Исследование влияния скорости перемешивания экстрагента на выход пектина при ферментативной экстракции из столовой свеклы на экстракторе

Одно из важнейших направлений повышения эффективности современного производства - более широкое вовлечение в переработку вторичных сырьевых ресурсов.

При переработке растительного сырья логическим завершением технологического процесса является использование отходов для производства пектина, поэтому актуально и перспективно возобновление его производства на территории Казахстана, но по новой, современной технологии.

Использование вторичного сырья переработки столовой свеклы для получения пектина считается выгодным, поскольку его содержание в таком сырье составляет от 0,6 до 1.2%, а виды пектина, получаемые фактически из отходов пищевых производств, практически полностью удовлетворяют потребность пищевой промышленности.

Пектин как природный полисахарид растительного происхождения, обладает желирующими, гелеобразующими и сорбционными свойствами и благодаря этому широко используются в пищевой промышленности. Известно, что пектин защищает организм от воздействия радиоактивных и тяжелых металлов (свинца, стронция и других), задерживает развитие вредных микроорганизмов в кишечнике, способствует выведению холестерина [1].

Помимо применения пектина как лекарственного средства порошок пектина и пектиновый концентрат вводят в рацион для обогащения блюд специального назначения. Пектиновые диеты рекомендованы для профилактического питания рабочим, находящимся в контакте с пылью тяжелых металлов. Добавление пектина в диету улучшает обменные реакции организма, регулирует процесс пищеварения, нормализует работу органов и систем в целом [2].

Кроме того, его присутствие необходимо для стабильного сохранения комплекса жизненно важных витамином и микроэлементов, а также для полноценного их усвоения организмом. Поэтому весьма важна разработка эффективной технологии извлечения пектина и непосредственно обогащение пектином полученной продукции.

В состав пищевых волокон входят пектины, представляющие собой полимеры га-лактуроновой кислоты. Пектины обладают свойством набухать в водной среде и сорбировать желчные кислоты, токсичные вещества из организма человека, что указывает на его ценность как продукта функционального назначения [3]. Пектины содержатся в растениях в растворимой и нерастворимой формах. В разных частях растений содержится их неодинаковое количество. Причем в плодах при созревании происходит увеличение растворимого пектина, а в корнеплодах -протопектина. Протопектин входит в состав первичных клеточных стенок и серединных пластинок клеточной оболочки, растворимая форма (пектин) содержится в соке вакуоли и межклеточных слоях тканей. В клетках молекулы пектина ассоциированы с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином, что препятствуют его полному гидролизу [4]. Поэтому методы, применяемые для выделения пектинов, длительны и трудоемки и требуют совершенствования оборудования и способов экстракции.

Наиболее современным, экологически-чистым способом получения пектина является биотехнологческий способ, основанный на действии ферментов микробного происхождения, используемых в качестве гидролизующих агентов. Ферментативный гидролиз имеет ряд неоспоримых технологических преимуществ, главное из которых увеличение выхода пектина при сохранении его студнеобразующих свойств.

Известно, что в процессе сокового производства пектиновые вещества, не раство- ряясь почти всецело, остаются в отходах переработки, в данном случае в их выжимках. На сегодняшний день имеются разработки по новым технологиям экстракции пектина, такие как ферментативная экстракция, но отсутствие необходимой конструкции экстракторов и исследований влияния данного оборудования на выход пектина является первостепенной и актуальной задачей.

Нами разработана оптимальная конструкция экстрактора растительного сырья оснащенного ультразвуковым генератором, вихревой мешалкой, нагревательным элементом и емкостью для загрузки и выгрузки растительного сырья. В данной статье мы хотели бы разобрать вопрос влияния на скорость ферментативной экстракции при использовании вихревой мешалки, обеспечивающей активное перемешивание экстрагента. Активное перемешивание нагретого экстрагента при экстракции растворимых веществ, безусловно, позитивно скажется на скорости выхода пектина за счет ускорения массообменных процессов и вымывания растворимых веществ из растительного сырья, но вопрос об оптимальной скорости перемешивания требует более детального изучения.

Объекты и методы исследований

Для проведения исследований нами была создана экспериментальная модель растительного экстрактора открытого типа, оснащенного ультразвуковым генератором, нагревательным элементом и активной вихревой мешалкой.

Экстракцию пектина проводили согласно способа, запатентованного сотрудниками КазНИИ «Перерабатывающей пищевой промышленности» (получен патент РК №29264).

В качестве растительного сырья для экстракции пектина выбраны районированные сорта столовой свеклы - "Бордо" и "Кы-зыл-Коныр" на стадии технической спелости.

В данной статье приведены исследования однофакторного эксперимента – исследования влияния скорости перемешивания экстрагента на выход пектина при ферментативной экстракции из столовой свеклы на экстракторе. Содержание пектина определялось титриметрическим методом.

Результаты и их обсуждение

В контрольных экспериментах – без использования вихревой мешалки, продолжительность ферментативной экстракции составляла 5 часов, при этом максимальная концентрация пектина по окончанию процесса в растворе составила 0,56%.

После проведения контрольного эксперимента мы провели экстракцию пектина на экстракторе при активном смешивании экстрагента и для определения оптимальной скорости в качестве входных параметров диапазон скорости перемешивания составил: минимальная – 600 об/мин и максимальная -1000 об/мин. При увеличении скорости свыше 1000 об/мин наблюдалось чрезмерное пенообразование, а при снижении скорости меньше 600 об/мин время на экстракцию сократится по минимуму, в связи с этим был определен данный диапазон скоростей.

В таблице 1 приведены результаты определения оптимальной скорости перемешивания при ферментативной экстракции пектина на экстракторе из выделенного диапазона скоростей.

Таблица 1 - Результаты определения оптимальной скорости перемешивания при ферментативной экстракции пектина на экстракторе

Скорость вихревой мешалки, об/мин	Контроль	Время экспозиции в часах
		1	2	3	4	5
		Содержание пектина в ферментативном экстракте свеклы, %
600	0,56	0,27	0,37	0,47	0,56	0,53
800		0,33	0,41	0,53	0,56	0,53
1000		0,37	0,43	0,56	0,55	0,54

На основании полученных данных был построен график (рис. 1), где наглядно видна динамика и степень влияния скорости пере- мешивания экстрагента на выход пектина при ферментативной экстракции столовой свеклы на экстракторе.

Рисунок 1 - Влияние скорости перемешивания экстрагента на выход пектина при ферментативной экстракции столовой свеклы на экстракторе

Как видно из результатов исследований, приведенных в таблице 1 и на рисунке 1, при перемешивании экстрагента со скоростью лопастей мешалки в 1000 об/мин время при ферментативной экстракции пектина на экс-тракторе его выход дошел до уровня контрольного образца (0,56%) за 3 часа, когда как лабораторным способом данный показатель достигался с течением 5 часов ферментации. Исходя из вышесказанного, интенсивное перемешивание экстрагента при ферментативной экстракции пектина значительно увеличивает скорость его выхода. Проделанный эксперимент наглядно указывает на эффективность разработанного экстрактора растительного сырья, оснащенного лопастной мешалкой.

Заключение, выводы

Проделанные эксперименты наглядно указывают на то, что использование в конструкции экстрактора растительного сырья вихревой мешалки значительно сократит время экстракции, по результатам видно, что время экстракции сократилось на 2 часа относительно контрольного эксперимента.