мікробіологічні процеси. Крім того, він інгібує й деякі ферменти, зокрема ті, що викликають ферментативне побуріння плодів. Потрібна його концентрація невисока – 0,15…0,20%. Але його застосування зумовлює жорсткі умови зберігання консервованої сировини (при температурі 0°C термін зберігання 9 місяців, а при 18°C-3…4 місяці) і шкідливі умови праці. Діоксид сірки кородує металеву апаратуру, призводить до швидкого спрацьовування насосних установок.

Найпрогресивнішим і  найпоширенішим способом консервування  є сушіння пектиновмісної сировини. Його переваги: технологія й апаратура досить прості, маса та об’єми сировини у процесі сушіння зменшуються, чим досягається економія тари і площі для зберігання, транспортних засобів. Висушена сировина не потребує особливих умов зберігання і герметичної упаковки [17].

На якість пектиновмісної сировини під час сушіння значною мірою  впливають біохімічний і фізико-хімічний склади, тому що у процесі сушіння  відбуваються різні перетворення його компонентів.

Технологічні параметри  сушіння залежать від типу сушильної  установки, режиму тепловідведення, теплоносія.

Визначальним критерієм  у виборі конструкції сушильного апарата є можливість регулювання  температури таким чином, щоб  тканина пектиновмісної сировини не нагрівалася вище ніж 85°C і поверхня частинок сировини не підгорала. Кінцева вологість для сировини, що підлягає зберіганню, становить: не більше ніж 14% для бурякового жому, 10% – для цитрусових вичавок, 8% - для яблучних вичавок.

Суха пектиновмісна  сировина характеризується певною формою і розміром частинок, хімічним складом, які неоднакові для різних видів і партій сировини[18].

2.3.Технологія виробництва пектину і пектинопродуктів із яблучних вичавок.

Як відомо,значна частина рослинної сировини при виготовленні харчових продуктів йде на відходи, які нині вважають цінними вторинними матеріальними ресурсами через багатий склад, в тому числі біологічно активних речовин. У відходах рослинної сировини знаходиться один із полісахаридів – пектин, технологія отримання якого давно привертає до себе прискіпливу увагу науковців і виробників з усього світу.

Технології отримання  пектинових препаратів, з одного боку, спрямовані на повніше переведення  пектину в екстракт, а з іншого, – на збереження його структури  або ж модифікацію її таким  чином, щоб зберегти або поліпшити  багато корисних для людини властивостей цього полісахариду. Йдеться про

використання пектину як драглеутворювача. Набагато ціннішим, на думку авторів, є широке застосовування пектинів як природних іонообмінників, нешкідливих  й звичних для людського організму, які дають змогу ефективно попереджувати й лікувати багато захворювань та запобігати шкідливому впливові радіонуклідів. Це зумовить використання пектинових препаратів як харчових добавок до багатьох харчових продуктів[19].

Усі схеми отримання  пектинових препаратів достатньо відомі і

вирізняються високими енерго- і ресурсозатратами, пов’язаними  з екстракцією, очищенням, конценруванням та виділенням пектину. Жорсткі умови  екстракції за допомогою кислот досі застосовують багато світових

лідерів пектинового  виробництва для отримання желеутворювального

пектину, який у загальному обсязі пектинових препаратів займає понад 90%. Ферментативні способи екстрагування  менш агресивні, але перебувають  лише на стадії наукових досліджень. Лужний гідроліз-екстрагування не знайшов широкого застосування через паралельно діючу деструкцію (b-елімінування) і багатостадійність наступного очищення і осадження продукта (солі полівалентних металів).

Проблему виробництва  пектинових речовин із збереженням  найкращого ефекту поглинання багатьох токсичних елементів можна вирішити з набагато меншими затратами, якщо орінтуватися на їхні сорбційні та комплексоутворювальні властивості.

Відомо, що пектинові  біополимери легше взаємодіють  з лугами, ніж з кислотами. Наприклад, для деструкції протопектину і переведення його у водорозчинний стан необхідні жорсткі умови екстракції. Це температура 85–90 °С і час 1,5–2 години в присутності сильних мінеральних кислот, зазвичай, соляної, сірчаної, азотної. Органічні кислоти неефективні. Кислі екстракти пектину за класичною схемою очищають після охолодження фільтруванням, адсорбцією й запарюють для економії осаджувальних реагентів (спирту, солей полівалентних металів). У результаті значно руйнуються нативні властивості пектину багато в чому руйнуються і втрачається молекулярна маса, знижується вихід продукту.