Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка технологии пектина различной степени этерификации

ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии пектина различной степени этерификации"

I I V»

w «

Государственный. Комитет Г jcceückqk 4«дерадп£ до Bacmevy соразсвьнгю

ЖЗШВСКАЯ ГОСШРСГВЕНШЯ гдад ТРУДОВОГО КРАСНОГО ÓHAL-IIK ШДЕШШ ]ЖШ ПРШЗВСЙСТБ

На зравах ртхс.люс УДК: 664.292.095.13:663.152.31(043.3) 664.292.095.I3:663.63.Ü67Co43.3>

: nSIEBA 7J Ш АНАТОЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ОЗНШЮШ ЯЕКШНА РАЫЩЧНОЗ СТЕПЕНИ ЗТЕВШКАДИИ

Специальность 03.00.23 - оиотехнологш

áBIDPESEPAT диссертации на соискание ученой стеяени кандидата технически ааух

Москва - 1993 г.

Расота Влсоллена б üc^E03CK0t Государственно;: ^рцева Трудового Красного Ькаменг академк;; эдеваг Ероиавэдств

Научыыи руксвздитвл! - докгср тыкдческах наук, прозе ссцр

1 К.А.Калукяш! I

- кандидат техягческа Eayi., додент А.А.Кочетковс.

С^дсальные' оппоненты - доктор технэтескпг. наук, профессор

С.£.ТрауОеноерг

доктор химччеоеех нау~, ^.Х.Рэоеысееч ВзлуЦсД организация - хикпескш факу.-_ьтет Ь£Г7 кы. 14.В.Лшоноссвг

Защита состоитс£ 13S3 г. на заседание

Сиеццашзграваяаого Совета £.053.51.04 Московское Государственной ордена Трудового Красного ¡¿н^евл акялбштн яйцевых производств lio адресу: XL3080, Москва, 1-80, Ьолокадшское шиссе, 12 гуд. _____ в _______ 'час.

Автореферат- разослан игсгД- IP93 Г<

Ученый секретарь Сиециадазгрованного Совета,

каддэдат технических наук А.И.Садова

i. сщая 1йржн?я£аш работы

Актуальность темы. Мода до обеспеченно населения необходимыми продукт ели тгаания, улучЕэнст из качества в расннренно ассортимента долянк но только предусихтривать наращивание суцествувдей производственной базы Еорзрабптазвещих отраслей огропроишшенного комплекса, но н использовать последние достигшая наукя я техники, разработку н внедрение принципиально новых ресурсе- а енерго-сберегащнх технологий, учнтдаещнх проблемы охраны окруаигцзй среды.

Использование пзктсноп с понютшой, г.о. со срезной ала нязкой степень» зтеркфнкгцяя (СЭ) позволяет значительно расапрать сссортгменг внцусзгеыой с применением пзктина продукций а суцэ-стввнно удучаять ее качасгво, Появляется возцоэгосзь увеличить вшуск н разнообразие продуктов пггенпя диетического, профаданти-чгского и лзчебного назначения, поскольку нвзяоэтернфнцйрованнкЗ пектин обладает дэтопсикацпонншн н рэдцопоогэетортат свойствами, уснливащюися с понпаенксм его степени эаеркфакэдва. Кроме того, кноЛ чем у вьгеокозтеркфицнрованного пектгна (ВШ) нехеннзи видообразования делает ижоэш шдучзнне кала с гораздо леньакы содержанием сахара шш„ даже полностьп без нзго.

Применение пектинов с пенигенной СЭ способствует расажренет ассортимента кондитерских яьделнЯ, капктхоз, соков, соусов, разданных кояочных п кисломолочных продуктов. Такой пектин находит прк-ыенэние в фарыакояогнн н в медицина, являясь основой для создания перспективных лекарственных форы я средств.

Использование нмзкоэтер котированного пектина в той или иной области обусловлено сочетание« таких качественных характеристик как СЭ. величина молекулярной массы (ИИ) и чистота.

Огаче^тввшаИ потребительский рынок не располагает достаточным количесггзм и разнообразный спектром модификаций пектине., з то эроыя кие зарубвккые фцрыы вып^скао? пектин евкае 80 модификаций.

Разработка технологического процесса получения пектина с заранее задакньш свойствами в зависимости от предполагаемой области применения позволят расширить ассортимент продуктов диетического | профилактического в ьзчабного назначения, улучшить качество выпускаемой с использованием пектина продукции я внесет свой, пусть н-бодыаой, вклад в роаишвэ проблемы дефицита сахара в напей стране.

Цель и задачи исследования. Цсльо настоящего исследования являлась разработка «¡фф&ктивной рэсурсосберегавщей технологии де-зтеририкации пектина, обеспечивавшей получение пектина с заранее заданными потребительски« свойствами (Со и Ш), обусловленными предполагаемой область© его аошенения.

Исходя из целой работы была поставлена и решены следующие задачи:

- выбор гидролнэуюзего агента, обеспечивающего еффективнуп дезтарг^икаш® пектина при одновременном сохранении величины его

- исследование влияния электрохимически актививоБанной воды (ЭХАВ) с еисдыци значениями сН на физикоэсимические показатели пектина, двэгери$ицируемого с ее использованием;

- исследование ккнег::ки гидролиза сложноэфирных связей в процесс** деэтврификации пектина с использованием ЭХАВ с кислыми значениями рй;

- создание математической модели процесса дзэтеяификеоди зеиш, позволявшей получать пвтаин с заранее заданжми свьйст-ваыи;

- исследование процесса фзртнгативной двэгерифияацни пзк-тина с использованпем псэпзрата Пветшэсгзразы (ПЭ) вэ Л др.

foetíduó Н-45*

- разработка твхнояогза фзргаэтетнвкой деэтеряфикецин пш~ тина с исподьзовЕнпгн © из Jlip. f'octidui íJ-45.

Научная новизна, Впврвна яэсрэтлческз п эясперпмгигаяьно обоснозгна цадаоообразность зененн ншвральнах аксло», йсхюльвув-trax в глчасгзс гндрояпзукцзго агенга поа тоовэдегсга деэтэргфзга-шш пея?ша,иа ЬШЗ с здсслыня еначенаяаз рН» Нсслздозаш чгсляэ эазскоизркосгз рзагцга гидролиза сясз55ог*йтринх связей в иолзкулэ пзгяпна под дгПсггнш ЭХпЗ с йяелша гначекяяна рН,

Разработала ггэзшологяя а вродпогены обоб^ипшэ уаятешт 12!огофдлтор)гкг згзпсг^остеП азкексяяя G3 я Ш э процесс» даэге-ркфшсгцш под дэйстзезд ЭУЛВ с кеслкия гаатггкшшв рН, поэзоляещез .подучагь кодифицированный пегим с заргшгв азданншга сзойсээааа» обусдозленяша прздполатозгоЗ сбласгьэ пркггнсижц

Вгюрвнэ пеедздонйна п саспврг^апгально доказана цззесообраэ-песгь пспользозашя пргпаргла ПЭ пз Лдр- ^cziidad 12-45 дня до-эгерЕфякацла взпгина. Рг.зрсбоггка тзззшлэггя йэдкфщщэвгншто шягаа с п5ПП£Ь2оганнЕУ ПЭ пз jSáp. ^cefodtíS 11-45, шзвояяэщая получагь ылзЕоз^рЕфетаровскнЕЗ иезжгя (НЭП) аса одновременном сохрснвнпа аго пыгепудярной iscsu.

Доашгкчзская ценность. Работа вкполняяась в ршгегск. ГЪсудар-екзнной иаучно-гохннческой noorpsmsa России "Пзрспеотшша процессы в перерабатывавших отраслях АПК®. Проест 02.03.13 Технология получения пектша из нетрадиционных источников сырья". Подученные данше могут еспользовшш в научно-всслвдовательсшгх разработках, сеязэжшх с азученяеа фязшю-зшшмееннх и функциональных свойств пенташ>в а полученных на пх основе продуктов диэ-

«ечэакого, профилактического в лечебного назначения.

С удагон данных, полученных в результате проведенных исследований, разработаны Лабораторная инструкция получения пектина из вторичных продуктов переработки растительного сырья и проект Технологической инструкция по подучен ил пектина различной степени этврифшсации..

Ориентировочный эконоиическнй аффект от использования деэте-рифицированного пектина, подученного по разработанным технология*« составит:

- в случае замены высокоэтерифициро ванного пектины (ВЗД) при производстве диетических хелэйных изделий на НЭП, полученный цу-теи фзрыентапвной деэгерн$икацик, - 15,9 тип, руб/т продукции по уровню цен 1Э22 г.;

- в случае замены ВЭП при производстве диетических желейных изделий на НЭП» полученный с использованием ЭХАВ, - 20,76 тыс. руб/т

продукции во уровне цен 1992 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы долбаны на Всесаизной конференции "Химические превращения пидевых полимеров" (Калининград, 1991) и на научно-практической конференции "Ыаучно-гегинческме проблемы производства пектина" (Москва, 2992).

Публикации. По иатетааяам дисоертации опубликовано 7 печатных работ, список которых прилагается.

Структура и об-ьем диссертации. Диссертация состоит изшеде-ння, обаора литературы, вксперкиентальной части, экономической части, выводов, списка литературы и приложений. Содержанке работы наложено на т страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 39 рисунками к таблицами. Список литературы включает /источника, в том числе 66 на иноотранных языках.

2. ОБЗСР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы приведены сведения о структуре и свойствах пектина," существующих способах его деэтерификации. Рассмотрены разнообразные области его прикенения и проанализирована связь мезду физико-химическими и функциональными свойствами. Описаны способы электрохимической активации жидких сред.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Объекты исследований

Для проведения исследований использовали английский цитрусовый пэкткн производства фир^и а£)и1тег £Т&> тип 121, датский цитрусовый пектин производства фирмы "КоВепкаущ Ре^л^гЖ", яблочны! пектин производства Бендерского консервного завода, свекловичный сектш ТУ С-С9-345>8-73( хлопковый пектин, получен-.ный в средяеэз. нр.учн.-исслед. л проект.-констр. ин-те пищ. пром., препарат Ш, полученный на Московском опытном заводе ферментных препаратов из технической пектиназы Лър. ^св^с^иб, Ы-45.

ЭХАВ с раэншк значениями рН в кнтервале от 1,5 до 13,2 получали в проточном электрохимической реакторе РПЭ-1. Технологической гддпостью являлась водопроводная вода, фоновым электролитом - _/У"а С Ь .

3.2. Метода исследований

£ кс п ер кч ь; гг а л ьну з часть работы проводили в 1ШИЛ биотехнологии пищевых продуктов ЫГА1Ш.

Содержание балластных веществ (ЕВ) в пектине определяли весовым методом. Количество метоксилнрованных и свободных карбоксильных групп определяли тетраметрическим методом. Содерзаниз поли—

галакту^оновой кислоты рассчитывали по результатам титрйметричес-

®

кого анализа (Арасимович В.В., 1970),

Средневесовую М рассчитывали, используя метод наименьших

квадратов (Грачев D.ü., 1979), по величине характеристической вязкости, определяемой Еискпзиметрически (Тооопцева A.M., 1972).

Степень гидролиза гликозадшяс связей нейтральных полисахаридов контролировали по содержанию редуцирующих веществ, определяемых методом ПЬмодьи-Нальсона (Клесов А,А., I960). Û степени деструкции ыакххжолекуяы пектина за счет J3 -элиминирования судили по наличии двойных связей, количество которых определяли спвЕТрофотаиетричаски.

Электрохимическую актввацив водных растворов осуществляли на проточной электоохдакчаскои реакторе PID-I.

Водородный показатель среды рН определяли на универсальном ионошрв * SA 5Ш рН meter в фирмы " Orion Й. I.L.P0«.

Качество используемого в работе препарата пектинзстеразы контролировали по наличка в нем пектшэстзразной и полигадактуронй -анэй активностей (Фиавопоаа В.Е», 19SQ).

Ддл выбора оптимальные рвгшгов проведения дезтеркфикацпа использовали ыетод математического планирования многофакторного огспераданта (ffid| ) . (Маншвв В»П,, 2677). Расчеты осуществлялись

и

на пзрсональнш компьютера IBM. Значимость частных функций определяла, пользуясь еоо$$пцезнтои надкнеШой шодэствэнной корреляция (Дукарский О.Ц., 1971) и его значимостью для 5%-го уровня ССусыюв Б.Н., 1975).

3.3. Ессладованив возможности использования ЭХ&В для двэтврифнкац«« пектина

В мировой практике двэтери$икацк» пектина осуществлю! путем гидролиза части еаоянозфирных связей между карбоксильными группами и метиловым спиртом, используя в качества гкдролизувдих агентов кислоты, щелочи и ферменты.

Рад работ, выполненных в последние годы, убедительно показал

перспективность замены кислотных и щелочных реагентов в гидролитических процессах разбавленными ведньаа растворами минеральнюс солей, подвергнутых электрохимической активации в специальных De-акторах - тан называемся электрохимически активирование.*' ьод:Г: ОХАВ).

¿Электрохимическая активация практически не требует использования химических реагентов, является экологически чистки методом, процесс легко автоматизируется.

Е40 одним перспективным, екологачесхя чистым способом снижения СЭ пекткна является фериеитатквная девтернфикация с применением иякрсбта пеэтзщзстераэ, До с их пор шярокоцу применению этого способа препятствовала, в основной, недостаточная чистота производит фзраентных препаратов микробного происхождения, присутствие в них ферментов полпгаяастураназиого аоиаяекса. В ПНИЛ биотехнологии mías еж продуктов ШИШ база разработана технология получения очгаденной ПЭ из технических препаратов лектиназы микробного происхождения.

В таблице предстазлены физико-химические показатели пектинов, используеинх с денной работе для деэтвркфикацин.

На первом втаде исследований изучалось влияние воздействий ЭХАВ с ргзлшшыма значениям рИ на такие валние с точки зрения дзльнайгего использования а пищевой промышленности физико-химнче-cíküs показатели пектина, как СЭ н M5I.

бездействий ЭМЗ подаеогалн английский цитрусовый пектин производства фирмы 'ЬиСтег/Щ показатели качества этого пектина приведены в таблице. Экспериментальные данные, иллшетрируодке изыенбние СЭ и ММ пеэтша после деэтерифккации з зависимости от величины зодородного показателя использованной ЭХАВ,представлены на -ртс.Ч.

б

ХАРАКТЕРЖТГКА ОБРАЗЦОВ ПЕКТИНА, 7С110Л>ЗУВ!1Х Ш ДЗТБРКШСАЩК

Вид пектвна СЭ, % т ЕВ, я рН 2-<-х р-ров

Цитрусовый /англ-/ 77,С 224 ОС 15 Э.?5

Цитрусовый /датск./ 64,5 18Р0С 18 9,50

Яблочный 75,е 27600 23 3,20

Хлопковый 64,С 2180С 21 2,45

Свекловичный 5°,0 юесо 39 3,10

Ркс. I. Изменение СЭ и ММ деэтеркфицерованного дект;:на в зависимости от величина рН ЭХАВ, используемой для деэтерификацик: I - СЭ; 2 - ММ

Снижение СЭ модифицированного пектина отмечается лги использовании для деэтерификации ЭХАВ как в кислой, так и в щелочной зоне рК, Но- при использовании щелочной ЭХАВ параллельно со снижением СЭ наблюдается значительное уменьшение ММ пектина, происходящее в результате реакции^-элюжнироиения. При этсм образуются низкомолекулярные продукты деструкции макромолекулы пектина, не обладающие функциональными свойствами последнего. В то же время, использование для деэтерификации ЭХАВ с рН, не превышающим о, приводит к относительному узеличенив Ш обработанного пектина.

К тому щ следует учитывать, что при проведении деэтерифик»»-щш с помощью щелочной ЭХАВ для нейтрализация реакционной среды и удаления катионов, связанных освободившимися карбоксильными группами, требуются значительные аоличества кислот, что приводит к существеккоыу увеличении расхода реагентов по сравнении с кислотным способом.

Все сказанное визе побудило нас использовать для дезтерифика-цки в качестве гидролиэущего агента ЭААВ с кислотными значениями рИ.

3.4. Влияние параметров деэтерифккации пектина под дейстр^ем ЭХАВ на физико-химические показатели модифицированного пектина

С цельв установления параметров процесса деэтерификации с

поиоцью ЭХАВ в кислой области рН проведен многофакторный гкепери-О

ыект, позволяющий выявить значимые факторы и определить их влияние с учетом возможного взаимодействия на показатели, характеризующие процесс деэтерифккации.

Экспериментальные данные, полученные в результате реализации

5

плана Ш35. и кривые аппроксимации зависимостей СЭ, ММ и содержа-

с>

имя ЕВ ст выбранных факторов представлены на рис. 3 и 4. Полу-

дез, %

~УГ -10.0 -

-»S.0 ■ -17.5 ^ -20.0 • -22.5 • -25.0 • -27.5 ■

-J — '

i

i i /

4ттатптг rrrmm ■»rrrrrrrr пгнтт nm in ■ 41WTI HI

1.0

дсэ. S Б

-7.5-1-

\

■рН

1.5 2.0 2.5 . 3.0 3.5 4.0

-12.5 ■ -15.0 ; -17.5 • -20.0 ; -22.5-

] s \ 1 !

\

i \ \

N

0.0

t,° С

20.0 40.0 60.0 80.0 100 0

ДСЭ, %

-мл -—12.0 • -13.0 ^ -14.0 ; -15.0 ^ -16.0 • -17.0 ■

ЛСЗ^ л

i ......

H

\\

V

j \

Ц1П Г1ТТ! 114 1' 1 rytl 'ntntm

h СЭ, % J>

-11.С-

Ъч

-12.0 -13.0 -14.0

-«.о

-'«.О -17.0 -18.0

l l Л -

\

■ \

\

\ 4

\

■jnn.mi nfirilll \ ТПГН1Г»!

-15.0

-16.0

; - /

/ - -

V / ■

/ -

1 1T1III41VI ГТ1ТИГИ ТИГГГТЧ' MIIIMII * И Г И f 11

йен.

?ес. 2. Изуенение СЭ пектгна в результате де5тер:ф:капкк лсд действие?/ ЭХАВ в зависимости от: А- рК ?ХАВ; Б- гекпературн процесса; В- длительностг пропесса; Г- гвдрс.\»оху.1я('И?хаз : WnsKT,,Ha) ; Z- от объема спирта, аспользуемого для осаждения пектдаа Qcn. =(Vcn. : Vp-pa пектина)

чениые данные позволяют оценить значимость выбранных факторов и степень их воздействия на исследуемые показатели.

Как показывает приведенные данные, наиболее интенсивное снижение СЭ в образцах ыод15фицггоо ванного пектина происходит при использования для деэтерификация 2ХАВ с рН<3. При работе с ЬИВ в этоы же диапазоне рН происходит существенное снижение содеряання балластных веществ и отмечается некоторый рост средневесовой Ш в образцах деэтерифкцировакнего пектина. Тот факт, что накбольвее снижение СЭ к увеличение Ш тзеисходят при разных величинах параметров процесса дезтерифккаияи, позволяет путей изменения параметров процесса дезтерификацян целенаправленно изменять качественные характеристики кодифицированного пектина и регулировать их сочетание, т.е.получать пектин, обладащиЯ требуекхмя функцнональ-шощ свойствами.

При енализе полученных данных следует отметить, что для осаядения пектина с меньшей СЭ достаточно ютольБСватъ ценьаие количества спзгрта по сравнению с общепринятыми рэксаендадияия (1:2-1:4). Это позволит снизить расход спирта пря производства НЭП, что полоакгелъно скажется на его себестоимости, т.к. затраты на спирт составляют в ней значительную долю.

Экстремальный характер зависимости 1М от рН ЭХАВ объясняется, с нашей точки зрения, оидегшениеи от макромолекулы пектина нзйт-ральных полисахаридов к их гнлродизом в кислоЯ среде. Увеямчепио или уменьяекие-Ш кодифицированного пектина определяется с одной стороны, полнотой гидролиза нейтральных полисахаридов до декстринов, не осаждаемых спиртом, и с другой стороны, сохранность*) в неизмененном виде цепочек полиголактуронидов. Очевидно» оба е?я условия соблюдаются тз:; использовании для даэ :ерв}»икации ЭХАВ с рН ¿,5, чей и объясняется соответствующее максимальное увеличение

.i'uÚ j. О

,3

JA ICd

320 юл

2S.0 2&0 3*0

ал 20.0 13-0 1вЛ

1

ч

N4

г, ч

20» ».О 40.0 50.0

Ш 10°

гза ■ 2&0 • 27.0 ■ • 26.0 •

2tJ3 2X0

ая

гол-

У-

-и

t

G CQ.

39Л 30.0 77.3 2Í0 ггл гол

17Л 1S.0

• ч

\ S.

\

N

t,°c

D.0 20.0 *0Л sao 830 100.0

Pec. 3. Изменение ММ лектина в результате деэтергфикапив под действием ЗХАВ в зависимости от: А - рК ЭЗГАВ; В - длительности процесса; В - объёма спирте, используемого для осаждения пектина (Осп. = Ven. :ff)p-pa пектина); Г - температуры процесса

средневесогой 121 модифицированного пектина. Использование <ОДВ с сН 3,0-3,Б приводит к тому, что велнчнна сшдневоссвой МП несколько снижается, оставаясь все се вьзэ, чеы в ксходноы образце.Это происходит в результате неполного гидролиза нейтральных полкса-харвдов я образования дзкстрпнов, способных коагулировать вместо с какроиолекулеып голзгалактуронадоа, чтс приводит в снпзеняэ рв-зультирущей велнчшга среднемассовой Ш в образцах пектина после деэтерифакащш. Незначительное снижение Ш по сравнению с исходным уровнем яри использования ЭХйВ с рН 1,5 шлет быть объяснено тем, что в этом сдучаэ узе начался гвдролаз гляеозидннх связей в цепочка лодигалахтуроняда.

Наге вшяганпе привлек тот факт, что наиболее интенсивное снкаеиие степени этеркфакацкя, как ввдко пз представяешпгх на ркс, 3 данных, происходит в течение пэрзнх трах часов гидролиза, хотя кислотная деэтерификацяя с етлользованнеа в качества гидро-лязус^его агента иянералыадх епслот продолжается несколько сутоз (2-6). Это побудило нас более подробно последовать кинетику реакции г.тфолиэа слсзноафприых связей при использования в качестве •гидролззувцого агента ЗХ£В,

3.5. Исследование кинетики дезтеркфккацип пектина под действизм ЭХйВ

Дальнейшие исадедованкл были посвящены изучении зависимости СЭ модифицированного пектина от длительности процесса деатерифика-ции при разных значениях рН Э1АВ.

Как видно из представленных данных, резкое снааение степени этервфикацна происходит в течение первых 15 инн , затем скорость деэтерифякации заметно снижается! При этоы величина рН ЭХАВ оказывает влияние на интенсивность процесса деэтерификацня, не изменяя его характера.

тл

л S3

lb -10-0 -20.0 -»0

" i А

-мл -<ао ->о.о -та -гад

Z

Z

z

дВ^* Б

-ЯЛ' -40.0

-4U)

-50.0 -S1S

-ш

рН

-J7J

■ -ею

V

л.

340

4;°С

-и-0 --400-

-410 4тг

S.

IIII1II1

fto м

ОспГ

sua-

-НО'

-400'

■Ч

900

ИГ

1000 130.0 ЗД. О 2300

Рис. 4. Изменение содержания БВ в пектине в результате

деэтерифккаьии под действием ЭХАВ в зависимости от: А - рН ЭХАВ; Б - те?*пературы процесса; В - объёма спгрга, ислсльэуеуого для осалщенкя пектина (Qca. = Van. : Vp-pa пектияа); Г - гадрслгадуяя

(у

х

эхав

ектина'

13

1.0

1Л

•«10

Как следует пз дскшд:, пояупзнюг з года дольнеПанх всследэ-ванпй, реакция гидролиза слоЕНоефишых связей под действием <ШВ при про Беден рта деэтеси$икацяя в -геиенпа 15 агн является реакцией 1-го порядка, о чаи свздсгельстзуот прямолинейный характер зависимости логарифма концентрация иетоксильных групп в пввтшв от дяа-тельиости пооцесса. Реакция характеризуется очень ekcoboQ скоростью, ааапсяг^З в основном от еолпчоты рН ЭХДВ. Еэ зависимость от темпгратури Еыргссгна гораздо слабез. Провеяешшз расчеты показали, что ессользов61!е:з ЗХ£В nossoasss суцзстеснко снизить снергяэ ав-тгзадст реалит гвдюлпза слозковфлрнкх связей по сравнен:® с кс-польговшиеп в качзсгве пздрогпзуггук агентов генеральных кислот.

Дрсводгкжз ксслздовачяя шгетпет рэаяцяя де8терЕ$ишднз сосволяяа уточнять вродфлзнтзлыгосжь воздсйствея Э2АВ на пэятглг. Устгназгэка^ ^а Еродолнаельновть процзсса ramo сократггаь до 1520 EÍEH.

S.6. Сзиегпзсц:«! процесса дезторЕфзкациз пэкгша под дейсгзяеа Э££3

С цазьэ определения оетпизльшвс ргзгяш процесса дзотеряф:!-кпцни озягЕна под деГлтзг.ем 8Ш, обеспечазгжззх получение пектв-ка с задешшя своЗсгзагк, прозоддгл ецз одгн шмгофакзоркнЯ эксперимент. Првдолы варьирования гяачапазс фаютороз шощшгеяь с ¿'четом данных, подученных на пепзом. этап-з ссслздований*

Учитывая выязленц^ ренеэ прко вкразешуэ тенденцно к снихе-нгаз СЭ при уменьвеяяа рН 8XSB, на денной отела кспольсовади ЭХАБ с более нззкшп значзншзгя ph (0,9-2,5).

Лрн выбора татеозала раръкооз&нея длительности процесса де~ этетафикация поиикчалн во вякание д&нныз, пояучентэ в результате исследоееная кинетики процесса, а талие тот факт, что в течение серЕых трех часов гидролиза отмечается рост Ш1 пектина.

С цздьо выяснения блеяния ьа процесс деэтеркфтсацки и конеч-ныв показатели модифицированного пектина его природы и исходных характеристик, деэтерификацк? подвергали 5 образцов пектина, подученных из различного сырья и отличавпцэссч СЭ и величиной Ш. Характеристика образцов пепина, использованного для дезтерифика-ции,приведена в таблице.

Подучанч; зкепершентальнаа данные и кривые аппроксимации зависимостей СЭ и Ш и саргяатров гоэцесса.

¿нализ полученных данных показывает, что в выбранном диапазоне варьирования кссладуешес факторов, за исключением зависимости СЭ от концентрации поятина, характер зависшэстей но изменился н отражает тенденции, выявленные в ходе первого эксперимента.

Анализ зависимостей. СЭ к ММ ог вида используемого пектина показывает, что во всех, взятых для деэтерификацин,образцах пектина, НОЗЕБИСЮШ 07 природы СЩ}ья, ЕЗ ЕОТОрОГО ОНИ бШГК ПОДУЧЕНЫ,

и их начальных хирактеркстпя срокзоьло снижение СЭ в увеличение МЫ, т.е. действие, оказываемое ЭХАЬ на пектин, носи? угашерсаль-кий харшяер, по степень этого воздействия не одинакова и определяется, в основной, природой пектина, взятого для деэтеркфикация, определяемой ведой еврья, из которого подучен пектин.

На основании подученных даншсс для описания шогофакторных заввеишетэй О) я Ш поздлоаака обобщенные уравнения. Использование этих уравнений дает возшхность оптимизировать процесс в определив @го параметры, позволяющие добиться наибольшего снижения СЭ щи иаксималькоа сохранении шеокой МЫ в кодифицированной пектина, а '¿акке рассчитать пасам етры процессов, обеспечивающих по-лучелнэ пек! ина с прошжутсчцшн значениями СЗ и Шг что позволит определись технслогические разами, гарантшзущие получение широкого спектра кэдыфягаций пектина, характеризующихся разньм соче-

л

таннеи величин СЭ н МИ. Кроме «ого, использование обобщенных уравнений позволит получать высокоочкщеннае прапараты ЮН, характеризуешься поЁьшекной КМ, чзо резко улучаит качество традиционных кондитерских изделий и распмрят их ассортимент. на отечественном ринке.

3.7« Исследование процесса ферментативной де0500ПфкЕЕЩ1Н

С цель» кагбодеэ но-шого выявления общих завоноиаряоетай ароцесса ферыэнтатявкоа дзэтетафакацип низводился пятифакаосннЯ

8ЯСПерПУЗН7в

Осяобннз кссдедуеггнэ факторы и утюЕня ах варьирования габи-рэл!?сь на ес!гоз£нзз шаляза даккнх, кзлоаеинкх в яагеразуре по ssy^aesit^ гопросу.

¡&ксвзр12гс1п,аяьЕыз данкне a spalls ашфопезыгци! приведены ка pre. 5 а 6.

Для правильного выбора I's'.'jsyvzau уаяовпй гспогъсоваихя препарата Ш с цзиьо де$*ерк$явадза пезтпка пообгодако учаззакагь свойства ПЭ а сстатот.гой ЯГЭ яалясчэйсл сояуткгвуг^гз фгртентс:«, фцсутсгвус^ил в кзгн&чггельнш яоет^гсетпх в препарата Ш я ряз-рупзщим гяпнозлдкг'е связи в г^озепуле пектгна, что приводят я енк-аенЕП ого Текли образом, иесбходжэ втирать усгозгл, способе?-вувп*ЕЭ действию IB и шгггбшуггко дойсгвот ПГ.

Как" видно из представяенннх дякньк, ькжиадькш емпчзж: С-3 достигаются при рН 3,7 я 6,0, что согласуется е* даннши о иадвчтез в поещпате Ш нескоздкяк взефэру. При егса пше Ш иьйгадаогся пра значшин pii, равной 3, 5,.кЛП?йкс13гаяьцая акткшоегь проявляется при более высоте -учениях рН. В евязя f этет бнзо реаено остановиться на проведения ^зрг-гнгогизе пра естественных значениях рН растворов пееткна, величины которые лезат в интервале 3,0-

3,5, что является благоприятным для действия ПЭ, иьгиСлтует действие ПГ и существенно упрощает процесс, являясь более технологичным, т.к» в связи с сильной буферностьв растворов пектина, изменение рН является сложной задачей. Тают обрачсы, ферментативную деэтерификащго следует проводить при рН, характерных для 2%-х пектиновых растворов (3,0-3,5).

Лучвие результаты дезтешзфикации пектина наблюдались при температурах 20 и ЗЬ°С. Однако проведение процесса при повышенной температуре негелательно в евлэи со значительным падением величины Ш из-за актизацня сопутствующей ПГ.

При Ецборз рабочей концентрации растворов пектина учитывались эЕококЕчэскйе ааяевзн (рост расходов на спирт, цепольэуашй для ос&зденяя пектина при работа с ннзкоконцзнтрированнкин растворам) и технологический трудности приготовления высококонцент-.рированных растворов пектина. С учзтоы етого вкбрана £,&-ная концентрация раствора пектина«

Поскольку увеличение дозы ферионтного препарата приводит как к снижение СЭ» тех я к значительному уменьшение НМ иод^кшфован-ного пеятпна, гзяомевдованы небодьпяе дозы ПЭ (I ед./г пектина).

Характер изменения СЭ я Ш ¡¿одеФкщгообзнного сектша от длительности процесса поставил езред нам дез задачи, решение которых были посвящены дальнейшие исследования. Суть этих нздонениЯ состоит в следующем.

За 1-й чг феркентолиэа происходит разное, на 6055 снижение ММ и кодифицированного пектина. Дальнейшее увеличение продолжительное: :: фер?;ентолкза, приводят к увеличению Ш£. По нал:ему мнения, это мояег объясняться тем, что в препарате По наряду с остаточной ПГ ссдерхатск эндоферменти гекнцеллшгазного комплекса, ги-с

дролкзующие нейтральные полисахарида - арабаны п галакганы - входящие в ¡¿акроыолекулу пектина. Под действием этих ферментов в те-

•л: <?

"•л

-зо.о

-35.0 -40.0 -45.0 -50.0 -55.0

-ео.о

-65.0

ч • \

s N

- \

* \

■ •

: . nuil mi .»»■mi

jM, ?

-25.0 -—3Ö.0 i -15.0 i т400"í -45.0 -i -50.0 i -55.0 ■

1Í.0 20.0 25.0 30.0 35.0

40.0

i - .. s

i \

! n К

i \

j \

1 - S »

2.0 г. 0 4 о ь о e 0......7.

-380 : -39.0 -i

-«.o ;

-41.0 -í -42.0 i -43.0 \ —44.0 \ -45.0 --46.0 --47.0 --48.0 • -49.0 -

§ \ i i '

3 \ ¡

i \ * 1

1 \ 1

i i

i 4 \

1 \

i \

j

j

} llllllm Т1МПЧ1 .....mj.......,,i

0.0

-50.0

-60.0 -65.0 -70.0

8.0

16 0 20 0 эд/г г sr. I.

! A

/

: /

/

: / /

: /

: /

j /

*

; rii'iiun и j

r,*

Pza. 5. Каккеше l,Z¿ nei:iста в pcsy-^xc-re деэгер^^г;^

ДС^ТЕГ.™

А - тс^йраттрк -ез тер:;."ir-, хеителгзг; Г - сг:

sprSsoi ПБ Е сг:

уд ГС

4.0

ченяе 1-го часа ферыентолиза происходит отщепление указанных полисахаридов от полимерной цепи ршгногаладтурснида и гьлроли? их до декстишов с более низкой Ш, но еще ксагулиругщях при осаждении пектина спиртом из его растворов. Вследствие этого возрастает доля низкоиолекулярных фракций и происходит резкое снижение средневесовой МЫ пектина. Увеличение продолжительности ферментс-лиза приводит к дальнейшему гидролизу остатков нейтральных полисахаридов до олигосахарздоЕ, не осаждаемых спиртом, в результате чпго и происходит отмечаемый рост среднемассоЕой ММ модифицированного пектЕна. Сопоставляя эти деннкэ с эаЕЕсгксстьр от пН стз-ды, где болез низкгм значшияа рН соответствуют более высокие значения ММ, исхис прздослоккть, что величина рН в момент коагу-ляшш пектина оказывает фравдаккрук^ео действгзо я проведение коагуляции сси болез низких гяаченияк рН способствует осадценио более высокомолекулярных фракция.

Для доказательства зтогс предподоаенвя нами проведен опыт, в котором гюа^уляцпэ пэетгна осуществляли либо зтенолоа при рН фзркентолиза, дмСо ацслотно-спирговой смесью, рН которой варьировали от 1,5 до 2,5. Полученные зависимости представлены на рис. 7. Они полностью подтЕерядасз вцекозашшз предположения. Таким образом, в дальнейшей коагуляция поеттаа ггрэсодклась кнслотно-слирто-вой снесьи с рН 1,5-1,6,

2. Вторая прсблзма связена с тем, что увеличение длительности процесса приводит к резког^у г-екедлешда процесса деэтернфикациа. Это тает бить внзвшзо яак ЕкагпззацхэЙ ЛЭ, таз и ее избытком по отношения к субстрату» В связи с вгиы возникла необходимость более детального мзучекнн загкззюстя прсцзсса двзтеркфикацки от дззы ПЭ я длительности прсцезса« На рпс» 8 д 9 приведены графики, нллйтрирую^яе подученные зависккоств.

ю-

кривая Я)1 I

о

4

5 £

7

рН

1.5

1.6

1.7

1.8 2,0 2,5

рНФ

3 4 5 6 7 8 рКф - величина рН в процессе ферментолиза

Ряс.7 . Зависимость ММ модифицированного под действием микробной ПЭ пектина от величины рК в процессе коагуляции:

кривая )№

1

2

3

4

5

доза ПЭ, ел./г пект.

I

3

5

10

15

Рис.8. Зависимость С2 модифицированного пектина от дозы ПЭ и длительности (Ьерг/ентолиза

Ш 10э

кривая &&

1

2

3

4

5

доза ПЭ ед./г пект.

I

3 5 10 II

Рис. 9. Зависимость КМ модифицированного пектина от дозы ПЭ г длитель-

Анализ представленных зависшостей показывает, что уменьшение дозы ПЭ по» одновременном увеличении продолжительности кродесса способствует' поучению высококачественных образцов низкоэтерифи-цкрованного пектина.

Таким образом, по результате^ проведенных исследований предложен технологический режим ферментативной деэтерифнкации пепина. В соответствии с предловенным режшгоы была осуществлена ферментативная деэтерификация 5 образцов пектина, отличающихся исходный» величинами СЭ и Ш, а также ввдоы сырья, из которого был получен пектин. Хасактеристаял образцов гоиведаш в габлкце

Бнли получены денные, характеризующие изменение СЭ и Ш в образцах пектина после ферментативной деэтерификации в зависимости о? вида пектина. Аналяэ этих декнше показывает, что инт тенсиБиость дезгедайикация находятся а зависимости от походной СЭ •пектина. Она тем значительнее, чеа вкао СЭ деэтерифициоуеыого образца. Кз.\гекеш50 НМ пектина л бояыгеЯ степени зазясит от природы пектина, т.е* от вкца сырья, из которого был получен ВЭП.

4, гкоютзеш ЧАСТЬ

В результате проведения данного научного исследования била разработка технология получения шдифадироввдного пектина ферме-нгатизньш способом и под дейсгзкем <ШВ.

Мэдкфицкров&чнкЯ пектин с ппнняедаой степенью эгерификацнн спосоЗея образовывать коносвязанкыв гели с пониженным содержание:! сахара или бэз него.

В НЙШ1 была вззработша технология низко сахаристой желейной продукции. Включение модифицированного пектина в струя-: туру делейного «аркелзда позволяю не только сэкономить сахар, но и расширить ассортимент, поодуццки диетического а профилактическое го значения.

В данной работе предлагается подучить эффект от экономки сахара пои использовании НЭП <43-50% Сй),

ВЫВОДЫ

1. Впервые показана принципиальная возможность использования для деэтерификации аенткна ЗХАВ с кислыми значениями рН.

2. Доказано, что использование для деэтерификации ЭХАВ с рН менее 3 лриводит к снижению СЭ модифицированного пектина.

3. Установлено, что использование для деэтерификации ЭХАВ

с рН в интервале от 1,6 до' 3,0 вызывает увеличение ЫЫ модифицированного пектина,

4. Установлено, что замена ЭХАВ- минеральных кислот, используемых для деэтерификации пектина, позволяет существенно снизить энепгив активации реакции гидролиза слояноэфирннх связей.

5. Показано, что действие ЭХЙВ с кислши значениями рН на пектин, полученный из разных видов сырья, носит универсальный характер и определяется строением пектина, обусловленным ведом исходного сырья, и не зависит от начального значения СЭ ВЭП.

6. Предложены обобщенные уравнения ыногофакторных зависимостей СЭ в позволявшие рассчитать параметры технологического процесса получения пектина .с заранее заданными свойствами в зависимости от предполагаемой области их применения.

7. Разработан способ ферментативной деэтерификации пектина с помощью ПЭ из Ар' (огШиЪ ¡¿-45.

8. Выбран рациональный рзаим проведения' процесса ферментативной деэтерификации:

- рН - характерный для 2$ растворов пектина;

- температура 20°С;

- концентрация исходного раствора пектина - 20 г/дм ;

- доза ферментного препарата I ед/г тактнна;

- продоляательность пвоцзсса 24 ч.

9. Показано, что коагуляцию пектина после ферментативной деэтерификации следует осуществлять кислотно-спиртовой смесье с pH 1,5-1,8.

10. Показано, что деэтерификацня пектина сопровождается увеличение« его чистоты и фракционной однородности.

11. Экономическая эффективности от замены ВЭД при производстве гелвйньх изделий на:

- Н2П, полученный в результате ферментативной деэтерв^икацин» составил 15,9 тыс.руб/т продукции по уровня цен 1992 г;

- Ь5П, деэтерифицкроввнный с кспользованием дХАВ, составил 20,76ть!С. руб/т продацаи по уровне цен 1992 г.

Основные полоаенил диссертация пзлогены в следуюдкх работах:

1. Влияние ЭХА-водн на некоторые фкзкко-хкмическиб свойства пектина/ Бетева Е.А., Калунянц К.А., Вотгзткова A.A., Петрова Т.Т., Гордеева H.H.// Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах: Тез. докл. Всес. конф. - Могилев, 1990. - с. 166.

2. Исследование ккнетики процесса дезтерификации пектина под действием электрохимически активированной воды/ Бетева S.A., Кочет-кова A.A., Колчева P.A.// Химические преврашения пищевых полимеров: Тез. дсил. Всес. конф. - Калининград,1991, - с. 192.

3. Исследование факторов, определяющих процесс демерифика-ции пектина/ Бетева Е.А., Кочеткова A.A., Антонова И.А., Калунянц H.A., Гунар Е.В.// Химические превращения пицеиых полимеров: Тез. докл. Есес. конф. - Калининград, 1991, - с. ПО,

4» Получение ачкценной шктшэстеразы и погггшов нснкженкой степени этериринациа/ Филиппова В.Е., Рзгева Е.А., Ыирочкча Т.П., Шилкина М.Ю.// ¿ишмеские превзгден^л ашевих полимеров: Твз.дохл. Всас. шнф. - Кадиниш'рад, 1991, - с.

5. Технология получения пектина с заданный» функциональными свойствами/ Початков» L.i., Нестерова H.H., Бетеве S.A., Гуыар Z.B., Локтева Х.В.// Цеждународаый агротюшшленный ткудаал. -1992, » 6, - с. 15-17.

6. Использование элелтрахишчзски активировенных растворов для сникшия степени эвер^иказди пеетдаа/ Ботева Е.А., Калунянц К.А., Кочэткояа A.A.// Элевтротвхнояогия пэкгииовкх веществ: Тез. докл. научно-техн. конф. - Киев, I99Ü, - с. 31.

7. Пвкгаа, его модификации в применение в падевой проишлеи-ности/ Базава Н.А., лочотаова A.A., Гернет И.В.// АгроНКИГЭИПП» Кондитерская проидаявнносеь. Серил 17. Обзорная нкфорц&ция. Выпуск 4. - Цзсква, 1992g - с. 1-32.