English
| УДК 613.29; 541.13 ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА В ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОНА.А Кочеткова, И.А. Филатова, Д.Г. Гудзенко, И.Н. Нестерова, О.А. Малченко Московский Государственный Университет пищевых производств Использование новых гидролизующих агентов – электрохимически активированных растворов католита и анолита в технологии синтеза пищевых добавок. Биотехнология, пищевые волокна, пектин, целлюлоза, гидролиз, католит, анолит. Пищевые волокна играют важную роль в питании, их отсутствие в рационе человека ведет к развитию так называемых болезней цивилизации, а именно, ожирению, переутомлению, болезням полости рта, дивертикулезу, диабету, желчно-каменной болезни, запорам, геморрою [1,2]. На схеме рис .1 показаны специфические области физиологического воздействия волокон.
Как растворимые, так и нерастворимые пищевые волокна участвуют в работе кишечника. Их влияние на пищеварительную функцию различно и зависит от химической структуры. Растворимые пищевые волокна преобразуются в толстом кишечнике, где содержатся бактерии, вырабатывающие необходимые для этого ферменты. При этом за счет ферментации бактерии получают энергию для размножения и строительства новых клеток. Нерастворимые пищевые волокна метаболизируются в меньшей степени, особенно в присутствии лигнина. Их функция в кишечнике заключается, в основном, в удерживании воды. Таким образом, связывание воды, метаболизм волокон и размножение бактерий стимулируют деятельность кишечника [5]. Пищевые волокна, как растворимые, так и нерастворимые, относятся к пищевым добавкам [3]. Наиболее распространенные растворимые пищевые волокна - пектины - зарегистрированы в Международной цифровой системе (INS), разработанной ФАО/ВОЗ, под номером Е 440. К нерастворимым пищевым волокнам относятся, в первую очередь, целлюлозы и их эфиры, а также частично гидролизованная целлюлоза - микрокристаллическая и порошкообразная. Микрокристаллическая целлюлоза обозначается в INS номером E460L Пектин и микрокристаллическая целлюлоза в качестве пищевых добавок позволяют придать продуктам новые органолептические и физико-химические свойства. Так, пектин по технологическим функциям является загустителем, стабилизатором и желирующим агентом для пищевых продуктов, а целлюлоза -эмульгатором, текстуратором и компонентом, препятствующим слеживанию и комкованию. Получение пищевых волокон связано, как правило, с жестким гидролизом растительного сырья, который ведется с помощью сильных неорганических кислот или щелочей, что приводит к потере продукта вследствие частичного разрушения, усложнению технологических процессов и безусловному ухудшению экологических параметров процесса, увеличению затрат на оборудование и восстановление окружающей среды. Поиск путей совершенствования технологических процессов в производстве пищевых волокон с целью увеличения эффективности и экологической безопасности, а также получения качественных конкурентоспособных продуктов привел к использованию в основном процессе технологии - гидролизе - новых гидролизующих агентов. В основу альтернативных кислотно-щелочному способов получения препаратов пищевых волокон был положен принцип замены традиционных химических реагентов на технологические растворы, полученные электрохимическим синтезом из разбавленных исходных растворов доступных солей. Процесс электрохимического синтеза в общем случае представляет собой униполярную последовательную или одновременную обработку исходного раствора в диафрагменном электрохимическом реакторе специальной конструкции, с образованием продуктов синтеза с заданными свойствами, которые определяются составом и соотношением исходных солей и режимов электрохимического синтеза [4]. Основные различия традиционных химических и альтернативных реагентов представлены на схеме рис. 2. Преимущества электрохимически синтезированных реагентов очевидны:
Исследованиями, проведенными в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов Московского государственного университета пищевых производств, показано, что эффективные аналоги химических реагентов с кислыми и основными свойствами могут быть получены путем электрохимической униполярной анодной или катодной обработки водного раствора смеси солей хлорида и тиосульфата натрия при концентрации 70 и 4 г/л соответственно, силе тока 12А. Значения рН и окислительно-восстановительного потенциала электросинтезированных реагентов составили, соответственно, для анолита -1,8 и +4,1 мВ, для католита -12,2 и -460 мВ. Получаемые на основе электрохимического синтеза католит и анолит, характеризуются стабильностью и сохраняются в течение длительного времени (до 16 ч). В процессе исследований электрохимически синтезированные растворы использовали для получения растворимых и нерастворимых пищевых волокон. Растворимые пищевые волокна - пектин - получали из отхода сокового производства - яблочных выжимок, соответствующих требованиям, предъявляемым к пектиносодержащему сырью [5,6]. Для гидролиза протопектина яблочных выжимок использовали анолит А - с рН-1,8. Схема получения анолита представлена на рис. 3.
Гидролиз осуществляли при гидромодуле, равном 1:13. Реакционную массу при периодическом перемешивании выдерживали в течение 2 ч при температуре 90оС, после чего добавляли воду до значения гидромодуля, равного 1:18. Затем реакционную смесь дополнительно выдерживали при температуре 90оС в течение 30 мин для обеспечения полного экстрагирования пектина. Реакционную массу охлаждали до комнатной температуры и фильтровали через капроновую ткань. Гидролизованные яблочные выжимки подвергали повторной экстракции водой в течение 30 мин при гидромодуле 1:10 и температуре 90°С. Экстракт фильтровали через капроновую ткань и объединяли с гидролизатом, отстаивали в течение 4-5 ч, декантировали и фильтровали на воронке Бюхнера через слой кизельгура. Очищенный раствор концентрировали в роторном испарителе при давлении 15 мм рт.ст. до содержания сухих веществ 10-12%, при этом по мере доведения концентрации раствора снижали температуру процесса до 35°С. Технологическая схема получения пектинового концентрата с использованием реагента с рН 1,8 представлена на рис. 4.
В следующей серии опытов исследовали влияние гидролизующего агента на свойства полученного пектина. Выделенный пектин соответствует международным стандартам - содержание основного вещества - галактуроновой кислоты в нем составляет 74% (по стандарту не менее 65%). Характеристика пектина, содержащегося в концентрате:
Возвращаясь к анализу отличительных особенностей анолита, следует отметить, что подтверждением его высокой реакционной способности является увеличение (по сравнению с кислотным) выхода пектина при извлечении его из растительного сырья, на что указывает его повышенное содержание в концентрате (4,2%). Препарат нерастворимых пищевых волокон - микрокристаллическую целлюлозу - получали из измельченной пшеничной соломы. В основе традиционной технологии лежит отделение целлюлозы от сопутствующих веществ в результате двухступенчатой химической обработки в которую входят:
В ходе экспериментальных исследований заменяли раствор щелочи на католит, а раствор кислоты на анолит. Характеристики целлюлозы полученной при варьировании реагентов представлены в табл. 1. Таблица 1 Характеристики целлюлозы, полученной различными способами
При замене раствора щелочи на католит - реагент К (образец 2), по качеству выделенная целлюлоза оказывается сопоставима с полученной традиционным способом: содержание основного вещества 96,8, лигнина 2,0%. Замена раствора кислоты на анолит - реагент А (образец 3), а также обоих традиционных растворов на электросинтезированные (образец 4), сопровождается получением целлюлозы, характеризующейся пониженным содержанием основного вещества и повышенным содержанием лигнина. Состав выделенных препаратов целлюлозы показал, что эффективным является замена раствора щелочи на католит при сохранении в качестве кислотного реагента 2%-ного раствора НNO3. В этом случае происходит эффективное отделение гемицеллюлоз с последующей деструкцией олигомеров лигнина католитом с рН 12,2. Исследование влияния католита на возможную степень деструкции целлюлозы показало, что при замене щелочи в процессе гидролиза соломы католитом с рН 12,2, происходит только удаление сопутствующих целлюлозе веществ, гидролиз молекул самой целлюлозы не наблюдается. Технологическая схема получения микрокристаллической целлюлозы с использованием католита на стадии делигнификации представлена на рис. 5.
Таким образом, в ходе проведенной работы выявлены преимущества и показана принципиальная возможность замены традиционных сильных кислот и щелочей в процессе гидролиза полисахаридов на экологически безопасные электрохимически синтезированные реагенты и разработаны прогрессивные технологии растворимых и нерастворимых пищевых волокон, позволяющие получить продукты стандартного качества. Источники информации.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
