Покровные ткани плодов являются отходами производства пищевых и технических продуктов и лишь немногие из них имеют народохозяйственное значение. Чаще всего плодовые оболочки утилизируют нерационально – запахивают в почву в качестве источника дополнительной органики или сжигают, значительно реже их используют в гидролизной промышленности, или для получения активированных углей. Между тем, выполняемая этими тканями защитная функция обуславливает содержание большого количества пектиновых веществ в составе структурных компонентов их клеточных стенок, определяющих их высокую прочность. По этой причине плодовые оболочки нередко исследуются на предмет количества и качества содержащихся в них пектиновых веществ, а результатом таких исследований становятся предлагаемые исследователями технологии их получения.
В связи с высокими объемами мирового производства и переработки различных цитрусовых, подсолнечника и хлопка, сырьевая база пектина рассматриваемой группы материала (плодовые оболочки) представлена в основном кожурой цитрусовых плодов, соцветиями-корзинками подсолнечника и коробочками хлопчатника. При этом, покровные ткани других плодов получают в гораздо меньших объемах, чем и обусловлен редкий к ним интерес исследователей, работающих в этой области. Однако одним из важнейших направлений увеличения объемов производства товарного пектина является расширение сырьевой базы пектиносодержащего сырья за счет поиска нетрадиционных сырьевых источников и разработки новых способов получения пектинопродуктов из них. Поэтому актуальными являются проводимые исследования качественно-количественных характеристик пектиновых веществ и разработка технологий получения пектина и пектинопродуктов из видов сырья пока еще неиспользуемых или малоиспользуемых в этих целях.
Так, при производстве масла из тунга перерабатывают только ядро. Плодовые оболочки, доля которых от массы плодов составляет для тунга Форда – 37...44 %, а для тунга Кордата – 31...46 %, являются неиспользуемыми отходами. Чаще всего их сжигают или запахивают в почву [1, с.95, 2, с.409].
По полученным нами данным, в плодовой оболочке тунга содержание пектиновых веществ может достигать 28,5 % в пересчете на сухую массу. На основании проведенных исследований разработана и предложена технология получения пектина из плодовых оболочек тунга, включающая сушку и измельчение материала; удаление примесей; обезжиривание измельченного материала; очистку материала от полифенолов; гидролиз-экстрагирование; отделение жидкой фазы; осаждение пектина из экстракта; сушку и измельчение полученного осадка пектина [3, с. 1]. По физико-химическим характеристикам пектин из плодовой оболочки тунга является студнеобразующим.
Также на предмет количества и качества пектина исследовались семенные оболочки сои [4, с. 13-14], плодовые оболочки ореха черного [5, с. 15-16], клещевины [6, с. 1] и эспарцета.
На своей родине, в Северной Америке, орех черный широко культивируется как орехоплодная порода, а на территории Краснодарского края используется в ветрозащитных лесонасаждениях и для получения древесины. В последние годы рассматривается перспективность замены других культур, применяемых в ветрозащитных насаждениях, посадками ореха черного, что повышает актуальность изучения направлений использования его плодов.
Массовая доля околоплодника в плодах раннецветущих форм составляет 72,6 %, среднецветущих – 59,9 %, позднецветущих – 57,3 %. В связи с тем, что околоплодники содержат балластные по отношению к пектину вещества, на этапе предварительной обработки сырья проводилась их экстракция. Результаты исследований показали, что общее содержание пектиновых веществ в околоплодниках составляет 4,2 %, из них водорастворимого пектина – 1,04 %, протопектина – 3,16 %. При этом, показатель отношения количества протопектина к общему количеству пектиновых веществ для околоплодников ореха черного достаточно высок и составляет в среднем 75,24 %.
Приведенные данные позволяют сделать вывод о перспективности использования этого материала как ценного вторичного сырьевого ресурса при комплексной переработке плодов ореха черного [7, с. 287-292.]. На основе проведенных исследований нами разработан способ получения пектина из плодовых оболочек ореха черного [8, с.1].
На Кубани в качестве сырья для приготовления высокобелкового корма для сельскохозяйственных животных широко используется эспарцет. Средняя урожайность сена 35...40 ц/га, урожаи семян достигают 3...9 ц/га. Плодовая оболочка эспарцета может быть использована для получения пектина, содержание которого колеблется в пределах 16,0...18,0 %. Фракция протопектина преобладает над водорастворимой формой.
Нами разработан способ получения пектинового экстракта из плодовых оболочек эспарцета [9, с.1], органолептические показатели которого позволяют рекомендовать его к использованию в пищевых целях (например, для производства напитков функционального назначения на его основе). Полученные образцы экстракта имели цвет от светло-желтого до темно-коричневого с выраженным приятным букетом и медовыми нотками в аромате и вкусе. Выход пектиновых веществ при этом составлял 8...10 %.
Как показал анализ публикаций, количественный и качественный состав пектиновых веществ, содержащихся в створках бобов сои, плодовых оболочек ореха чёрного, клещевины и эспарцета, до настоящего времени оставался неизученным. Нами были проведены исследования этих характеристик, на основании результатов которых могут быть вынесены соответствующие заключения.
Для проанализированных методом кондуктометрического титрования образцов пектина из плодовых оболочек ореха черного, сои, клещевины и эспарцета характерна сравнительно невысокая уронидная составляющая, высокое количество ацетильных групп, сравнительно высокое содержание свободных карбоксильных групп, высокая степень этерификации карбоксильных групп метанолом. Судя по полученным данным, можно сделать предположение о том, что для исследованных образцов пектина, скорее всего, характерна двойственность свойств – с повышением чистоты пектина от сопутствующих балластных веществ наряду с комплексообразующей способностью, возможно проявление способности к студнеобразованию при создании условий, обеспечивающих сохранение высокой молекулярной массы полимеров пектина.
При сопоставлении показателей метоксильной и ацетильной составляющих выявляется высокий уровень первого и низкий – второго, что также может указывать на высокую способность исследованных образцов пектина к студнеобразованию.
Кроме традиционных способов подготовки сырья к процессу гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ в литературных источниках описаны технологические схемы с применением биотехнологических методов, предполагающих использовании как собственных ферментов сырья (автоферментация), так и промышленных ферментных препаратов, вносимых в сырье на соответствующей стадии его переработки.
Сотрудниками НИИ «Биотехпереработка» КубГАУ была разработана технология получения пектиновых веществ из корзинок подсолнечника, включающая измельчение сырья; тепловую обработку (сушку) измельченного сырья; обработку сырья пектолитическими ферментными препаратами; гидролиз-экстрагирование пектиновых веществ; отделение пектинового экстракта; осаждение пектиновых веществ; очистку, сушку и измельчение полученного пектина.
Применение пектолитических ферментов при переработке корзинок подсолнечника позволило добиться существенного улучшения органолептических показателей получаемых пектинопродуктов, увеличить выход пектиновых веществ (в 2...2,5 раза) при параллельном снижении балластных компонентов. Кроме этого, высокая чистота пектина, получаемого по такой технологии, способствует снижению количества балластных веществ, повышению его студнеобразующей способности, устранению явления самокоагуляции, усложняющей процесс выработки продукта [10, с.407].
Также в НИИ «Биотехпереработка» КубГАУ на предмет количества и качества пектиновых веществ исследовались плодовые оболочки, отделенные от кофейных зерен при обработке плодов традиционными способами – сухим и влажным (мокрым).
При сухом способе обработки свежеубранные плоды высушивают естественным путем (на солнце) или принудительно. После этого высохшие плодовые оболочки механически отделяют от зерен, направляя кофе на дальнейшую переработку. Этим методом очищают три пятых производимого в мире кофе. Обрабатывая плоды кофе влажным способом, их ферментируют в течение суток с последующим отделением размягченной оболочки, отмывая ее водой.
При исследовании пектинового комплекса плодовых оболочек кофе, полученных при обработке плодов двумя описанными способами, установлено, что выход пектина из оболочек, отделенных мокрым способом, существенно выше, чем при сухом способе: 8,6...10,1 % и 5,1...6,5 % соответственно.
Кроме этого, в зависимости от способа отделения плодовых оболочек кофе, значительно изменяются качественные показатели пектиновых веществ, содержащихся в них. Так, для плодовых оболочек, отделенных мокрым способом, уронидная составляющая выше в среднем на 30,0 % в сравнении с сухим, количество свободных карбоксильных групп – на 3,0 %, этерифицированных – на 5,0 % [11, с.276].
Приведенный обзор исследований наглядно иллюстрирует возможность модификации свойств и состава пектиновых веществ плодовых оболочек биотехнологическими методами. В то же время, ограниченное число работ в этом направлении показывает перспективность дальнейших научных изысканий.
Обобщение результатов научных исследований и уже внедренных в производство технологических решений позволяет сделать вывод, что покровные ткани перерабатываемого ассортимента плодов представляют собой ценную сырьевую базу для увеличения объема промышленного производства пектина, при дальнейшем совершенствовании существующих и разработке новых аппаратурно-технологических схем на основе научных исследований в области физикохимии пектина [12, с.47, 13, с.1, 14, с.1, 15, с. 82, 16, с. 107].
Литература:
1. Ачба, Л.Н. Тунговое дерево - технология производства и переработки / Л.Н. Ачба, Н.Ю. Шакая, Е.В. Щербакова: Редакция журнала «Известия вузов. Пищевая технология». – Краснодар, 2005. – 95 с.: – Деп. в ВИНИТИ 13.05.05, № 690-В2005.
2. Щербакова, Е.В. Теоретическое и экспериментальное обоснование и разработка ресурсосберегающей технологии переработки масличных семян с использованием биотехнологических методов: дис. … докт. техн. наук. / Е.В. Щербакова. – Краснодар, 2006. – 409 с.
3. Способ получения пектина: пат. 2346465 Рос. Федерация: МПК А23 L 1/0524 / Л.В. Донченко, Е.В. Щербакова, Е.А. Ольховатов; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
4. Щербакова, Е.В. Семенная оболочка сои как источник пектиновых веществ / Е.В. Щербакова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2006. – № 1. – С. 13-14.
5. Дробицкая, З.И. Плодовая оболочка черного ореха (juglans nigra l.) - перспективное сырье для получения пектиновых веществ / З.И. Дробицкая, Е.В. Щербакова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 2012. – № 1 (325). – С. 15-16.
6. Способ получения пектина из плодовых оболочек клещевины: пат. 2415608 Рос. Федерация: МПК А 23 L 1/0524 / Е.В. Щербакова, Е.А. Ольховатов; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
7. Дробицкая, З.И. Разработка технологии комплексной переработки плодов ореха черного / З.И. Дробицкая, Е.В. Щербакова // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 37. – С. 287-292.
8. Способ получения пектина из плодовых оболочек ореха черного: пат. 2414145 Рос. Федерация: МПК А23L 1/0524 / Е.В. Щербакова, Е.А. Ольховатов, З.И. Дробицкая; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
9. Способ получения пектинового экстракта из плодовых оболочек эспарцета: пат. 2414826 Рос. Федерация: МПК А23L 1/0524 / Е.В. Щербакова, Е.А. Ольховатов; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
10. Родионова, Л.Я. Технологическое и экспериментальное обоснование технологии пектиносодержащих изделий функционального назначения: дис. … докт. техн. наук / Л.Я. Родионова. – Краснодар, 2004. – 470 с.
11. Донченко, Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов / Л.В. Донченко, Г.Г. Фирсов. – Краснодар: КубГАУ, 2006. – 276 с.
12. Степовой, А.В. Развитие безалкогольной промышленности в России в направлении производства функциональных напитков / А.В. Степовой: Редакция журнала «Известия вузов. Пищевая технология». – Краснодар, 2009. – 47 с.: – Деп. в ВИНИТИ 28.12.09, №835-В2009.
13. Способ получения пищевого пектинового экстракта: пат. 2471367. Рос. Федерация: МПК А23L 1/0524, С08В 37/06. / Л.Я. Родионова, А.В. Степовой, И.В. Соболь, А.Н. Белогорец: заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
14. Способ определения массовой доли пектиновых веществ в растительном сырье : пат № 24345323 Рос. Федерация: МПК А23L 1/0524 (2006.01), В 01 Д 21/00 (2006.01) / Е.А. Ольховатов, Л.Я. Родионова, Е.В. Щербакова; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «КубГАУ».
15. Степовой, А.В. Производство безалкогольных функциональных напитков нового поколения: монография / А.В. Степовой. – Краснодар: КубГАУ, 2013. – 82 с.
16. Ольховатов, Е. А. Совершенствование технологии комплексной переработки плодов клещевины: монография / Е. А. Ольховатов. – Краснодар: КубГАУ, 2011. – 107 с.
