Помощь студентам в учебе
Разработка технологических аспектов комплексной переработки корнеплодов дайкона
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1 Корнеплоды дайкона - ценный источник пектина 12
1.1.1 Агротехнические приемы повышения качества корнеплодов 17
1.1.2 Химический состав корнеплодов дайкона 18
1.1.3 Свойства дайкона 19
1.1.4 Применение корнеплодов дайкона 20
1.2 Пектины: структура, свойства и применение 22
1.2.1 Определение и строение пектиновых полисахаридов 22
1.2.2 Физико-химические свойства пектиновых полисахаридов 26
1.2.3 Способы получения пектиновых веществ 29
1.2.4 Способы интенсификации процесса гидролиза - экстракции 38
пектинов
1.2.5 Применение пектиновых веществ 41
1.3 Методы повышения эффективности использования сырья 44
1.4 Методы оценки эффективности производства 46
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 52
2.1 Объекты исследования 52
2.2 Планирование экспериментов 52
2.3 Характеристика используемого оборудования 53
2.4 Методы исследования 62
2.4.1 Определение сухих веществ весовым методом 62
2.4.2 Определение содержания золы 62
2.4.3 Определение содержания сухих веществ по плотности в экстрактах ареометром по ГОСТ 8756.2-70 63
2.4.4 Определение степени этерификации пектина, содержания
свободных и этерифицированных карбоксильных групп в пектине 63
2.4.5 Определение молекулярной массы пектинов 64
2.4.6 Определение кинематической вязкости пектиновых экстрактов 65
вискозиметрическим методом
2.4.7 Определение концентрации пектина в экстракте и уронидной 66
составляющей пектина Са-пектатным методом
2.4.8 Определение комплексообразующей способности пектина 66
2.4.9 Определение студнеобразующей способности пектина 67
2.4.10 Количественное определение сахаров в гидролизатах 67
2.4.11 Определение белка методом Лоури 68
2.5 Характеристика используемых реактивов, материалов и посуды 69
2.6 Проведение экспериментальных исследований 72
2.6.1 Отделение сока и предварительная подготовка сырья для 72
выделения пектиновых полисахаридов
2.6.2 Предварительная подготовка обеспектиненного жома дайкона в 73 качестве сырья для ферментативного гидролиза
2.7 Результаты экспериментальных исследований 74
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 81
3.1 Предварительная обработка сырья 81
3.2 Кислотный гидролиз 82
3.2.1 Органолептические и физико-химические свойства пектинов 86
3.2.2 Качественный анализ пектинов методом ИК спектроскопии 88
3.2.3 Микробиологические свойства пектинов 90
3.2.4 Функциональные свойства пектинов 90
3.2.5 Технико - экономическое обоснование работы 91
3.3 Ферментативный гидролиз 96
Заключение 102
ВЫВОДЫ 103
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1 Корнеплоды дайкона - ценный источник пектина 12
1.1.1 Агротехнические приемы повышения качества корнеплодов 17
1.1.2 Химический состав корнеплодов дайкона 18
1.1.3 Свойства дайкона 19
1.1.4 Применение корнеплодов дайкона 20
1.2 Пектины: структура, свойства и применение 22
1.2.1 Определение и строение пектиновых полисахаридов 22
1.2.2 Физико-химические свойства пектиновых полисахаридов 26
1.2.3 Способы получения пектиновых веществ 29
1.2.4 Способы интенсификации процесса гидролиза - экстракции 38
пектинов
1.2.5 Применение пектиновых веществ 41
1.3 Методы повышения эффективности использования сырья 44
1.4 Методы оценки эффективности производства 46
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 52
2.1 Объекты исследования 52
2.2 Планирование экспериментов 52
2.3 Характеристика используемого оборудования 53
2.4 Методы исследования 62
2.4.1 Определение сухих веществ весовым методом 62
2.4.2 Определение содержания золы 62
2.4.3 Определение содержания сухих веществ по плотности в экстрактах ареометром по ГОСТ 8756.2-70 63
2.4.4 Определение степени этерификации пектина, содержания
свободных и этерифицированных карбоксильных групп в пектине 63
2.4.5 Определение молекулярной массы пектинов 64
2.4.6 Определение кинематической вязкости пектиновых экстрактов 65
вискозиметрическим методом
2.4.7 Определение концентрации пектина в экстракте и уронидной 66
составляющей пектина Са-пектатным методом
2.4.8 Определение комплексообразующей способности пектина 66
2.4.9 Определение студнеобразующей способности пектина 67
2.4.10 Количественное определение сахаров в гидролизатах 67
2.4.11 Определение белка методом Лоури 68
2.5 Характеристика используемых реактивов, материалов и посуды 69
2.6 Проведение экспериментальных исследований 72
2.6.1 Отделение сока и предварительная подготовка сырья для 72
выделения пектиновых полисахаридов
2.6.2 Предварительная подготовка обеспектиненного жома дайкона в 73 качестве сырья для ферментативного гидролиза
2.7 Результаты экспериментальных исследований 74
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 81
3.1 Предварительная обработка сырья 81
3.2 Кислотный гидролиз 82
3.2.1 Органолептические и физико-химические свойства пектинов 86
3.2.2 Качественный анализ пектинов методом ИК спектроскопии 88
3.2.3 Микробиологические свойства пектинов 90
3.2.4 Функциональные свойства пектинов 90
3.2.5 Технико - экономическое обоснование работы 91
3.3 Ферментативный гидролиз 96
Заключение 102
ВЫВОДЫ 103
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
Актуальность работы. Среди мирового разнообразия культурных растений особое место занимает дайкон. Это ценный диетический продукт - санитар печени и почек. Вещества, содержащиеся в нем (гликозиды, фитонциды, лизоцим), подавляют развитие вредных грибов и бактерий. Клетчатка дайкона способствует очищению организма и профилактике некоторых заболеваний. Корнеплоды дайкона меньше других растений накапливают тяжелые металлы и радионуклиды. Дайкон имеет большую популярность у огородников любителей, его выращивают не только фермерские хозяйства и коллективные сельскохозяйственные предприятия, но и проявляют интерес предприятия защищенного грунта [1].
Разработка научных основ и технологических аспектов биоконверсии вторичного возобновляемого растительного сырья позволяет расширить ассортимент продукции пищевого и кормового назначения, создать дополнительные источники сырья и топлива, сократить площади под посевы технических культур, решая при этом глобальные экологические проблемы утилизации отходов [2].
Общеизвестно, что в настоящее время вопрос рационального использования сырьевых ресурсов с целью энерго- и ресурсосбережения становится крайне актуальным. Проблема усугубляется тем, что нерациональное использование сырья и несовершенство технологий его переработки обернулись для окружающей среды мощным антропогенным давлением. Это, прежде всего загрязнение окружающей среды промышленными отходами, снижение продуктивности возобновляемых биологических ресурсов, в том числе и растительного происхождения. Использование так называемых «зеленых технологий» находит все большее развитие в таких отраслях промышленности, как энергетическая, химическая, фармацевтическая. Перспективным является рациональное использование первичных сырьевых ресурсов, а также комплексная переработка вторичных сырьевых ресурсов. Наращивание производственной базы
перерабатывающей отрасли, использование сырья путем разработки и создания новых прогрессивных, энерго- и ресурсосберегающих технологий комплексной переработки ценных вторичных сырьевых ресурсов является актуальной задачей [3]. При переработке дайкона вырабатываются продукты,
которые представляют большую пищевую ценность для человека, такие как - пектин, пектиновый концентрат, сок.
Известно, что развитие комплексного производства расширяет возможности повышения экономической эффективности,
заинтересованности в увеличении производства продукции, снижении затрат и повышении рентабельности [4].
В связи с этим возникает потребность создания и развития отечественного производства пектина и пектиновых продуктов, а также требуются новые отечественные источники растительного сырья для получения высококачественного пектина [5].
Цель исследования - разработка экологически безопасного и ресурсосберегающего способа получения функционального продукта пектина из корнеплодов дайкона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести обзор литературы по теме: «Дайкон - перспективный источник получения ценного продукта - пектина. Состав, строение, свойства, способы получения и области применения пектинов»;
2. Исследовать в сравнительном аспекте процессы гидролиза-экстракции пектина из корнеплодов дайкона с использованием янтарной и щавелевой кислоты (0,5% растворы) и оценить выход пектина на АСВ сырья;
3. Исследовать физико-химические, структурные (ИК спектроскопия) и функциональные свойства выделенных пектиновых полисахаридов;
4. Исследовать процессы ферментативного гидролиза жомов дайкона после извлечения пектина с использованием ферментного препарата Целлолюкс-А и характеристики полученных гидролизатов.
5. Рассчитать затраты, приведенные к единице (кг) целевого продукта - пектина, на проведение процессов гидролиза-экстракции из выжимок дайкона с использованием янтарной и щавелевой кислоты и провести сравнительный анализ.
Новизна. В данной работе для получения пектина использовали нетрадиционное сырье - корнеплоды дайкона. Корнеплод дайкона - перспективный ценный диетический низкокалорийный продукт. Новый сорт 7
дайкона «Дракон» отличается высокой урожайностью (400-900 ц/га) и адаптирован к климатическим условиям России [6].
Для получения пектина, перспективного для применения в медицине, пищевой промышленности проведены исследования по разработке экологически безопасного способа получения функционального продукта - пектина с использованием янтарной кислоты.
Впервые показано, что ферментный препарат Целлолюкс-А может использоваться для гидролиза жомов дайкона, образующихся после извлечения пектина.
Практическая значимость. На данный момент в России нет собственного промышленного производства пектина, поэтому он в полном объеме экспортируется из-за границы, обуславливая острую зависимость пищевой промышленности от зарубежных поставщиков продукции.
Также наблюдается дефицит традиционных сырьевых источников пектина, таких как цитрусовые и яблочные выжимки. Широкое применение гидролитических ферментов при получении яблочного сока позволило в настоящее время создать безотходное производство последнего за счет полного гидролиза пектина до сахаров.
В связи с этим, полученные результаты могут стать научной основой для создания и развития производства пектина и пектиновых продуктов в России из корнеплодов дайкона, обеспечивающих получение высококачественного пектина в рамках комплексной переработки новых отечественных источников растительного сырья [5].
Разработка научных основ и технологических аспектов биоконверсии вторичного возобновляемого растительного сырья позволяет расширить ассортимент продукции пищевого и кормового назначения, создать дополнительные источники сырья и топлива, сократить площади под посевы технических культур, решая при этом глобальные экологические проблемы утилизации отходов [2].
Общеизвестно, что в настоящее время вопрос рационального использования сырьевых ресурсов с целью энерго- и ресурсосбережения становится крайне актуальным. Проблема усугубляется тем, что нерациональное использование сырья и несовершенство технологий его переработки обернулись для окружающей среды мощным антропогенным давлением. Это, прежде всего загрязнение окружающей среды промышленными отходами, снижение продуктивности возобновляемых биологических ресурсов, в том числе и растительного происхождения. Использование так называемых «зеленых технологий» находит все большее развитие в таких отраслях промышленности, как энергетическая, химическая, фармацевтическая. Перспективным является рациональное использование первичных сырьевых ресурсов, а также комплексная переработка вторичных сырьевых ресурсов. Наращивание производственной базы
перерабатывающей отрасли, использование сырья путем разработки и создания новых прогрессивных, энерго- и ресурсосберегающих технологий комплексной переработки ценных вторичных сырьевых ресурсов является актуальной задачей [3]. При переработке дайкона вырабатываются продукты,
которые представляют большую пищевую ценность для человека, такие как - пектин, пектиновый концентрат, сок.
Известно, что развитие комплексного производства расширяет возможности повышения экономической эффективности,
заинтересованности в увеличении производства продукции, снижении затрат и повышении рентабельности [4].
В связи с этим возникает потребность создания и развития отечественного производства пектина и пектиновых продуктов, а также требуются новые отечественные источники растительного сырья для получения высококачественного пектина [5].
Цель исследования - разработка экологически безопасного и ресурсосберегающего способа получения функционального продукта пектина из корнеплодов дайкона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести обзор литературы по теме: «Дайкон - перспективный источник получения ценного продукта - пектина. Состав, строение, свойства, способы получения и области применения пектинов»;
2. Исследовать в сравнительном аспекте процессы гидролиза-экстракции пектина из корнеплодов дайкона с использованием янтарной и щавелевой кислоты (0,5% растворы) и оценить выход пектина на АСВ сырья;
3. Исследовать физико-химические, структурные (ИК спектроскопия) и функциональные свойства выделенных пектиновых полисахаридов;
4. Исследовать процессы ферментативного гидролиза жомов дайкона после извлечения пектина с использованием ферментного препарата Целлолюкс-А и характеристики полученных гидролизатов.
5. Рассчитать затраты, приведенные к единице (кг) целевого продукта - пектина, на проведение процессов гидролиза-экстракции из выжимок дайкона с использованием янтарной и щавелевой кислоты и провести сравнительный анализ.
Новизна. В данной работе для получения пектина использовали нетрадиционное сырье - корнеплоды дайкона. Корнеплод дайкона - перспективный ценный диетический низкокалорийный продукт. Новый сорт 7
дайкона «Дракон» отличается высокой урожайностью (400-900 ц/га) и адаптирован к климатическим условиям России [6].
Для получения пектина, перспективного для применения в медицине, пищевой промышленности проведены исследования по разработке экологически безопасного способа получения функционального продукта - пектина с использованием янтарной кислоты.
Впервые показано, что ферментный препарат Целлолюкс-А может использоваться для гидролиза жомов дайкона, образующихся после извлечения пектина.
Практическая значимость. На данный момент в России нет собственного промышленного производства пектина, поэтому он в полном объеме экспортируется из-за границы, обуславливая острую зависимость пищевой промышленности от зарубежных поставщиков продукции.
Также наблюдается дефицит традиционных сырьевых источников пектина, таких как цитрусовые и яблочные выжимки. Широкое применение гидролитических ферментов при получении яблочного сока позволило в настоящее время создать безотходное производство последнего за счет полного гидролиза пектина до сахаров.
В связи с этим, полученные результаты могут стать научной основой для создания и развития производства пектина и пектиновых продуктов в России из корнеплодов дайкона, обеспечивающих получение высококачественного пектина в рамках комплексной переработки новых отечественных источников растительного сырья [5].
1. Проведен обзор литературы по теме: «Дайкон - перспективный источник получения ценного продукта - пектина. Состав, строение, свойства, способы получения и области применения пектинов»;
2. Исследованы и выявлены особенности процесса гидролиза- экстракции пектиновых веществ из корнеплодов дайкона с использованием 0,5%-ных растворов янтарной и щавелевой кислоты. Установлено, что выход пектина на АСВ сырья составляет: 2,33% (условия: янтарная кислота, 60 °С, 7 ч, гидромодуль 1:7); 7,91%(условия: щавелевая кислота, 60 °С, 5 ч,
гидромодуль 1:7);
3. Исследованы физико-химические, структурные (ИК спектроскопия) и функциональные свойства выделенных пектиновых полисахаридов:СЭ = 87,5%; ММ = 3,99 кДа (янтарная кислота); СЭ = 55,2%; ММ = 9,99 кДа (щавелевая кислота);
4. Исследованы процессы ферментативного гидролиза жомов дайкона после извлечения пектина с использованием ферментного препарата Целлолюкс-А и характеристики полученных гидролизатов: РВ = 0,965% (янтарная кислота); РВ = 0,495% (щавелевая кислота);
5. Проведена сравнительная оценка затрат на процессы гидролиза- экстракции пектина из выжимок дайкона с использованием различных кислот: 5,73 руб./л - себестоимость экстрактов пектина с янтарной кислотой; 4,26 руб./л с щавелевой кислотой. Затраты, приведенные к единице (1 кг) целевого продукта - пектина из корнеплодов дайкона с использованием щавелевой кислоты, составляют 3408,0 руб.
2. Исследованы и выявлены особенности процесса гидролиза- экстракции пектиновых веществ из корнеплодов дайкона с использованием 0,5%-ных растворов янтарной и щавелевой кислоты. Установлено, что выход пектина на АСВ сырья составляет: 2,33% (условия: янтарная кислота, 60 °С, 7 ч, гидромодуль 1:7); 7,91%(условия: щавелевая кислота, 60 °С, 5 ч,
гидромодуль 1:7);
3. Исследованы физико-химические, структурные (ИК спектроскопия) и функциональные свойства выделенных пектиновых полисахаридов:СЭ = 87,5%; ММ = 3,99 кДа (янтарная кислота); СЭ = 55,2%; ММ = 9,99 кДа (щавелевая кислота);
4. Исследованы процессы ферментативного гидролиза жомов дайкона после извлечения пектина с использованием ферментного препарата Целлолюкс-А и характеристики полученных гидролизатов: РВ = 0,965% (янтарная кислота); РВ = 0,495% (щавелевая кислота);
5. Проведена сравнительная оценка затрат на процессы гидролиза- экстракции пектина из выжимок дайкона с использованием различных кислот: 5,73 руб./л - себестоимость экстрактов пектина с янтарной кислотой; 4,26 руб./л с щавелевой кислотой. Затраты, приведенные к единице (1 кг) целевого продукта - пектина из корнеплодов дайкона с использованием щавелевой кислоты, составляют 3408,0 руб.