Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1 Структура и свойства пектиновых веществ _
Особенности строения и химического состава пектиновых веществ
Классификация пектиновых веществ 14
Гидролиз пектиновых веществ 17
Физико-химические свойства пектиновых веществ 18
1.2 Анализ технологических способов получения пектина 22
Характеристика пектинсодержащего сырья и способы его подготовки 23
Способы выделения пектина из растительного сырья 30
Применение ферментных препаратов и культур
34 микроорганизмов для получения пектина
1.2.4 Выделение и очистка препаратов пектина 38
Направления использования пектина в пищевой промышленности и в медицине 45
Направления использования пектина в технических целях 52
Характеристика и особенности отечественного рынка пектиі іа 52
Цель и задачи исследования 58 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 62 2.1 Объекты и методы исследования 62
Объекты и материалы исследования 62
Методы исследования 69
Методы математического моделирования и статистической обработки экспериментальных данных
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Исследование химического состава яблочных выжимок и
\Щ способов их обработки для получения пектина
Разработка способа предварительной обработки яблочных выжимок с целью оптимизации выхода пектина
Исследование влияния культуры дрожжей Sacharomyces vini на выход биологически активных веществ из яблочных выжимок 90
Сравнительное изучение протеолитической активности промышленных культур дрожжей-сахаромицетов 96
3.4.1 Влияние содержания кислорода в питательной среде
на протеолитическую активность дрожжей-сахаромицетов 99
3.4.2 Влияние количества засевной культуры на активность
протеолитических ферментов дрожжей-сахаромицетов
3.4.3 Влияние содержания углеводов в среде на активность
протеолитических ферментов дрожжей-сахаромицетов 104
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Отработка технологических режимов гидролиза-экстракции
пектина из яблочных выжимок
4.1.1 Математическая модель процесса экстракции пектина ^ j ^
4.2 Разработка ультрафильтрационного метода выделения
и очистки пектина
Исследование процесса концентрирования пектина ультрафильтрационным методом и его влияние на качественные 125 показатели продукта.
Изучение изменения химического состава концентрата жидкого пектиі (а
Исследование химической структуры пектина и его фракций 135
4.3 Разработка аппаратуpho-технологической схемы производства
ПЕКТИНА
Выводы 143
Список литературы 145
Приложение 159
Введение к работе
Актуальность темы повышение эффективности использования вторичных ресурсов производства, в частности, отходов плодового виноделия, с целью получения ценного пищевого продукта - пектина, на основе безотходных экологически чистых технологий, является важной и актуальной проблемой.
Ил сегодняшний день, в виноделии и других отраслях пищевой промышленности России (перерабатывающих плодовое сырье), вторичные ресурсы для производства пектина используются крайне неудовлетворительно. Это связано с целым рядом причин, и в первую очередь с отсутствием высокоэффективных экологически чистых технологий получения пектина.
Практика показала, что применяемый в настоящее время
кисло шо-спиртовый метод извлечения пектина при
температуре 80 + 95С (с использованием большого количества органических растворителей и других химических реагентов) не обеспечивает экологическую чистоту получаемого продукта, обладает повышенными энергозатратами и требует применения специального дорогостоящего оборудования.
В связи с этим, большой интерес и актуальность представляет тема диссертационной работы, направленная на разработку и ИССЛЕДОВАНИЕ рациональной ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА биохимическим способом - с использованием метаболических свойств дрожжей ДЛЯ гидролиза-экстрагирования и очистки, с целью создания экономичных и экологически чистых технологических приемов производства пектина из отходов плодового виноделия.
Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование рациональной (безотходной, энергосберегающей) технологии получения экологически
чистого пектина, на основе интенсификации процесса гидролиза-экстракции пектина из отходов плодового виноделия (яблочных выжимок), с помощью ферментативной системы дрожжей, с последующим ультрафильтрационным концентрированием. В задачи исследования входило:
изучить влияние технологических процессов обработки яблочной мезги на концентрацию и структуру пектиі ювых веществ;
исследовать условия подготовки различных видов яблочной выжимки к процессу гидролиза-экстракции пектина;
исследовать процесс ферментативного гидролиза-экстракции пектина катализируемого нативными ферментами дрожжей, определить оптимальные условия их действия и провести математическую обработку полученных экспериментальных данных;
изучить условия и разработать эффективный способ концентрирования гидролизата пектина;
- исследовать и изучить влияние koiіцентрации пектиі іа и его
молекулярной массы на структуру и вязкостные свойства водных
растворов яблочного пектина;
- разработать рациональную энергосберегающую, экологически чистую
и безотходную технологию получения жидкого концентрата пектина из
отходов плодового виноделия.
Научная новизна На основании проведенных исследований:
изучены и научно-обоснованы технологические приемы обработки яблочной мезги, изменяющие структуру пектиновых веществ;
методами ямр13с и ик-спектроскопии получены экспериментальные данные по микроструктуре пектиновых веществ, позволяющие установить, что основным фактором в его способности к структурообразованию является соотношение нейтральных и кислых сахаров в макромолекуле пектина;
- ОПРЕДЕЛЕНА ПРОТЕОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЭКСТРАЦЕЛЛЮЛЯРНЫХ
ФЕРМЕНТОВ ДРОЖЖЕЙ ВИДА SACHAROMYCES V1NI, SACHAROMl'CES CARLSBERGENSIS
И SACHAROMYCES CEREV1SJAE И ОПРЕДЕЛЕНЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА СИСТЕМЫ ПЕКТИН-БЕЛОК С УЧАСТИЕМ
ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ ДРОЖЖЕЙ РОДА SACHAROMYCES;
РАЗРАБОТАНА МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ ПЕКТИНА, С УЧАСТИЕМ ЭКСТРАЦЕЛЛЮЛЯРНОЙ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ДРОЖЖЕЙ РОДА SACHAROMYCES, ПОЗВОЛЯЮЩАЯ ОПРЕДЕЛИТЬ ОПТИМАЛЬНЫЕ ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА-ЭКСТРАКЦИИ ПЕКТИНА ПРИ ВЫБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ;
УСТАНОВЛЕНЫ ЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МЕМБРАН ПО ОТНОШЕНИЮ К ПЕКТИНУ И РЕЖИМЫ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПЕКТИНА ИЗ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАЗРАБОТАНА НОВАЯ, КОМПЛЕКСНАЯ, БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ПЕКТИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА НА ОСНОВЕ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА ПЕКТИН-БЕЛКОВОГО СУБСТРАТА ЯБЛОЧНОЙ ВЫЖИМКИ НАТИВПЫМИ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИМИ ФЕРМЕНТАМИ ДРОЖЖЕЙ-САХАРОМИЦЕТОВ С ПОСЛЕДУЮЩИМ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ, ПОЗВОЛЯЮЩАЯ:
- ПОЛУЧИТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЙ пектин;
- ОСУЩЕСТВИТЬ КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ВИНОДЕЛИЯ -
ЯБЛОЧНЫЕ ВЫЖИМКИ И ОТРАБОТАННЫЕ ДРОЖЖИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО
ПЕКТИНА;
- использовать отходы пектинового производства для нужд сельского хозяйства (получение белково-витаминного концентрата).
Разработана и утверждена Мипсельхозом России технологическая
инструкция ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЯБЛОЧНОГО ПЕКТИНА № 10-12046-2000.
Проведена опытно-промышленная проверка предлагаемой комплексной безотходной технологии на основе использования экстрацеллюлярных ферментов дрожжей в условиях фирмы «гіищеком»,
СОГЛАСНО РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНСТРУКЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВО ПЕКТИНА ИЗ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК.
.ф Работа выполнялась по плану Минсельхоза России по теме № 12-
99 от 3.08.99 г. - «Разработка комплексной технологии переработки яблок
С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА». ОЖИДАЕМЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА - 350 тыс. рублей в год.
Проведенные исследования позволили предложить новый способ получения пектина из отходов плодового виноделия, на основании которого подана заявка на патент России № 2004135344 от 03.12.2004.
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационных исследований доложены и обсуждены на отечественных и международных научных конференциях:
- Современные проблемы в пищевой промышленности. МГТА, 1999.
Пищевая промышленность на рубеже третьего тысячелетия. МГТА, 2000.
Инновационные технологии в пищевой промышленности третьего тысячелетия. МГУТУ, 2001.
- Стратегия развития пищевой промышленности. МГУТУ, 2005.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе получен патент России и подана заявка на патент России.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований и их обсуждения, технологической части, выводов, списка используемой литературы из 135 наименований, приложений, изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 36 рисунков.
