РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И ПАРАМЕТРОВ ПОДГОТОВКИ БЕЛОКОЧАННОЙ КАПУСТЫ (Brassica oleracea convar. Capitata L) ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПОРОШКООБРАЗНОГО ПЕКТИНА

 

АННОТАЦИЯ

В статье подробно изложены изыскание новых видов сырья для выработки пектина, важное свойство пектина, характеризующая её потребительские качества для пищевой промышленности, он как природный комплексообразователь крайне необходим для применения в условиях ухудшения экологической обстановки и загрязнения окружающей среды. Увеличение объёмов производства пектина зависит от изыскания для этих целей дешёвого, легкодоступного растительного сырья, разработки новых технологий и продуктов питания на их основе, является актуальной задачей перерабатывающей и пищевой промышленности.

В статье подробно описаны результате проведенных крупномасштабных исследований разработаны технологические способы, режимы и параметры и подготовки белокочанной капусты для извлечения пектиновых веществ.

Установлено, что наиболее приемлемыми параметрами сушки белокочанной капусты являются 70 0С в течение 1,5 –2,0 часа. Длительное хранение в течении 24 месяцев сухой белокочанной капусты в условиях обычных сезонных колебаний при температуре - 10°С + 45°С и относительной влажности окружающего воздуха 75-85% не вызывает особых изменений в составе капусты и физико-химических показателях пектина. Установлено, что оптимальный размер пластинок белокочанной капусты в процессе гидролиза-экстрагирования составляет 5,0-10,0 мм. Предложенная очистка белокочанной капусты от полифенолов 1,0 %-ным раствором поваренной соли при температуре 70⁰С в течение 20 минут, гидромодуле 1:8 при производстве пищевого пектина из белокочанной капусты значительно уменьшает количество сопутствующих веществ и улучшает качество готового продукта. Установлено, что сухая белокочанная капуста с содержанием сухих веществ 88-90%, влажностью 10-12% при температуре среды 70 ⁰С в течение 20 минут поглощает 350 мл воды, при этом степень экстрагирования пектиновых веществ из набухшего жома на 10-12% выше по сравнению с сырьем без предварительного набухания.

ABSTRACT

The article describes in detail the search for new types of raw materials for the production of pectin, an important property of pectin that characterizes its consumer qualities for the food industry, it is extremely necessary as a natural complexing agent for use in conditions of environmental degradation and environmental pollution. Increasing the volume of pectin production depends on the search for cheap, easily accessible plant raw materials for these purposes, the development of new technologies and food products based on them, is an urgent task of the processing and food industry.

The article describes in detail the results of large-scale research, technological methods, modes and parameters of the preparation of cabbage for the extraction of pectin substances.

It was found that the most acceptable parameters for drying white cabbage are 70 0C for 1.5 -2.0 hours. Long-term storage of dry white cabbage for 24 months under normal seasonal fluctuations at a temperature of - 10 ° C + 45°With a relative humidity of 75-85% of the ambient air, it does not cause any special changes in the composition of cabbage and the physico-chemical parameters of pectin. It has been established that the optimal size of white cabbage plates in the process of hydrolysis-extraction is 5.0-10.0 mm. The proposed purification of white cabbage from polyphenols with a 1.0% solution of table salt at a temperature of 700C for 20 minutes, a 1:8 hydromodule in the production of food pectin from white cabbage significantly reduces the amount of concomitant substances and improves the quality of the finished product. It was found that dry white cabbage with a dry matter content of 88-90%, humidity of 10-12% at an ambient temperature of 70 0C absorbs 350 ml of water for 20 minutes, while the degree of extraction of pectin substances from swollen pulp is 10-12% higher compared to raw materials without preliminary swelling.

 

Ключевые слова: пектин, протопектин, пестиносодержащие сырьё, белокочанной капусты химическая структура пектина, технология пектина, гидролиз-экстрагирования, комплексообразующие свойства, студнеобразующие свойства, температурный режим сушки, изменение содержание пектиновых веществ в процессе хранения, оптимальной степени измельчения сырья, очистка полифенолов, режим набухания.

Keywords: pectin, protopectin, pestin-containing raw materials, white cabbage chemical structure of pectin, pectin technology, hydrolysis extraction, complexing properties, jelly-forming properties, drying temperature regime, changes in the content of pectin substances during storage, optimal degree of grinding of raw materials, purification of polyphenols, swelling mode.

 

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее эффективных природных соединений детоксикации организма от вредного воздействия радионуклидов, тяжелых металлов и других токсичных веществ является пектин в его различных формах, лечебных препаратах и пищевых изделиях на его основе.

Учитывая особые физико-химические и потребительские свойства пектиновых веществ, изыскание новых видов сырья для выработки пектина, исследование, совершенствование и разработка новых технологий его производства актуальная задача в силу значительного превышения его потребности от объема производства.

Другим важнейшим аспектом рассматриваемой проблемы является то, что пектин как природный комплексообразователь вызывает повышенный интерес тем, что он крайне необходим для применения в условиях ухудшения экологической обстановки и загрязнения окружающей среды, в частности, для населения регионов и городов, пострадающих от экологической катастрофы, транспортных загрязнений и радиации.

Традиционными видами сырья для производства пектина в промышленных масштабах являются кожура цитрусовых плодов, яблочная выжимка и свекловичный жом. В силу ограниченности сырья и сложности технологии пектиновые предприятия работают не на полную мощность.

Ряд научно-исследовательских организаций разных стран в настоящее время занимаются совершенствованием технологии и оборудования по производству пектина. В этих условиях возникает проблема изыскания альтернативных легкодоступных сырьевых ресурсов для производства пектина.

В связи с этим, разработка и внедрение научно-обоснованных технологий, предусматривающих получение пектиновых веществ с заданными свойствами из нетрадиционных видов растительного сырья и производство продуктов питания на их основе, является важной и приоритетной задачей перерабатывающей и пищевой промышленности.

В связи с этим остается актуальным изыскание путей расширения сырьевой базы производства пектина, разработка новых технологий получения пектиновых веществ из различных видов сырья, в частности, из белокочанной капусты.

В мире белокочанная капуста, в хозяйственно - производственном отношении является одним из самых популярных овощных культур наиболее важным и распространенным видом капусты.

Белокочанная капуста занимает 98-99% от общей посевной площади, 25-30% от общей площади овощных культур в мире и 12-15% в Узбекистане. На сегодняшний день белокочанной капусты в мире выращивается на площади более 2,82 млн. гектара, средняя урожайность составляет 29,4 тонны с гектара, а валовая количества 82,8 млн. тонны [1].

В Узбекистане белокочанная капуста выращивается в среднем на 27,6 тыс. га площадях, урожайнсть которого составляет 1,5 млн. тонн.

Ежегодно в республике образуемое отходы белокочанной капусты за счет некоторой части потери урожая в поле, после реализации на рынках и овощных лареках, а также в перерабатывающих предприятиях составляет более 300 тыс. тонн, которые не находит должного практического применения. Хотя из этого дешевого сырья можно было бы вырабатывать достаточное количество ценного пищевого порошкообразного пектина.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

Пектиновые вещества как группа кислых полисахаридов, компонент растительного сырья открыты итальянским ученым Браконно в 1825 г. В ХIХ веке и первой половине ХХ века проведены исследования по изучению химического строения пектиновых веществ, определению их количественного содержания в различных плодах, ягодах и корнеплодах, влияния на структурные составляющие растительной клетки [2]. Номенклатура пектиновых веществ включает ряд определений :

Пектин (Peсtin) - водорастворимое вещество, свободное от целлюлозы и состоящее из частично или полностью метоксилированных остатков полигалактуроновой кислоты.

Пектиновые вещества (peсtin substrances) - группа соединений полисахаридной природы, которые экстрагируются из растительной клетки и содержат большое количество связанных в цепи остатков ангидрогалактуроновой кислоты.

 

Рисунок 1. Флагмент линейной структури пектина

 

Протопектин (protopectin) - нерастворимый в воде природный пектин, состоящий в основном из сети пектиновых цепей, образованных в результате соединения ионов многовалентных металлов с неэтерифицированными карбоксильными группами.

Следует отметить, что структурные особенности пектина зависят не только от источника сырья, но и от степени зрелости растительного сырья.

Пектиновые вещества в различных количествах содержаться во всех частях растений (в листьях, стеблях, корнях, плодах и семенах). Они по различному локализованы в различных частях растительной клетки и выполняют различные функции.

Протопектин входит в состав клеточной оболочки и в значительной мере составляет срединные пластинки. Растворимый пектин находится в соке вакууме и межклеточных слоях ткани зрелых плодов. Растворимый пектин служит запасным веществом, вовлекаемым в процессе обмена.

Общее содержание пектиновых веществ, соотношение протопектина и растворимого пектина отличаются в зависимости от вида, возраста, условий роста и развития растений. Это обусловливает различия в технологических параметрах извлечения и физико-химических свойствах пектиновых веществ.

По [3] наибольшее количество пектиновых веществ содержится в корнеплодах наиболее распространенном и доступном для промышленной переработки сырье.

Стенка растительной клетки состоит из нескольких слоев. Наружный образует первичную оболочку, внутренний - вторичную, которая, в свою очередь, состоит из внутреннего, среднего и внешнего слоев (рис.2). Для каждого из них характерно определенное взаимное расположение целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых и других веществ.

Так, у большинства плодов по мере созревания увеличивается количество растворимого пектина, а в сахарной свекле, напротив, в созревающих корнеплодах накапливается протопектин. Следовательно, что пектиновые вещества в жизнедеятельности разных видов растений играют различную роль.

 

Рисунок 2. Схема строения клеточной стенки:

1 - изотропное межклеточное вещество; 2 - первичная оболочка;  3 - внешний слой вторичной оболочки; 4 - центральный или средний слой вторичной оболочки; 5 - внутренний слой вторичной оболочки.

 

Пектины различных растений имеют определенные различия, основные различия наблюдаются в количественном соотношении моносахаридов. В пектине яблок обнаруживается преобладание галактозы, корнеплодов-арабинозы, значительные различия в содержании галактуроновой кислоты как в исходных формах пектина, так и отдельных фракциях.

Несмотря на это, у различных растений основные качественные показатели пектина одинаковы, для пектина плодов и листьев яблони характерна высокая степень этерификации.

Для пектина сахарной свеклы характерна низкая степень этерификации и высокое содержание свободных карбоксильных групп.

Комплексообразующие свойства: Одним из важнейших свойств пектиновых веществ является комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов.

Комплексообразующие свойства пектиновых веществ зависят от содержания свободных карбоксильных групп. Комплексообразующая способность не зависит от молекулярной массы пектина [4].

Комплексообразующая способность пектина увеличивается с повышением рН среды. Благодаря химическому свойству пектин отнесен к незаменимому веществу для использования в производстве пищевой продукции профилактического и лечебного питания.

При этом свекловичный пектин относится к числу пектинов с наибольшей комплексообразующей способностью.

Студнеобразующие свойства: Студнеобразующая способность - это самое важное свойство пектина, характеризующая её потребительские качества для кондитерской и консервной промышленностей.

Студнеобразование зависит от целого ряда факторов: молекулярной массы, степени этерификации, концентрации сахара,  количества балластных веществ, существующих данному пектину, температуры и рН, содержания функциональных групп.

Прочность таких студней зависит главным образом от молекулярной массы пектина, количества сахара и наличия кислоты. Исследованию оптимальных условий образования студня посвящено большое количество работ [5,6].

Физиологическая и биологическая ценность пектина обусловливает высокую потребность их в пищевой и фармацевтической отраслях экономики и удовлетворяется в настоящее время в основном за счет закупки пектина из зарубежных  стран.

Для получения пектина применяют в основном сушёное пектиносодержащие сырье. Подготовка к процессу экстрагирования сушеного сырья заключается в их измельчении и промывке водой при температуре.

Для гидролиза протопектиновой фракции используют различные кислоты: соляную, сернистую, серную, азотную, лимонную, уксусную и фосфорную кислоты.

Большое значение приобретают исследования по разработке технологий получения студнеобразующего пектина из растительного сырья (виноградных, айвовых выжимок, капусты, тыквы, кормового арбуза и др. видов сырья. Основное отличие состоит в применяемом экстрагенте и технологических параметрах процесса гидролиза - экстрагирования пектиновых веществ.

Таким образом, с учетом вышеизложенного, можно сделать вывод, что в связи с расширением области применения пектиновых веществ имеется достаточная сырьевая база для увеличения объёмов производства студнеобразующего пектина из различного растительного сырья.

Для организации высокорентабельного промышленного получения пектина необходимо совершенствование технологических схем и их аппаратурного оформления на основе глубоких научных исследований, кинетики и механизма процессов.

Немаловажное значение имеет количественное содержание пектиновых веществ в различных его источниках, а также рентабельность заготовки и переработки пектиносодержащего сырья.

В кафедре “Биотехнологии, стандартизации и сертификации сельскохозяйствен-ных продуктов” Ташкентского государственного аграрного университета под руководством проф. Н.Ш.Муминова авторским коллективом проводится исследования получения пектиновых веществ из различных видов пектиносодержащего сырья, разработке новых технологий получения пектиновых веществ, разработке рецептур новых пектиносодержащих продуктов и оценки их показателей качества и безопасности разработанных пектиносодержащих продуктов питания.

  

Разработана принципиально новая технология получения пищевого порошкообразного пектина из нетрадиционного вида сырья - белокочанной капусты. Ежегодно образуемые около 300 тыс. тонн. белокочанной капусты не находят должного практического применения, из которого можно было бы выработать более около 200 тонн. ценного пищевого пектина.

Основными стадиями технологического процесса производства пектина являются подготовка сырья к процессу гидролиза-экстрагирования, извлечение пектинового вещества из растительного сырья (гидролиз-экстрагирование), коагуляция и очистка пектина.

Ведется глубокое научное исследование химии и технологии пектина, по стандартизации технологических процессов и аппаратурных оформлений, расширяется ассортимент кондитерских изделий и безалкогольных напитков с использованием белокочанной капусты.

Основной и наиболее важной стадией пектинового производства является экстрагирование пектиновых веществ. Высокая температура и концентрация минеральных кислот, а также значительная продолжительность этого процесса приводят к потере нативных свойств пектиновых биополимеров, в частности к снижению их желерующей и комплексообразующей способности [7, 8, 9].

Белокочанная капуста созревает при нормальных условиях в период 100-125 суток времени. Созревание белокочанной капусты сопровождается параллельно с накоплением пектиновых веществ. Наибольшее накопление пектиновых веществ в белокочанной капусты наблюдается на 80-90-ые сутки созревания.

В зависимости от почвенно-климатических условий, времени посева 80-90-ые сутки пектиновые вещества в белокочанной капусты накапливается в пределах 10-12 г на сухую вещества.

На накопление и качество (молекулярный вес, степень этерификации, количество ацетильных групп) пектиновых веществ в белокочанной капусты существенное влияние оказывают агротехнические мероприятия, осуществляемые в процессе выращивания. Существенное влияние на накопление пектинового вещества в белокочанной капусте также оказывает метрологические условия года.

Производство пектина из белокочанной капусты состоит из следующих основных технологических этапов: - заготовка сырья; - очистка сырья от минеральных примесей;

- очистка створки от полифенолов; - гидролиз-экстрагирование пектиновых веществ; - получение жидкой фазы; - очистка экстракта; - осаждение из состава экстракта пектиновых веществ; - очистка пектина; - измельчение пектина; - сушка; - упаковка.

Среди балластных компонентов, сопутствующих пектиновым веществам растений, основными являются нейтральные полисахариды, лигнин, дубильные вещества и другие.

Суммарное содержание полифенолов в белокочанной капусте составляет в пределах 16,39-24,94 мг-экв ГК/г (сухой массы) [10].

Переход этих веществ может загрязнить пектин и тем самым отрицательно повлиять на его физико-химические показатели. Следовательно, в технологии производства пектина из белокочанной капусты, необходимо предусмотреть освобождение капусты от полифенолов.

Белокочанной капусты привозят из феpмеpских хозяйств и пpедпpиятий пеpеpабатываюшей пpомышленности. После взвешивания поступающей партии производят тщательный осмотр, отбирают среднюю пробу сырья из разных слоев насыпи общей массой не менее 3 кг для определения ускоренным методом влажности, массовой доли примесей и зараженности микроорганизмами.

Опыт в производственных условиях показал, что сырье, поступающее из феpмеpских хозяйств, как правило, содержит 80-85% чистых белокочанной капусты, 15- 20% минеральных примесей, пыли и грязи глины.

Чем больше засоренность белокочанной капусты органическими и минеральными примесями, тем ниже кондиционная масса сырья и его заготовительная стоимость. Необходимо учитывать, что при очистке капусты с повышенной засоренностью требуются дополнительные энергозатраты и время. Кондиционная масса сырья определяется по формуле:

                                                          (1.1)

где, G_конд - кондиционная масса сырья, кг; G_физ - физическая масса сырья, кг; С - засоренность капусты, %.

Если влажность белокочанной капусты более 10-12%, то рекомендуется их подвергнуть сушке перед складированием. Остаточная влажность сырья перед складированием должна быть не более 10%.

Качество конечного готового продукта - пектина зависит не только от физических и химических процессов, но в большей степени от качества и способа подготовки пектиносодержащего сырья.

При выработке пектина предъявляются особые требования к предварительной подготовке сырья в зависимости от его состояния (высушенное или влажное) и заданных физико-химических свойств содержащегося в нем пектина [11, 12].

Согласно теории массообмена в системе твердое тело-жидкость для ускорения процесса извлечения целевого продукта, необходимо достичь максимальную поверхность экстрагируемых частиц и обеспечить беспрепятственный доступ гидролизующего агента во внутренние части растительной клетки. Массообмен (перенос массы, массоперенос) - процесс, в результате которого вещество переносится из одной точки пространства в другое. Массообмен происходит в смесях нескольких веществ компонентов.

Экстрагированием в системе твердое тело - жидкость называется извлечение одного или нескольких компонентов из сложного твердого вещества путем избирательной растворимости. В качестве растворителя применяется жидкость (экстрагент), в которой хорошо растворяется извлекаемый компонент и плохо - другие составные части твердого тела. Следовательно, независимо от физического состояния, нужно обеспечить максимальное измельчение белокочанной капусты.

Сухой пектин, выделенный из растительного сырья, прошедший тщательную очистку от посторонних минеральных и органических примесей, представляет собой белый порошок. Однако, наличие в пектиносодержащем сырье таких органических примесей, как полифенолы, белки и другие балластные вещества, изменяют цвет пектина от светло-белого до коричневого.

Такой пектин, содержащий относительно большое количество растворимых примесей золы, имеет низкие качественные показатели и прежде всего низкую студнеобразную способность.

Для производства пектина белокочанной капусты, сырье должно быть высушенным до остаточной влажности 10-12%, не должен содержать органических и механических примесей, не иметь посторонних запахов и не должно быть подвергнуто микробиологичской порче.

Разработка температурного режима сушки сырья

Белокочанная капуста, как пектиносодержащая сырьё, наиболее полное отвечает технологическим требованиям производства пектина.

Не допускается заготавливать сырье под дождем, при снегопаде или перерабатывать гнилые белокочанной капусты. Выращенная и подготовленная для переработки белокочанная  капуста должна оперативно отгружаться на переработку пектина.

Подвеpгается сушке капуста влажностью выше 10-12% . В этом случае должны разрабатываться режимы сушки белокочанной капусты, котоpые должны обеспечить сохранность молекул пектиновых веществ и физико-химические показатели получаемого пектина из белокочанной капусты.

Из pезультатов исследований авторов видно, что температурный режим сушки оказывает влияние в основном на содержание пектиновых веществ в сырье, способность к студнеобразованию и его цветность.

Эксперименты показывает, что с повышением температуры и продолжительности сушки (выше 90-100 °С в течение 1,5-2,0 ч) снижается студнеобразующая способность пектина, в результате окисления фенольных соединений растительной клетки под воздействием кислорода воздуха, цвет белокочанной капусты меняется от слабо-зеленного и бежового до коричневого.

Установлено, что оптимальными условиями для сушки белокочанной капусты, обеспечивающими его высокие качественные показатели, являются сушка при температуре 70°С в течение 1,5–2,0 ч при интенсивной конвекции горячим воздухом.

Изменение содержание пектиновых веществ в процессе хранения белокочанной капусты

Одним из основных требований и условий для обеспечения польного загрузки производства или продления сроков постоянство работы, необходимо бесперебойное обеспечение сыревыми ресурсами. Для безперебойного обеспечения населения республики, этот сельскохозяйственный продукт достаточном количестве закладивается в огромных овощехранилищах, имеется место скопление отходов и выбросов белокачанной капусты в рынках районов и городов, овощепереработывающих предпреятиях.

Помимо этого, что выращивание белокочанной капусты имеет сезонный характер, мы сочли необходимым исследовать изменение содержание пектиновых веществ в процессе хранения белокочанной капусты.

При хранении белокочанной капусты с пониженной влажностью (не более 10-12%) не происходит микробиологическая порча сырья, создаются условия для хранения и переработки полноценного материала и получение препарата высокого качества.

В связи с этим, возникла необходимость в изучении изменения состояния и содержание пектиновых веществ в процессе хранения белокочанной капусты.

Образцы белокочанной капусты сортов Июнская, Ташкентская 10, Шаркия 2 из Ташкентской области были заложены на хранение, наблюдение проводилось в течение двух лет. В период хранения параметры окружающего воздуха колебались в следующих пределах:относительная влажность– 75- 85%; температура от-10 до +45 °С.

Таблица 1

Динамика изменений содержания пектиновых веществ и прочность стандартного студня представлены в таблице 1

Хранение белокочанной капусты по месяцам	Выход пектиновых веществ на воздушно-сухую массу, %	Прочность стандартного студня на приборе Сосновского, мм.рт.ст.
2 месяц хранения	7,87	667,0
6 месяц хранения	7,95	682,0
10 месяц хранения	8,12	663,0
14 месяц хранения	8,36	683,0
18 месяц хранения	7,88	637,0
24 месяц хранения	7,85	659,0

 

Результаты исследования показатели, что из представленных в таблице 1 данные показывают, что по истечении первых 14 месяцев хранения заметных изменений в выходе и качестве пектиновых веществ не наблюдается.

Последующий период хранения имеет место незначительного снижения содержания пектиновых веществ. Все остальные показатели, характеризующие качество пектина, остались на прежнем уровне.

Таким образом, хранение (24 месяца) сухой белокочанной капусты при условиях колебания температуры t= -10 +45°С и относительной влажности окружающего воздуха U=75 - 85% не вызывают особых изменений в составе и физико-химических показателях пектина.

Установление оптимальной степени измельчения белокочанной капусты при гидролизе-экстрагирования пектиновых веществ

Очищенная листья белокочанной капусты представляет собой пластинка круглой формы длиной l=240-400 мм, шириной b=270-410мм и толщиной s=0,5-3,5мм с крепкой сердцивиной. Если процесс гидролиз-экстрагирования пектинового вещества проводить с целыми, неразрушенными листьяами, то экстрагент во внутренние слои клетки будет проникать медленно, и этот важный технологический процесс займет неоправданно длительное время.

Глубину и скорость экстрагирования предопределяет степень измельчения листьев белокочанной капусты, при ее возрастании увеличивается общая поверхность частиц, снижается пористость слоя, повышается степень взаимного блокирования частиц в процессе экстрагирования.

Согласно основному закону молекулярной диффузии плотность диффузионного потока прямо пропорциональна градиенту концентрации dc/dn на выделенной в пространстве поверхности:

j = D ( dc/dn ),                                                                    (1.2)

j = r dM/dF dt                                                                    (1.3)

где, r - плотность, кг/м³; M- масса продиффундированного вещества, кг;

F - поверхность массообмена, м²; t - время, с; D- молекулярный коэффициент диффузии, м²/с.

Однако, с одной стороны чрезмерное дробление белокочанной капусты до пудрообразного состояния технологически нецелесообразно, поскольку при этом осложняются процессы промывки белокочанной капусты от полифенолов и большая потеря сырья при ее мойке, прессовании экстрагируемой массы и фильтрации экстракта.

При чрезмерном измельчении образуется твердая масса - пульпа, при этом затруднено легкое проникновение экстрагента и отсюда большие энергетические затраты при перемешивании массы.

Исследованиями установлено, что оптимальный размер пластинок белокочанной капусты в процессе гидролиза - экстрагирования составляет 5,0 - 7,0 мм.

Разработка режимов технологического процесса промывки сырья от полифенолов

При извлечении пектина из растительной ткани в экстракт переходят белки, минеральные вещества, сахара, ферменты, полифенолы, крахмал, увеличивая тем самым содержание балластных веществ и ухудшая физико-химические показатели пектина.

Влиянию сопутствующих пектину веществ, на его качество, посвящены работы многих исследователей. Изучение полифенольных соединений плодов и ягод, их влияние на процесс извлечения, а также качество пектина изложены в работах авторов [13].

Работа [14] посвящена изучению качественного и количественного состава полифенолов яблок. Фенольные соединения яблок представлены мономерными (катехин, лейкоантоцианы, антоцианы, флевонолы) и полимерными формами (дубильными веществами). Содержание полифенолов в алтайских сортах яблок колеблется от 0,2 до 3,2%. Дубильные вещества влияют на эффективность извлечения пектина. Фенольные соединения которое хорошо растворяется в хлороформе, диэтилэфире, этаноле и других органических растворителях.

Экстракты белокочанной капусты бывают различной окраски от светло-зеленного и бежового до слабо коричневого в зависимости от цвета самой белокочанной капусты и гидролизирующего агента.

Использованные нами для коагуляции органические осадители (этанол, ацетон, изопропанол) и соли поливалентных металлов (AlCl3; CaCl2) осаждали вместе с пектином и полифенольную фракцию, в результате чего цвет пектина изменялся до слабо -коричневого.

Для получения качественного пектина необходимо вести технологический процесс таким образом, чтобы продукт максимально был освобожден от полифенолов.

Для достижения данной цели проведено исследований процесса очистки капусты от полифенолов раствором минеральных солей. В очистки белокочанной капусты от полифенолов исследованы влияние температуры, продолжительность обработки, ее гидромодуль, а также концентрация минеральных солей и выявлены оптимальные параметры процесса.

Определение суммы полифенольных соединений до и после обработки проводилось фотоэлектрокалориметром по методу Фолина-Чокальтеу.

Эксперименты показали что при использовании слабых растворов минеральных солей целесообразно процесс проводить при высоких температурах. Зависимость глубины очистки белокочанной капусты от концентрации хлористого натрия и температуры обработки графически представлены на рис.3.

 

Рисунок 3. Зависимость содержания полифенолов в растворе от концентраации NaCl и температуры среды:

 1 – 2,0 %-ный раствор; 2 – 1,0 %-ный раствор; 3 – 0,5 %-ный раствор.

 

Как видно из рис. 3 при использовании 2% - ного раствора хлористого натрия в раствор при температуре 70°С переходит 100мг/л суммы полифенолов, а при использовании 1,0 %-ного NaCl 85 мг/л.

Следовательно, наиболее приемлемым для очистки белокочанной капусты от полифенолов является 1,0%-ный раствор NaCl, который обеспечивает достаточное удаление полифенолов в рассоле.

Опыты показали, что для получения чистого сырья достаточно выдержки створки в 1,0% - ном растворе поваренной соли в течение 20минут, при гидромодуле 1:8 и температуре 70 °С.

В каждой партии выработанного сухого пектина было определено содержание полифенолов. В пектине, полученном спиртовым осаждением 14-16 мг/л, в то же время полифенолы в цитрусовом пектине (производство Англии) оказались на уровне 18-20 мг/л. Максимальное удаление полифенолов из пектина также зависит от времени обработки экстракта подкисленным спиртом.

Предложенная очистка створки от полифенолов слабыми растворами минеральных солей при оптимальных температурах при производстве пищевого пектина значительно уменьшает количество сопутствующих веществ и улучшает качество готового продукта.

Разработка режима набухания сушенной измельченной белокочанной капусты

Технологическая схема получения пищевого пектина из белокочанной капусты основана на переработке высушенного сырья до остаточной влажности 10-12 %, структуру которого составляет капиллярно-пористая система.

Скорость заполнения этих систем гидролизирующим агентом и перенос пектиновых веществ из растительной ткани зависит от их диффузионной способности.

На различных стадиях технологического процесса пектиносодержащее сырье претерпевает существенные изменения по массе, структуре и физико-химическому составу [15].

Гидролиз протопектина из сушенной белокочанной капусты предполагает набухание растительной ткани, при этом воздействие кислой среды на верхнюю частицу материала более длительно, чем на внутреннюю. Это приводит к частичной деполимеризации молекул пектина и отрицательно влияет на выход и студнеобразующую способность препарата [16].

Для выявления физико-химических изменений в сырье, исследовали кинетику предварительного набухания высушенной белокочанной капусты.

Белокочанная капуста весом 100г (влажность 10-12%) помещали в термостатированный стакан и заливали 800 мл. воды температурой 70⁰ С.

После определенного промежутка времени (20 мин) воду сливали через фильтр. Набухший жом взвешивали на весах и вычисляли количество воды, поглащенное сырьем.

В воде после набухания, рефрактометром определяли содержание сухих веществ и пектиновых веществ 7,8 г кальций пектатным методом.

Установлено, что интенсивно поглащается вода в первые 10 минут, с ростом температуры водопоглащаемость створки увеличивается.

Вода, заполняя капилярную систему жома, диффундирует из состава растительной клетки в жидкость полифенолов, балластных веществ и растворимых пектинов и тем самым повышается концентрация сухих веществ в жидкой фазе.

Установлены режимы промывки сырья от полифенолов 1,0% - ным раствором NaCl в течение 20 минут, при гидромодуле 1:8, при температуре 70 °С.

Составлен баланс продуктов при предварительной подготовке сырья (Рис.4.) Расчет продуктов составлен на 100г сухой белокочанной капусты, состоящей из: сухие вещества – 88-90%, влажность – 10-12%, концентрация пектиновых веществ - 10-12%.

 

Рисунок 4. Материальный баланс процесса мойки белокочанной капусты

 

Количество поглащаемой воды зависит от температуры среды и времени пребывания сухой створки в контакте с водой.

Экспериментально установлено, что 100 гр. сухой белокочанной капусты с содержанием сухих веществ 88-90%, влажностью 10-12% при температуре среды 70°С в течение 20 минут может поглотить 350 мл. воды.

G + G₂ = G₁ + G₃ ,                                                                 (1.4)

где, G - масса сухой хлопковой створки, 100 г;

G₂- количество воды, подаваемой для набухания сырья, 800 г

G₁ - количество набухшего жома, 350 г;

G₃ - количество слитой воды, 550 г.

Установлено, что степень экстрагирования пектиновых веществ из набухшего жома на 10-12% выше, по сравнению со белокочанной капусты без предварительного набухания.

С учетом результатов исследований и свойств пектиносодержащего сырья разработана принципиальная схема подготовки белокочанной капусты к процессу гидролиза - экстрагирования, которая изображена на рис. 5.

 

Рисунок 5 . Технологическая схема подготовки белокочанной капусты

 

На основе результатов проведенных исследований по получения пектиновых веществ из белокочанной капусты разрабатывается нормативно-технические документы (стандарты) с указанием всех требования на сырьё - белокочанной капусты.

По предварительным результатам исследования поступающая для переработки белокочанная капуста для получения пищевого порошкообразного пектина должна соответствовать требованиям, «Белокочанная капуста - сырьё для пищевого пектина», указанным в таблице 2 и 3.

Таблица 2

Органолептические показатели сухой белокочанной капусты

Органолептические показатели	Характеристика сырья
Внешний вид	В рассыпном виде без плесени, сухой
Цвет	От зеленовато-желтого до коричневого
Запах	Специфический, плесневого и других посторонних запахов

 

Таблица 3

Физико-химические показатели сухой сухой белокочанной капусты

Физико-химические показатели	Норма
Массовая доля влаги, %, не более	10-12
Зараженность микроорганизмами	не допускается
Массовая доля посторонних примесей: песок, глина, грязь, камешки и т.п., %, не более	не допускается
Зрелость	не допускается листья от незрелой капусты

Примечание: Содержание пектиновых веществ, осаждаемых спиртом не менее, 5,0%.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Важное место в производстве пектина занимают процессы подготовки пектиносодержащего сырья, гидролиза-экстрагирования и осаждения пектиновых веществ, от правильного проведения которых во многом зависят выход и физико-химические показатели целевого продукта.

В связи с этим подготовка пектиносодержащего сырья, исследование и разработка технологических режимов процесса гидролиза-экстрагирования, выбор эффективного осадителя для выделения пектиновых веществ из экстракта хлопковой створки являются актуальными и имеют большое научное и практическое значение.

Качество конечного готового продукта - пектина, зависит не только от физических и химических процессов, но и в большой степени от качества и способа подготовки пектиносодержащего сырья.

В результате исследования разработаны процессы и способы подготовки белокочанной капусты для пектинового производства:

Установлено, что наиболее приемлемыми параметрами сушки белокочанной капусты, обеспечивающими его высокие качественные показатели, являются 70 0С в течение 1,5 –2,0 часа.

Длительное хранение в течении 24 месяцев сухой белокочанной капусты в условиях обычных сезонных колебаний при температуре - 10°С + 45°С и относительной влажности окружающего воздуха 75-85% не вызывает особых изменений в составе капусты и физико-химических показателях пектина.

Установлено, что оптимальный размер пластинок белокочанной капусты в процессе гидролиза-экстрагирования составляет 5,0-10,0 мм.

Предложенная очистка белокочанной капусты от полифенолов 1,0 %-ным раствором поваренной соли при температуре 700С в течение 20 минут, гидромодуле 1:8 при производстве пищевого пектина из белокочанной капусты значительно уменьшает количество сопутствующих веществ и улучшает качество готового продукта.

Установлено, что сухая белокочанная капуста с содержанием сухих веществ 88-90%, влажностью 10-12% при температуре среды 70 0С в течение 20 минут поглощает 350 мл воды, при этом степень экстрагирования пектиновых веществ из набухшего жома на 10-12% выше по сравнению с сырьем без предварительного набухания.

Исследование комплексного влияния основных технологических параметров на процессы подготовки сырья, гидролиза-экстрагирования и коагуляции пектиновых веществ из нетрадиционного вида сырья - белокочанной капусты остается актуальным и имеет большое практическое значение.

 

Список литературы:

1. A.J.Shokirov, S.S.Lapasov “Selection of promising varieties of white cabbage for cultivation in re-culture” Pioneer: Journal of Advanced Research and Scientific Progress (JARSP) Volume: 01 Issue: 04 | 2022 ISSN: 2751-7551. 144-150 page.
2. Nelson D. B. Pectina rewieur of selected advances made in the last 25 gears. //Proc. Int. Soc. Citriculture. 1977. N=3. p.739-742.
3. Донченко Л.В. Разработка и интенсификация техно-логических процессов получения пектина из свекловичнего и других видов сырья. Автореф. док. диссер. Киев. 1990.
4. Моисеева В.Г., Зайко Г.М. Влияние чистоты пектинового препарата на физико-химические и комплексообразующую свойства пектината. /журн. Изв. вузов. Пищ. технология. 1976. №3. с.27-30.
5. Бузина Г.В., Сосновский Л.Б. Определение студне-образуюшей способности пектина. /журн. Хлебопекарная и кондитерская пром-ть. 1973. №6. с.20-21.
6. Карпович Н.С., Донченко Л.В., Антонян Б.М. и др «Влияние соотношения сахара и пектина на прочность мармеладного студня» //. журн. Пищевая пром-ть. 1982. №1. с.38-39.
7. Кацева Г.Н., Кухта Е.П., Панова Э.П. и др. /Исследование взаимодействия пектиновых веществ с солями. журн. Химия природных соединений. 1988. №2. с.63-66.
8. Карпович Н.С., Донченко Л.В., Нелина В.В. и др. /Пектин.. Производство и применение. Под ред. Карповича Н.С. Киев. Изд. “Урожай“ 1989. с.54.
9. Филлипов М.П., Школенко Г.А. Пектиновые вещества из плодов. /журн.Пищевая пром-ть.1988. №8. с.52-54.
10. Ушакова О.В., Молчанова А.В., Бондарева Л.Л. “Содержание биологически активных веществ в проростках капусты рода Brassica L”. Научный журнал. “Овощи России”. 2021; (1): 96-104 стр.
11. Муминов Н.Ш. Разработка технологий производства пектина из различных видов растительного сырья, вторичных сырьевых ресурсов и плодов, их применение в отраслях пищевой промышленности. Тез. докл.1 -Всероссийского научно-технического семинара совещания с международ. участием “Научно-практические пути решения проблемы производства пектина“.  Краснодар. Куб ГАУ. 1993. 12-14 октября.
12. Муминов Н.Ш., Юсупов А.М., Саломов Х.Т., Салимов З.С. А.с. №=1752420 от 08.04.1992.(СССР). Устройство для кинестатической обработки растительного сырья. /ДСП/.
13. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. Москва. Изд. “Наука“. 1974. с.214.
14. Архипова Т.Н. Технология получения пектина из яблок, произрастаюших на Алтае. Дисс. канд. техн. наук. Ташкент. 1984
15. Карпович Н.С., Гааг О.С., Колодова В.А. и др. /Баланс продуктов пектинового производства. /журн.Пищевая пром-ть. 1988. №3. с.21-22
16. Нелина В.В., Лысянский В.М., Донченко Л.В. Режимы набухания сушенного свекловичного жома при производстве пектина. /журн.Пищевая пром-ть. 1988. №3. с.10-11.