автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Разработка технологии свекловичного пектиновогог экстракта и пектинопродуктов на его основе

,7 £ * ■: ^ 1

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

На правах рукописи

КРАШВНИЦКАЯ Ирина Алексеевна

УДК 664.292.061.34

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СВЕКЛОВИЧНОГО ПЕКТИНОВОГО ЭКСТРАКТА И ПЕКТИНОЛРОДУКГОЗ НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.18.05 - Технология сахара и -

сахаристых веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1992

Работа выполнена в Киевском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности и в ассоциации "Пектин".

Научные руководители: доктор технических наук, профессор, академик АИН Украины И.С.ГУшй кандидат технических наук В.В.Нелина

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор А.А.Липец

кандидат химических наук, старший научный сотрудник П.И.Демченко

Ведущая организация: Ассоциация "Киевсахар"

Защита диссертации состоится " /'^ " ноября 1992 г. в ( О часов в аудитории А-ЗП на заседании специализированного ■ совета Д-068.17.01 Киевского ордена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности по адресу: 252017, г.Киев, ул.Владимирская, 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан октяо'пя 1692 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн.- наук, доцент Л.М.Хомичак

"4v; i -i.'r.i f

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пектиновые вещества - природные полисахариды. Они способна связывать и выводить из организма стабильные и радиоактивные металлы. Наибольшей комплексообразукщей способностью обладают низкоэтерифицированнне пектины, к которым относится свекловичный пектин.

С учетом химических свойств пектиновых веществ и опыта их применения следовало бы ожидать, что население экологически неблагополучных районов, и в первую очередь население, проживающее на территориях с радиоактивным загрязнением, будет обеспечено пектиносодеркащими продуктами. Однако этого не произошло. В настоящее время решаются вопросы только организации цехов и участков по выработке пектинопродуктов. Повсеместное их производство в требуемых объемах сдерживается из-за: отсутствия необходимого количества и качества сырья, отвечающего требованиям пектинового производства /Украина располагает практически неограниченными и ежегодно возобновляемыми сырье шли ресурсами: яблочными, виноградными выжимками, свекловичным жомог-л, корне-, клубнеплодами, корзинками подсолнечника и др./; недостаточных производственных мощностей /длл удовлетворения потребности населения Украины в пектинопродуктах в объемах согласно научно обоснованной нормы необходимо построить 150...200 заводов мощностью 200... 250 тонн пектина в год кавдый; в настоящее время в республике производство пектина составляет 50...100 тонн/; необоснованных предельно допустимых концентраций чужеродных металлов в пектине /сдерживают организацию новых производств по выпуску продукта в сухом виде/; отсутствия мощностей по производству жидких пектинопродуктов /по классической технологии пектинового производства из-за применения минеральных кислот и других химических реагентов жидкие пектинопродукты не выпускаются/.

Впервые производство, пектинового экстракта пищевого достоинства освоено в 1990 г. на Солдатском консервном заводе Кабардино-Балкарии, где в технологии использован гидролизувздий агент в виде питьевой воды, подвергшейся электромембранной обработке -экстрагент КТИПП. Кидкий пектиновый концентрат из яблочных выжимок выработан также в 1992 г. на Бендероком пектиновом заводе о применением ортофосфорной кислоты.

Производство пектиновых экстрактов как дадевой продукции из других видов пектиносодержащего сырья не освоено в связи с отсутствием соответствующих исследований.

Достижения науки о пектиновых веществах /труда В.В.Арасимо-вича, Г.Б.Аймухамедовой, В.В.Андреева, З.Д.Ашубаевой, И.С.Гулого, Л.В.Донченко, Н.С.Карповича, В.В.Нелиной, Е.В.Сапожниковой, Х.Т.Саломова, В.И.Смоляра, А.Ф.Фан-Юнга, М.П.Филиппова, Н.П.Ше-лухиной а др./ и имеющийся производственный опыт позволяют наметить пути совершенствования технологии пектина и пектинопродук-тов.

Цель работы состоит в аналитическом и экспериментальном исследовании физико-химических и технологических свойств пекти-носодеркащей свекловичной ткани, процесса гидролиза протопектина в условиях кипения под вакуумом, качества и свойств свекловичного пектинового экстракта и на основе полученных результатов создание технологии пектинопродуктов из свекловичного кома.

В соответствии с целью определены следующие задачи:

- изучить физико-химические свойства свекловичного пектина и ткани свекловичного жома;

- исследовать извлечение из свекловичной ткани растворимых балластных по отношению к пектину веществ;

- исследовать процесс гидролиза протопектина в условиях кипения под вакуумом;

- исследовать качество и свойства свекловичного экстракта;

- разработать технологию пектиносодержащего сахара на основе экстракта и пектиносодержащего порошка из свекловичного кома.

Научная новизна работы. На основе результатов аналитических, экспериментальных исследований и производственной проверки предложены способы совершенствования технологических процессов пектинового производства, установлены технологические показатели процессов и получены ноше пектиносодеркащие продукты. В их числе новыми являются:

- способ изменения реакции среды свекловичной ткани, позволяющий регулировать ее величину в процессе гидролиза и направленный на повышение качества целевого продукта, экономию расхода гидролизуыцего агента;

- способ гидролиза протопектина растительной ткани в условиях кипения под вакуумом, позволяющий уменьшить расход гидро-

лизующего агента до значения влагосодеркания набухшего/или све-жего/пектиносодержащего сырья без снижения степени гидролиза и качественных показателей целевого продукта;

- способ подготовки сушеного пектиносодеряащего сырья, позволяющий экстрагировать из него пектиновые вещества без проведения процесса гидролиза, используя в качестве экстрагента питьевую воду;

- пектиносодеркащие яидкий и сухой экстракты, пектиносодер-жащие жидкий сахар и свекловичный порошок.

Зашкшаюте-я рлддуидие ocнoвш-Je положения:

1. Свекловичный ком, прошедэий дополнительную очистку от растворимых балластных по отношению к пектину веществ, является высококачественный пектиносодеряащпм сырьем для производства пектина и пекгиносодеряащих продуктов.

2. Кислотный гидролиз протопектина растительной ткани в условиях кипения под вакуумом позволяет достичь заданных технологических параметров процесса /рН среды, соотношения масс, температуры/.

3. Гидролиз протопектина является внутренним процессом, поэтому минимальный расход гидролизуыцего агента для кислотного гидролиза равен количеству жидкой фазы в набухшем или свежем пектиносодержащем сырье.

Практическая ценность работы, Выводы и рекомендации диссертационной работы нашли практическое применение и использованы для:

- разработки технологической схемы подготовки свекловичного жома для пектинового производства;

- разработки технологической схемы получения пектйнопродук-тов из свекловичного кома;

- интенсификации процесса гидролиза протопектина растительной ткани в промышленных гидролизаторах.

Достоверность работы. Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций обеспечена применением современных методов эксперимента, подтверждается соответствием результатов лабораторных и промышленных испытаний, критериями безопасности новых пектиносодернащих продуктов и базируется на их практической ценности и применимости.

Личный вклад автора состоит в общей постановке задач исследования, проведении аналитической и экспериментальной работы, их анализа и обобщения. Принимала участив в выполнении медико-биологических исследований, в практической реализации результатов. Выводы и рекомендации диссертационной работы получены автором лично.

Рйялт'пятгая пазультатов паботы. На основе результатов исследований разработаны к внедрены:

- технологическая схема производства свекловичного пектинового экстракта и пектинопродуктов на его основе /Яреськовский сахарный завод, Украина; "ерконекий сахарный комбинат, Казахстан/ ;

- способ гидролиза протопектина в условиях кипения под вакуумом /Луцкий и Хорольский консервные заводы, Украина/;

- разработаны технические условия "Экстракт пектиновый свекловичный", "Сахар пектиносодеркащий свекловичный", "Порошок пектиносодержащий".

Окидаемый экономический эффект от внедрения технологии пектиносодержащего сахара составляет 235,2 тыс.руб. /расчет произведен в 1991 году/.

Апробапия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: 57-й, 58-й научных конференциях КТИПП /Киев, 1991-92 гг./; 1-м, П-м, 111-м научно-технических семинарах "Электротехнология пектиновых веществ" /Киев, 1990-92 гг./; республиканской конференции "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видор пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающие отрасли АПК" /Киев, 24-26 сентября 1991 г./.

Тематика исследований входила в планы важнейших научно-исследовательских работ КТИШ1, являющихся составной частью программы 0.Ц.030. "Развитие производства биологически полноценных продуктов на основе комплексного использования сырья и снижения его потерь"; Государственной союзно-республиканской программы неотложных мер по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Задание 1.4.7.2. Создание и освоение производства пектиносодержащих добавок.

Пуфликагщл, По теме диссертации опубликовано 20 работ, в • том числе I авторское свидетельство, 4 полонительных решений на выдачу патента.

Структура и обтаем ряботц. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций, списка библиографических ссылок и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 18 таблиц,включает 153 библиографические ссылки отечественных и иностранных источников.

Санитарно-гигиеническая оценка и медико-биологические исследования проведены в НИИ гигиена питания РНЩ и институте геронтологии МЗ Украины с участием автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава "Протопектин растений и использование продуктов его переработки" посвящена анализу физико-химических свойств пектиновых веществ - полисахаридов растительной ткани. Обзор литературных источников охватывает различные аспекты исследований по теме диссертации. Отмечаются отличительные физчко-химические свойотва свекловичного пектина.

Наличие в боковых цепочках нейтральных Сахаров молекулы пектина эфирносвязанных остатков феруловой кислоты дает возможность при пероксидазном окислении провести реакцию поперечной сшивки: _

Это позволяет широте использовать свекловичный пектин не только как комплексообразователь, но и как гелеобразователь.

Физико-химические свойства пектина и особенности традиционной его технологии определили основной вид продукции пектинового производства - сухой пектин. Необходимость в широкой пектино-профилактике обуславливает изыскание новых более доступных /технологических и экономических/ путей решения производства пекти-нопродуктов. В связи с этим предлокеда ноше пектинопродукты • на основе жидкого пектинового экстракта, к которому сформулированы требования. Свекловичный пектиновый экстракт:

- не должен содержать веществ токсического, канцерогенного, мутагенного или иного неблагоприятного действия на организм человека при употреблении его в общепринятых количествах;

- по численным значениям критериев безопасности должен соответствовать показателям аналогичных ему продуктов;

- должен содержать такое количество пектиновых веществ и такого качества, которые позволяли бы использовать его для производства продуктов профилактической направленности по отношению к повышенному поступлению в организм солей тяжелых металлов и радионуклидов.

Во второй главе "Объекты и методы исследований" рассмотрены объекты исследований /сырой и сушеный свекловичный жом, свекловичный пектиновый экстракт и пектин/ и методы их исследований.

Для оценки качества свекловичного пектиносодержащего сырья необходимо- определение влажности, содержания сахара, пектиновых веществ, кислотной емкости, доброкачественности, тяжелых металлов и мышьяка. Для определения их численных значений использовали известные методы /влажность - весовой, содержание сахара в томе - поляриметрический, содержание оухих веществ - рефрактометрический, содержание пектиновых веществ - метод спиртового осаждения, кислотная емкость - титрбметрический метод/. Доброкачественность пектиносодержащего сырья определяли по формуле:

^пс= -100?;' Ы

пв

где Сцв

- концентрация пектиновых веществ в сырье, %;

СВЦЗ - концентрация растворимых сухих веществ в сырье, %,

Студнеобразующую способность свекловичного пектинового экстракта измеряли прибором Сосновского. Дм гигиенической оценки пектинового экстракта определял:! в нем чужеродные вещества -соли тянелнх металлов и мышьяка /свинец, кадмий, медь, цинк -полярографическим методом, ртуть, мышьяк - колориметрическим методом, хлорорганическле пестициды - методом тонкослойной хроматографии/.

Компяексообразувдяе свойства экстракта изучали ьа ЛЛ по отношению к солям тяжелых металлов на примере азотнокислого свшца. Количество поглощенного свинца определяли трилонометри-чески.

Бактериальную обсекененность продуктов исследовали общепринятыми микробиологическими методами.

Аналитические характеристика пектина - метоксиаьные, карбоксильные, ацетильные группы определяли кондуктометрическш методом, ферулоэфкрные - спектрототометрическш методом, молекулярную массу вискозиметрическим методом.

В основу методики математического планирования эксперимента взято уравнение регрессии:

9 = Во + , /2/

ь ь 0 а о

где у.' - параметр опте,газации;

Х^Х^.- значенке факторов;

5д - свободный член, равный выходу параметра оптимизации в нулевой точке плана;

- коэффициент регрессии соответствующих факторов;

5ц - коэффициент регрессий соответствующих факторов * двойного взаимодействия;

В^ - коэффициент регрессий соответствующих факторов квадратичного взаимодействия.

Для постановки эксперимента с целью более точного описания процесса использовали ортогональное центральное композиционное планирование. Расчет коэффициентов модели проводили на ЭВМ с последующим графически их исследованием.

В третьей главе "Технологические особенности подготовки свекловичного жома для пектинового производства" из жжены результаты аналитических исследований химического состава свекловичной ткани, качества пектиносодеркащего сырья и экстрагирования кальциймагниевых солей, а также экспериментальных исследований по извлечению растворимых балластных по отношению к пектину веществ, кислотной емкости сушеной свекловичной ткани, регулированию рН среда в пектиносодерхащем сырье.

Установлено, что свекловичный ном /после диффузионного аппарата свеклосахарного производства/ как пектиносодержащее сырье характеризуется низкой доброкачественностью /чистотой/ Дб = 50...60%. 'Повышение этого показателя является необходимым технологическим приемом в пектиновом производстве.

Удаление из ткани свекловичного жома растворишх веществ возможно путем использования массообменного процесса - экстрагирования или механического воздействия. Градиент концентрации для экстрагирования растворимых веществ из нома ничтожно мал, поэтому более эффективным процессом для этой цепи является откатие ткани. Основываясь на способности свекловичной ткани частично восстанавливать свой тургор в кидкой фазе после снятия механического воздействия, разработан способ получения пек-тиносодеркащего сырья с более высоким показателем доброкачественности за счет дополнительного извлечения балластных веществ путем применения процессов поочередного прессования и набухания свекловичного кома. Показано, что за счет применения предложенного способа доброкачественность пектиносодержащего сырья мокко довооти до 90-93?' /теоретически/; Установлено, что качественные показатели пектиновых веществ, полученных из сырья с частично удаленными балластными растворимыми веществами, повышаются /табл. I/.

Выявлено, что сушеная свекловичная ткань обладает способностью реагировать с кислотами, т.е. свекловичный жом мокно характеризовать показателем кислотной емкости /это максимальное количество кислоты, которое вступает во взаимодействие с тканью и измеряется в г.экв кислоты на г сухого вещества/. Кислотная емкость в растворах разных кислот различная: для соляной, серной и лимонной кислот она составляет соответственно 0,22; 0,38; 0,11 г.экв/г. Этот показатель необходимо учитывать при

Таблица I

Характеристика пектиновых веществ, полученных из предварительно подготовленного пектиносодер-нащего сырья

Сырье

'Содержа-{Уронид- (Свобод-®Ноток- ¡Золь- ¡Цвет-¡ние са- ¡ная сос-!ные кар- ¡сильная ¡ноств, ¡¡гость

¡хара в ¡тавляю- ¡боксиль- ¡состав-,' ¡экст-

.„— а .„,„„ с .,„,„ лящая,) " ¡р

I

¡хара в ¡тавляю- ¡бокипдв- ^ишсш-¡жоме, $ ¡щая, £ ¡ные груп-', ляздая,,

N

¡ГОСТЬ

,экст-¡ракта

Свекловичный жом не-подготов- 0,57 ленный

65,2

Свекловичный жом подготовленный

0,29 80,6

мутник с темным

3,9 6,8 0,6 оттенком

светло-

6,6 10,2 0,2 сэрый

нормировании расхода гидролизуицего агента, а также при нормализации рН реакции среда в процессе подготовки сырья для пектинового производства.

Для снятия кислотной емкости предложен способ обработки свекловичного жома в кислой среде. 3 качестве технологической ореда применена электроакишпрованнач водная система /ЭАВС/, ТУ 18019595-02-91. При этом происходит нормализация свекловичного жома по реакции среда его жидкой фазы. Ячество свекловичного пектина из кома, обработанного в среде ЭАВС характеризуется более высокими показателями /табл. 2/.

Из приведенных данных следует, что при увеличенном выходе пектина имеет место повышенное содержание урошщной составляющей, свободных карбоксильных групп. Можно предположить, что это связано с удалением кальциймагниевых солой из свекловичной ткани в процессе обработки в ЭАВС, обусловленной большей их растворимостью в кислой среде.

Известно, что некоторое количество пектиновых веществ в протопектиновом комплексе представлено в виде их кальцпймагиие-б:1Х солей. В виду обратимости реакции гидролиза этих соединений, уменьшение количества катионов в растительной ткани будет характеризовать уровень технологического процесса подготовки пектино-содоржацего сырья. На основе этого и о учетом полученных результатов разработана технологическая схема подготовки свекловичного

Таблица 2

Результаты исследований качества свекловичного пектина из жома, обработанного в среде ЭАВС

¡Выход; ¡пек-

п/п

Э^ВС

Аналитические характеристики пектина г

;тина,;Уро- ;Содерна-\% к ¡нидная;ние сво-;маосе'|ССс- ¡бодкых ; ;тавля-;карбок-{ ¡ицая, ^¡сильных

I

!

;групп,%

Ств- ¡Мего- ¡Аце- ¡Моле-пень ¡ксиль- ¡тиль- ¡куляр-этери-^ная со-;ные ¡нал фика- ¡ставля-,труппы, ¡масса цш, % ¡гадая, ; % ;

1

I 1,4 11,4 65,66 2,7 82,86 13,05 2,1 22607

2 2,0 9,06 55,00 3,45 74,43 12,7 1,0В 22601

3 3,0 7,44 47,5 3,71 66,97 7,85 нет 20527

4 4,0 6,8 43,84 3,24 64,92 6,13 нет 20321

5 : контроль 6,14 37,05 3,03 64,00 5,9 нет 20233

после диффузии/ рН = 6,4

кома для пектинового производства /рис Л/. Она включает стадии извлечения балластных по отношению к пектину растворимых веществ и нормализацию рН среды пектиносодержащего сырья. Схема реализована в проектной документации на производство пектинового екст- • ракта из свекловичного жома на Яреськовском сахарном заводе и основные ее технологические процессы внедрены в экспериментальном цехе по производству пектинового экстракта на Меркенском сахарном комбинате.

Глава четвертая "Разработка способа подготовки пектиносодержащего сырья для бескислотного извлечения пектиновых веществ" посвящена проведению аналитических и экспериментальных исследований изменения физико-химических свойств ткани свекловичного жома при кислотной и термической ее обработке. Выявлено, что определящкл фактором изменения физико-химических свойств является реакция среда в ткани.

Основываясь на свойстве гидролизукщих агентов /соляной кислоты, ЭАВС/ концентрировать ионы водорода до определенной концентрации при упаривании, проведен аналитический расчет измене-

- масса жома, кг; а - масса отжатой воды, кг; £ - температура,°С;

- продолжительность процесса, мин;

- влажность, %

Экстрагирование

свекловичной

стружки

.Прессование

жом, б = ЮО

XV =93,0; "¿=65

Прессование

отжатая вода, ц, =41,7

ЭАВС, рН = 2,0...2,5

жом, =95,, О

X

Набухание /нормализация по рН/

С = 10. ..15

жом

, 6, =58,3

\л/= 79,4; Ь =60

жом, (у, =38,2

отжатая вода, 57,0

жом, &5=38.0

V/ = 52,6; 1 = 55

Гидролиз

Высушивание

Набухание

жом, Сз =98,0 ■£ =58

W=92,0;

\^/=52,3-Д =55

Прессование

отжатая вода,<7( =59,8 --->—

Рис.1. Схема подготовки свекловичного жома для пектинового производства

ния реакции среды в свекловичной ткани в процессе ее высушивания.

Расчет показывает, что, если свекловичный ¡ком обработать ЭАВС до состояния влажности, V/ = 88£ и реакции среда рН=2,12, то при высушивании до влажности реакция среды ткани сос-

тавит рН=1,25 /на основании логарифмической зависимости изменения концентрации конов водорода, рН =-

Результаты многочисленных лабораторных исследований и опыт производственной практики свидетельствует, что оптимальным зна- ■ чением рИ среды процесса гидролиза протопектина свекловичной ткани являются области в пределах рН = 0,7...1,8. На рис.2 показано, что при высушивании свекловичного кома,предварительно обработанного в среде ЭАВС /рН = 2, 3, 4/, в область оптимального параметра процесса гидролиза по рН попадает кривая I. Она прохода! эти значения при влажности V/ = 14...50$. При высушивании нормализованного по рН среды свекловичного пома, температура ткани которого достигает значений Ь = 75...90°С, происходит гидролитическое расщепление протопектинового комплекса. Извлечение пектина из такой ткани осуществляется простил традиционным способом- экстрагированием водой. Данные по извлечению пектиновых веществ представлены в табл.3. Они показывают, что максимальное извлечение пектиновых веществ возможно только из предварительно обработанного жома.

100

80

> 60

►Q

О о 40

Ч

Srt

к М 20

f

J

/ / /

/ -2 L -3

/ / J

I

4

рН

Рис.2. Изменение реакции среда в свекловичной ткани в процессе высушивания при исходных значениях рН среда в ткани: I - рН = 2; 2 - рН = 3; 3 - рН = 4

Таблица 3

Результаты исследования извлечения протопектина из предварительного обработанного свекловичного сырья

Экстрагирование водой: =12; 1=84...85 С, Т =75 ш

мин

Сырье

Т-Г

{Содержа- ! {ние ПВ, !-

Экстракт

ч--

¡Степень -! гидролиза

на су- !содер ка- !содераание!количеству!протопек-1хую массу!ние СБ, !ПВ, % ! !тина, %

г I <г I » т

Сушений ком, предварительно обработанный Э/Ш. рН=2,0 18,4 1,45 0,50 150 88,0

Сушеный кок, предварительно обработанный ЭАВС, рН=2,2 18,2 Г, 40 0,45 120 80,3

Сушеный жом, предварительно обработанный ЭАВС, рН=2,5 18,3 1.1 0,25 135 44,4

Исходный суше ный жом 18,1 1.0 0,03 170 5,3

На основе проведенных исследований впервые получено свекловичное пектиносодеркащее сырье с принципиально новыми физико-химическими свойствами. При переработке такого сырья не требуется кислот, щелочей и других химических реагентов. Пектиновые производства с использованием нового пектиносодержащего сырья могут быть безотходными и экологически чистыми в отношении производства и собственно целевого продукта. Поэтому его можно использовать повсеместно в целях получения пектинового экстракта, пектина и пектинопродуктов.

Глава пятая "Разработка технологии пектинового экстракта из свекловичного иска" включает разработку технологического реки-

ма получения экстракта, а такие исследования его качества и свойств.

По действующей технологии на I т сушеного свекловичного жома расходуется 250-300 кг соляной кислоты, последующее извлечение ее из технологических сред представляет определенные технические, технологические и организационные трудности. Для разработки способа гидролиза протопектина с уменьшенным количеством кислоты проведен анализ этого процесса с использованием, концентрирования реагента в условиях кипения под вакуумом /рис.3/. Свекловичная ткань помещена в экстрагект, например, раствор соляной кислоты с рН=2,0; t =20... 40Яз и объемом V = П. . Концентрация ионов водорода в этой системе составит [н+]а = 0,01 г.экв/л. Если сосуд подключить к вакууму и испарять жидкую фазу, то концентрация ионов водорода составит 0,С2 г.экв/л при V = П/2 и 0,05 г.экв/л при V = П./б. Зтнм- значениям концентрации соответствует среда с рН=1,7 и рН=1,22, т.е. достигаются условия для осуществления реакции гидролитического расщепления протопектина.

Рассматривая кислотный гидролиз и экстрагирование как отдельные процессы, отметим, что процесс гидролиза /Г/ является функцией: •

а процесс экстрагирования /3/ является дуакцией:

3 =} {ь, Ъ, С, /4/

где t - температура, И - продоякительность процесса, С - концентрация пектиновых веществ, - гидромодуль. Следовательно, разделение процесса извлечения пектиновых веществ на две стадии является целесообразны;.!.

Рассмотренный способ гидролиза протопектина свекловичной ткани путем концентрирования гидролизующего агента позволяет уменьшить расход кислоты и получить пектиновый экстракт, не требующий его нормализации по рН.

Результаты лабораторных исследований процесса гидролиза протопектина свекловичной ткани дри кипении под вакуумом с использованием ЭАВС показали, что аналитические характеристики пектиновых веществ практически не отличаются от характеристики

вакуум

вакуум

I

м

сл

Рис.3. Механизм концентрирования гидролизующего агента под вакуумом и связанное с ним , поведение пектиносодеркащей свекловичной ткани: а/ У=Я; рН р 2,0; £ = 20...4043; в ткани и растворе установилось равновесное

состояние, при котором практически не происходит процесс гидролиза; б/ V РН = 1,7; £ = 70...80^0; в ткани создана реакция среды, при которой

произошел частично гидролиз протопектина; в/ \/ = /2/6; рН = 1,2; 1 = 70...80^3; в ткани произошел гидролиз, начался процесс экс трагирования,

пектина, полученного при режимных параметрах традиционной технологии /табл,4/.

Таблица 4

Аналитические характеристики пектиновых веществ, полученных при гидролизе свекловичного сырья в условиях кипения под вакуумом

Сырье

-;...... ■■ ;...........

; Уронид- ¡Свобод- ¡Метоксиль-ная сос-\те кар- ¡ная состав-тавляю- ¡бонсиль- ¡ляющая, щая, % ¡ные груп-; %

Ацетил ь-;Феруло-}Моление ;эфирные;куляр-группы, ¡группы,¡ная % | % ¡масса

I I

Гидролиз с использованием ЭАВС 73,5 8,5 8,4 0,15 0,4 25700

76,8 8,9 9,2 0,30 0,45 28300

Гидролиз при рекимных параметрах традиционной технологии

Сушеный жом

Сырой жом

Сушеный

КОМ

Сырой

ком

/без вакуума/ 70,2 7,7 8,2 0,15 0,44 26100

72,4 8,3 8,8 0,25 0,5 27400

Для определения численных значений технологических параметров технология, пектинового экстракта проведены исследования воздействия температуры и рН среды на выход пектина из предварительно обработанного свекловичного жома в течение 60, 70, 80 мин с использованием ортогонального центрального композиционного планирования.

После реализации опытов и подсчета коэффициентов уравнения регрессии получена математическая модель гидролиза пектиновых веществ зависимости изменения параметров процесса:

У = 12,63-10,43х£ -0,7x^-0,568x^.-0,568*1, /5/

где у - выход пектиновых веществ,

х,- температура, Хо - рН среди.

Варьируя факторами технологического процесса можно извлекать пектиновые вещества с заданными выходом и качественны:.-!! показателями.

Результаты исследований явились основой для разработки технических условий на свекловичный пектиновый экстракт ДУ-180195-95-05-91/,. технология которого включает: промывку жома с последующим прессованием до влашости. \д/ = 70...80£; обработку ЭАВС с рН = 2,0 и температурой Ь = 40...50^3, гидромодулем = 1:2, продолжительностью V = 20. ..30 мин; процесс гидролиз-экстрагирование / "Ь = 80...95°С; О = 2...6; рНЭАВС = 1.8-"2,0; Т = 3,0.. .3,5 г /, У

Свекловичный пектиновый экстракт исследовался на комплексо-образующую способность. При концентрации пектиновых веществ в экстракте 0,8; 1,0; 1,4% комплексообразувщая способность составила 5,3; 6,4; 7,2 иг ГШ. Свекловичный экстракт обладает также студнеобразующей способностью в присутствии ионов Са++.. При этом гели можно получать с уменьшенным содержанием сахара в более широких диапазонах рН. Так, прочность студня при содержании ПВ в экстракте 1,6$?, сахара - 30, 35 , 40, 45,50'$составила соответственно 18 , 23 , 32 , 35 Ша/рио.4/.

При проведении санитарно-гигиенической оценки пектинового экстракта установлено, что по содержанию солей тяжелых металлов и мышьяка он является безопасным, так как их количество не превышают Щ£к для подобных продуктов, экстракт не содернит конта-ыинирующуто бактериальную микрофлору.

Медико-биологические исследования экстракта 1гг 01ОЬ подтвердили его кокплексообразутощую способность по отношению к тяжелым металлам на примере сола свинца. При дозе 3,0 мл экстракта на кг массы тела крысы выведение свинца с фекалиями составило &7,2% по сравнению с 54$ /контроль/. Кроме того, установлено благоприятное воздействие свекловичного пектинового экстракта на морфологический состав периферической крова белых крыс в условиях ионизирующего излучения, у облученных крыс, получавших свекловичный пектиновый экстракт, число эритроцитов крови начинает восстанавливаться на 7-е сутки, а на 14-й день происходит полное восстановление содержания гемоглобина и числа эритроцитов крови до исходного уровня, против 21-х суток для контрольной группы животных.

Cj

К

В

El О

Л

н о о я и-о р. е

Рис. 4. Зависимость прочности студня при разном соотношении содержания ПВ экстракта и сахара /%/г I - 30; 2 - 35; 3 - 40; 4 - 45; 5-50

В главе шестой "Внедрение технологии пектиносодержащкх продуктов" описаны; технологическая схема.и аппаратурное оформление получения свекловичного пектинового экстракта, включающая схему подготовки сырья, аппаратурное оформление и технологические приемы процесса гидролиза, фильтрование, концентрирование и высушивание пектинового экстракта; получение жидкого пектино-содеркащего сахара и свекловичного пектиносодеркащего порошка АУ 180 19595-01-91, ТУ 18019595-06-91/; технологическая схема получения жидкого, сухого пектинового экстракта и пектиносодеркащего сахара на Ыеркенском сахарном комбинате /Казахстан/ /рис.5/.

Рис. 5, Технологическая схема получения жидкого, сухого пектинового экстракта и пектино-содержащего сахара: I - гидролизатор, 2 - стекатель, 3 - шнек, <1,8,10,18 - насоси, 5,15,17 - сборники, 6 - мешалка для жома, 7 - фильтр, 9. - мешалка, II - разделительное сито, 12 - пресс, 13 - транспортер, 14 - шнек. 16 - роторно-пленочный выпарной аппарат, 19 - сушильная камера, 20 - васпылитель, 21,23 - отклони, 22,24,25,27,28 - агрегаты вентиляторов, 2ь - Ъпка, 2<3 - воздухоподогреватель

вывода и рекомщишш пмушшенности

На основе изучения физико-химических свойств свекловичного пектина, свекловичной ткани, теоретических и экспериментальных исследований процесса гидролиза пектиновых веществ и их извлечения разработаны способ подготовки свекловичного жома для пектинового производства и технологии свекловичного пектинового экстракта.

1. Предложен новый способ подготовки свекловичного жома для пектинового производства, позволяющий обеспечить его эколо-гичность и уменьшить расход реагента для процесса гидролиза. Способ рекомендован для внедрения на Яреськовском сахарном заводе Украины и внедрен на Меркенском сахарном комбинате Казахстана.

2. Аналитически обоснован, экспериментально проверен способ гидролиза протопектина, обеспечивавдий уменьшение расхода кислоты чо 10 раз без снижения степени гидролиза протопектина и не снижающий качество целевого продукта.

3. Обосновано применение и проверен в производственных условиях принципиально новый способ гидролиза протопектина свекловичной ткани в условиях кипения под вакуумом, обеспечивавдий уменьшение гидролизущего агента и интенсификацию процесса гидролиза.

4. С помощью математического моделирования определены технологические параметры процесса гидролиза - рН среда и температуры, варьируя".которыми можно увеличить выход целевого продукта До 30£ от минимального выхода.

5. На основе результатов аналитических исследований процесса гидролиза протопектина и свойств электроактивированной водной системы предложен способ подготовки сушеного« пектиносодержащего сырья, позволяющий использовать это сырье для получения пектинового экстракта путем экстрагирования, минуя стадию гидролиза.

6. Показано, что свекловичный пектиновый экстракт обладает студнеобразующими и кошглексообразувдими свойствами и может быть использован для создания профилактических пищевых изделий по выведению из организма тяжелых металлов и.радионуклидов.

7. Прикладное развитие результатов научных исследований позволило разработать, испытать и внедрить в производство:

- технологию свекловичного пектинового экстракта и концентрата;

- технологию новых пектинопродуктов на основе пектинового концентрата: жидкий пекгиносодержаний сахар, сухой пектиновый экстракт;

- технологию пектиносодаркащего свекловичного пороака.

8. Результаты аналитических, экспериментальных и производственных испытаний разработанных способов подготовки пектино-содержащего'сырья и технологий пектинового экстракта и пектинопродуктов позволяют рекомендовать новый перспективный путь использования свекловичного жома для пектинового производства, а также определить новое научное направление по подготовке свекловичного жома как дополнительного источника ресурсов пищевого сырья.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Проблемы производства пектина / Н.С.Карпович, Е.Н.Киоресху, Е.В.Яровая, Г.С.Мельник, И.А.Краливницкая //Пищевая промышленность. - Т988. - J& 5. - С.2-3.

2. Баланс продуктов пектинового производства / Н.С.Карпович,■ О.С.Гааг, В.А.Холодова, Л.В.Плакса, И.А.Краливницкая,

Л .В .Донченко // Пищевая промышленность. - 1988. - J5 5. -С.21-22.

3. A.C. Уа 1507293 /СССР/. Способ производства пектина из свекловичного жома / Н.С.Карпович, В.К.Супрунчук, Е.Н.Киореску, Л .В .Донченко, З.В.Нелина, Е.В.Яровая, Л.К.Теличук, О.П.Сло-бодян, И.А.Краливницкая и др. // Б.И. - 1989. - й 34.

4. На pibhi св1Тових стандаргхв / М.С.Карпович, Л.В.Донченко, В.В.Нелгна, I.0.Крапивницька // Харчова i переробна промио-ловгсть. - 1991. - 1Ь 4. - С.21.

5. 1нтенсифхкашя процесу екстрагування / М.С.Карпович,

Л .В .Донченко, В.В.Нелхна, Г. О .Крапивницька //Харчова i переробна промисловгсть. - 1991. - Js 4. - С.21.

6. Способ получения пектиносодеркащего продукта / И.С.Гулнй, Н.С.Карпович, В.В.Нелина, И.А.Крапивншхкая и др. // Положительное решение ВНЖГОЭ о выдаче патента на заявку

Я 5015656/13 68118 от 25.08.1991 г. /Не подлежит опубликованию в отбытой печати/..

7. Способ получения жидкого пектиносодеркащего пищевого продукта / В.В.Нелина, Т.И.Костенко, С.Р.Рубинов, И.А.Крапивницкая и др. // Положительное решение ВНИИИ1Э о выдаче патента на заявку К 5015658/1350800 от 08.07.1991 г. /Не подлежит опубликованию в открытой печати/.

8. Способ получения пектиносодеркащего сахара / И.С.Гулый,

B.В.Нелина, И.А.Крапивницкая и др. // Положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче патента на заявку И 5015657/13 68119 от 26.08.1991 г. /Не подлежит опубликованию в открытой печати/.

9. Способ получения низкометоксилированного пектина / И.С.Гулый, Н.С.Карпович, Л.В.Дончекко, В.В.Нелина, Л .Д .Бобровник, М.П.Купчик, А.Б.Матвиенко, А.И.Украинец, Н.У.Фщук, Е.Х.Киз-лер, И.А.Крапивницкая // Положительное решение ВНИИГОЭ о выдаче патента на заявку В 4897272/05 124231 от 28.12.1990 г. /Не подлежит опубликованию в открытой печати/.

10. Свойства пектиновых веществ / Л.В.Донченко, Н.С.Карпович, Т.И.Костенко, И.А.Крапивницкая, В.В.Нелина. - К.: Общество "Знание" Украины. - 1992. - 34 с.

11. Подготовка сировини х ямсгь пектину / Хомичак Л., Заець Ю., Ярова 6., Крапивницька I. // Харчова I переробна прокисяо-вхсть. - 1991. - й 5. - С.22.

12. Особенности подготовки пектиносодаржащего сырья / Хомичак Л.М., Заяц ¡0.А., Яровая Е.В., Тоткайло М.А., Крапивницкая И.А. // Тез. докл. респ.конф. "Разработка и внедрение высокоэф. ре-оурсосбер. технологий и новых видов пищевых продуктов в пищ.

и перераб.:отрасли АПК". - К.: КТКПП. - 1991. - С.70.

13. Разработка технологии комплексного использования пектиносо-держащего сырья // Н.С.Карпович, Л.В.Донченко, В.В.Нелина, М.А.Тоткайло, И.А.Крапивницкая и др. // Тез.докл.см. п.12.,

C.74.

14. Краливницкая И.А., Буряк Н.И., Мельник Г.С. Структурные особенности пектина сахарной свеклы // Тез. докл. И научн.-техн. семинара "Электротехнология пектиновых веществ". -К.: КТЙШ. - 1992. - С.7.

15. Краливницкая H.A., Яцюк Н.М., Мельник Г.С. Способ предварительной очистки корне-, клубнеплодов от радиоактивного загрязнения // Тез. докл. см. 14., C.3S.

16. Михальчидшн Д.С., Краливницкая И.А. О результатах испытаний технологии переработки вторичного яблочного сырья на Леты-чевском заводе продтоваров // Тез. докл. см. п.14., С.44.

17. Особенности технологической схемы получения пектинопродук-тов на Яреськовском сахарном заводе / Мотчэнко А.П., Кра-пивницкая И.А., Донченко Л.В., Карпович Н.С. // Тез. докл. см. п.14., С.45.

18. Медико-биологические исследования пектинового экстракта из свеклы / Смоляр В.И., Цапко Е.В., Карпиловская З.Д., Салий Н.С., Лаврушенко Л.Ф., Гуляч МЛ., Краплвницкая H.A. // Гез.докл. см. п. 14., С.46.

19. Влияние экстракта яблочного пектина на морфологический состав периферической крови белых крыс в условиях ионизирующего излучения / Западник В.И., Заика М.У., Оранская С.А., Безверхая И.С., Краливницкая И.А. // Тез.докл. см. п.14., С.48-49.

20. ф1зико-Х1м1чнг особливосгг процесу ггдролхзу протопектину / Донченко Л.В., Карпович М.С., НелшаВ.В., Крапивяиць-ка 1.0..// В тоник аграрно! науки /в печати/.

4P

о?-