DE757237C

DE757237C - Fraktioniertes Pektinextraktionsverfahren

Info

Publication number: DE757237C
Application number: DEF88612D
Authority: DE
Inventors: Walter Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1940-07-30
Filing date: 1940-07-30
Publication date: 1953-12-07

Description

Fraktioniertes Pektinextraktionsverfahren Die Erfindung betrifft die vollständige Extraktion der Pektinstoffe aus pektinhaltigen Pflanzenmaterialien durch fraktioniertes Extrahieren unter Gewinnung eines Teiles der Pektinstoffe in ganz besonders großem Molekularumfang und frei von Stärke.
Bei der industriellen Pektinherstellung ist es bekanntlich üblich, die Ausgangsstoffe der Extraktion, in Deutschland vorzugsweise getrocknete Apfeltrester mit 6 bis 81)/" Wassergehalt, zunächst gründlich zu waschen, bis keine löslichen Stoffe mehr ablaufen. Diese Waschung hat den Zweck, die pflanzlichen Ausgangsstoffe insbesondere von Zuckern, Säuren, Gerb- und Farbstoffen zu befreien. Wird diese Waschung mit Alkohol vorgenommen, was in der amerikanischen Pektinindustrie üblich ist, in Deutschland aber aus wirtschaftlichen Gründen, außer bei wissenschaftlichen Laboratoriumsarbeiten, kaum gebräuchlich ist, so enthält die Waschflüssigkeit nur Ballaststoffe, die bei der eigentlichen Pektinextraktion störend wirken würden. Wird hingegen als Waschflüssigkeit Wasser verwandt, so läßt es sich nicht vermeiden, daß außer den vorgenannten Stoffen auch der im Gesamtkomplex der Pektinstoffe zu einem Bruchteil als sogenanntes freies Pektin vorliegende Anteil mit in dasselbe gelangt. Um möglichst wenig in Wasser leicht lösliche Pektinfraktion schon bei der Vorbehandlung zu entfernen, hat man deshalb seither diese Waschung mit kaltem oder höchstens 40° warmem Wasser durchgeführt (vgl. Patentschrift 544 o31).
Dabei geht natur&emä2 noch keine Stärke in Lösung, und die anfallende Flüssigkeit mußte, falls sie in Anbetracht des darin enthaltenen geringen Pektingehaltes überhaupt noch verwertet werden sollte, durch Verschneiden mit hochwertigem Pektinextrakt, meist im Verhältnis 2 : 1, zu einem Nachpressesaft, der zur Bereitung von Nachpressegelees Verwendung finden kann, weiterverarbeitet werden.
Es hat sich nun gezeigt, daß, wenn man die Vorbehandlung der Ausgangsmaterialien mit "Wasser bei solchen Temperaturen vornimmt, die oberhalb der Verkleisterungstemperaturen der in den Ausgangsstoffen enthaltenen Stärke liegen, das Extraktionsgut in einem von Stärke und Pektinstoffen geringeren Molekularumfangs so weitgehend befreiten Zustand zurückbleibt, daß bei den anschließenden fraktionierten Pektinextraktionen durch Schwefligsäure- und Heißwasserhydrolysen zunächst eine Pektinfraktion isoliert «-erden kann, deren Pektinmolekülgrößen oberhalb Zoo ooo liegen, und die überdies ebenso wie die nächste Fraktion vollständig stärkefrei ist. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise, bei der die Vorbehandlung keine Waschung mehr ist, sondern schon eine Extraktion darstellt, das zur Vorbehandlung verwandte Wasser in einem solchen Ausmaße mit Pektinstoffen angereichert, daß es zu einem als Geliermittel zwar minderwertigen sogenannten Nachpressesaft, für technische Zwecke, beispielsweise Stahlhärtung, Schlicht-und Appreturmittel, sowie für die Weiterverarbeitung zu Reinigungsmitteln aber noch durchaus verwertbaren, geringwertiges Pektin enthaltenden Extrakt eingedickt werden kann.
Von dem in den Pflanzen als amorphes kolloidales Substanzgemisch vorkommenden Pektin liegt bekanntlich nur ein geringer Anteil in wasserlöslicher Form vor, der zweifellos infolge von auf natürlichem Wege (Enzyme, Sonnenwärme, Fruchtsäuren u. dgl. Einflüsse) vor sich gegangener Zersetzung von an sich unlöslichem Urpektin, auch Protopektin oder Pektose genannt, entstanden ist. Der bei weitem größere Anteil unlösliches natürliches Pektin kann nur durch Ausziehen des Pflanzenmaterials mit kochendem Wasser oder heißen Säurelösungen in einer wasserlöslichen Form gewonnen werden. Wie die Mehrzahl der seither gebräuchlichen Pektinherstellungsverfahren beruht demzufolge auch die erfindungsgemäße Arbeitsweise darauf, daß durch die Einwirkung von Wasser und wäßrigen Säurelösungen in der Hitze auf hydrolytischem Wege die Trennung des eigentlichen aus mehr oder weniger langen, teilweise methylierten Galakturonsäureketten bestehenden Pektinmoleküls von den im Ursprungskörper mit ihm stets genetisch vergesellschaftet enthaltenen .Bestandteilen (Araban, Galaktan, Zellwandstoffen) stattfindet. Im einzelnen wird dabei wie folgt verfahren: Pflanzen bzw. Pflanzenteile, aus denen Pektin extrahiert werden soll, werden 2 Stunden in ungefähr der zehnfachen Menge Wasser bei 7o' quellen gelassen. Dabei gehen wasserlösliche Verunreinigungen, Pektinstoffe geringer Molekülgröße und der innerhalb dieser Einwirkungszeit schon zum größten Teil verkleisterte Stärkeanteil in Lösu?ig. Alsdann wird die Flüssigkeit abtropfen gelassen und zur Entfernung von noch an dem Extraktionsgut haftengebliebenem Saft eine Nachwaschung von ebenfalls 7o- «-armem Wasser vorgenommen. Das erste Extraktionswasser wird zu einem Extrakt minderer Qualität eingedampft, der als Nachpressesaft und für technische Zwecke Verwendung finden kann, das Waschwasser, dessen Eindampfung in Anbetracht seines geringen Trockensubstanzgehaltes wirtschaftlich nicht lohnend wäre, wird als erstes Extraktionswasser für das nächste Quantum zur Verarbeitung gelangender Ausgangsstoffe verwandt.
Das wie vorstehend angegeben vorbehandelte Ausgangsmaterial wird fraktioniert extrahiert. Zii diesem Zweck wird es mit annähernd i°/oiger Schwefligsäurelösung versetzt, bis ungefähr das zehnfache Gewicht der ursprünglich in Verarbeitung genommenen trockenen Ausgangsstoffe erreicht ist, und 12 Stunden unter zeitweisem Umrühren der Maische bei 5o' extrahiert. Die Anwendung der schwefligen Säure verbürgt weitgehendes Aufschließen der pflanzlichen Zellgewebe, diejenige der verhältnismäßig niedrigen Reaktionstemperatur von 5o' ist die Nutzanwendung der Erkenntnis, daß hochmolekulares Pektin ein längeres Erhitzen auf höhere Temperaturen insbesondere in Gegenwart von Säuren nicht verträgt (vgl. Dr. Rudolf Ripa »Die Pektinstoffea, 2. Aufl., Braunschweig 1937 S. i29). Auch wird durch das Vermeiden von Temperaturen, bei denen Verkleisterung des noch geringen in den Ausgangsstoffen verbliebenen Stärkeanteils erfolgen könnte, die völlige Stärkefreiheit dieser Pektinfraktion gewährleistet. Bei Verwendung von in Deutschland fast ausschließlich zur Verarbeitung gelangenden Apfeltrockentrestern weisen die in dieser Fraktion gewonnenen Pektinstoffe Durchschnittsmolekulargewichte von annähernd 25o ooo auf.
Das leicht abgepreßte Extraktionsgut wird mit Wasser wiederum auf das Zehnfache des ursprünglichen Gewichtes aufgefüllt und nochmals 8 Stunden unter zeitweisem Durchrühren bei 5o° extrahiert. Der hierbei anfallende Pektinauszug enthält Pektinstoffe, deren Molekülgrößen im Durchschnitt bei annähernd 200 000 liegen, und ist ebenfalls stärkefrei. Bei beiden Auszügen genügt in Anbetracht des Gehaltes an höchstwertigen Pektinstoffen ein Eindampfen auf wesentlich geringeren Trockensubstanzgehalt,als bisher erforderlich war, um zu Pektinextrakten von handelsüblicher Gelierkraft zu gelangen. Die weiteren Fraktionen werden durch 2stündiges Ausziehen mit Wasser bei 7o9 und schließlich durch 1stündiges Kochen gewonnen. Sie enthalten Pektinstoffe wesentlich geringerer Molekülgröße und sind überdies nicht mehr stärkefrei.
Ausführungsbeispiel ioo g deutsche Apfeltrockentrester werden mit iooo ccm 7o° warmem Wasser eingemaischt und 2 Stunden unter zeitweisem Durchrühren bei 70° im Thermostat oder Wasserbad belassen. Alsdann wird durch ein Koliertuch leicht abgepreßt. Dadurch werden 730 ccm Vorextraktionssaft erhalten, von dem ==8 g (= 2 g Trockensubstanz) mit 6o g Zucker und =,5 g -,oo/oiger Milchsäure zu ioo g Gelee eingekocht ein mäßig festes Gelee ergeben. Die sonst noch ermittelten Untersuchungsdaten dieses Saftes sind der Tabelle am Schluß des Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
Der Preßrückstand, mit Wasser von 709 auf iioo g aufgewogen und nach =o Minuten langer Einwirkung abgepreßt, ergibt 77o ccm pektinhaltige Waschflüssigkeit, deren Untersuchungsergebnisse ebenfalls der vorgenannten Tabelle zu entnehmen sind.
Der Rückstand dieser Nachwaschung wird mit o,8%iger Schwefligsäurelösungwiederum zu iioo g aufgewogen und im Thermostat oder Wasserbad =2 Stunden bei 5o9 hydrolysiert. Dadurch wird der Hydrolyseauszug I erhalten. Seine Untersuchungsdaten sind ebenfalls in der Tabelle enthalten.
Es folgen dann, immer unter Aufwägen des jeweils anfallenden Preßrückstandes, der Hydrolyseauszug II, gewonnen durch 8stündiges Ausziehen mit Wasser bei 5o9, der Hydrolyseauszug III, der durch 2stündiges Ausziehen mit Wasser bei 7o° gewonnen wird, und schließlich der IV. und letzte durch 1stündiges Kochen mit Wasser gewonnene Hydrolyseauszug.

Die nachstehende Tabelle gibt die bei der Untersuchung aller Auszüge ermittelten Daten wieder. Zur Prüfung auf Geberfähigkeit wurden jeweils 2 g Trockensubstanz enthaltende Dünnsaftmengen mit 6o g Zucker und =,5 g 2o%iger Milchsäure zu ioo g Gelee eingekocht, dessen Festigkeitsbeurteilung nach 24stündiger Standzeit vorgenommen wurde.

Vor- Nach- Hydrolysenauszüge

extrakton ßaschunbei 700 ö g

I I II I III I IV

Anfallende Flüssigkeitsmenge

in ccm ...................... 730 770 60o 640 68o 670

pg ........................... 3,54 3,70 2,40 2,30 2,36 2,88

Trockensubstanzgehalt ........... 1,69°/o o,490/() o,980/0 o,720/0 037°/0 o,760/,

Prüfung auf Stärke . . . . . . . . . . . . . . stark schwach negativ positiv

positiv positiv

Calciumpektatgehalt . .... . .. .. ... 0,2=% 0,1=% 0,37% 0,33% 0,==% 0,3=%

Molgewicht der Pektinstoffe ...... - - 242300 195300 77310 52770

Gesamtsäure ber. als Apfelsäure . 0,17% 0,07% (),98% 0,29% o,IOO/o 0,07%

S02 Gehalt ................... - - 043% 0,o80/0 o,o2% Spur

Viskosität bei 2o9 in Centipoise ... 4,02 1,8o 18,68 7,72 ; 3,86 4,86

Gelierfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . mäßigfeste - sehr feste schnittfeste

Gallerte Gallerte Gallerte

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Fraktioniertes Pektingewinnungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß pektinhaltige Pflanzenmaterialien zunächst mit Wasser bei oberhalb der Verkleisterung von Stärke liegenden Temperaturen vorgereinigt und nachgewaschen, anschließend einer mehrstündigen Hydrolyse mittels schwefliger Säure bei 50' unterworfen, dann mit Wasser mindestens 3 Stunden bei 5o9, 2 Stunden bei 7o9 und schließlich i Stunde bei Kochtemperatur extrahiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, das freie Pektin und hydrolytisch abgespaltene Pektinstoffe geringer Molekülgröße enthaltende Waschwasser zu Nachpressesaft oder einem für technische Zwecke verwertbaren Pektin enthaltenden Extrakt geringerer Qualität eingedampft und das Nachwaschwasser als erstes Extraktionswasser für weitere zur Verarbeitung kommende Ausgangsstoffe verwandt wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 531 046; französische Patentschrift Nr. 807 456; schweizerische Patentschrift Nr. igi 843; USA.-Patentschriften Nr.1045 849, = 235 666, 2 132 577; Dr. Rudolf Ripa, »Die Pektinstoffe«, 2. Aufl. =937 S.129.