3 Экспериментальная часть и обсуждения результатов

3.1 Общий ход эксперимента

Данная работа складывалась из следующих этапов:

1. определения химического состава сырья;

2. исследование влияния параметров кислотного и ферментативного гидролиза

3. экстрагирования на выход и качество пектина из выжимок тыквы;

4. получение тыквенного пектина и выявление его качественных показателей.

Для сравнительного анализа было взято два вида сырья: сухие выжимки тыквы сорта “Былина” и сухие выжимки тыквы сорта “Стофунтовка”. Оптимизацию проводили по данным параметрам: температура – 50 °С, 60 °С, 70 °С, 80 °С, гидромодуль – 1:5, 1:10,1:15, 1:20. Продолжительность экстарагирования (150 минут, отбор проб проводили каждые 30 минут). В качестве экстрагента использовались два вида кислот разных концентраций: 1%, 2%, 3%, 4%-ная соляная кислота, 1%, 2%, 3%, 4%-ная лимонная кислота. Для проведения ферментативного гидролиз­­­­­­­‑­экстрагирования применяли ферментный препарат “Рапидаза”.

2. Результаты и обсуждения

3.2.1 Качественный анализ сырья

Определили состав исходного сырья. В качестве сырья использовались сухие выжимки тыквы двух сортов: “Былина” и “Стофунтовка” выраженные на территории Алтайского края. Физико-химические показатели установлены по методикам 2.1.1-2.1.6.

Таблица 3.1- Физико-химические показатели выжимок тыквы

Показатели	Сорт тыквы
	“Стофунтовка”	“Былина”
Влажность, %	7,40	7,60
Титруемая кислотность, %	0,02	0,03
Содержание экстрактивных веществ, г/100г	39,20	42,00
Содержание пектиновые вещества г/100мл	0,86	0,91
Содержание целлюлозы, %	0,78	0,83

Выбранные нами сорта тыквы “Былина” и “Стофунтовка” по показателю пектиновых веществ не отличаются и соответственно составили 0,86г/100г и 0,91г/100г.

3.2.2. Оптимизация условий кислотной гидролиз-экстракции

Проводилась оптимизация процесса гидролиз-экстрагирования, по следующим покателям: температура и длительность экстракции, гидромодуль, вид экстрагента. В качестве экстрагента использовались: соляная и лимонная кислоты с концентрациями 1-4%. В процессе этого эксперимента были подобраны оптимальные условия максимального выхода пектиновых веществ.

Для опыта было взято два сорта тыквы “Былина” и “Стофуновка” производили отбор наилучшей температуры для экстрагирования пектина, для этого были взяты следующие температуры: 50 °С, 60 °С, 70 °С, 80 °С. Гидролиз-экстракцию проводили первоначально соляной кислотой 1%. Отбор пектинового экстракта производили каждые 30 минут, в течение 1,5 часа с определением содержания пектиновых и экстрактивных веществ. Данные представлены на рисунках 3.2-3.5.

Рисунок 3.2 – Влияние температуры на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Рисунок 3.3 – Влияние температуры на извлечение экстрактивных веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

На основе полученных результатов было отмечено что оптимальной температурой экстрагирования для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Былина”, это 60 °С что составило 0,57г/100г (рисунок 3.2 и рисунок 3.3)

Рисунок 3.4 – Влияние температуры на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”

Рисунок 3.5 – Влияние температуры на степень извлечения экстрактивных веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”

На данных графиках видно что оптимальной температурой экстрагирования для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Стофунтовка ”, это 80°С что составило 0,61г/100г (рисунок 3.4 и рисунок 3.5)

По рисункам 3.2-3.5 построили сравнительную диаграмму лучших показателей:

Рисунок 3.6 – Содержание пектина в экстрактах в зависимости от температуры и сырья

В следующем опыте выявили лучший гидромодуль для экстракции пектина. В работе использовали такие гидромодули как: 1:5; 1:10; 1:15; 1:20. Экстракцию проводили уже при оптимальной температуре: для сорта “Былина” это 70 °С, а для сорта “Стофунтовка” это 80°С, в течении 150 минут. По полученным данным были построены графики, представлены на рисунках 3.7-3.10.

Рисунок 3.7 –Влияние гидромодуля на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Рисунок 3.8 – Влияние гидромодуля на степень извлечения экстрактивных веществ выжимок тыквы сорта “Былина”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод о том что наилучший гидромодуль экстрагирования для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Былина”, это 1 :10 (рисунок 3.7 и рисунок 3.8)

Рисунок 3.9– Влияние гидромодуля на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”

Рисунок 3.10 – Влияние гидромолуля на степень извлечения экстрактивных веществ из выжимок сорта “Стофунтовка”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод о том что наилучший тгидромодуль экстрагирования для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Стофунтовка ”, это 1:10 (рисунок 3.9 и рисунок 3.10)

По рисункам 3.7-3.10 была построена сравнительная диаграмму лучших показателей:

Рисунок 3.11- Содержание пектина в экстрактах в зависимости от гидромодуля и сырья

В следующем опыте выявили какой лучший экстрагент для экстракции пектина. В качестве опытных экстрагентов были взяты две кислоты различных концентраций: 1%,2%,3%,4%-ная соляная кислота и 1%, 2%, 3%, 4%-ная лимонная кислота. Экстракцию проводили уже при оптимальной температуре и гидромодуле для сорта “Былина”это 60 °С и 1:10 , а для сорта “Стофунтовка” это 80 °С и 1:20. По полученным данным были построены графики, представлены на рисунках 3.12-3.15.

Рисунок 3.12 – Влияние конецентрации соляной кислоты на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Рисунок 3.13 – влияние концентрации соляной кислоты на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод что наиболее лучшая концентрация соляной кислоты при экстрагировании для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”, это 3% (рисунок 3.12 и рисунок 3.13)

Рисунок 3.14- Влияние концентрации соляной кислоты на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”

Рисунок 3.15 – Влияние концентрации соляной кислоты на степень извлечения экстрактивных веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод что наиболее лучшей концентрацией соляной кислоты при экстрагировании для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Стофунтовка”, это 2% (рисунок 3.14 и рисунок 3.15)

По рисункам 3.12-3.15 была построена сравнительная диаграмма лучших показателей:

Рисунок 3.16 - Содержание пектина в экстрактах в зависимости от вида и концентрации экстрагента

Рисунок 3. 17- Влияние концентрации лимонной кислоты на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Рисунок 3.18 – Влияние концентрации лимонной кислоты на степень извлечения экстрактивных веществ из выжимок тыквы сорта “Былина”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод что наиболее лучшей концентрацией лимонной кислоты при экстрагировании для выделения пектиновых и экстрактивных веществ из экстракта с содержанием выжимок тыквы сорта “Былина”, это 1% ( рисунок 3.17 и рисунок 3.18)

Рисунок 3.19 – Влияние концентрации лимонной кислоты на степень извлечения пектиновых веществ из выжимок сорта “Стофунтовка”

Рисунок 3.20 – Влияние концентрации лимонной кислоты на степень извлечения экстрактивных веществ из выжимок сорта “Стофунтовка”

Исходя из полученных данных можно сделать вывод что оптимальной концентрацией лимонной кислоты при экстрагировании выжимок тыквы сорта “Стофунтовка” для выделения пектиновых и экстрактивных веществ является 1% -ная лимонная кислота (рисунок 3.19 и рисунок 3.20)

По рисункам 3.16-3.20 построили сравнительную диаграмму лучших результатов:

Рисунок 3.21 –Содержание пектина в экстрактах в зависимости от вида и концентрации экстрагента.

Согласно полученным результатам можно отметить, что оптимальными параметрами для проведения кислотной гидролиз-экстракции тыквенного пектина для сорта “Былина” являются: температура 70 °С, гидромодуль 1:10, в качестве экстрагента 2%-ная соляная кислота; для сорта “Стофунтовка”: температура 80 °С, гидромодуль 1:10, в качестве эстрагента 2% соляная кислота. В качеcтве сырья целесообразно использовать тыкву сорта “Стофунтовка”.

3.2.3 Оптимизация ферментативной гидролиз-экстракции

Для дальнейших опытов была произведена экстракция при помощи фермента “Рапидаза”. Варьировалась концентрация ферментного препарата вносимого в раствор: 0,005мг/л, 0,01 мг/л, 0,05мг/л. В качестве сырья использовались также выжимки тыквы. При температуре 45 °С экстракция проводилась при постоянном перемешивании в течении 180 минут. Отбор проб производили каждые 30 минут. В результате были получены данные, по которым построили графики:

Рисунок 3.22 –Динамика содержания пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Былина” с добавлением фермента ”Рапидаза” различных концентраций

Рисунок 3.23-Динамика содержания пектиновых веществ из выжимок тыквы сорта “Стофунтовка” с добавлением фермента ”Рапидаза” при различных концентрациях

По данным графикам, можно сделать вывод, что лучшее содержание пектиновых веществ наблюдалось при концентрации ферментного препарата 0.005 мг/л. Выход пектиновых веществ из выжимок тыквы двух сортов примерно одинаков.

Для определения максимального выхода пектиновых веществ была построена сравнительная диаграмма лучших результатов гидролиза-экстрагирования при использовании различных экстрагентов.

Рисунок 3.24- Сравнительная диаграмма лучших результатов выхода пектина от вида экстракции

3.2.4 Анализ полученного пектина

В дальнейшей работе для выделения пектина использовали выжимки тыквы сорта “Стофунтовка”. Для этого применяли гидролиз-экстракцию 2%-ной соляной кислотой.

Измельченные и высушенные выжимки тыквы в количестве 50 г помещают в колбу заливают 500 мл раствора 2%-ной соляной кислоты и нагревают 1,5 часа при температуре 80 ⁰С. Остужают и фильтруют через бумажный фильтр. После в фильтрат добавляют 96% этиловый спирт в соотношении 2:1 для осаждения пектиновых веществ. Выпавший сырой пектин отделяют центрифугированием или фильтрованием через бумажный фильтр

Когда нужен более чистый препарат, пектин растворяют в небольшом количестве воды при нагревании и повторно осаждают спиртом. Рыхлый осадок переносят на часовое стекло и подсушивают на воздухе либо в термостате (но при температуре не выше 45 °С). Остаток после удаления спирта взвешивают и определяют выход [32].

Теннологическая схема выделения пектина предоставлена на рисунке 3.25.

Сок

жом

2% -ная HCl

Жом

этиловый спирт 96%

Фильтрат

Рисунок 3.25 - Блок-схема получения пектина из тыквы

Далее анализировали следующие физико-химические показатели пектина:

1. Влажность — показатель содержания воды в физических телах или средах. Она зависит от природы вещества, а в твёрдых телах ещё и от степени измельчённости или пористости. Конечная влажность порошка пектина должна быть не более 14% так как при ней высушенный пектин длительно и качественно сохраняется.

2. Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Активная кислотность пектина зависит от его химических свойств. 1%-ный раствор чистого пектина нормального качества имеет рН 3-4.

3. Массовая доля пектовой кислоты. Для пектинов любой природы основной структурной особенностью является наличие мономера кислоты D-галактуроновой. Полигалактуроновая (пектовая) кислота составляет основу пектиновых веществ, это линейный полисахарид, построенный из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных a-1,4-гликозидными связями.

4. Массовая доля ацетильных групп пектина. Ацетильное число пектина колеблется в широких пределах: от сотых долей процента до 2,5 %. Присутствие большого количества ацетильных групп влияет на снижение желирующей способности пектина, которая является существенным показателям для качества пектина, поэтому установлены допустимые пределы содержания ацетильных групп для студнеобразующего пектина – не более 1 %.

5. Свободные и метоксилированные карбоксильные группы пектина. Метоксильное число имеет большое значение для желирующих свойств пектина. Чем меньше метоксилированных групп в пектине, тем хуже его желирующая способность, поэтому для желеобразующего пектина установлена норма метоксильных групп не ниже 7 %. Чем больше свободных карбоксильных групп в пектине, тем выше его связывающая способность.

Данные представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 –Физико-химический анализ пектина

Показатели	Тыквенный пектин сорт “Стофунтовка”
Массовая доля влаги, %	0,10
рH 1%-ного раствора пектина	4,12
Массовая доля пектовой кислоты, %	36.80
Массовая доля балластных веществ, %	45,00
Массовая доля свободных карбоксильных групп, %	7,83
Массовая доля ацетильных групп пектина, %	0,043
Степень этерификации, %	51

Проведенные исследования показали возможность прогнозирования его дальнейшего использования. Содержание ацетильных групп не превышает 1% что говорит о его желирующей способности. Степень этерификации полученного пектина составила 50,4% что позволяет говорить о целесообразном его использовании в пищевой промышленности в качестве загустителя и студнеобразователя.