Исследование химических аспектов извлечения пектиновых веществ с использованием электрофизических методов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

институт органической химии академии наук республики кыргызстан

ИЛЬИНА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ^СПЕКТОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Специальность 02.00.06 — Химия высокомолекулярных соединений

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Бишкек 1992

. гайота выполнена в Институте органической хииии Академии наук Республики Кыргызстан и Краснодарском филиале ВНИИПК.

Научний руководитель - доктор химических наук, профессор -,./..•) Ашубаева Э.Дк.

Официальные оппонента - доктор химических наук

Пигаугпн Ф.В.,

кандидат химических наук М.М.Мусулшанова

Ведущая' организация - Институт химии АН Республики Таджикистан.

Защйта состоится "_Ж_" июля 1992 г. в I400 часов на заседании специализированного Совета К 009.02.01 Института органической химии АН Республики Киргизстал по адресу: Чуйский проспект, 267, ком.234.

С диссертацией можно ознакомиться. в библиотеке Института,

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь ^

специализированного Совета lt/.j

кандидат химических наук j^r^ Р.И.Кояахметова.

И H К ,Ц К II 1! Е

О

Б настотцее в]>"мя в о)«пи с ухудшение».! эколотяокой обстановки, трудностьп получения иколи-гически чистой продукшш, а такте собитинми ни ADC л Чернобылр, Санкт-Петербурге назрела необходимость л нроФилактп'шокпм применении детсжсякаитов-протектороп при зксщемалышх: условиях действия (тонизирующей радиации и xpominecv-oit экзогенной токси- _ каши радионуклидами и тяголымп металлами. В я том плане лАляет™ оя весьма актуалтнм вопрос совершенствования и разработка новых технологий и техники производства различных видов пектина, которые эаншапт одно из вамшк пест среди детокеикантов.

В последние год« рязрябатыпаптся ноше электрофизические способы получения пектиновых препаратов, предусматривавшие предварительную обработку сырья дли использование электроактилиро-ванннх систем в качестве гилролизунщих агентов. Наложение электромагнитного полн на системы оказывает лишние на их химический состав п свойства. В связи о этим весьма необходимым явля-отся изучение физико-химических аспектов процесса извлечения пектиновых веществ из пектпясодертощого сырья при алрктромагнит ■ ном воздействии па рабочие средн.

Анализ состояния вопроса получения пектинов различных типов показал, что пектиновые вещества, содержащиеся в цитрусовом и яблочном сырье, имеют высокую степень метокеялнровяния (более 70$) и для получения других видов пектина, например, низко- и среднеметоксилнрованных, необходимо проводить ях двэтерификецип, которую осутцествлнит на различных стадиях иоктинового производства. Сведения о комплексном влиянии различшгх факторов на механизм основных процессов и Физико-химические свойства выделяемых пектинов отсутствуют. Между тем, псе возрастающая необходимость получения пектинов с высокой дегокеппирущей способностью обуславливает поиск путей выделения пектинов с необходимым комплексом свойств.

В связи с этим одним из приоритетных направлений исследований в области получения пектинов является подбор новых технологий, а также выявление оптимальных условий гидролиза-экстрагирования растительного сырья с нельм выделения пектинов с разЛичной степенью етерификация. ~

Дашиш диссертационная раоота является чостыг. исследований, проводимых и лаборатории химии и технологии растительных веществ Института органической химии Академии наук Республики. Кыргызстан по теме "Пектины. Способы получения, методы определения, струк-ту ра, состав, физико-химические свойства, производные, применение" И гос. регистрации 01.9.10 024032.

Цель« настоящей рароти является изучение физико-химических аспектов извлечения пектином« веществ с заданными свойствами из цитрусового сырья с использованием электрофизических методов обработки походного материала или гндролизумцпх агентов.

В соответствии с целью опредапони следующие задачи:

- изучить физико-химические показатели злектроактивирован-ных систем, полученных различным способом, и провести сравнительный анализ химических свойств электрообработашшх. водных систем со свойствами растворов соляной кислоты;

- выявить возможность увеличения выхода пектина и улучшения его качественных показателей в результате предварительной обработки пектиносодержащего сырья под действием электромагнитного поля сверхвысоких частот;

- исследовать комплексное влияние основных факторов процесса гидролиза-экстрагирования на свойства извлекаемого пектина;

- создать детерменированную модель гидролиза-экстрагирования растительного сырья на основа регрессионного и корреляционного анализа экспериментальных цанннх и установить условия получения пектинов с заданным комплексом свойств.

Научная новизна работы. Впервые изучены химические основы процесса извлечения пектина с использованием электрофизических методов обработки' сырья или минерализованных жидких систем, являющихся гидролизующими агентами протопектина. Проведен сравнительный анализ гидролизующей способности электрообрайоташшх различными способами минерализованных систем и растворов соляной кислота.

Установлены физико-химические закономерности совокупного воздействия технологических условий проведения процесса гидролиза-экстрагирования на качественные показатели извлекаемых, пектинов.

Создана детерметщровшшая модель iipoiteccn гидролиза-»котря-гировшгия пекттюпкх гоцестп из растительного онрьн im основе штлиза основного кинетического уравнения процесса извлечения пектина и с учетом качественных измрнпни(1 нулевого продукта, oti• ределеннчх пухом регрессионного анализа,

!1а основе изучения щюцвеся пшрол<т-.знсгрягиропа.ч№1 пектина и иотплчния физшео-хияичееких закономерностей йзмеиения его качествешпгх характеристик определит огтим.елыше условия получения нектипорнх гешестя с различной степпнып зтерикн'ядии, что позволяет решить задачу получения пектинов о вчсоксЧ до-токсицируице!! способностью.

Новизна технологических решений, получчтшх п результате вштоляенчга исследований, подтверждается иолотятолышми решениями Госкомизобретечия СССР на изобретения заявка !t от 23.03.90 и заявка Г 4901077/05 от 36.02.92 г.

Устячоатение (Уязико-хпмичос-ких закономерностей нротегяиия процесса гидролиза-пкстрагирова-ния иектпновнх веществ из сирьч при злпктро'1 изичеекпх способах обработки рабочих сред, позволяет рекомендовать условия получения пектинов с эаданшя.т свойствами и способствует решения задачи выделения пектинов с высокой дезгоксидируище» способностью. Предложенный способ извлечения пектина из сирья, предусматривающий предварительную CDrI-обработку отяшмов, позволит увеличить внход пектина в 1,5-2,0 раза по сравнении с традиционными способами, я, следовательно, повысить производительность пектиновых заводов при. снижении затрат im химические реагента. Гяз-работаи способ получения низкометоксилированного пектина путем обработки зкетрякта яочообмешшм» смолами. Этот метод позволит использовать получаемне пектинасодержащие экстракта с низкоме-токсилирогялннм пектином в качестве лечебно-профилактических продуктов, поскольку ионообменная обработка экстракта способствует его очистке от фенольних соединений я частичной деминерализации.

Апробация работа. Результата работы доложен» на конференции молодих ученнх м специалистов Шестой Всесоюзной иаучно-тохян-чоскоЯ конференции "Электрофизические методы обработки пищевых ¡продуктов п сельскохозяйственного сирья" (Москва, 1909 г.);

Ьиииийлшои коь1 и^ииции "Соотояаие исследований и пути совершенствования техники и, технологии производства пектина в стране" (Кишинев, 1905 г.); Республиканских, научно-технических конференциях "Разработка и шенрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологии, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перирабатпваютие отрасли АПК (Киев КТШШ, 1991 г.); "Электротьхнолопш пектиновых веществ" (Киев, 1992 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовали 3 научных статьи и тез пси докладов» 2 статьи находятся в печати, получены 2 авторских свидетельства и 2 заявки на изобретения нахо- . дятсн на рассмотрении во ВШ1ПГПЭ.

ШДМ-ЙЬХСШД 11 работу состоит в постановки конкретных задач, самостоятельном проведении,эксперимента, обработке получен-ннх результатов, активном участии в обсуздоции результатов и выводов: разработке"научных оспой получения пектина с использованием в качестве гидролизую.иего. агента электрообработанных м ин е рал и з о в а н 11 нх систем.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертанионная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка ис пользование 1\ литературы и ггрилокени!.. Работа изложена на 131 страни-в,в машинописного текста. Иллпстрацношшй материал иредстиняен 10 рисунка1ли и 25 таблицами, список использованной литературы включает 114 наименований.

Во введении охарактеризована актуальность проблемы, обоснована тема диссертационной работы, сформулированы задачи исследования и определена цель работы, приведены основные научные положения. диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТО

В первой главе проводятся обзор теоретических.представлений о процессе электромагнитной обработки минерализованных систем, дан конкретный анализ методов электрохимической активации различных растворов, описаны способы получения пектинов о пониженной степенью этярификяции.

По имеющимся в литературе сведениям существует несколько способов злектроактивацин: ялвктродпализнпя обработка растворов с применением моно- и биполярных мпмбрач, лоздпЯетвио уииполлгр-

ного электромагнитного ноля или высокочастотного разряжении и другие. Эти способы позволяют получить кислотнно среди, япляю-щиесп гидролизующими агентами протопектина, а так же катализаторами гидролитического расщепления слогноэ!! ирных связей при деметоксилироваппи пектинов.

D связи с я тип целесообразно проведение исследовании (Тизи-ко-хпмических показателей электро-активированных 'водных систем (ЭАБС) и сравнение Их со .свойствами растворов минеролышх кислот.

Анализ существующих способов производства пектина с пониженной степенью э тарификации показ'ал, что основные процесс» де-метоксилировачия пектиновых веществ связаны с проведенпш кислотной, щелочной или федоентативпой обработки. Использование в качестве гвдролизующего агента электрояктивированннх минорализовоп-1шх растворов монет оказать влияние на дальнейший процесс де-этери^икшти пектина. Для определения условии получения пектина с заданными свойствами необходимо изучение процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из сирых с учетом изменения качественного состава получаемого продукта.

Во второй глава приведет« результата лабораторию, исследований основных Физико-химических показателен электроактивировач-ннх жидких систем, полученных в результате униполярной электромагнитной и электродиализной обработок растворов поваренной соли, а также дана сравнительная характеристика свойств ЭАВС со свойствами соляной кислоты, являющейся аналогом данных систем. Результаты исследований показали, что все образцы ЭАБС и HCl с одинаковой активной концентрацией ионов водорода имеют сравнимую общую концентрации ионов Н+. Содержание ионов хлора для растворов, полученных в результате электродиализной обработки растворов NaCI (ЭДВС), и соляной кислоты соответствует концентрации ионов водорода. Несколько большее содержание ионов CI" отмочено у систем ЭДВС, что связано с потерей селективности алионообменных мембран из-за возрастания сопротивления поляризационных слоев на поверхности разделительных мембрап и усилении Д1ГЙ73ИИ соли через мембрану наружу под действием возросшего градиента концентрации на них, Для систем, полученных в результате униполярной электромагнитной активации 0,1-1,03 растворов

IfuCl (3AM0), устаноышно полное йесоотботстыш концентрации ионов и (¡I-, все возрастающее при снижении рИ анолита, что объябшютсн перетоком "ионов 'ОП'из катодной ь; анодную-ао'ну .•"»

Анализ окиолительно-восст'аиовичельпих^noTOHíiii^üü -сйстал < ЭА1.'С, ЭДЬС и раствиров HCI показал нисокие "злйчеШы рбдакспотен -циала '(E¡¡ ) для систем Э'АКС и низкий'(почти Н'й раза), сравнимые мёмду coóoil, lfy растворов соляной киоЛо1й:и ЭДВС; -Повышена иый редйке-потепцйал связан с -образованней оКполйтелей на айодв при униполярной алектромапштной активности растворов MaCl; Б системах ЭАВ'С обнаружены гипохлорит-, хлорат-, перхлорат-ионы,, которые отсутствуют в растворах НИ ц системах ЭДВС'.-' Гвдролизугга;1ую способность'элвктрйак'Гияироьашшх жидких систем (в сравнении с IKJI) оценивали но скорости гидролитического расщепления протопектина''до 'Нектиношх 'веществ и степени извлечения пектина из оирья. Б результате наследовании установлена-cíbjiéé высока« степень гидролиза при использовании в .качестве гидролизующих агонтов HCI и ЭДВС но сравнении с системами ЭАХС. Это Г ио-вь'Д1ц\;ому, связано'-с протеканием в первый период времени побочных окислительных, процессов: 'Кроне того/"наличие гатзоойраз-ной ..шракци," п данных системах,, а.яуедио дополнительно

снижает, акотрагируг^о-ю, способность-,у1сазан^их/,'растврррв77 ,-,„.,.., • •'•¡Проведенный анализ позволил установить, дто,лрадтиче,рк,\1 ., -■■ -ьев:.алвктрйактввировашше} водице сис/да,^. можир. использоваться - ¡тдароли'шщекогр ре-

зуль,таи1:>по гадролизующей, сцосрф1ог,т}1 покащн ciuiteiiH, получении в те.'-р<?зультатр- ун1Пюляряо(1;илектроь1агрииюЛ1.йг5^ PO&jNaGI,. г ; , - >, ,.,„ .

:.rJ) .работе, предпринята пр;ши<а, м.од§ли; ^процесса,гидролиза-эедтрде^олан^ на р,сново рогрессион--корраляциониого. ашдог^^ксперимоитшшпм данных. ' -. "Г} =Для,.определения у,еловй|1

пектина и влияния их на етещ^.этер^итцш «.'мо^екулфну^ массу и уронидную ростаадюногю^цл использован^ метод планирован™ экцпоримрнтов пр оптимальному ди^ухургжневому и расширенному' плану. В^взульуатф математической обработки эксперт;¡ентал'ышк ^,даш{НХ1Ч15моделнг[1.олучнп). уравнении регрессии для степени этори-

•Фяияоди -

.......: ' $ - . •• •

сз - 70,36 - й,Г:4г1 - М1к?> - 5,23х4.+ 7,67х3 - <

для молекулярноп массы '..... ' ' '

Ш = 44,0 - 7,С-9г1 - Б,61.«4 + П,95х3 - Г.УВ*^ V г'.'Ык^з"

, . для урошщной_ составляющей:-. ...... ,, , , .. , i .

, II,.- 40„30 I- I ,Г.7хг - ^Хх^-.ЗДОх^з . ' гл. ^

' для;выхода' иолигаггэктутюнтггт?1-' '>'••!■..•. 'и-и-

где хр. х3-,: Хд кодированнн.з;.эн<т{ци .темпвратурн-,, г идро;? * ; модуля» энячоннч.рИ и пррдоляитедыюо.ти процепса .соотдет-п... ственио. ,, ; г' ,: ,, с-; ■ .!!•..;'- г;

. ; Анализ (получен них регрогсионннх , урпв1!РЦпйчпокаэзд-с что на выход: полкталактуроншт- основцоа.-цозд.ейстЕИРъ-оказывапт -температура и .кислотность среди.; Измелрние степени фтерпфшгядии- в-.-ос-новном зависит от рН раствора.н ,продоляительно()тн глдро/тз.я. На деструкцию;пектиновых макромолекул. значительное, влияние. оказывают 3 фактора: рН- среди, -температура- ф продолжительность. Сравнительный анализ коэффициентов регрессионных уравнении-СЭ>л КМ • позволил установить преимущественное протекание деструкции молекул пектина по гликозидннм сгазям но сравнению с реакцией гидролиза сложноэфирннх связей.

Уронидная: составляющая пектинов,ч выделенных из сугаенмх цитрусовых отжимов' при достаточно- мйгких.-'услолдях проведения : ■ гидролиза-экстрагированиясоответствовала Это связано

с тем, что данная: гетерогенная, система на 2/3"С0СТ01?г. из нейтральных полисахаридов :(пЬ-видпмоку типа- арайиняна я гаяактана). Анализ регрессионного' уравнения1-дгл ;урониднойч составляющей показал-на прешуществен1нов-шшяниог на" нее; двух »факторов процесса гидрализа-якотрзг-ирования'Л'тшпвратурн лпщщрлжителнтости.: .Повышение температура- способствуй?'' увеличению -уронидной< составляющей'. Это связало о'гидролитическим отпешгением' боковых цепей;1' состоящих из соединений нейтрального характера и присоединении* к остову'рямногвлпктуроняиа.-Упта1Швл^1т7!гчто' (Увеличением времени процесса гидролиза-экстрагирования выделяются' пектипн .о^с

пониженным содержанием галактуронана в связи с более глубоким протеканием реакции гидролитического расщепления сьяэей других полисахаридов клеточной стенки (крахмала, гемицеллкшоэы, клетчатки и др.).

Для определения оптимальных условий получения пектинов с заданными свойствами била проведена оптимизация целевых функций комплексным методом Бокса при наличии явных (по технологическим ([акторам) и неявных (по качественным характеристикам) ограничений. В результате расчета оптимальных параметров процесса гидролиза-экстрагирования пектинов с различной степенью этери^ика-. ции били установлены условия экспериментов, позволяющие выделять пектины различной СЭ. При установленных режимах гидролиза-экстрагирования экспериментально получены образцы пектинов, которые были исследованы на Ш, СЭ и Пг' (табл.1).

С целью учета нелинейности искомых функций для качественных показателей и на основе изучения основного ди^'еренциальнохк» уравнения кинетики процесса экстрагирования применительно к гидролизу нротопектиновой фракции в данной работе разработана вторая модель процесса гидролиза-экстрагирования. Для описания процесса извлечения пектина из сырья было использовано основное кинетическое уравнение гидролиза-экстрагирования растительного сырья:

Экспериментальна установлено, что кинетические кривые выхода пектина носят нелинейный характер (рис,1).

На общую картину кинетики гидролиза-экстрагирования растительной ткани накладывается процесс ди^узии экстрагента, п также момент перехода пектина в раствор. Так как константы "а" и "Ц " основного кинетического уравнения неоднозначны для различных условий процесса и зависят от режимных факторов гдцролиза-экстрагирования, проведен регрессионный и корреляционный анализ функций, описывающих изменения "а" и "к " при варьировании значениями температуры, величины рН и соотношения твердой и жидкой фаэ.

В результате анализа получены уравнения регрессии для коэффициента "а":

Таблица I

7сяовия проведения экспериментов и значения рассчитанных я экспериментальных физико-химических показателей пектина при оптимальных параметрах

образца ^ ¿°с I ) 1 . ! рН т ! "2", мин 1 !Выход пек-! !тина, % ! I т - Л 1 | П*. % Ш

рассч. 95 Г7 1,05 188 15,6 35,19 45,00 -

экспер. 95 17 , 1,05 1Б8 15,14 35,71 45,61 11450

рассч. 95 17 1,00 255 20,21 40,00 -

экспер. 95 17 1,00 255 14,62 22,00 . 32,23 8100

рассч. 76,5 18 1,05 180 10,00 55,00 40,20 35000

экспер. 76,5 18 1,05 180 ' 3,65 69,85. 43,10 32200

рассч. 82,3 18 1,08 230 12,80 55,00 42,80 27000

экспер. 82,3 18 ' 1,08 230 ' 10.40 54,6 45.43 275ОС

РисД. Динамикй%зменекйя выхода пектина из цитрусовых отжимов при температур о 90°С при ^различных условиях процесса гидролиза-экстрагирования.' , I - 16; рН-' 1,0; . 2 - = 12, рН = 1,0ч 3 - f - И; г"4 -Sfjá 12; jfl ~ 2,0

а = 0,065 - 0.09XJ; - 0,10х2 + 0,03х3 - OJIXjXg + £ + О.ОЗх^з - 0,06х| - р,I3x| о ! ! ¿ ' .

с- <■:' с: С i С i о ' i'; i.' ■■ : ¡ ; для константы скорости; гидролйза-зкстрагировашш 1 л

^ = (2,96 + I,27xj - 1,44хз - 0,43x^2 - О.бЗх^з) Ю3 Остаточное содержание пектиновых веществ в сырье,1 в. связи с экспоненциальным характером изменения коэффициента "а", установленным методом "апроксимации функций двухпараметричоскими уравнениями, определяли по уравнению ' ' к "

? - е.хр (о)' zxp (- Át) ■ i - • Я

Проведенный регрессионный и,корреляционный анализ совокупного влияния всех"четырех факторов 'на качественные показатели извлекаемого пектина, с учетом нелинейности Изменения функций СЭ, ММ и Пе от продолжительности гидролиза выявил ввд этюс зависимостей для степени этерйфикации: ¿i ; -

СЭ « 74,4 -:25х| - i.4x2 + ¡3,0x3 ¥ 5,7xjxg -

- 2,2xjx4_ + I,6x3x4 + 3>2x2 '

12

дли молекулярной масон:

Ш =' 4,63 - 7+ 8,3х3 - 3,5х4 с 1,7хгх3 - 1.4xjx4 -

1,4x2*3. нЛл3хЗх4' ~ 2,Sxj.*- 2,6x3 - 2,1х3 Для. опред&пе.шм- уйповиД-.г11дро;1Иза-экстрагйро£;ш»1^..расти- . тельного сырья.,- позволявших.-.лолу.чать пектины со СЭ 65..и-55$ и с максимально-, вовисдорЯ, молекулярной массой, проведена оптимизация кинетического уравнения с введением отграничений, ло тнхнологиче- , ским-ректорам: праи,б№аг1;ы'1ункционадьнш ;зави.сцмостям При наеденных рптчшашшх.условиях наставлены эксперименты,.по. пщррлизу.'-зкстфагдровашш пектиновых, вицестх^ изгсирья.,..а полу-., ченнне образцы исследованы,на оуцкицояаяьнии состав н молекуляр-.

.--.•= ::■>;■:/.■: - .-•-.■т- г.- .'Таблица 2 .

сословия, пр<зведени11-ггвдролила--экс|'рзгиро!виндя и значения,......

рассчитанных ц; зкспердаелтэд.ьно найденвдх показателей •• • •;..^--^ектинауири^рит^лап.ьшх параметрах. , .. ,

' ' *'• 1 ^ 'ЛГ ' : "1 ! :'7':; ! " !Выход*

• • t ! '-"£0!; 'Г •-л"-1-- rfi;-" 1 -"■ №1 • ! СЭ.Хг- !пекти-! ! ' ! ! ' ! ! !на, %

расч. 91 . 16,2 1,05 104 30600 ез.оо 9,92

экеп. - - ' - 30300 62,34 10,40

расч. 89,6 16,0 1,06 92 ,4•. 33000 ;65,00 .1 tf 9,03

экоп. - " - - 33.200 ,6 С', 30 9,50

расч. 08,5 15 ,8 Т ,19 21 i ¡2 • „_ 2685(3 5,00 10,95

зкоп. - - - - SVCOQ -55',40 .10,50

Совпадение расчетных : и экспериментально пот/ученных. данных

еяидотельстяует ой аценва'йгосэтгтьяйдйтги-урагтшн!!!" регрессий для пчхода пектина -¿''"задаяшлИ' показателями.''Созданная жуЙль процесса позволяет целенаправленно вести процесс гидролиза-экстрагирования для получения пектинов с Задакнш комппекгюн свойств. ; ' л ' !

Для интенсификации процесса извл'ечеий*• п'вктиновнх решаетв ип сырь«, а тпкжа выявления яоямогпгостл смягчения условия гидро? ТЗ

лиза и экстрагирования растительной ткани проведен« исследования влияния тепловой обработки цитрусовых свежих отжимов в электромагнитном поле сверхвысоких частот (ЭШ1 СВЧ) на выход и качество целевого продукта. Результаты исследований' показали, что при проведении предварительной обработки пектиносодержащего сырья ЭМП СВЧ выход пектина увеличивается в 1,5-2,0 раза (рис.2). СВЧ-сушка отжимов позволяет повисит степень извлечения пектиновых веществ из сырья с 3555 до 45-64$.

Проведение процесса гидролиза- растительного сырья дистиллированной водой показало, что выход пектина из сырья, обработанного электромагнитными волнами СВЧ, практически в 1,5-2,0 раза выше, чем из сырья, необработанного токами СВЧ. Это, согласно теоретическим представлениям об СВЧ-сукже различных материалов, связано с тем, что обработка капиллярно-пористых материалов в электромагнитном поло сверхвысоких частот при суше сырья приводит к локальному разрушению мембран клеток при сохранении ее общей целостности, что дает возможность гидролизующему агенту быстрее проникать в поры растительной ткани, а прогцдро-лпзованному пектину свободно экстрагироваться из сырья в раствор.

впъ

/

г

30 60 30 120150180 Г. ми//

Рио.2, Динамика изменения выхода пектина из сырья:

1 - обработанного ЭМП СВЧ;

2 - необработанного ЭМП СВЧ

Полученные этим методом Нектшш обладают высокой отьиыи.ю метоксилирования (00-09??) и большой прочностью пектиновых студней (600-€45 мм рт.ст.), несмотря па низкую их урониднуи составляющую.

Проведен» исследования изменения степени этерификшии пектинов в процессе щелочной обработки пектшшеоцйржащих эксарак-тов. Деметоксилирование пектина проводили о использованием ионообменных смол. Результаты исследований показали, что использованием ионитов при обработке экстрактов позволяет получать пектины с различной степенью этериЗикации. СЭ пектинов в течение двух часов деметоксилированип снижается с ЙЗ до 37'^, а уронвд-ная соотаяч/тщая изменяется незначительно. Снижение скорости деструкции молекул пектина достигается уменьшением температуры процесса дйметоксилирования пектиновых веществ в пкстракте.

Практические рекомендации по использований пектинов, полученных при различных условиях

Качественные показатели пектиновых веществ, полученных при * оптимальных условиях процесса гидролиза-экстрагирошнля чэ цитрусового сырья, обуславливают широкую область их применения.

Изучение скорости студнеобразования пектинов и прочности пектиновых студней позволили установить, что скорость гелеобра-хования у пектинов, имеющих разную СЭ, различна. Пектин со ОЭ 75$ относится к типу А, пектины со СЭ 62,3 и (55 ,3% - к типу Б, и со СЭ 55$ - в типу В (согласно ОСТ I11-3-82 "Пектин"). Яроч- * ность пектиновых студней для всех образцов довольно высока (табл.3).

Таблица 3

Значение студнеобрадующей способности различных типов . пектина

! ! ¡Студнеобразующая ¡Прочность .пек-¡Броня »•••,уд-

Н ! СЭ, % ! ' ММ ¡способность, ¡типового студ-!необразова~ 1 - ! ! °ЗА& !ня,мм рт.ст. !ния, мин

I. 75,0 44000 140,2 490 ¡6 0,5-1,0

2 65,3 33200 145,4 713,5 4,0-5,0

3 62,3 30300 145,7 705,4 4,0-5,0

4 55,4 27000 142,9 . 660,6 Р, 0-70,0

Пектшш с различной степенью этерификации бати исследованы ни их свдзнвага&'в способность но отношению к тяжелым мстгшлам

и (У*^). Била разработана методика подготовки пробы к анализу па ааомио-е^оорбтоинои спектрофотометре путем разрушения органической матрицы пектинов тяжелых металлов и перевода исследуемых'металлов в растворимое состояние. В результате экспериментов установлено, что полный переход Ме+^ в раствор происходит при минерализации пектатов смесью концентрированной азотной кислоты и 30£ перекиси водорода в соотношении 3:1.

Исследования показали, что способность пектинов связывать тяжелые металлы возрастает с увеличением содержания свободных карбоксильных групп в пектинах (табл.4).

Таблица 4

Комплексообразующая способность пектинов

К ! ! СЭ, % ! ! ! ММ ! 1 1 ! Коинлексообразующая способность пектина ! по отношению |

1 ! ! ! i !к свинцу, г ! ! покт. !к кадмию, г Ш4у'/тп ! пект.

I 75 ,00 44000 0,056 0,012

2 65 ,30 33200 0,105 0,064

3 62,34 30300 0.3С0 0,092

4 55,40 27000 0,364 0,156

5 35,19 11450 0,403 0,295

6 20,21 8100 0,356 0,264

В .главе 3 даны ссылки на методики, используемые в данной работе, проведена оценка погрешности измерений основных физико-химических характеристик. Определены дисперсия воспроизводимости, стандартное отклонение, относительное стандартное отклонение и доверительные интервата для определяемых показателей выхода пектина, содержания свободных и этерифицяровапных карбоксильных групп, степени этерификацпи, уронгдпой составляглцей и молекулярной массы.

выводи

1. На основе окспершенталышх и теоретических иссльдоьи-яий установлено, что элоктроактпнированние системы, полученные в результата алектродиалпэнои и униполярной злектромагшпной обработке растворов хлорида натрия, является аналогами соляной кислоты и отличаются от пса лишь наличием в большей (при униполярной) ¡ми меньше» (ври электродиализной обработке) степени редокс-потенциала, обусловленного присутствием окислителе!!

(в основном в виде активного хлора) либо восстановителей (в виде газообразного водорода) в системах. Гшгролиэуюдал способность таких систем довольно высока и сравнима со свойствами соляной кислоты. Непосредственное использование установок позволит снизить затраты и спить проблемы, связанные с применением в пектиновом. производстве соляной кислоты.

2. Расчетным путем получены уравнения регрессии, описывающие Функции зависимости степени зтери;]икацпч, уронидной составляющей, выхода' полигалактуронана, молекулярной массы от температуры, соотношения твердой и жидкой фаз, значения рГ1 и продолжительности процесса. Создана детеркениролаяная модель гидролиза-экстрагирования пектинов!« веществ из растительного сырья на основе изучения дифференциального уравнения кинетики денного процесса и с учетом изменения качественных показателей целевого продукта. Методом оптимизации (Функций определен!! и экспериментально проверены условия гидролиза-экстрагирования пектиновых -веществ из сухих мандариновых отжимов, позволяющих получать пектины с различно!! степенью отерифякящш.

3. Изучение основного кинетического уравнения гидролиза протопектина с учетом экстрагирования пектиновых веществ из растительной ткани позволило установить 2 стадии указанного процесса: регулярной и"нерегулярной. Первая (нерегулярная) стадия имеет высокую скорость процесса и связана с разрулени^ 'водородных связей. Вторая стадия приобретает регулярный характер за счет иротекннпи с постоянной скоростью процесса разрумянил "солевнх мостиков" протопектина о целлто.зой и гидролизС сложно-эфирных связей молекул пектина с другими лещеотроми клеточной стенки.

4. Использования ОВЧ-облученкого сырья в процессе гидролиза-экстрагирования пектина из растительной ткали позволяет увеличить выход пектина в 1,5-2,0 раза. Интенсификация массо- и влагообмена, связана с разрушением мембран клеток (по-видимому, водороднкх связей) под действием электромагнитных волн и расширением микрОкапилляр и пор растительной ткани. Выявлена возможность извлечения пектина из растительного сырья, прошедшего СВЧ-обработку, гидролизом дистиллированной водой. Результаты исследований позволили рекомендовать способ СВЧ-сушки сырья для подготовки его к гидролизу.

5. Показано, что щелочное деметоксшшрование пектина в экстракте мотаю осуществить, используя ионообменные смолы как на этапе нодщелачивлшст, так и на этапе подтшсления экстракта, Установлена экспоненциальная зависимость СЭ от времени деметок-еплировянил пектина в экстракте.

6. Исследованы желирувдие свойства различных типов пектина и выявлено, что все полученные препараты при оптимальных условиях гидролиза со СЗ > 50^ обладает шсокожелирущими свойствами. Результат!» исследования прочности пектиновых студней и скорости

•садки геля показали, что пектины со СЭ 70$ относятся к типу А, со СЭ 62 и (&% - к тину В и со СЭ - к типу В.

7. Методом ятомио-абсорбционной спектроскопии установлено, что связывающая способность пектина по отношению к металлам, зависит от его степени этерификации. Исследуемые образцы . пектина, обладая высокой связывающей способностью, могут быть использованы для лечебно-профилактических целей.

Публикации по теме диссертации

1. Режим гидролиза яблочных выжимок и свойства пектина / Я.БДонченко, Г.М.Сычева, >1.Л.Ильина, В.Д.Бакирь // Пищевая промышленность. - 1989. - If 9. - С.26-27.

2, Использование электроактивированных жидких систем в качестве гвдролиэующего агента при производстве лектина / Л.В.Дон-ченко, В.В.Целина, И.А.Ильина и др. // У1 Всесогоз. научн.-техн. конф'. "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов из сельскохозяйственного сырья". - М., 1989. - C.I3.

3. Ильина H.A., Гаивдов М.Ы. Подготовка еирья к процессу экстрагирования пектиновых веществ с применением электроактиви--рованных жидких систем // 71 Всесоюзн. научн.-техн. конф. "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья". - М., 1909,> - С,11.

4. Заявка J{ 4498265/05. Способ получения пектина /Мгебри-швиля Т.В., Медведев O.K., Скаковский Р.Ф., Кошевой Е.П., Дон-ченко Л.В., Нелина В.В., Суворкин А,А,, Ильина И.А., Рубан B.C., Штатская О.В. - Заявл. 15.08.88, Положит, решение Гос. научно-техн. экспертизы изобретений о выдаче авт. свид, от 23.03.90.

5..Заявка К 4901077 (004070) Способ получения ниэкометокси-лированного пектина / Ильина H.A., Сычева Г.М., Земскова З.Г. - Заявл. 09.01.91. Положит, решение Гос. научн.-техн. экспертизы изобретений о выдаче авт. свид. от 28.02.92 г.

6. Создание детерленироваяной модели процесса гидролиза-экстрагирования пектина методом регрессионного анализа / H.A. Ильина, Э.Дж.Ашубаева, А.Б.Боровокий, З.Г,Земскова. Изд-во Изв. вузов Республики Кыргызстан - в печати.

7. Ильина И.А., Авубаева З.Дж., Земскова З.Г. Физико-химические характеристики экстрагентов пектина, полученных электрообработкой минерализованных систем. Изд-во Изв. вузов АН Рес-пуьлики Кыргызстан - в печати.

Подписано к печати 2.06.92. Формат бумаги 60x84'/п. Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ 82.

720001, Бишкек, ул. Пушкина, 144, типография АН Республики Кыргызстан ' .'