способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома

Формула изобретения

Способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающий увлажнение жома, экстракцию пектиновых веществ из жома, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию, отличающийся тем, что увлажнение жома проводят острым паром с температурой 125-130С в течение 15-20 мин для очистки и дезодорации, затем жом гидролизуют 2,0-2,5%-ным раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин с отделением твердой фазы, после чего экстракцию пектиновых веществ из гидролизованного жома осуществляют водой с рН 5,5-6,0 при температуре 70-75С с последующим отделением экстракта, ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм для разделения на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную, причем высокомолекулярную фракцию сгущают вакуум-выпариванием до содержания сухих веществ 4,1-4,3%, а низкомолекулярную фракцию подвергают диафильтрации на мембранном фильтре с порами 10-15 нм для очистки от примесей, затем стерилизуют путем ультрафиолетового облучения и концентрируют ультрафильтрацией до содержания сухих веществ 1,4-1,5%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, к переработке отхода свеклосахарного производства - жома, с целью получения пищевого продукта - пектинового концентрата.

Известен способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающий увлажнение сырья горячей водой, экстракцию пектиновых веществ из жома минеральной кислотой при рН 1,5, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию (Голубев В.Н., Шелухина Н.П. “Пектин: химия, технология, применение”, М.: Рос. академия технологических наук, -1995, - с.299-301).

К недостаткам этого способа относится использование сильной минеральной кислоты при экстракции пектиновых веществ, под действием которой происходит гидролиз всех компонентов растительной массы и связей между ними, разрушаются пектиновые вещества, образуются нежелательные примеси. Это снижает качество получаемого экстракта, в результате чего требуется дополнительная очистка концентрата от ионов минеральной кислоты и образующихся примесей в отдельном оборудовании с большим расходом воды. Полученный концентрат содержит смесь высоко- и низкомолекулярного пектина. При хранении напитков, приготовленных из этого концентрата, происходит выпадение в осадок части высокомолекулярных пектиновых веществ, что ухудшает внешний вид и потребительские свойства напитков. Присутствие в концентрате низкомолекулярных пектиновых веществ снижает его желирующую способность при изготовлении пищевых продуктов - желе, конфитюров и других кондитерских изделий.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества пектинового концентрата (растворимости и желирующей способности) путем разделения пектиновых веществ по молекулярной массе на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную.

Для достижения этого результата в предложенном способе производства пектинового концентрата из свекловичного жома, предусматривающем увлажнение сырья, экстракцию пектиновых веществ из жома, отделение экстракта, ультрафильтрацию и диафильтрацию, увлажнение свекловичного жома проводят острым паром с температурой 125-130С в течение 15-20 мин для очистки и дезодорации. Затем проводят гидролиз жома 2,0-2,5% раствором перекиси водорода в течение 15-20 мин с отделением твердой фазы. Экстракцию пектиновых веществ из гидролизованного жома осуществляют водой с рН 5,5-6,0 при температуре 70-75С с последующим отделением экстракта. Ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм для разделения на две фракции - высокомолекулярную и низкомолекулярную. Высокомолекулярную фракцию сгущают вакуум-выпариванием до содержания сухих веществ (СВ) 4,1-4,3%. Низкомолекулярную фракцию подвергают диафильтрации на мембранном фильтре с порами 10-15 нм для очистки от примесей, стерилизуют и концентрируют ультрафильтрацией до содержания сухих веществ (СВ) 1,4-1,5%.

Способ поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже.

Способ производства пектинового концентрата из свекловичного жома заключается в следующем.

В качестве сырья используют сырой прессованный свекловичный жом. Возможно также применение сухого жома, который предварительно промывают и замачивают для набухания. Жом обрабатывают острым паром с температурой 125-130С в шнековом аппарате непрерывного действия с удалением конденсата. После паровой обработки проводят гидролиз растительной массы 2,0-2,5%-ным раствором перекиси водорода для перевода водонерастворимого протопектина в растворимый пектин. Процесс проводят в шнековом аппарате непрерывного действия при рН среды 4,2-4,4 и температуре 50-55С. Применение шнекового аппарата позволяет установить гидромодуль до 1-1,4, что снижает расход воды и повышает экологическую оценку производства.

При гидролизе жома под действием перекиси водорода в водорастворимый пектин переходит до 30% протопектина. В указанных условиях перекись водорода, в отличие от минеральной кислоты, действует на пектиновые вещества мягко, без изменения их молекулярной массы, с меньшим образованием побочных веществ, ухудшающих качество продукта при последующих технологических операциях. В мягких условиях гидролиза практически не разрушается нативная структура макромолекул пектина, благодаря чему сохраняется его комплексообразующая способность (связывание тяжелых металлов) и другие полезные свойства. В результате реакции перекиси водорода с феруловой кислотой, входящей в состав пектиновых веществ, образуются поперечные связи между молекулами пектина через феруловые кислые остатки, что увеличивает молекулярную массу пектиновых веществ. Восстановление кратных связей повышает стойкость концентрата к деполимеризации пектина при хранении, увеличивает его термоустойчивость при последующем сгущении. Кроме того, в процессе гидролиза происходит обесцвечивание растительной массы.

По окончании гидролиза твердую фазу отделяют от раствора прессованием или центрифугированием с помощью осадительной центрифуги до содержания сухих веществ 16-18%. Жидкая фаза с остаточным содержанием перекиси водорода 0,5-0,6% поступает в сборник для приготовления рабочего 2,0-2,5%-ного раствора из концентрированного раствора Н₂О₂.

Отжатый гидролизованный жом направляют в противоточный экстрактор для извлечения водорастворимого пектина. Процесс экстракции проводят водой с рН 5,5-6,0 (гидромодуль 1:5) при температуре 70-75С в течение 60-70 мин. Возможно использование деминерализованной воды в качестве экстрагента, что снизит концентрацию солей и зольность полученного экстракта, повысит скорость экстракции пектиновых веществ за счет снижения образования солей пектатов двух-, трехвалентных металлов. После экстракции проводят отделение твердой фазы в осадительной центрифуге. Полученные растительные волокна с остаточным содержанием 10-12% протопектина и 3,0-3,5% водорастворимого пектина направляют на производство пищевых волокон.

Отделенный в поле центробежных сил экстракт содержит 0,8-1,0% сухих веществ (СВ), в том числе 0,40 - 0,55% водорастворимого пектина (С_пв), а также 3-8% механических примесей в виде мезги, которые необходимо удалить. Сепарирование экстракта с помощью непрерывно действующей центрифуги позволяет уменьшить содержание механических примесей до 0,1%, что является необходимым условием для проведения дальнейшей стадии обработки экстракта - ультрафильтрации.

Полученный пектиновый экстракт содержит пектиновые вещества с разной молекулярной массой - от 5000 до 40000. Такое молекулярно-массовое распределение отрицательно сказывается на процессе вакуум-концентрирования. В дальнейшем, при хранении концентрата и продуктов, приготовленных из него, происходит выпадение в осадок части высокомолекулярных пектиновых веществ, что ухудшает внешний вид и потребительские свойства продуктов. Эти недостатки устраняются путем фракционирования пектиновых веществ по молекулярной массе с помощью ультрафильтрации.

Ультрафильтрацию экстракта проводят на мембранном фильтре с порами 25-30 нм в ультрафильтрационной установке периодического действия. Процесс проводят в течение 16-20 мин при температуре 35-45С, последовательно 3-4 раза пропуская через мембраны исходный экстракт. В результате получают фракцию пектиновых веществ с молекулярной массой более 20000, содержанием сухих веществ (СВ) 1,4-1,6%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 1,2-1,4%. Прошедший через мембраны фильтрат является фракцией низкомолекулярных пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) с содержанием сухих веществ (СВ) 0,4-0,6%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 0,2-0,3%.

Высокомолекулярную фракцию пектиновых веществ направляют на сгущение в вакуум-аппарате при остаточном давлении 0,86-0,90 атм и температуре кипения 50-55С до содержания сухих веществ (СВ) 4,1-4,3%, в том числе пектиновых веществ (С_пв) 4,0-4,2%. Концентрат представляет собой желтую, вязкую жидкость без вкуса и запаха, не расслаивающуюся при хранении - стабильный золь. Готовый концентрат расфасовывают и направляют потребителям для приготовления продуктов питания.

Полученную после ультрафильтрации низкомолекулярную фракцию пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) направляют на диафильтрацию (очистка от сопутствующих примесей) и концентрирование. Эти процессы проводят на мембранном фильтре с порами 10-15 нм. Для повышения эффективности очистки диафильтрацию проводят параллельно с ультрафильтрацией в одной установке, чередуя их во времени. Раствор последовательно пропускают 2-3 раза через мембрану, чередуя ультрафильтрацию в течение 3-5 мин с подачей противотоком деминерализованной воды в течение 10-20 с (процесс диафильтрации) для повышения концентрационного градиента в поверхностном слое мембран, а также для промывки мембран. Одновременно с очисткой от примесей, которые удаляются в виде фильтрата, происходит концентрирование пектинсодержащего раствора до содержания сухих веществ (СВ) 1,4-1,5%.

Между промежуточными ступенями ультрафильтрации применяют обработку раствора путем ультрафиолетового облучения в течение 1,0-1,5 с для стерилизации продукта, улучшения процесса концентрирования и разложения остатков перекиси водорода.

В процессе очистки и концентрирования образуется фильтрат, представляющий собой раствор примесей с содержанием сухих веществ (СВ) 0,6-0,65%, который является отходом производства. Данный фильтрат можно использовать в качестве технической воды или на стадии гидролиза жома перекисью водорода.

В результате получают низкомолекулярный пектиновый концентрат светло-желтого цвета без вкуса и запаха с рН 3,9-4,1, содержащий 1,4-1,5% сухих веществ (СВ), в том числе 1,3-1,4% пектиновых веществ (С_пв) с молекулярной массой менее 20000. Благодаря комплексообразующей способности в пределах 2-3 мг Pb/г концентрата низкомолекулярные пектиновые вещества не коагулируют и не осаждаются при хранении.

Полученные по предлагаемому способу низкомолекулярный и высокомолекулярный пектиновые концентраты обладают рядом преимуществ, которые улучшают их потребительские свойства по сравнению со смесью низко- и высокомолекулярных пектиновых веществ.

Так, низкомолекулярный пектиновый концентрат пригоден для приготовления лечебно-профилактических и прохладительных напитков благодаря тому, что при хранении не образуется осадок пектиновых веществ, ухудшающий внешний вид продуктов.

Высокомолекулярный пектиновый концентрат обладает повышенной желирующей способностью (150 SAG) по сравнению со смесью пектиновых веществ с различной молекулярной массой (90 SAG) и может применяться при изготовлении желе, конфитюров и других кондитерских изделий.

Пример

100 кг свежего прессованного жома с содержанием сухих веществ 16% подвергают паровой обработке острым паром с температурой 128С в течение 20 мин в шнековом аппарате непрерывного действия с удалением получаемого конденсата.

По окончании паровой обработки проводят гидролиз жома 2,0% раствором перекиси водорода в течение 20 мин при рН среды 4,2 и температуре 50С в шнековом аппарате непрерывного действия. Под действием Н₂О₂ до 30% протопектина переходит в водорастворимый пектин при одновременном обесцвечивании, стерилизации и дезодорации растительной массы. Гидролизованный жом прессуют в шнековом прессе до содержания сухих веществ 16%. Жидкую фракцию - раствор с остаточным содержанием 0,5% перекиси водорода возвращают в сборник для приготовления 2,0% рабочего раствора из 35%-ного исходного раствора H₂O₂.

Отпрессованную массу направляют в противоточный шнековый экстрактор, в котором проводят процесс экстрагирования водой с рН 5,5, гидромодуль 1:5, при температуре 75С в течение 65 мин. Полученный экстракт отделяют от растительных волокон в шнековом прессе. Отпрессованные осветленные волокна с содержанием сухих веществ 16%, в том числе 3,2% пектиновых веществ, направляют на производство пищевых свекловичных волокон.

Для отделения механических примесей, содержание которых составляет 5%, экстракт направляют в сепаратор.

Экстракт с содержанием 0,9% сухих веществ (СВ), в том числе 0,4% пектина (С_пв) и остаточным содержанием 0,1% механических примесей поступает на ультрафильтрационную установку периодического действия. Разделение на две фракции проводят, последовательно пропуская раствор 3-4 раза через мембраны с порами 25-30 нм в течение 18 мин при температуре 40С. Получают высокомолекулярную фракцию пектиновых веществ (молекулярная масса более 20000) с содержанием сухих веществ СВ=1,5%, в том числе пектиновых С_пв=3%, а также фильтрат, представляющий собой фракцию низкомолекулярных пектиновых веществ (молекулярная масса менее 20000) с содержанием сухих веществ СВ=0,5%, в том числе пектиновых веществ C_пв=0,25%.

Высокомолекулярную фракцию сгущают в вакуум-аппарате при температуре кипения 50С и остаточном давлении 0,88 атм до содержания сухих веществ СВ=4,2%, в том числе пектиновых веществ С_пв=4,0%.

Низкомолекулярную фракцию направляют на мембранный фильтр с порами 10-15 нм для проведения процесса диафильтрации (очистки от низкомолекулярных примесей) и концентрирования. Процесс проводят в течение 12 мин при температуре 40С, чередуя во времени диафильтрацию деминерализованной водой (15 с) и ультрафильтрацию (3 мин) с одновременным отделением фильтрата в качестве отхода производства. Раствор последовательно два раза пропускают через мембраны, подвергая его ультрафиолетовому облучению с помощью кварцевой лампы между ступенями ультрафильтрации.

В результате получают низкомолекулярный пектиновый концентрат с содержанием сухих веществ СВ=1,5%, в том числе пектиновых веществ С_пв=1,4% и высокомолекулярный пектиновый концентрат с содержанием сухих веществ СВ=4,2%, в том числе пектиновых веществ С_пв=4,0%.

Готовые концентраты расфасовывают в емкости и направляют потребителям для приготовления продуктов питания.