RU2055485C1 - Method of preparing low-methoxylated pectin - Google Patents
Method of preparing low-methoxylated pectin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2055485C1 RU2055485C1 SU925042782A SU5042782A RU2055485C1 RU 2055485 C1 RU2055485 C1 RU 2055485C1 SU 925042782 A SU925042782 A SU 925042782A SU 5042782 A SU5042782 A SU 5042782A RU 2055485 C1 RU2055485 C1 RU 2055485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pectin
- extract
- demethoxylation
- extraction
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению пектина, применяемого, в основном, для пищевых, медицинских и профилактических целей и может быть использовано в консервной, кондитерской, хлебопекарной промышленности для приготовления продуктов питания, в том числе лечебно-профилактического и диетического характера, а также в фармакологии и медицине. The invention relates to the production of pectin, used mainly for food, medical and preventive purposes and can be used in the canning, confectionery, bakery industries for the preparation of food products, including medical and preventive and dietary nature, as well as in pharmacology and medicine .
Известен способ получения низкометоксилированного пектина путем обработки яблочного экстракта 25%-ным раствором аммиака. A known method for producing low methoxylated pectin by treating apple extract with 25% ammonia solution.
Способ включает в себя охлаждение азотнокислого яблочного экстракта до 15оС, обработки его 25%-ным раствором аммиака в объемном отношении 20:1 для обеспечения рН смеси 10,3 10,5. Реакция деметоксилирования протекает в течение 0,5 4,0 ч. После омыления смесь подкисляют азотной кислотой до рН 1,9 2,0, добавляют этиловый спирт в объемном соотношении 1:1 для осаждения пектина. Полученный пектин характеризуется степенью метоксилирования 62 37
Недостатком данного способа является длительность процесса деметоксилирования и, в связи с этим, незначительная производительность линии получения низкометоксилированного пектина, а также необходимость использования агрессивной азотной кислоты как для гидролиза-экстрагирования растительного сырья, так и для подкисления экстракта после деметоксилирования и выделения пектина из концентрата. Азотная кислота, используемая в процессе получения и выделения низкометоксилированного пектина, способствует загрязнению целевого продукта нитрат-ионами в количествах, превышающих максимально допустимые концентрации. Это требует дополнительных дорогостоящих приемов по очистке пектина, усложняет процесс очистки.The method includes cooling the apple nitrate extract to 15 ° C, treating it with a 25% ammonia solution in a volume ratio of 20: 1 to provide a pH of 10.3 to 10.5. The demethoxylation reaction proceeds within 0.5 to 4.0 hours. After saponification, the mixture is acidified with nitric acid to pH 1.9 2.0, ethyl alcohol is added in a volume ratio of 1: 1 to precipitate pectin. The obtained pectin is characterized by a degree of methoxylation 62 37
The disadvantage of this method is the length of the demethoxylation process and, therefore, the low productivity of the low methoxylated pectin production line, as well as the need to use aggressive nitric acid both for hydrolysis-extraction of plant materials and for acidification of the extract after demethoxylation and separation of pectin from the concentrate. Nitric acid used in the production and isolation of low methoxylated pectin contributes to the contamination of the target product with nitrate ions in amounts exceeding the maximum allowable concentration. This requires additional expensive pectin purification techniques and complicates the purification process.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ получения низкометоксилированного пектина из растительного сырья путем кислотной экстракции последнего азотной кислотой, концентрирования экстракта, охлаждение его до 6-8оС, щелочного деметоксилирования концентрата раствором едкого натра для обеспечения рН смеси 10,8-11,2. При достижении требуемой степени этерификации процесс останавливают, добавляя азотную кислоту до рН 4,5.The closest in technical essence is a solution process for preparing low methoxyl pectin from plant material by acid extraction last nitric acid, concentrating the extract, cooling it down to 6-8 ° C, the alkali concentrate demethoxylation of NaOH to provide a
Пектин выделяют из концентрата этиловым спиртом с добавлением азотной кислоты до достижения рН 1,7 2,0. Pectin is isolated from the concentrate with ethyl alcohol with the addition of nitric acid until a pH of 1.7 to 2.0 is reached.
Недостатками данного способа является необходимость использования высококонцентрированного раствора щелочи, поддержание низкой температуры экстракта 6-8оС и использование агрессивной азотной кислоты на стадиях остановки процесса деметоксилирования.The disadvantages of this method is the need to use highly concentrated alkali solution, maintaining low temperature extract of 6-8 ° C and aggressive use of nitric acid in step demethoxylation stop process.
Заявленное решение отличается от ближайшего аналога тем, что пектинсодержащий экстракт из растительного сырья получают путем промывки сырья, его гидролиза-экстрагирования с последующим разделением пpогидpолизованной смеси на выжимки и жидкую фазу, дополнительной экстракции пектина из выжимок в течение 0,4 0,5 ч при температуре процесса 80 85оС и купажирования жидкой фазы с пектиновым экстрактом, полученным на стадии дополнительной экстракции, при этом промывание, гидролиз-экстрагирование и дополнительную экстракцию осуществляют ЭАВ, прошедшей электромембранную обработку, с общей жесткостью 0,005 3,0 мгэкв/л до достижения в готовом пектинсодержащем экстракте 0,8-1,2% пектиновых веществ, охлаждение ведут до 15 20оС, щелочное деметоксилирование осуществляют при рН 8,0 10,0, а подкисление проводят соляной кислотой до достижения рН среды 2,0 3,0.The claimed solution differs from the closest analogue in that the pectin-containing extract from plant material is obtained by washing the raw material, hydrolyzing and extracting it, followed by separation of the hydrolyzed mixture into pomace and liquid phase, additional extraction of pectin from pomace for 0.4 0.5 hours at a
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Thus, the claimed method meets the criterion of "novelty."
Однако ни в одном известном техническом решении не отмечено использование дополнительного экстрагирования прогидролизованного сырья электроактивированной водой и купажирования экстрактов для ускорения процесса щелочного деметоксилирования в 3-20 раз, используя при этом более слабый раствор щелочи с рН 8-10. However, no known technical solution noted the use of additional extraction of the hydrolyzed feed with electroactivated water and blending of extracts to accelerate the process of alkaline demethoxylation by 3-20 times, using a weaker alkali solution with a pH of 8-10.
Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия". This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
Щелочное деметоксилирование пектина в экстракте протекает следующим образом. Гликозидные связи полиуронидов более лабильны по отношению к щелочам, что приводит к увеличению скорости деполимеризации пектина и его разрушению. Alkaline demethoxylation of pectin in the extract proceeds as follows. The glycosidic bonds of polyuronides are more labile with respect to alkalis, which leads to an increase in the rate of pectin depolymerization and its destruction.
Однако при 15 20оС величина энергии активации недостаточна для разрыва цепи микромолекулы пектина и способна обеспечить лишь реакцию деэтерификации. Протекающий процесс деметоксилирования описывается следующим уравнением
R-[(COOCH3)m•(COOH)n]+pH2O R-[(COOCH3)m-p•(COOH)n+p]+pCH3OH
Экспериментально установлено, что ускорение процесса щелочного деметоксилирования согласно предложенного способа осуществляется за счет подготовки пектиновой макромолекулы путем введения в процесс получения пектина дополнительной экстракции сежей порции ЭАВ в течение 0,4 0,5 ч.However, at 15 20 ° C the amount of energy is insufficient to activate the chain scission macromolecules and pectin is able to provide a de-esterification reaction. The ongoing demethoxylation process is described by the following equation
R - [(COOCH 3 ) m • (COOH) n ] + pH 2 O R - [(COOCH 3 ) mp • (COOH) n + p ] + pCH 3 OH
It was experimentally established that the acceleration of the process of alkaline demethoxylation according to the proposed method is carried out by preparing a pectin macromolecule by introducing into the process of producing pectin an additional extraction of a gray portion of EAW for 0.4 0.5 hours.
На основании модельных представлений о макромолекуле яблочного пектина последняя содержит участки цепи рамногалактуронана с боковыми ответвлениями из остатков нейтральных сахаров и галактуронана. Боковые ответвления присоединены к основной цепи через находящиеся в ней остатки рамнозы и некоторых случаях ксилозы. Дополнительная кислотная экстракция пектиновых веществ при рН 1,5-2,5 и температуре 80 85оС приводит к значительному разрушению ковалентных связей между остатками рамнозы и арабинозы, что приводит к выделению линейных молекул пектина с более высоким содержанием полигалактуроновой кислоты и улучшает стерические факторы при дальнейшей деэтерификации пектина. Кроме этого, в кислой среде протекает нуклеофильное замещение через стадию протонизации кислорода эфирной группы (образование оксониевой соли), приводящее к уменьшению энергии гpуппы -СН. По мере того, как уменьшается энергия отщепляющейся группы при реакции замещения, должна не только возрастать скорость реакции, но и пpоцесс разрыва связи должен превалировать над процессом образования связи. Менее 0,4 ч вести процесс нецелесообразно из-за медленной диффузии ЭАВ в клетки растительной ткани.Based on model ideas about the apple pectin macromolecule, the latter contains ramnogalacturonan chain sections with side branches from the residues of neutral sugars and galacturonan. Lateral branches are connected to the main chain through the remains of ramnose and, in some cases, xylose. Additional acid pectin extraction at a pH of 1.5-2.5 and a temperature of 80 85 ° C leads to considerable destruction of covalent bonds between residues rhamnose and arabinose, which leads to the isolation of pectin linear molecules with a higher content of polygalacturonic acid and enhances steric factors in further deesterification of pectin. In addition, nucleophilic substitution proceeds in an acidic medium through the stage of protonation of oxygen of the ether group (formation of an oxonium salt), leading to a decrease in the energy of the -CH group. As the energy of the leaving group decreases during the substitution reaction, not only should the reaction rate increase, but also the bond breaking process should prevail over the bond formation process. For less than 0.4 h, it is impractical to conduct the process due to the slow diffusion of EAS into the cells of plant tissue.
Свыше 0,5 ч возможно начало кислотной деэтерификации и деполимеризации пектина
___→ + CH3OH
Снижение энергии группы -СН3 приводит к увеличению скорости реакции щелочного деметоксилирования, что снижает вероятность протекания сопряженного процесса деполимеризации пектиновых цепочек по гликозидным связям с образованием двойных связей между С4 и С5. Этот процесс регулируется температурным режимом процесса и концентраций щелочи.Over 0.5 h, the onset of acid deesterification and depolymerization of pectin is possible
___ → + CH 3 OH
A decrease in the energy of the —CH 3 group leads to an increase in the rate of the alkaline demethoxylation reaction, which reduces the likelihood of a conjugated process of depolymerization of pectin chains along glycosidic bonds with the formation of double bonds between C 4 and C 5 . This process is regulated by the temperature conditions of the process and alkali concentrations.
Экспериментально установлено, что при рН менее 8,00, скорость деметоксилирования невысока в связи с недостатком количества гидроксогрупп в экстракте, что не позволяет получить пектин с низкой степенью этерификации (табл. 1) в течение небольшого промежутка времени обработки экстракта 5 15 мин при комнатной температуре. Проведение процесса деметилирования при рН выше 10 не способствует значительному снижению степени этерификации. При этом значительно ухудшается чистота пектина, снижается уронидная составляющая (табл.1), и, как следствие, связывающая способность пектина уменьшается и выход целевого продукта. It was experimentally established that at pH less than 8.00, the demethoxylation rate is low due to the lack of the number of hydroxo groups in the extract, which does not allow to obtain pectin with a low degree of esterification (Table 1) for a short period of processing the extract for 5-15 minutes at room temperature . Carrying out the demethylation process at a pH above 10 does not significantly reduce the degree of esterification. At the same time, the purity of pectin deteriorates significantly, the uronide component decreases (Table 1), and, as a result, the binding ability of pectin decreases and the yield of the target product decreases.
Увеличение времени обработки экстракта свыше 15 мин как при рН 10,0, так и при рН ниже 8,0 приводит к снижению производительности линии. В первом случае углубляется деструкция пектиновых макромолекул за счет распада пектиновой цепочки при длительном воздействии щелочи. Во втором увеличение продолжительности обработки щелочи не приводит к существенному деметоксилированию и получению целевого продукта с заданной степенью этерификации. An increase in the processing time of the extract over 15 min both at pH 10.0 and at pH below 8.0 leads to a decrease in line productivity. In the first case, the destruction of pectin macromolecules is deepened due to the breakdown of the pectin chain with prolonged exposure to alkali. In the second case, an increase in the duration of alkali treatment does not lead to significant demethoxylation and to obtain the target product with a given degree of esterification.
Деметоксилирование пектинового экстракта менее 5 мин осуществить технически невозможно. Demethoxylation of pectin extract for less than 5 min is technically impossible.
Нижний предел рН 8,0 лимитируется малой скоростью реакции в связи с небольшой концентрацией гидроксил-ионов при этом, а верхний рН 10,0 существенным ускорением деполимеризации. Ускорение процесса за счет повышения рН ограничивается большим расходом кислоты для установления исходного значения рН экстракта и ухудшением качества пектина, так как щелочное деметоксилирование является скоростным процессом, однако при высоких значениях рН вытеснение сложных метиловых групп эфиров сопровождается деполимеризацией пектиновых цепочек, приводящих к деструкции пектиновых макромолекул и снижению качества и выхода пектина. The lower limit of pH 8.0 is limited by the low reaction rate due to the low concentration of hydroxyl ions in this case, and the upper pH of 10.0 is a significant acceleration of depolymerization. The acceleration of the process due to an increase in pH is limited by a large acid consumption to establish the initial pH of the extract and deterioration in the quality of pectin, since alkaline demethoxylation is a high-speed process, however, at high pH values, displacement of complex methyl groups of esters is accompanied by depolymerization of pectin chains, leading to destruction of pectin macromolecules and lower quality and yield of pectin.
Обработанный щелочью экстракт подкисляется концентрированной соляной кислотой до исходного значения рН необработанного экстракта. Использование данной кислоты обусловлено ее высокой степенью диссоциации по сравнению с азотной кислотой, следовательно, быстрой нейтрализацией щелочи, а также отсутствием окислительной способности, приводящей к разрушению органических соединений в экстракте, в том числе и пектина. The alkali-treated extract is acidified with concentrated hydrochloric acid to the initial pH of the untreated extract. The use of this acid is due to its high degree of dissociation compared to nitric acid, therefore, the rapid neutralization of alkali, as well as the lack of oxidizing ability, leading to the destruction of organic compounds in the extract, including pectin.
Указанный способ позволяет получить пектин со степенью этерификации 34,3 54,15
Способ осуществляется следующим образом: пектинсодержащее растительное сырье, например, сухие яблочные отжимы, промывают и подвергают набуханию в электроактивированной воде с рН 3 3,5 при 60 80оС в течение 20 40 мин, проводят гидролиз-экстрагирование ЭАВ с рН 1,5 2,5 при температуре 80 85оС в течение 1,5 2,0 ч. Экстракт I сливают, оставшуюся твердую растительную массу заливают свежей порцией ЭАВ при той же температуре на 0,4 0,5 ч для дополнительной экстракции. Экстракт II сливают и купажируют с экстрактом I.The specified method allows to obtain pectin with a degree of esterification of 34.3 54.15
The method is as follows: pectin-containing plant materials, for example, dry apple pressed, washed and subjected to swelling in electroactivated water with a pH of 3.5 at 60 80 about C for 20 to 40 minutes, carry out hydrolysis-extraction of EAS with a pH of 1.5 to 2 , 5 at a temperature of 80 85 about C for 1.5 2.0 hours. The extract I is drained, the remaining solid plant mass is poured with a fresh portion of EAS at the same temperature for 0.4 0.5 hours for additional extraction. Extract II is drained and blended with extract I.
Примеры проведения дополнительной экстракции при различных параметрах даны в табл.1. Examples of additional extraction at various parameters are given in table 1.
Ужесточение технологических режимов дополнительной экстракции, также как и создание более мегких условий следует считать нецелесообразным, так как согласно экспериментальных данных выход пектина при этом снижается в пером случае из-за деструкции, во втором из-за неполного извлечения последнего. The toughening of the technological regimes of additional extraction, as well as the creation of milder conditions, should be considered impractical, since according to experimental data, the yield of pectin in this case decreases in the first case due to destruction, in the second due to incomplete extraction of the latter.
В предлагаемом способе гидролиз проведен ЭАВ (электроактивированной водой) с рН 1,85 при 80оС в течение 1,75 ч. Жидкая фаза отфильтровывалась, а твердая заливалась новой порцией ЭАВ с рН 1,85 при температуре 80оС в течение 0,45 ч.In the present process the hydrolysis conducted EAS (electroactivated water) with a pH of 1.85 at 80 ° C for 1.75 h. The liquid phase was filtered and the solid portion was poured new EAS pH 1.85 at 80 ° C for 0, 45 h
Полученный пектиновый экстракт охлаждают до 15 20оС и обрабатывают 1 н. раствором едкого натра с рН 8-10 в течение 5 15 мин. Реакцию деэтерификации прекращали введением в реакционную смесь концентрированной соляной кислоты до достижения исходного значения рН экстракта. Далее пектин осаждают из экстракта 96 спиртом в соотношении 1:2,5. Выполнение предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами:
П р и м е р 1. 100 г сухих яблочных выжимок освобождают от механических примесей водой комнатной температуры, заливают ЭАВ с рН 3,0 и температурой 60оС, подвергая сырье набуханию в течение 20 мин, проводят гидролиз по вышеуказанной методике.The resulting pectin extract is cooled to 15 20 about C and treated with 1 N. caustic soda solution with a pH of 8-10 for 5 to 15 minutes The deesterification reaction was stopped by adding concentrated hydrochloric acid to the reaction mixture until the initial pH of the extract was reached. Next, pectin is precipitated from the extract with 96 alcohol in a ratio of 1: 2.5. The implementation of the proposed method is illustrated by the following examples:
EXAMPLES EXAMPLE 1 100 g of dried apple pomace freed of mechanical impurities with water at room temperature, poured EAS pH 3.0 and a temperature of 60 ° C, subjecting the raw material to swell for 20 min, hydrolysis is carried out under the above procedure.
Обе порции экстракта (I и II) соединяют, отфильтровывают, охлаждают до 20оС, добавляют 1н. раствор гидроксида натрия до рН 8,0. Деметоксилирование проводят в течение 15 мин, после чего доводят рН экстракта до исходного значения рН с помощью концентрированной соляной кислоты. Полученный низкометоксилированный пектин из экстракта выделяют этиловым спиртом в соотношении 1: 2. Пектиновый коагулят пpомывают спиртом 1:0,5 и сушат. Степень этерификации выделенного пектина (С. Э. ) составляет 54,15% способность удерживать ионы тяжелых металлов (по свинцу) К
П р и м е р 2. Отличается от примера 1 тем, что деметоксилирование проводят при рН 10, в течение 5 мин при 15оС. С.Э. полученного пектина составляет 33,30 К
П р и м е р 3. Отличается от примера 1 лишь тем, что деметоксилирование проводят при рН 9, температуре 17оС в течение 10 мин. Степень этерификации полученного пектина равна 34,3% К
П р и м е р 4. Отличается от примера 1 тем, что деметоксилирование проводят при рН 11,0, температуре 10оС в течение 5 мин. С.Э. 32,7 К
П р и м е р 5. Отличается от примера 1 тем, что деметоксилирование проводят при рН 7,0, температуре 25оС в течение 20 мин. С.Э. 56,9 К
Примеры 1-5 сведены в табл.2. Данные приведены для одинаковых значений рН экстракта после подкисления, равных 2,5. Examples 1-5 are summarized in table 2. Data are given for the same pH values of the extract after acidification, equal to 2.5.
Использование предлагаемого способа получения низкометоксилированного пектина обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
ускорение процесса деметоксилирования в 3-20 раз;
получение пектина с высокой способностью к связыванию ионов тяжелых металлов (Рв);
увеличение объема производства низкометоксилированного пектина за счет ускорения процесса деметоксилирования;
получение низкометоксилированного пектина с заданной степенью этерификации в диапазоне 34,30 54,15Using the proposed method for producing low methoxylated pectin provides the following advantages in comparison with existing methods:
acceleration of the demethoxylation process by 3-20 times;
obtaining pectin with a high ability to bind heavy metal ions (P in );
an increase in the production of low methoxylated pectin by accelerating the demethoxylation process;
obtaining low methoxylated pectin with a given degree of esterification in the range of 34.30 54.15
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925042782A RU2055485C1 (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Method of preparing low-methoxylated pectin |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925042782A RU2055485C1 (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Method of preparing low-methoxylated pectin |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2055485C1 true RU2055485C1 (en) | 1996-03-10 |
Family
ID=21604534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU925042782A RU2055485C1 (en) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | Method of preparing low-methoxylated pectin |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2055485C1 (en) |
-
1992
- 1992-05-18 RU SU925042782A patent/RU2055485C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Андреев В.Г., Науменко И.В., Паршакова Л.Г. Способы получения различных типов яблочного пектина. Консервная, овощесушильная и пищеконцентратная промышленность, серия 4, вып.16, ЦНИИТЭИпищепром, 1981. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4104460A (en) | Method for treating seaweed with hydrogen peroxide or hydrogen peroxide compound | |
RU2055485C1 (en) | Method of preparing low-methoxylated pectin | |
RU2422044C1 (en) | Method for production of pectin and food fibres of pumpkin cake | |
US3879373A (en) | Concentration and isolation of pentosans from wheat bran | |
JPS6176503A (en) | Purification of pectin | |
RU2485804C2 (en) | Method for extraction of pectin substances in native state from rosehip fruit shells | |
RU2035165C1 (en) | Method for production of pectine from vegetable raw materials | |
KR20200062940A (en) | Agar oligosaccharides Manufacturing Method | |
CN113355243B (en) | Processing method for microwave-assisted extraction of microalgae active components | |
US2502477A (en) | Acid leaching of pectinous materials | |
RU2202621C1 (en) | Method for producing pectin concentrate from beet pulp | |
FR2495935A1 (en) | Muco:polysaccharide fractions derived from heparin - with selective inhibitory action against factor Xa but low anticoagulant activity | |
RU2131884C1 (en) | Method of carboxymethylation of lignocarbohydrate materials | |
RU2095996C1 (en) | Method for production of fruit-and-berry pectin | |
RU2251894C2 (en) | Method for producing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2257805C2 (en) | Method for preparing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2253294C2 (en) | Method for producing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2257803C2 (en) | Method for preparing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2250660C2 (en) | Method of preparing carbon-containing jelling concentrate for confectioneries | |
JP4221946B2 (en) | Low average polymerization degree polygalacturonic acid production method | |
RU2257802C2 (en) | Method for preparing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2065446C1 (en) | Method of pectin matter preparing | |
RU2253297C2 (en) | Method for preparing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2257800C2 (en) | Method for preparing of carbohydrate-containing jellying concentrate for confectionery products | |
RU2259068C2 (en) | Method for production of carbohydrate-containing gelling concentrate for confectionery |