12.1.2. Микробиологический способ выделения пектина из отходов растительного сырья

Традиционная технология получения пектина основана на кис­лотно-термическом гидролизе и последующем спиртовом осажде­нии из гидролизата. Получение пектина зарубежными компания­ми в настоящий момент основано именно на такой технологии.

По оценкам многих экспертов за рубежом, производство пек­тина по классической технологии целесообразно лишь при объемах производства не менее 2000 т пектина в год из-за огромных затрат на производство, утилизацию кислых сред и амортизационные от­числения на восстановление технологического оборудования.

Использование ферментных препаратов существенно упрощает технологический процесс получения пектина и его аппаратурное оформление, сокращает расход этанола на стадии выделения пек­тина. С этой целью используют целлюлазы и гемицеллюлазы или пектолитические ферменты.

Гидролиз пектолитическими ферментами приводит к удалению с помощью эндополигалактуроназ фрагментов полигалактуроновой кислоты из состава протопектина. При этом структура комп­лекса целлюлозы и гемицеллюлозы не затрагивается, что физичес­ки затрудняет процесс экстракции пектина и позволяет получать его препараты с более высоким относительным содержанием полигалактуроновой кислоты. В этом варианте технологии важно ограничить степень гидролиза пектина в процессе экстракции, чтобы получить продукт достаточно высокой молекулярной массы.

Большинство полигалактуроназ эндотипа синтезируются в со­четании с пектинэстеразой, которая необходима для проявления их активности. В препаратах пектолитических ферментов соответ­ственно присутствуют оба вида фермента. При гидролизе расти­тельного сырья пектолитическими препаратами происходит не только вырезание фрагментов полигалактуроновой кислоты, но и частичная деэтерификация последней. Это оценивается положи­тельно в тех случаях, когда получают пектин лечебно-профилак­тического назначения с высокой комплексообразующей способ­ностью. При получении пектинов-структурообразователей важно сохранить высокую степень этерификации, поэтому целесообраз­но использовать первый путь ферментативного гидролиза сырья.

При гидролизе целлюлозы облегчается выход комплекса полигалактуроновой кислоты и гемицеллюлоз из клеточных стенок. Гидролиз гемицеллюлоз приводит к повышению содержания полигалактуроновой кислоты в выделяемом пектине. При отсут­ствии в используемых ферментных препаратах пектолитических ферментов полигалактуроновая кислота пектина не расщепляется, а степень ее этерификации не изменяется. Получаемый пектин содержит частично метоксилированную полигалактуроновую кис­лоту, ковалентно связанную с фрагментами гемицеллюлозы, по­скольку полное отщепление нейтральных полисахаридов обычно не достигается. Одновременно с этим из сырья выделяются рас­творимые формы пектина, если они не извлечены на предшеству­ющих стадиях переработки сырья.

В 70-е годы был разработан способ получения пектина из вы­жимок (яблок, груш, айвы и др.), основанный на гидролизе сырья Целловиридином ГЗХ. В препарате практически отсутствует пектолитическая активность. Гидролиз свежего сырья проводят в те­чение 2—З ч при температуре 45...50°С, гидромодуле 1:3 и дозе препарата 0,1—0,3 % массы сырья. При гидролизе в экстракт пе­реходит 85—90 % пектина, который представлен в виде как пекти­новой кислоты, так и протопектина. При гидролизе этого же сырья Целловиридином Г20Х в дозе 5,7—6,5 ед. целлюлазы на 1 г СВ сырья в течение 2—3 ч получают пектин со степенью этерифика­ции 88 %. Из экстракта получают концентрированные жидкие или спиртоосажденные препараты пектина. Способ применим и к другим видам сырья (выжимки смородины и рябины).

Позднее было выяснено, что возможно использование пектин-расщепляющих ферментных препаратов (Пектомацерин Г10Х и Пекталлиацин Г10Х) для выделения пектина из цитрусовых вы­жимок. Оптимальная доза первого препарата — 0,0025—0,0062, второго — 0,05—0,07 % массы сырья. При осаждении пектина из экстракта выход составляет 14% массы сырья. Повышение дозы препаратов приводит к деградации пектина.

Разработан способ получения пектина из тыквенного жома, который является отходом производства тыквенного сока, с ис­пользованием ферментного препарата Пектаваморин в количе­стве 14 % массы воздушно-сухого жома по сравнению с 7 % при кислотной экстракции. Ферментный препарат обладает целлюлазной, β-глюкозидазной, эндополигалактуроназной и пектинэстеразной активностями. Полученный тыквенный биопектин эффективно образует комплексы с тяжелыми металлами и может быть использован при производстве функциональных продуктов питания.

Разработан способ получения пектина из яблочных выжимок с использованием препарата Винозим Л путем перевода протопек­тина в растворимый пектин при гидромодуле 1:1. Винозим Л яв­ляется комплексным ферментным препаратом с пектолитической, целлюлазной, гемицеллюлазной и β-глюканазной активностями, поэтому при его действии наблюдается одновременное нарушение структуры полисахаридов — целлюлозы, гемицеллюлозы, крахма­ла, приводящее к образованию простых соединений.

Поскольку степень экстрагирования растворимого пектина из выжимок отстает от степени гидролиза, при проведении кратко­временной ферментативной обработки выжимок в течение 30 мин создаются условия, благоприятные для перевода протопектина в растворимый пектин, а принятый гидромодуль 1:1 сдерживает экстрагирование растворимого пектина в гидролизат. При этом растворимый пектин остается в выжимках, что очень важно для по­лучения студнеобразующего порошка, который можно использовать в консервной, кондитерской отраслях при выработке повидла, конфитюра, подварок, начинок для конфет, а также в качестве биологически активных добавок при выработке соков с мякотью, хлебобулочных и других изделий.

Возможно получение пектина с использованием пектиназно-целлюлазного комплекса (соотношение пектиназы и целлюлазы 1:10).

Пектинсодержащее растительное сырье разбавляют водой при гидромодуле 1: (4—5), нагревают до 40...50ºС, вносят пектиназно-целлюлазный ферментный препарат в количестве 0,03—0,05 % массы сырья, проводят ферментолиз в течение 90—120 мин при периодическом перемешивании и разделяют фазы. Возможно осу­ществление промывки твердой фазы водой и смешивание по­вторно отделенной жидкой фазы с ферментолизатом. Далее из жидкой фазы выделяют целевой продукт, например мембран­ным концентрированием или спиртовым осаждением и сушкой. Выход пектина повышается в среднем на 10 % и зависит от вида сырья.