PL238161B1 - Sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek. Preparat pektynowy wytworzony tym sposobem łączy właściwości błonnika jabłkowego i pektyny spożywczej.

Pektyny są mieszaniną złożonych polisacharydów występujących w ścianach komórkowych roślin takich jak jabłka, morele, czereśnie, pomarańcze, marchew czy skórki owoców cytrusowych. Pektyny znajdują się w szczególnie wysokiej zawartości w miękkich tkankach roślin nadając im jędrność.

Najbardziej znaną właściwością pektyn jest ich zdolność do formowania żelu w obecności cukrów i kwasów. Ta właściwość sprawia, że pektyny znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Jedną z wielu właściwości pektyn jest obniżenie poziomu cholesterolu we krwi, dlatego też znajdują zastosowanie w przemyśle spożywczym, jako dodatek do dżemów, nadzień, sosów wykorzystywany w cukiernictwie jako środek żelujący. Ponadto pektynę wykorzystuje się w przemyśle mleczarskim jako dodatek zagęszczający, zastępujący skrobię, która może niekorzystnie wpływać na smak produktu oraz powodować mączną teksturę produktu końcowego. Wysokometylowane pektyny zapobiegają agregacji kazeiny przy podgrzewaniu produktu oraz wartości pH poniżej 4.3. Dzięki czemu może być wykorzystywana jako stabilizator produktów mlecznych sterylizowanych metodą UHT. W przemyśle farmaceutycznym pektyny znajdują zastosowanie w środkach przeciwbiegunkowych w połączeniu z kaolinem oraz związkami bizmutu, a także może być również wykorzystywana do zagęszczania syropów.

Wspólny komitet FAO/WHO ds. dodatków do żywności zalecił pektynę jako bezpieczny dodatek bez limitu dopuszczalnego dziennego spożycia, z wyjątkiem przypadków podyktowanych dobrą praktyką wytwarzania.

Multifunkcjonalność pektyn pochodzi z natury ich cząsteczek w których występują obszary polarne i niepolarne, które umożliwiają im bycie włączonym w różne systemy żywieniowe.

W zależności od stopnia estryfikacji pektyny można podzielić na niskometylowane, o stopniu estryfikacji od 25 do 50% oraz wysokometylowane o stopniu estryfikacji od 50 do 80%. Zarówno pektyny nisko-jak i wysokometylowane są zdolne do tworzenia żeli: kwasowych i wapniowych. Pektyny wysokometylowane tworzą żele przy pH poniżej 3.6, a pektyny niskometylowane żelują w obecności jonów Ca²⁺, które działają jak mostki pomiędzy grupami karboksylowymi w cząsteczkach pektyny. Pektyny wysokometylowane są mniej stabilne na działanie wilgoci oraz ciepła w porównaniu do pektyn niskometylowanych ze względu na ich tendencję do deestryfikacji w wilgotnym środowisku.

Na skalę przemysłową pektyny otrzymuje się poprzez ekstrakcję surowca w gorącym roztworze o odczynie kwaśnym wynoszącym pH w przybliżeniu 2. Czas potrzebny do ekstrakcji zależy głównie od surowca oraz typu pożądanej pektyny. Gorący ekstrakt pektynowy następnie oddziela się od pozostałości stałych, ekstrakt filtruje się przykładowo z wykorzystaniem ziemi okrzemkowej, odbarwia węgle m aktywnym i wytrąca alkoholem, po czym suszy się i rozdrabnia.

Również z literatury patentowej znane są metody wytwarzania preparatów pektynowych z surowców roślinnych.

Z polskiego dokumentu patentowego PL179935 znany jest sposób wytwarzania kompozycji pektynowej, w której roztwór, żel lub zawiesina wyjściowego materiału pektynowego o stopniu estryfikacji 60-80%, korzystnie w warunkach braku sił ścinających, poddaje się działaniu preparatu zawierającego od 5 do 60 mM/L kationów przy wartości pH od 2 do 8, przy czym preparat zawierający kationy zawiera kation dwu- lub trój-wartościowy oraz ewentualnie co najmniej jeden rozpuszczalnik mieszalny z wodą oraz rozdziela się uzyskane na co najmniej pierwszą frakcję o wyższym stopniu wrażliwości na wapń i drugą frakcję o stopniu wrażliwości na wapń niższym niż wyjściowy materiał pektynowy, stanowiące odpowiednio frakcję żelu i frakcję ciekłą, a ponadto frakcję żelu przemywa się preparatem zawierającym kationy, po czym frakcje odwadnia się, suszy i rozdrabnia.

Z rosyjskiego dokumentu patentowego RU2611841 znany jest sposób przygotowania ekstraktu pektyny spożywczej, który zawiera etapy w których napęcznia się suche wysłodki buraczane wodą o temperaturze od 30 do 40°C w stosunku 1:20 w czasie od 30 do 40 minut. Następnie całkowicie napęcznioną miazgę odsącza się, przemywa wodą o temperaturze 40°C i wyciska. Kolejno przemywa się miazgę roztworem preparatu enzymatycznego pektolitycznego o stężeniu od 1 do 3%. Stosunek wagowy wysłodków buraczanych i preparatu enzymatycznego wynosi 1:17. Ekstrakcję mieszaniny prowadzi się w temperaturze około 40°C przez 1 godzinę przy ciągłym mieszaniu. Następnie mieszaninę oddziela się, a na otrzymaną w ten sposób masę wylewa się 0,5% roztwór kwasu cytrynowego w stosunku 1:17 i prowadzi się hydrolizę przez 2 godziny w temperaturze od 80 do 85°C przy ciągłym mieszaniu.

PL 238 161 B1

Następnie oddziela się hydrolizat i przefiltrowuje się go. Sposób według RU2611841 pozwala na przetwarzanie suchych wysłodków buraczanych zapewniając bezodpadową technologię przetwarzania buraków cukrowych do wytwarzania preparatów pektynowych.

Z rosyjskiego dokumentu patentowego RU2594781 znany jest sposób wytwarzania pektyny z suszonych wysłodków buraczanych, w którym suszone wysłodki buraczane napowietrza się powietrzem atmosferycznym, w wyniku czego tworzą się mikroperełki pektyny, zapewnia się rozdział substancji pektynowych poprzez kruszenie wysuszonych wysłodków buraczanych w kruszarce, wzbogaca zbożem i miesza w maszynach do przesiewania i oddzielania przesianych produktów ubocznych: celulozy mikrowłóknistej i hemicelulozy i mąki pektynowej, oddzielnego mielenia otrzymanych produktów w walcarkach, a następnie oczyszczania otrzymanych frakcji pektyn z pozostałych cząstek celulozy i hemicelulozy oraz przesiewanie w maszynach sitowych.

Z chińskiego zgłoszenia patentowego CN106008743 znany jest sposób ekstrahowania pektyny ze skórki lub całego owocu arbuza w procesie zawierającym etapy hydrolizy kwasowej, odbarwiania ekstraktu węglem aktywnym oraz wytrącania za pomocą alkoholu. Sposób według CN106008743 pozwala na uzyskanie ekstraktu pektyny szybciej oraz ze zwiększoną wydajnością.

Z rosyjskiego dokumentu patentowego RU2593479 znany jest sposób produkcji pektyny zawierający etapy, w których zmielony surowiec zawierający pektynę przepłukuje się wodą pitną przez 0,51,5 godziny z równoczesnym mieszaniem z prędkością od 10 do 30 obr./min w czasie wynoszącym od 40 do 60°C, rozdziela się otrzymaną mieszaninę na fazę stałą i ciekłą, fazę stałą miesza się z oczyszczoną wodą w stosunku od 1:10 do 1:40. Następnie wodę pitną oczyszcza się wstępnie na drodze dwustopniowej odwróconej osmozy. Kolejno, mieszaninę otrzymaną po przemyciu ogrzewa się do temperatury od 50 do 80°C z równoczesnym mieszaniem i cyrkulacją, po czym prowadzi się hydrolizęekstrakcję przez obróbkę kawitacyjną w aparacie obrotowo-oscylacyjnym z dalszym rozdzielaniem pulpy na fazy stałe i ciekłe w próżniowym filtrze bębnowym. Uzyskaną fazę ciekłą następnie odwirowuje się przy odpowiedniej wartości siły odśrodkowej wynoszącej od 2000 do 5000 g, po czym poddaje się mikrofiltracji, ultrafiltracji, diafiltracji do zatężenia substancji pektynowych z uzyskaniem stężenia od 1 do 2%. Uzyskany filtrat zagęszcza się w wyparce próżniowej, aż zawartość suchych substancji osiągnie 3-8% i suszy się rozpyłowo przy temperaturze powietrza sięgającej od 150 do 200°C.

Z chińskiego zgłoszenia patentowego CN105713109 znany jest sposób ekstrakcji pektyny z wysłodków buraków cukrowych, składający się z etapów w których: trzykrotnie przemywa się wysłodki buraków cukrowych wodą, trzykrotnie suszy się przemyte wysłodki poprzez skrapianie alkoholem, suszy się wysłodki buraczane po uprzednim rozdrobnieniu do wielkości cząstek wynoszącej 0,2 mm, przenosi się wysłodki buraczane do pojemnika, dodaje się wodę destylowaną, obniża się pH do wartości wynoszącej 2 za pomocą kwasu chlorowodorowego, ogrzewa się do wrzenia i gotuje przez 10 minut w termostatowanej łaźni wodnej, przeprowadza się hydrolizę przez 10 godzin w temperaturze 70°C, a następnie miesza się po całkowicie przeprowadzonej hydrolizie do usunięcia wilgoci przez odparowanie wody, po czym filtrat odparowuje się próżniowo, pektyny wytrąca się z filtratu alkoholem, przemywa etanolem, suszy, rozdrabnia i pakuje.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP2518088 znany jest sposób wytwarzania ciekłego preparatu pektynowego z wytłoków z jabłek wykorzystujący hydrolizę-ekstrakcję materiału roślinnego w środowisku kwaśnym, selekcję ekstraktu z mieszaniny po hydrolizie, w którym surowce stosowane w świeżej lub świeżo wysuszonej formie poddaje się hydrolizie-ekstrakcji substancji pektynowych przenoszonych przez wodę w obecności 0,05-0,15% spożywczego kwasu organicznego o temperaturze od 85 do 90°C i stosunku fazy stałej do ciekłej od 1:5 do 1:12, a następnie stężenia wybranej hydropektyny w celu zapewnienia jej zawartości w końcowym produkcie na poziomie nie mniejszym niż 2,5%.

Pomimo znanych rozwiązań w stanie techniki dotyczących wytwarzania preparatu pektynowego z tkanki roślinnej, celowym byłoby opracowanie alternatywnego sposobu wytwarzania preparatu pektynowego oraz modyfikacji wyżej wymienionego preparatu pektynowego w celu poprawy jego wartości odżywczych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek, charakteryzujący się tym, że obejmuje kolejno następujące etapy: oczyszczone i obrane jabłka rozdrabnia się stosując osłonę przed ciemnieniem enzymatycznym; z rozdrobnionych jabłek odseparowuje się sok; wyciśnięte jabłka przemywa się wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 25°C; przemytą miazgę odbarwia się roztworem pirosiarczynu sodu o stężeniu od 0,6 do 0,9%wag. przez czas od 1 do 1,5 godziny; odbarwioną miazgę przemywa się wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 25°C; z przemytej miazgi odseparowuje się wodę; wyciśnięte jabłka poddaje się hydrolizie kwasowej roztworem kwasu azotowego (V) przy zakwaszeniu środowiska do pH w zakresie od

PL 238 161 B1

1,8 do 2,0, w temperaturze od 80 do 85°C przez od 1 do 1,5 godziny; uzyskaną zawiesinę chłodzi się do temperatury pokojowej; koaguluje się zawiesinę alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu od 85 do 87%wag. w stosunku masowym zawiesina: alkohol wynoszącym 1:1,6; strąt przemywa się alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu od 75 do 80%wag.; przemyty strąt utwardza się alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu wyższym niż 90%; po czym z utwardzonego strątu odseparowuje się alkohol, suszy się go oraz rozdrabnia.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy sposobu wytwarzania preparatu pektynowego według wynalazku.

Na Fig. 1 przedstawiono schematycznie sposób wytwarzania preparatu pektynowego. Sposób według wynalazku obejmuje kolejno: dostawy jabłek w kroku 101, oczyszczanie w kroku 102, obieranie surowca w kroku 103, rozdrabnianie w kroku 104, separowanie miazgi w kroku 105 (metodami tłoczenia lub wirowymi), dwukrotne przemywanie w kroku 106, odbarwianie w kroku 107, dwukrotne przemywanie w kroku 108, separowanie miazgi w kroku 109 (metodami tłoczenia lub wirowymi), hydrolizę protopektyn w kroku 110, chłodzenie w kroku 111, koagulację w kroku 112, przemywanie 113, utwardzanie w kroku 114, separowanie w kroku 115 (metodami tłoczenia lub wirowymi), suszenie w kroku 116 oraz rozdrabnianie w kroku 117 do wytworzenia preparatu pektynowego 118.

Surowiec (101) w postaci jabłek oczyszcza się (102) w celu usunięcia zanieczyszczeń fizycznych i organicznych. Następnie oczyszczony surowiec obiera się (103) w celu usunięcia skórki, po czym obrane owoce rozdrabnia się (104). Rozdrabnianie (104) korzystnie jest prowadzić stosując osłonę z aerozolu witaminy C lub w atmosferze gazu obojętnego takiego jak azot czy argon w celu zapobiegnięcia reakcji ciemnienia enzymatycznego, podczas której dochodzi do konwersji roślinnych związków fenolowych do brązowych barwników takich jak melaniny zmniejszając wartość odżywczą surowca. Następnie w celu usunięcia soku rozdrobnioną miazgę separuje się (105) metodami tłoczenia lub wirowymi. Po usunięciu frakcji płynnych pozostałe wytłoki owocowe przemywa się dwukrotnie (106) wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 20°C, korzystnie w stosunku 1:5 (włókno do wody). Uzyskany płynny ekstrakt w kroku (106) jest produktem ubocznym zawierającym węglowodany i inne składniki organiczne oraz jest przeznaczony do sprzedaży lub dalszej obróbki. W kolejnym kroku przemyte wytłoki odbarwia się (107) poprzez działanie roztworem pirosiarczynu sodu o stężeniu od 0,6 do 0,9%wag. przez czas od 1 do 1,5 godziny. Obróbka miazgi pirosiarczynem sodu oprócz odbarwiania pełni również funkcję antyutleniacza. Następnie odbarwioną miazgę dwukrotnie przemywa się (108) wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 20°C, korzystnie w stosunku 1:5 (wytłoki do wody), po czym w celu usunięcia wody przemytą dwukrotnie miazgę tłoczy się lub odwirowuje (109). Po odtłoczeniu lub odwirowaniu (109) miazgi, przeprowadza się hydrolizę protopektyn (110) w temperaturze od 80 do 85°C przez od 1 do 1,5 godziny w środowisku wodnym dodając do odsączonej miazgi wodę w ilości dwukrotnie większej do masy miazgi po czym zakwasza się środowisko do pH w zakresie od 1,8 do 2,0 poprzez dodanie kwasu azotowego (V). Hydroliza prowadzi do degradacji protopektyn, co uaktywnia znajdujące się w jabłkach pektyny, które z uwagi na małocząsteczkową budowę i blokowanie grup karboksylowych, zwiększają sorpcyjność i wartość odżywczą końcowego produktu. Następnie, zhydrolizowaną zawiesinę miazgi chłodzi się (111) do temperatury 25-30°C, koaguluje się (112) poprzez dodanie alkoholu, korzystnie etylowego lub izopropylowego, o stężeniu od 85 do 87%wag., korzystnie w stosunku masowym zawiesina:alkohol wynoszącym 1:1,6 (taki stosunek jest szczególnie korzystny ze względu na ekonomikę i wydajność procesu). Po koagulacji (112) otrzymany strąt poddaje się przemywaniu (113) alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu od 75 do 80%wag., korzystnie w stosunku masowym strąt:alkohol wynoszącym 1:1 (podany stosunek jest korzystny ze względu na ekonomikę i wydajność procesu). Następnie przemyty strąt utwardza się (114) alkoholem, korzystnie etylowym lub izopropylowym (można stosować inne stosunki ale podany jest korzystny ze względu na ekonomikę i wydajność procesu) o stężeniu wyższym niż 90%. Utwardzony strąt separuje się metodą tłoczenia lub wirową (115) w celu usunięcia alkoholu, po czym suszy się (116) do uzyskania przynajmniej 90% suchej masy i rozdrabnia (117) do uzyskania jednolitego proszku preparatu pektynowego (118) o rozmiarze cząstek nie przekraczającym 0,2 mm .

Preparat pektyny spożywczej otrzymany sposobem według wynalazku nie jest produktem w formie czystej. Dzięki temu sposób według wynalazku pozwala na zminimalizowanie strat pektyny związanej z jej pozyskaniem z wytłoków oraz zminimalizowanie strat związanych z procesami oczyszczania pektyny do formy czystej chemicznie, często ze związków pożądanych ze względu na swoje właściwości dietetyczne i zdrowotne. Pozwala to na otrzymanie preparatu pektynowego o wysokich walorach zdrowotnych i odżywczych w procesie o korzystniejszej ekonomice.

PL 238 161 B1

Przykład wykonania:

Surowiec w postaci jabłek oczyszczono, po czym obrano, a następnie rozdrobniono stosując osłonę z aerozolu witaminy C w celu zapobiegnięcia ciemnienia enzymatycznego. Następnie odciśnięto i otrzymaną miazgę przemyto dwukrotnie wodą o twardości 0,2°n oraz temperaturze 20°C w stosunku 1:5 po czym miazgę odbarwiono poprzez działanie roztworem pirosiarczynu sodu o stężeniu 0,7% wag. przez 1,0-1,5 godziny. Następnie odbarwioną miazgę przemyto dwukrotnie wodą o twardości 0,2°n oraz temperaturze 20°C w stosunku 1:5. Następnie przemytą miazgę tłoczono, a następnie przeprowadzono hydrolizę protopektyn w temperaturze 85°C przez 1 godzinę w środowisku wodnym, dodając do odsączonej miazgi wodę w ilości dwukrotnie większej do masy miazgi. Następnie zakwaszono środowisko do pH równego 2 poprzez dodanie kwasu azotowego (V). Następnie, zhydrolizowaną zawiesinę miazgi schłodzono do temperatury pokojowej, po czym koagulowano poprzez dodanie alkoholu izopropylowego o stężeniu 87% wag. w stosunku masowym zawiesina:alkohol wynoszącym 1:1,6. Otrzymany strąt poddano przemywaniu alkoholem izopropylowym o stężeniu 80%wag. w stosunku masowym strąt : alkohol wynoszącym 1:1. Następnie przemyty strąt utwardzono alkoholem izopropylowym o stęże niu 91%. Utwardzony strąt przetłoczono usuwając alkohol, po czym wysuszono do uzyskania 90% suchej masy i rozdrobniono do uzyskania jednolitego proszku preparatu pektynowego o białym kolorze i wielkości cząstek nie przekraczającej 0,2 mm.

Preparat otrzymany sposobem według wynalazku łączy właściwości błonnika jabłkowego i pektyny spożywczej. Co więcej kompozycja preparatu wykazuje efekt synergiczny poprzez oddziaływanie pomiędzy jej składnikami co skutkuje spotęgowaniem korzystnych właściwości dietetycznych i zdrowotnych.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek, znamienny tym, że obejmuje kolejno następujące etapy:

   - oczyszczone i obrane jabłka rozdrabnia się stosując osłonę przed ciemnieniem enzymatycznym;

   - z rozdrobnionych jabłek odseparowuje się sok;

   - wyciśnięte jabłka przemywa się wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 25°C;

   - przemytą miazgę odbarwia się roztworem pirosiarczynu sodu o stężeniu od 0,6 do 0,9%wag. przez czas od 1 do 1,5 godziny;

   - odbarwioną miazgę przemywa się wodą o twardości od 0,0 do 0,2°n oraz temperaturze w zakresie od 18 do 25°C;

   - z przemytej miazgi odseparowuje się wodę;

   - wyciśnięte jabłka poddaje się hydrolizie kwasowej roztworem kwasu azotowego (V) przy zakwaszeniu środowiska do pH w zakresie od 1,8 do 2,0, w temperaturze od 80 do 85°C przez od 1 do 1,5 godziny;

   - uzyskaną zawiesinę chłodzi się do temperatury pokojowej;

   - koaguluje się zawiesinę alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu od 85 do 87%wag. w stosunku masowym zawiesina:alkohol wynoszącym 1:1,6;

   - strąt przemywa się alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu od 75 do 80%wag.;

   - przemyty strąt utwardza się alkoholem, korzystnie izopropylowym lub etylowym, o stężeniu wyższym niż 90%;

   - po czym z utwardzonego strątu odseparowuje się alkohol, suszy się go oraz rozdrabnia.
2. 2. Sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako osłonę przed ciemnieniem enzymatycznym stosuje się atmosferę gazu obojętnego.
3. 3. Sposób wytwarzania preparatu pektynowego z jabłek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako osłonę przed ciemnieniem enzymatycznym stosuje się aerozol witaminy C.