автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.13, диссертация на тему:Разработка технологии осветления яблочного сока пектиновыми кислотами

Міністерство освіти України

ОДЕСЬКИЙ технологічний інститут харчової промисловості РГ6 од імені М.В. Ломоносова

- •: • ^о/ .

На правах рукопису

ПАЛВА1ЮВА Ганна Ігорівна

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОСВІТЛЕННЯ ЯБЛУЧНОГО СОКУ ПЕКТИНОВИМИ КИСЛОТАМИ

Спеціальність 05.18.13 - технологія консервованих харчових

продуктів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Одеса - 1994

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Одеському технологічному інституті хар-човоі промисловості ім. М.В.Ломоносова

Науковий керівник:

кандидат хімічних наук,доцен БЕЗУСОВ Анатолій Тимофійович

Науковий консультант:

кандидат технічних наук,доцеі ЗВЕРЬКОВА Олександра Семеніві

Офіційні опоненти:

1. доктор хімічних наук, професор ДУДКІН Мар Сергійович

2. кандидат технічних наук ПОНОМАРЕНКО Світлана Федорівна

Провідна організація : Одеський консервний завод

ні Неї засіданні спецішіі. ииишіпиі ^<л^п

ському технологічному інституті харчової промисловості імені

М.В.Ломоносова по адресу:270039,м.Одеса, вул.Свердлова,112.

З’дисертадією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського те нологічного інституту харчовоі промисловості іи.М.В.Ломоносова.

Автореферат розісланий " 'З " 1994р.

ім. В.І.Леніна

Захист відбудеться

Вчений секретар спеціалізованоі вченої ради, /У д.т.н. .професор Єгоров Б.В.

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

'Актуальність. Соки б ва’кливим продуктом харчування і поряд з свіжими фруктами та овочами забезпечують організм лццини набором всіх незамінних факторів харчування - вітамінами, макро- і мікроелементами та багато іншими.

Виробництво соків у всьому світі постійно зростає в зв’язку з високою харчовою і дієтичною цінністю, їх лікувальним значенням, а також рентабельністю виробництва.

Проблемою освітлення плодово-ягідних соків спеціалісти різних країн світу займаються на протязі багатьох років. Однак, незважаючи на це, що в теперішній час розроблені різні способи освітлення соків пошук нових ефективних методів, особливо з використанням дешевих, доступних та нешкідливих освітлювачів, які не впливають на натуральні властивості яблучного соку, залишається актуальною задачею.

В останні роки спостерігається новий перспективний напрямок використання соків - для виробництва напоїв, в яких частка соків доситі значна - до 50 %. Для виробництва газованих напоїв на основі натуралі них соків, а також для отримання концентрованих соків використовують тільки освітлені соки.

В зв’язку з цим особливий інтерес викликав ідея використання низькометоксильованих пектинових речовин, отриманих із свіжих яблучних вичавок, в якості освітлювачів соку.

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень - розробка та наукове обгрунтування технології освітлення яблучного соку пектиновими кислотами, отриманими із відходів сокового виробництва - свіжих яблучних вичавок.

Для досягнення вказаної мети необхідно вирішити слідуючі задачі:

- розробити технологію отримання пектинових кислот із свіжих яблучних вичавок;

. - з’ясувати механізм процесу освітлення яблучного соку пектино-

вими кислотами;

-дослідити хімічний-склад колоїдної системи свіжопресованого яблучного соку, '

- встановити параметри процесу освітлення яблучного соку;

- розробити технологію освітлення яблучного соку пектиновими кислотами.

Наукова новизна роботи полягає у встановленні можливості освітле ня яблучного соку пектиновими кислотами. Досліджена кінетина лужної деетерифікаці і пектинових речовин в процесі екстракції. •

Розроблена технологія отримання пектинових кислот із свіжих яблу них вичавок.

Вивчено і встановлено механізм процесу освітлення свіжопресо-ваного яблучного г^ку.

Вперше ^зроблена технологія освітлення яблучного соку пектиновими кислотами, отриманими із свіжих яблучних вичавок.

Практична цінність. Науково обгрунтована і підтверджена в промислових умовах можливість застосування пектинових кислот для освітлення свікопресованого яблучного соку:

- отримана характеристика складу і властивостей пектинових кислот з різними ступенями етерифікації;

- .розроблена принципова схема отримання пектинових кислот із свіжих яблучних вичавок;

- розроблена технологія освітлені»: свіжопресованого яблучного соку пектиновими кислотами.

Дослідно-промислова виробка соку проведена на Біляхвському заводі продтоварів Одеської області.

Апробація роботи. Основні результати досліджень були докладені на научній конференції, присвяченій 60-річчю МТІХЇЇ "Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности"^ Москва, 1991,), 52-й ювілейній науковій конференції, присвя ченій 90-річчю ОТІХП ім. М.5. Ломоносова ( м.Одеса, 1992,), Міжнародній науково-технічній конференції КТІХП "Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробні галузі АПК" (м.Київ, 1993),. 53-й науковій конференції ОТІХП ім. М.Б. Ломоносова (м. Одеса, 1993,).

Публі каці і. За результатами досліджень опубліковано 6 робіт, у тс му числі в журналах "Харчова та переробна промисловість", "Пищевая промышленность", в матеріалах науково-технічних конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, трьг розділів, висновків, списку літератури і додатків. Роботу викладено на Т67 сторінках, містить 29______ малюнків і 16 таблиць. Список літе-

ратури включає Р05 найменувань, в тому числі 55 іноземних авторів.

На захист виносяться слідуючі наукові положення:

- новий спосіб освітлення свіжопресованого яблучного соку пектиновими кислотами;

- експериментальні дані процесу освітлення яблучного соку пектиновими кислотами з різними ступенями етерифікації;

- параметри процесу екстракції і деетерифікації пектинових

речовин із свіжих яблучних вичавок; принципова технологічна схема отримання освітлювача; . ■

- технологія освітленого пектиновими кислотами яблучного соку, стійкого проти колоїдних помутнінь.

зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальность теми дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень, приведена загальна характеристика роботи.

В першому розділі "Виробництво освітленого яблучного соку" проаналізовані літературні джерела світової науково-технічноі літератури з даної проблеми, а також харчова цінність яблук і яблучних соків. Приведено опис численних способів видобування соку, методів освітлення, характеристика освітлюечюс речовин, екологія виробництва яблучного соку.

Аналіз існуючих технологій освітлення соку дозволив виявити їх недоліки, основними з яких в преривність технологічного процесу

і недосконалість використовуючих освітлювачів.

У другому розділі викладені відомості про об’єкти дослідження і методи проведення експериментів.

Об’єкт дослідження - яблучний сік, отриманий із сортовоі' суміші яблук, культивованих в Одеський області, переважно кисло-солодкі сорти літнього і осіннього врожаю: Налив білий, Шафран літній, Кальвіль сніговий, Слава переможцям, Ренет Симиренка.

Дхя одержання освітлювача використовували свіжі ябучні вичавки, а також пектин виробництва Барського пектинового заводу Він-ницькоі області.

Визначення хімічних, фізико-хімічних, біохімічних та органолептичних показників якості свіжопресованого, пастеризованого не-освітленого і освітленого яблучних соків, а також яблучних вичавок здійснювали експериментальним шляхом при використанні методів, рекомендованих Міжвідомчою комісією по складанню таблиць хімічного складу харчових продуктів. Ці методи аналізу в стандартними або модификованими.

Обробка експериментальній даних проведена з допомогою їх апроксимації методом найменших квадратів /в системі ЕУЯЕКА на ЕОМ ІВМ РС. У третьому розділі "Результати досліджень та іх обговорення" приведена технологічна схема одержання пектинових кислот із свіжих яблучних вичавок, обгрунтовано вибір пектинових кислот для освітлення яблучного соку, вивчено механізм їх дії на колоїдну систему яблучного соку.

б

Одержані по розробленій технології пектинові кислоти пред-ставлпчть собою низькометокснльовані пектинові речовини із отупінню етерифікації /СЕ/ від 5 до 40 %.

В основі метода отримання низькометоксильованих пектинових кислот лежить лужний гідроліз, який забезпечує високу ступінь омилення карбоксильних груп полігалактуронану при кімнатній температурі на протязі ЭД.,.60 хв.

При лужній екстракції вичавок проходять паралельно два процеси - екстракція пектинових речовин та їх деетерифікація.

Для виділення пектинових кислот вичавки змішували з водою в співвідношенні 1:6 відповідно, вносили водний розчин 0,5 н КОН /НаОН/ до досягнений pH 12. Процес омилювання проводили при кімнатній температурі /18...20 °С/ і періодичному перемішуванні. По закінченні певного проміжку часу проби екстракту нейтралі зовували за допомогою хлорводневоі’ кислоти до pH 6,0...6,5.

В зразках визначали загальну кількість карбоксильних груп, а також метоксильованих груп і вільних груп-СООН.

Результати лужної деетерифікації свіжих яблучних вичавок приведені на мал. І.

Показано, що через І хвилину омилювання ступінь етерифікації яблучного пектину знижується від 71 % до 42 %, тобто високоетерифі-ковані пектинові речовини перетворюються в низькометокснльовані КґНа^ солі пектинових кислот.

Пектинові кислоти мають слідуючу характеристику: вміст полі-галактуронану 50...63 %, молекулярна вага 35000...80000 дальтон, ступінь етерифікації 2...50 %.

Так як пектинові кислоти зі ступенями етерифікації менше ■

50 % важкорозчинні, для освітлення соку їх вносили у вигляді легкорозчинних солей. Якість освітленого соку характеризували по ряду • фізико-хімічних показників ('табл. І ).

Проведені дослідження показали, що найбільший ефект освітлення спостерігається цри внесенні в сік низькометоксильованих пектинових речовин із ступенями етерифікації від 5 до 25 /5. При цьому істотно змінюєтьсяпрозорість та кольоровість соку на 70...90 % в порівнянні з контролем. Такі показники якості, як сухі речовини, масова концентрація титрованих кислот, pH, аскорбінова кислота, змінюються незначно на 0,1...0,4 %.

Для> Визначення форми зв’язку показників прозорості і кольоровості яблучного соку з концентрацією освітлювача, а також його сту-

Сг//7///6 ЄГіРиф/ХуІц/У,

/

/

1

г

% ХЗ

'60 70 8(П їо їгю

%Х£

О /о 20 50 60 70 № & "Я *20

ч:,хв

Мал. І Кінетика деетєрифікаці і свіжих яблучних вичавок 0,5 н КОН

/А) одишях оптично? гусгмн т

Мал. 2 Залежність кольоровості(у* )яблучного соку від концентрації пєктиноеих кислот і іх ступені етерифі каці і

' Таблиця І

Фізико-хінічні показники яблучного соку, освітленого пектинагами К

Показники Сік яблучний пастери- Сік яблучний з доданням пектинату з етерифікації ступінню

зований /конт- роль/ 70 50 25 15 5 2

Вміст сухих речовин, % 14,0 14,0 13,8 13,7 13,6 13,6 13,7

pH 3,40 3,45 3,52 3:57 3,61 3,64 3,67

Редуцируючі сахари, % 12,4 12,4 12,2 12,1 12,0 12,0 12,1

Титрована кислотність по яблучній , % 0,61 0,58 0,55 0,50 0.48 0.47 0,47

Загальний вмі ст:пектинових речовин, % 0,045 0,057 0.047 0,058 0,073 0,059 0.059

поліфенолі в,$ 0.024 0.018 0.018 0.018 0.018 0,018 0,018

Відносна в’язкість.сПуаз 1,68 2,00 2,03 Й-,05 2,07 2,14 2,14

Прозорість, один.опт.густ. 0,631 0,755 1,385 3,704 4,255 3,508 3,390

Кольоровість, один.опт.густ. 0,812 0,432 0,290 0,052 0,050 0,084 0,084

пеня етерифікації була проведена математична обробка експериментальних даних за допомогою методу найменших квадратів в системі Е№ЕКА на ЕОМ ІВіі РС.

Графічні інтерпритації залежності! 2)кольоровості освітленого яблучного соку від концентраціі освітлювача (Д) і його ступеня етерифікації показали, що масова концентрація освітлювача і його ступінь етерифікаціі істотно впливають на процес освітлення.

На Ьснові математичної моделі за допомогоа методів нелінійноі оптимізаціі визначені оптимальні параметри технологічного регламенту процесу освітлення яблучного соку пектино!пп«і кислотами: масова концентрація освітлювача 0,2 %\ ступінь етерифікації ІЬ %.

Отримані результати стали основою для_розробки технології одержання пекгинату з ступінню етерифікаціі 15 % із свідих яблучних ви-чавок.

Розроблена апаратурна схема виробництва пектинатів мал. 4.

Вичавки подаються в збірник/’ І ) , обладнаний механічною мішалкою. Сюди поступає вода ( співвідношення вичавок і екстрагента 1:6; 1:7 водяний 20 ^-ний розчин лугу через дозатор/' 2 ) . Кількість внесеного лугу залежить від початкового значення активної кислотності ( pH jсвіжих вичавок. Гідроліз-екстракція проходить при pH 12, температурі суміші 18...20 °С, протягом 9 хвилин. Тривалість екстрагування визначено за допомогою залежностей, приведених на мал. І. Екстракцію пектинових речовин проводять при постійному перемішуванні. Суміш вичавок і екстрагента за допомогою насоса ПМН-28 ( 3 ) подають на пресування, яке здійснюється на пакетному гідравличному пресі періодичної діі типу 2П4-І позиція 4. Тиск при пресуванні складає 1,7 МЛа. Вичавки, після гідролізу і пресування подаються на нейтралізацію, після якоі ними можна годувати худобу.

Екстракт фільтрують через кизельгуровий фільтр ( 5 ) . Фільтрат за допомогою насосу ( 3 ) подають в збірникГі)для нейтралізаціі, куди через дозатор ( 2)вноситься хлорводнева кислота ^ (//С£) = 20 %. Суміш нейтралізують -до pH 6,0...6,5, потім перекачують насосом ( 3 ) в центрифугу типу 0ГШ-353-К09 (6) . Центрифугування зді йснюється протягом 10 хв при частоті обертання ротору 6000 хв“^. Пектиновий коагулянт,який представляє собою калійну сіль пектинових кислот (пектинат К ] , після центрифугування збирають в збірник ^7^і використовують по мірі потреб для освітлення яблучного соку.

Основні показники, які характеризують процес гідролізу і екстрагування пектинових речовин із свіжих яблучних вичавок приведені в

табл. 2. З І т яОлучних вичавок можна вилучити 800-900 кг освітлювача, який характеризується слідуючими показниками: вміст полі-галактуронидів 55...60 %; молекулярна вага 65000 дальтон; масова частка пектинових речовин І,І...1,35 загальна кількість карбоксильних груп ІЗ,Г4 %, в тому числі: вільних карбоксильних груп

11,07 %, метоксильованих карбоксильних груп ^ - 0СНд ^ -2,07 %

ступінь етерифікації 15 %.

Таблиця 2

Основні показники процесу гідролізу і екстрагування пектинових речовин із свіжих яблучних вичавок

Показники Одиниці вимірю- вання Числове значення

І. Характеристика свіжих яблучних вичавок:

Маса кг 1000

Вологість % 60-65

оН - 3,6

Титрована кислота(по яблучні&) 0,3

Загальний вміст пектинових речовин % І,2...2,0

Ступінь етерифікації пектинових яблучних вичавок % 71

2.Б кстракція:

Співвідношення вичавки : вода - 1:6 (1:7)

Кількість 20 %-ного розчину лугу (КОН або НаОНУ дм3 6.0

рН екстракту - 12,0

Тривалість екстракції хв

Кількість 20 %-ного розчину хлорвод-невоі кислоти(НСІ^для нейтралізації лугу до pH екстракту 6,0...6,5 дм

Кількість вилученого пектину %

9.0

3.5...4.0

80...90

1 - збірник з мішалкою

2 - дозатор ■

3 - насос ГІМН-28

4 - гідравлічний пакетний прес 2П4-І

5 - кизельгуровий фільтр

6 - центрифуга 0ГШ-353-К09

7 - збірник

Мал. 3.Апаратурно-технологічна схема отримання пектинових ' кислот із свіжих яблучних вичавок

Встановлено, що колоїдна система свіжовижатого яблучного соку складав 0,20...0.30 % і має слідуючий хімічний склад: пектинових речовин - 25 %, геміцелюлоз - 59 %, поліфенолів - II %, білку - 5 % ■ Вплив кожного компоненту колоїдної системи

на процес освітлення визначали за допомогою фізико-хімічних і біохімічних методів. Із системи виводили ії окремі складові: поліфеноли - полівінілполіпірролідоном, білки, пектинові речовини і геміцелюлози - ферментативним руйнуванням.

На основі цих досліджень виявлено, що стабільність колоїдної системи яблучного соку в першу чергу залежить від білкових речовин, потім пектинових речовин і геміцелюлоз.

Колоїдна система яблучного соку це з'аряжена частинка. Тому од-.ним із основних факторів стійкості колоідноі системи є наявність (присутність) електрокінетичного потенціалу частинок дисперсноі фази, який виникає за рахунок створення на їх поверхні , подвійного електричного шару в результаті виборчої адсорбції компонентів розчину або поверхової дисоциації функціональних груп.

Показано, що внесення в яблучних сік пектинових кислот змінює електрокінетичний потенціал за рахунок їх взаємодії'з основними аміногрупами білку ( мал. 4]. При оптимальних концентраціях 0,2 % освітлювача подвійний електричний шар стискується до критичного значення, заряд частинок стає близьким або рівним нулю, міцелярний колоїдний комплекс руйнується і випадає в осадок ( мал. 5 ). При подальшому збільшенні концентрації відбувається перезарядка колоїдних частинок соку за рахунок зміни їх структури.

В якості потенціалоутворюючих іонів вже виступають аміногрупи білку, які мають позитивний заряд, а негативно заряжені карбоксильні групи пектинових кислот займають місце противоіонів.

На основі проведених досліджень розроблена технологія освітлення яблучного соку пектиновими кислотами, отриманими із відходів сокового виробництва - свіжих яблучних вичавок. На мал.6 приведена принципова технологічна схема освітлення яблучного соку пектиновими кислотами.

. Докладне апаратурне оформлення приведених на схемі стадій процесу дано в дисертаційній роботі.

Масова концентрація ПК, %

Іиал. 4. Залежність злектрокінетичного потенціалу (?) від масовоі концентрації пектинових кислот (ПК).

6"- /о3Л*

77 76 75 7к

71

72 71 70

т 68

О 0,1 42 аз

Масова концентрація ПК, %

Мал. 5. Залежність поверхового натягу (б"} від масової' концентрації пектинових кислот {ПК).

І

і V

\

\ /

\ /

\ /

\

\ * !

Яблука

Постачання, приймання, зберігання

Миття

Сортування по якості

І

Подрібнення

Пресування І

Грубе фільтрування

І

Перемішування

Миттєве підігрівання і охолодження

1

Сепарування Е

Фільтрування ........ і

Деаерація і підігрівання

г~

Засування

Закупорювання

т

Пастеризація

Охолодження

І

Складові операції

Вичавки

І

Гідроліз та екстрагування

Подання води •Підготовка і подання 20 5б—ног розчину лугу |К0Н або Наш;

Відділення

екстракту

фільтрування

Відроблені

вичавки

Нейтралі -зація Підготовка і подання 20 % розчину

Центрифугу- вання

_ Нейтралізація

На корм худобі

Пектиновий

коагулянт

Подання на освітлення

Підготовка тари

Підготовка кришок

Мал. 6.. Технологічна схема освітлення яблучного

соку пектиновими кислотами, отриманими із свіжих яблучних вичавок

ВИСНОВКИ

1. Досліджений хімічний склад колоїдної системи свіжопресо-ваного яблучного соку, який преставлений в основному пектиновими речовинами 25 % ; геміцелюлозами 59 % , білковими речовинами

5 % та поліфенолами II % . Стабільність колоїдної системи в першу чергу залежить -від білкових речовин та геміцелюлоз.

2. Розроблена технологія отримання пектинових кислот із свіжих яблучних вичавок. Визначені параметри лужної деетерифікації яблучного пектину - pH 12, Т = 20 °С,е£' =■ І...12 хвилин.

' 3. Отримані математичні моделі процесу освітлення яблучного

соку пектиновими кислотами і встановлені оптимальні параметри: ма. сова концентрація освітлювача - 0,2 %; ступінь етерифікації -15 %; pH 3,6...4,2; температура - 85 °С. ’

4. Вивчено механізм освітлення свіжопресованого яблучного соку. Внесення в сік пектинових кислот в концентрації 0,2 % приводить до зміни величини електрокінетичного потенціалу, за рахунок перезарядки колоїдних частинок дисперсійного середовища (соку) , зменшення поверхового натягу (на. 12 % )і в’язкості (на 44 %) , та сприяє порушенню стійкості системи.

5. Розроблена технологія освітлення яблучного соку пектиновими кислотами. Внесення пектинових кислот в свіжовидавлений яблучний сік в кількості 0,2 % з подальшим миттєвим підігрівом до 85 °С

і охолодженням до 20...40 °С дозволяв проводити процес в потоці. Прозорість після освітлення соку пектинатами збільшується на 70... 85 %, кольоровість знижується на 60...90 %, масова частка сухих речовин, цукрів і титрованих кислот знижується незначно на 0,1...

0,4 %.

6. Виробничі випробування нового способу освітлення яблучного

соку пектиновими кислотами показали можливість його реалізації в існуючому технологічному процесі. Спосіб дозволяв за декілька секунд освітлити яблучний сік і забезпечити надійну стабільність і прозорість готового продукту. '

Основні результати дисертації викладені в таких публікаціях:

1. Безусов А.Т., Зверькова А.С., Уткина О.В. , Палвашова А.И.

Два подхода к выбору биотехнологических методов осветления соков //Тез. докл. науч. конф., посвященной 60-летию МТИПП "Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья

в пищевой промышленности", Ч.І. Москва, 1991. - С. 21-22.

2. Безусов А.Т.. Зверькова О.С., Палвашова Г.І. Пектиновий концентрат /Харчова і переробна промисловість. - 1992. - № 8. -

G. ІЗ.

3. Безусов А.Т., Зверькова А.С., Палвашова А.И. Осветление яблочного сока пектиновыми кислотами// Тез, докл. 52-й юбилейной науч. конф. 0ТШШ им. М.В. Ломоносова. - Одесса. - IS92. - С. 56.

4. Безусов А.Т., Зверькова А.С., Палвашова А.И. Разработка технологии осветления яблочного сока пектиновыми кислотами//Тез.докл.

' 53-й науч. конф. ОТИПП им. М.В. Ломоносова. - Одесса. - 1993. -С. 67.

5. Безусов А.Т.Зверькова O.G., Палвашова Г,І. Пектинові кислоти як освітлююча речовина плодово-ягідних соків//Тези доп. міжнародної наук.-техн. нонф. "Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробні галузі АПК". - Київ: технол. ін-т харч, пром-сті. - Київ, 1993. - С. ІІ2-ІІЗ.

6. Безусов А.Т., Зверькова А.С., Палвашова А.И. ‘Эффективный метод осветления яблочного сока /Пищевая промышленность. - 1993. -

№ 10. - С. 12-13. ' .

\