RU2059385C1 - Способ получения пектина - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технологии получения пектина из растительного сырья в мягких условиях. Сущность изобретения: готовят гидролизующий агент путем культивирования на субстрате микроорганизмов вида Baci llus polymyxa. Смешивают гидролизующий агент с предварительным пектинсодержащим того же вида, что и использовалось в качестве субстрата. Отделяют жидкую фазу от твердой и выделяют пектин. 2 з. п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Description

Изобретение относится к технологии получения высокомолекулярных веществ, а конкретно к получению пектина из растительного сырья в мягких условиях, не приводящих к его разрушению.

Известен способ получения пектина из растительного сырья в мягких условиях [1] заключающийся в обработке растительного сырья, в качестве которого используют яблочные выжимки, 0,1-0,2N соляной кислотой в 50-70% этаноле и проведении экстракции 1-2% водным раствором ацетата натрия при 40-50^оС и рН 6,0 6,5.

Однако данный способ требует последующей очистки получаемого продукта. Использование кислоты в качестве гидролизующего агента приводит к получению продукта невысокого качества. Кроме того, сама технология трудоемка, а отходы производства загрязняют окружающую среду.

Известен также способ получения пектина [2] заключающийся в гидролизе растительного пектинсодержащего сырья, ферментными препаратами, осаждении, очистки и сушке. При этом используют комплекс ферментов, включающий целлюлазу и гемицеллюлазу, полученный из гриба Geotrichium candidum.

Однако данная технология сложна и трудоемка, поскольку требует специального предварительного получения фермента и последующей его очистки. Кроме того, применение ацетатного буфера требует очистки получаемого продукта, а использование для продукции ферментов гриба Geotrichium candidum может приводить к появлению в конечном продукте токсичных веществ и спор гриба, что требует специального контроля в технологическом процессе.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ получения пектина [3] заключающийся в изготовлении гидролизующего агента путем культивирования на субстрате микроорганизмов рода Bacillus, смешивании полученного гидролизующего агента с растительным пектинсодержащим сырьем, экстрагировании смеси и выделении целевого продукта. При этом, в качестве микроорганизмов используют не разрушающие пектин штаммы Bacillus subtilis, Вacilus cereus, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus circulans, Bacillus coagulans, Bacillus firmus, Bacillus licheniformis, Bacillus pumilis, Bacillus macerans, аналогичные штаммы или мутантные штаммы этих бактерий. В качестве растительной ткани, содержащей пектиновые вещества, используют кожуру или оболочку долек цитрусовых. Данный способ позволяет извлекать 30-35% пектиновых веществ от теоретически возможного количества.

Однако, использование в данном техническом решении неутилизирующих пектин штаммов приводит к быстрому их вырождению и появлению способности использовать пектин, что снижает выход готового продукта. Кроме того, процесс получения неутилизирующих пектин штаммов достаточно сложен и трудоемок. Недостаточна и полнота извлечения пектина из сырья.

Целью изобретения является увеличение полноты выхода готового продукта при сохранении экологически чистого процесса его получения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения пектина, заключающемся в изготовлении гидролизующего агента путем культивирования на субстрате микроорганизмов рода Bacillus, смешивании полученного гидролизующего агента с растительным пектинсодержащим сырьем, экстрагировании смеси и выделении целевого продукта, в качестве микроорганизмов рода Bacillus используют микроорганизмы вида Bacillus polymyxa, а в качестве субстрата используют беспектиновое растительное сырье того же вида, что экстрагируемое пектинсодержащее сырье. При этом экстракцию растительного сырья проводят при 30-70^оС в течение 3-48 ч. В качестве экстрагируемого растительного пектинсодержащего сырья может быть использован тыквенный жом, жом сахарной свеклы, а также другое пектинсодержащее сырье (кожура цитрусовых, корзинки подсолнечника, морковь и т.п.). В случае использования тыквенного жома экстракцию проводят при 40-50^оС в течение 9-16 ч, а в случае использования жома сахарной свеклы экстракцию проводят при 60-70^оС в течение 14-20 ч.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано способа получения пектина, в котором увеличение выхода готового продукта происходило бы за счет использования утилизирующих пектин микроорганизмов рода Baсillus вида Bacillus polymyxa. При этом, использование беспектинового растительного сырья того же вида, что и экстрагируемое растительное пектинсодержащее сырье, позволяет индуцировать выработку оптимального комплекса ферментов, способствующих разрушению целлюлозо-лигнин-пектиновых связей и освобождению пектина. Вышеуказанное позволяет сделать вывод о наличии "изобретательского уровня" в предлагаемом техническом решении.

В качестве микроорганизмов рода Bacillus вида Bacillus polymyxa используют штамм Bacillus polymyxa В-4556 (ЦМПМ ВНИИгенетика), штамм Bacillus polymyxa СХБ 16, 18, 19, 20, 23 (НИПТИ сельскохозяйственной биотехнологии).

На фиг. 1 представлена зависимость выхода пектина из жома тыквы от времени и температуры экстракции; на фиг. 2 зависимость выхода пектина из жома сахарной свеклы от времени и температуры экстракции.

Способ осуществляется следующим образом.

Готовят гидролизующий агент путем культивирования на субстрате микроорганизмов вида Bacillus polymyxa. Для этого беспектиновое растительное сырье (например, беспектиновый тыквенный жом) заливают водой, доводят рН до 7,5 и среду стерилизуют. После охлаждения среду засевают, например, культурой Bacillus polymyxa В-4556 (ЦМПМ ВНИИгенетика). Культивирование проводят в течение 48 ч, при 28-30^оС при постоянном перемешивании. Жидкую фазу отделяют от твердой центрифугированием. Полученный гидролизующий агент (бесклеточную культуральную жидкость) смешивают с предварительно измельченным и набухшим растительным сырьем того же вида, что и использовалось в качестве субстрата, т.е. с тыквенным жомом. Общий гидромодуль 1:10-1-13.

Экстракцию растительного сырья проводят при 30-70^оС в течение 3-48 ч. Экстракт отделяют от сырья центрифугированием или фильтрацией, после чего проводят осаждение пектина этанолом, изопропанолом или ацетоном при соотношении объемов экстракта к осадителю 1:2. Осажденный пектин сушат до воздушно-сухого состояния.

П р и м е р 1. Стадия 1. Приготовление гидролизующего агента (бесклеточной культуральной жидкости).

0,5 г сухого беспектинового тыквенного жома помещают в коническую колбу объемом 200 см³, заливают 50 см³ водопроводной воды, доводят рН до 7,5 и стерилизуют при 121^оС (1 атм) в течение 30 мин. После охлаждения среду засевают культурой Bacillus polymyxa ЦМПМ ВНИИГенетика В-4556. Культивирование проводят в течение 48 ч,при 28-30^оС на круговой качалке при 150 об/мин. После этого жидкую фазу отделяют от твердой центриуфугированием при 3000 g. Полученную бесклеточную культуральную жидкость используют как гидролизующий агент.

Стадия 2. 5 г сухого тыквенного жома, предварительно набухшего в воде (15 см³) заливают 50 см³ гидролизующего агента, общий гидромодуль 1:13. Экстракцию проводят при 50^оС в течение 20 ч. Экстракт отделяют от сырья центрифугированием при 3000 g в течение 30 мин. Сырье промывают в 25 см³ деионизованной воды при 70-80^оС в течение 20 мин. Сырье отделяют центрифугированием, экстракты соединяют и проводят осаждение пектина 2 объемами 96% этанола. Осажденный пектин сушат до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре 30 ч. Выход пектиновых веществ составил 22% от сухого веса сырья.

П р и м е р ы 2-7. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, с использованием различных штаммов Bacillus polymyxa для получения гидролизующего агента. Данные примеров приведены в табл.1. Они свидетельствуют, что наиболее полная экстракция пектина достигается при использовании гидролизующего агента, полученного при культивировании штамма Bacillus polymyxa В-4556 (ЦМПМ).

П р и м е р ы 8-12. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, однако экстрагирование проводят при 40-70^оС в течение 3-24 ч. Результаты экстракции приведены на фиг.1, где по оси абсцисс время экстракции (ч); по оси ординат выход пектина (% от сухой массы сырья).

Выход пектина составил 9,5-22,5% от сухой массы сырья.

Данные графика свидетельствуют, что наиболее полная экстракция пектина достигается при 40-50^оС и времени обработки 9-16 ч.

П р и м е р 13. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, однако экстрагирование проводят при 30^оС. Выход пектина составил 8,8%
П р и м е р 14. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 1, с использованием на стадии 1 беспектинового жома сахарной свеклы.

Стадия 2. 5 г сухого жома сахарной свеклы, предварительно набухшего в воде (10 см³) заливают 40 см³ гидролизующего агента, общий гидромодуль 1:10. Экстракцию проводят при 50^оС в течение 24 ч. Экстракт отделяют от сырья центрифугированием при 3000 g в течение 30 мин. Сырье промывают в 25 см³ деонизованной воды при 70-80^оС в течение 20 мин. Сырье отделяют центрифугированием, экстракты соединяют и проводят осаждение пектина 2 объемами 96% этанола. Осажденный пектин сушат до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре 30 ч. Выход пектиновых веществ составил 7% от сухого веса сырья.

П р и м е р ы 15-20. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 14, с использованием различных штаммов Bacillus pilymyxa для получения гидролизующего агента. Данные примеров приведены в табл.2.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что наиболее полная экстракция пектина достигается при использовании гидролизующего агента, полученного при культивировании штамма Bacillus polymyxa В-4556 (ЦМПМ).

П р и м е р ы 21-25. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 14, однако экстрагирование проводят при 40-70^оС в течение 3-26 ч. Результаты экстракции приведены на фиг.2, где по оси абсцисс время экстракции (час); по оси ординат выход пектина (% от сухой массы сырья).

Выход пектина составил 9-11,5% от массы сухого сырья.

Данные графика свидетельствуют, что наиболее полная экстракция пектина достигается при 60-70^оС и времени обработки 14-20 ч.

П р и м е р 26. Способ осуществляют при тех же условиях, что и в примере 14, однако экстрагирование проводят при 30^оС в течение 48 ч. Выход пектина составил 7% от массы сухого сырья.

П р и м е р 27. Анализ полученных препаратов пектина в сравнении с препаратами пектина, полученными кислотным методом (0,1N НСl). Молекулярную массу определяли гельхроматографией на Sephacryl S-500 колонка 75х1,6 см. Буфер 0,05 М Трис НСl + 4М мочевина + ЭДТА, рН 7,0. Детектор проточный рефрактометр. Моносахаридный состав, содержание полигалактуроновых кислот и степень этерификации определяли газожидкостной хроматографией ацетатов альдитолов и бутиламидов альдоновых кислот, хроматограф Hewled-Packard 5890А (США), колонка Ultra-1 50х0,25 мм, температура 150 ->> 290^оС, 5^оС/мин.

Зольность и влажность определяли традиционными методами.

Результаты анализов приведены в табл.3.

Молекулярная масса всех препаратов 100-150 кДа.

Выбор граничных значений времени и температуры экстракции обусловлен следующим.

При экстрагировании сырья менее 3 ч не происходит полного выхода пектина, т.е. не достигается цель изобретения. Экстрагирование более 48 ч приводит к снижению качества продукта за счет термоокислительно-гидролитической и энзиматической деструкции. При температуре экстрагирования меньше 30^оС резко возрастает время, необходимое для достижения полноты выхода пектиновых веществ за счет развития посторонней микрофлоры. Экстрагирование при температуре выше 70^оС приводит к снижению качества продукта за счет термоокислительно-гидролитической и энзиматической деструкции, а также к термической инактивации ферментов.

Таким образом, изобретение позволяет осуществить наиболее полную экстракцию пектиновых веществ из растительного сырья, а именно увеличить выход до 80% от теоретически возможного.

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕКТИНА, включающий изготовление гидролизующего агента путем культивирования на субстрате микроорганизмов рода Bacillus, смешение полученного гидролизующего агента с растительным пектинсодержащим сырьем, экстрагирование смеси и выделение целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов рода Bacillus используют микроорганизмы вида Bacillus polymyxa, а в качестве субстрата беспектиновое растительное сырье того же вида, что и экстрагируемое растительное пектинсодержащее сырье, при этом экстракцию проводят при 30 70^oС в течение 3 48 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного пектинсодержащего сырья используют тыквенный жом, а экстракцию проводят при 40 50^oС в течение 9 16 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного пектинсодержащего сырья используют жом сахарной свеклы, а экстракцию проводят при 60 70^oС в течение 14 20 ч.

Images