Получение пектина и пищевых волокон из сахарной свеклы

29 января 2009 года

К одной из первоочередных задач, стоящих перед пищевой промышленностью, можно отнести обеспечение населения страны принципиально новыми, биологически полноценными продуктами питания из растительного сырья, полученными по безотходным, экологически чистым технологиям при минимальных потерях ценных питательных веществ.

Сахарная промышленность относится к числу высокоматериалоемких отраслей промышленного производства, потребляющих значительное количество сырья в расчете на единицу выпускаемой продукции. Технология получения сахара предполагает максимальное извлечение сахарозы в виде готовой продукции. Между тем, в 100 кг сахарной свеклы, кроме сахарозы, содержится 2,2 кг клетчатки и гемицеллюлозы, 2,5 кг пектина, 0,2 кг аминокислот, микро- и макроэлементы. Классическая технология свеклосахарного производства не решает проблемы получения этих веществ, так как они затрудняют проведение технологических процессов, повышают потери сахарозы. Часть из них безвозвратно теряется при очистке диффузионного сока и термической обработке полупродуктов, остальные выводятся в побочных продуктах производства – жоме и мелассе (Колесников, Люсый, Палов, 1998).

В связи с этим, актуальной является разработка технологий переработки сахарной свеклы и получения из нее новой продукции, что способствовало бы более рациональному использованию растительного сырья в сахарной промышленности и расширению ассортимента продуктов диетического и лечебно-профилактического направлений. К таким продуктам можно отнести пищевые волокна (ПВ) и пектин.

Пищевые волокна представляют собой комплекс биополимеров, включающий полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза (ГМЦ), пектиновые вещества), а также лигнин и связанные с ним белковые вещества, формирующие клеточные стенки растений. Значительная роль ПВ и необходимость их содержания в ежедневной пище несомненны. Они не только частично снабжают организм энергией, выводят из него ряд метаболитов пищи и загрязняющих веществ, но и регулируют физиологические, биохимические процессы в органах пищеварения. Благодаря содержанию значительного числа полярных групп, ПВ сорбируют как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные вещества, влияют на их обмен. В связи с положительным влиянием на пищеварение пищевые волокна рекомендуются как составная часть рационов питания человека. ПВ способствуют выведению из организма холестерина, препятствуют всасыванию ядовитых веществ, содержащийся в них пектин связывает ионы тяжелых металлов. Недостаток в рационе балластных веществ способствует ожирению, развитию желчнокаменной болезни, сердечнососудистых заболеваний (Лосева, Санина, Шахбулатова, Ряховский, 2001). По данным многих исследователей суммарное содержание ПВ в суточных рационах питания населения в среднем должно составлять 25–30 г (Дудкин, Щелкунов, 1998).

Пектиновые вещества – это кислые полисахариды растительного происхождения, главным компонентом которых является полигалактуроновая кислота. В промышленном производстве пектин извлекают из яблочных и цитрусовых выжимок, свекловичного жома, корзинок подсолнечника. Крупнейшими производителями пектина на современном мировом рынке являются компании Hercules (США), Herbslreith&Fox KG (Германия), Obipectin (Швейцария) и Danisco (Дания). В настоящее время в России нет ни одного завода или предприятия, вырабатывающего пектин как для пищевых целей (кондитерских изделий, мясных консервов, напитков, хлебобулочных изделий и др.), так и для фармацевтики и медицины. Хотя на территории нашей страны для этого имеется неограниченная сырьевая база (Кочеткова, Колеснов, 1995).

Сегодня потребность пищевой промышленности страны в пектине достигает 10 тыс. тонн в год, это без учета нормы его потребления в лечебно-профилактических целях (2–4 г на человека в сутки).

Свекловичный пектин по желирующей способности несколько уступает пектинам яблочным и цитрусовым, но, вместе с тем, имеет гораздо лучшие комплексообразующие свойства, что чрезвычайно важно для производства продуктов лечебно-профилактического назначения (Краснова, Лугина, 1998).

Сегодня свои потребности в пектине кондитерские и фармацевтические предприятия России удовлетворяют лишь частично, благодаря импорту данного продукта. И можно только предположить, сколько денег тратится государством на привозной пектин. Очевидно, что проблема производства отечественного пектина очень актуальна в настоящее время.

Следует отметить, что развитие производства пектина и ПВ в России в течение длительного времени сдерживалось отсутствием экономической заинтересованности перерабатывающих отраслей АПК, отсутствием надлежащего технологического оборудования и технологий для получения высококачественных ПВ и пектиновых веществ.

Новые экономические отношения, складывающиеся в сфере производства, должны коренным образом устранить эти препятствия, способствовать внедрению в производство новых технологий рационального использования первичных сырьевых ресурсов на основе последних достижений науки и техники. Это обеспечит выпуск высококачественной, конкурентоспособной отечественной продукции по низким ценам.

Учитывая актуальность данной проблемы, ВНИИСС и ВГТА совместно разработали и запатентовали рациональный способ получения пектина и ПВ из сахарной свеклы, основанный на использовании электрохимически активированных растворов (Патент РФ 2261868. Способ производства пектина и пищевых волокон из сахарной свеклы /В.А. Лосева, А.А. Ефремов, Л.Н. Путилина, Н.А. Матвиенко Опубл. 10.10.2005. – Бюл. № 28). Благодаря использованию таких растворов можно избежать применения сильных минеральных кислот, снизить температуру процесса, достигнуть эффекта каталитического воздействия на ход химической реакции и получить готовые продукты с высокими количественными и качественными показателями.

Разработанный способ производства пектина и ПВ из сахарной свеклы предусматривает проведение электрохимической активации водного раствора Ca(H₂PO₄)₂ в анодной камере диафрагменного электролизёра с получением анолита с рН 3,2–3,5 и анолита с рН 6,4–6,6. Первый анолит используют для предварительной  обработки свекловичной стружки. Второй – в качестве экстрагента для первой экстракции. Анолит с рН 2,45–2,65, полученный в результате обработки водного раствора NaCl, используют для второй экстракции обессахаренной стружки.

Согласно схеме разработанного способа свеклу измельчают в стружку, промывают ее анолитом с рН 3,2–3,5. Далее проводят экстракцию промытой стружки анолитом с рН 6,4–6,6, после которой от проэкстрагировавшей массы отделяют диффузионный сок и обессахаренную стружку. Последнюю подвергают второй экстракции анолитом с рН 2,45–2,65.

Из диффузионного сока на сахарном заводе извлекают сахар по традиционной технологической схеме.

Проэкстрагировавшую после второй экстракции массу прессуют с отделением жома и экстракта. Жом промывают католитом с рН 7,5–8,0, полученным в результате обработки водного раствора NaCl в катодной камере диафрагменного электролизера. Промытый католитом жом прессуют, отделяют обезвоженный жом и промывную жидкость, частицы обезвоженного жома измельчают до заданного размера и сушат с получением пищевых волокон.

Промывную жидкость смешивают с экстрактом, и их смесь используют для получения пектина. Сначала ее фильтруют, добиваясь максимальной концентрации, затем этиловым спиртом осаждают из нее пектин и, наконец, высушивают, добиваясь выхода пектина в пределах 76,6–77,8 %.

Качество полученного свекловичного пектина достаточно высокое, поскольку сохраняется важное достоинство – высокая комплексообразующая способность сорбировать в пищеварительном тракте человека вредные ионы металлов (цинка, свинца, кобальта, стронция).

Исследования состава полученного образца ПВ показали, что они содержат (% к массе волокна): 14–16 % пектиновых веществ, 22–24 % гемицеллюлозы, 26–28 % целлюлозы, 3–5% минеральных веществ. Полученный полисахаридный пектин-целлюлозный комплекс характеризуется отсутствием специфического свекловичного запаха и вкуса, белизной 80–82 ед. прибора, водоудерживающей способностью 4,5–4,7 г воды/г ПВ.

Таким образом, разработка способа получения пектина и ПВ из сахарной свеклы позволяет рационально и комплексно использовать это растительное сырье, а также расширить ассортимент продуктов диетического и лечебно-профилактического направлений.