Аналіз сучасного стану виробництва пектинових речовин

     План 

Вступ………………………………………………………2

1. Стан та перспективи формування і розвитку індустрії оздоровчого харчування в Україні………………………………………………………4
2. Аналіз сучасного стану виробництва пектинових речовин 

2.1 Хімічний склад,  цінність пектинових речовин………………………………………………………7

2.2 Види сировини, переробка і застосування………………………………………………………11

2.3 Використання  інноваційних технологій у виробництві  пектину………………………………………………………17

2.4 Біологічна  цінність пектинових речовин,  лікувально-профілактичних продуктів  на основі пектинів        

2.5 Використання  пектиновмісних речовин у спеціальних  лікувальних препаратах

3. Висновок

4. Література 

      Вступ 

     Актуальність  теми. Знання основних понять, що стосуються природних харчових сорбентів, їхньої ролі у відновленні й підтриманні на належному рівні здоров’я людей та основних технологічних процесів отримання сорбентів, є необхідним для технологів харчових продуктів оздоровчого і профілактичного призначення.

     Метою курсової роботи є обґрунтування використання природних харчових сорбентів.

     Виходячи  з мети роботи, перед нами постають наступні завдання:

     -проаналізувати стан та перспективи формування і розвитку в Україні

     здорового харчування;

     -проаналізувати  стан сучасного виробництва пектинових  речовин;

     -визначити хімічний склад, сировинний склад та їх властивості;

     -визначити переваги та недоліки технологічної переробки;

     - дослідити використання інноваційних  технологій у виробництві 

     сорбентів рослинного походження;

     - визначити біологічну цінність  пектинових речовин, лікувально- 

     профілактичних продуктів на основі пектинів.

     Предметом курсової роботи виступає обґрунтування використання природних харчових сорбентів як харчової добавки.

     Об’єктом дослідження є пектинові речовини та їх вплив на організм людини. 

     У раціоні харчування населення, враховуючи складні екологічні обставини в Україні, мало продуктів та біологічно активних добавок радіопротекторної, імуностимулюючої та загальнозміцнюючої дії.

     Водночас, з рослинної сировини, що вирощується  в Україні, при відповідних технологіях  можливо отримати всі необхідні біокомпоненти для нормального функціонування організму, оздоровлення та профілактики захворювань людей.

     Тому  проблеми відродження вітчизняної  промисловості харчових продуктів  оздоровчого і профілактичного  призначення (до яких і відноситься пектин і пектинопродукти), впровадження мало- та безвідходних технологій перероблення рослинних матеріалів, залучення до сфери виробництва нетрадиційної сировини, створення нових видів функціональних продуктів харчування набирають особливої актуальності і є справою першочергової державної ваги. Важко переоцінити роль лікувальних та профілактичних властивостей пектину як природного де токсиканту в умовах екологічної ситуації, що склалася на Україні. Тому надзвичайно важливо поширювати застосування пектинів у виробництві продуктів харчування.

     Розвиток  вітчизняного виробництва пектинів за традиційною технологією стримується, що пов’язано із застосуванням агресивних робочих середовищ, великою витратою хімічних реагентів, високою забрудненістю  продукту, значною матеріале- та енергоємностю технологічних процесів. Використання електромембранної технології підготовки водних середовищ у виробництві пектину і пектинопродуктів дає ряд значних переваг: дозволяє відмовитися від застосування хімічних реагентів, покращити якість цільових продуктів, підвищити екологічність процесу та організувати на високому рівні виробництво продуктів оздоровчого і профілактичного призначення. 

      1. Стан та перспективи формування  і розвитку індустрії оздоровчого  харчування в Україні 

     Україна вступила у ХХІ сторіччя в стані значного погіршення популяційного здоров'я, скорочення середньої тривалості життя, зниження приросту населення. Найгірші показники стану здоров'я відзначаються серед великих груп населення територій, що постраждали від чорнобильської катастрофи. В умовах екологічної та економічної кризи першочергове значення для населення України має збагачення звичного харчування продуктами з лікувально-профілактичними властивостями та натуральними біологічно активними добавками, що сприяють виведенню радіонуклідів, токсинів, нормалізації роботи усіх систем організму, підвищенню імунітету. За кордоном, особливо в Японії та Америці, роль профілактичного харчування оцінили вже давно. Інтерес до "продуктів здоров'я" у світі дуже великий. Це тому, що лікування за допомогою харчування є найбільш природною та реальною можливістю зберегти здоров'я для кожної людини. В Україні напрямок оздоровчого харчування тільки почав свій розвиток. Тому дуже важливим є визначення курсу державної політики щодо профілактичного харчування населення, тобто сукупності науково обгрунтованих заходів, що мають забезпечити потреби різних груп населення в раціональному, лікувально-профілактичному та дієтичному харчуванні з урахуванням економічного стану, екологічної ситуації та структури захворюваності. Таке харчування забезпечує нормальний розвиток, сприяє профілактиці захворювань, подовженню життя, підвищенню працездатності та створює необхідні умови для адекватної адаптації до негативних факторів навколишнього середовища.

     Статистичні дані свідчать про значні недоліки в харчуванні широких верств населення. Зменшилося вживання найбільш цінних продуктів - молочних, овочів і фруктів, риби та м'яса - у поєднанні зі зростанням частки хлібобулочних виробів та картоплі у раціоні.

     Поряд з цим встановлено, що збільшення вживання продуктів, що піддаються технологічній  переробці, консервуванню та тривалому  зберіганню, веде до дефіциту есенціальних (незамінних) нутрієнтів в організмі  людини. Як наслідок, раціон сучасної людини має у середньому достатню енергетичну цінність, але не забезпечує рекомендовані фізіологічні норми вживання вітамінів, мінеральних речовин, органічних кислот, харчових волокон та ін. І це, зважаючи на те, що в умовах нервово-психологічного навантаження, впливу несприятливих чинників довкілля та виробництва, потреба людини в мікронутрієнтах, як у важливому захисному чиннику,істотно зростає.

     Порушення у харчуванні населення зумовлені  значним погіршенням економічного стану населення.

     Значне  місце у державній програмі здорового харчування має зайняти інформованість населення з питань здорового, раціонального та лікувально-профілактичного харчування.

     У сфері контролю над потенціалом  безпеки харчування населення, якістю і безпекою продовольчої сировини і  продуктів харчування необхідні наступні заходи: - активізувати прийняття "Концепції державної політики в галузі здорового харчування населення України;

     - визначити основні напрями профілактики  аліментарно-залежних захворювань  і станів;

     - забезпечити подальше вивчення  впливу генетично модифікованих продуктів харчування на здоров'я населення з врахуванням даних науки і розпоряджень керівних органів;

     - здійснювати соціально-гігієнічний  моніторинг за забрудненням харчових  продуктів і продовольчої сировини  потенційно небезпечними забруднювачами різної природи;

     - удосконалити методи оцінки ризику  різних рівнів забруднення продуктів  харчування, оцінку їх небезпеки  для здоров'я людини;

     - визначити найбільш вагомі регіональні  забруднювачі навколишнього середовища  і продуктів харчування з оцінкою експозиції і дозо-ефективної залежності їхнього впливу на здоров'я населення;

     - посилити контроль за якістю  виробленої, ввезеної в Україну  і реалізованої продукції, за  попередженням харчових отруєнь. [2] 

      2. Аналіз сучасного стану виробництва пектинових речовин 

     2.1 Хімічний склад, цінність пектинових  речовин

     оздоровчий  харчування пектиновий молочний

     Пектинові речовини (Е-440), як полісахаридний компонент, рослинної сировини, відкриті італійським  ученим Браконно в 1825 р. Свою назву вони отримали від грецького слова "pectos"- що згорнувся, застиглий. В XIX столітті і першій половині XX століття було виконані дослідження хімічного складу пектинових речовин, розроблені методи визначення їх кількісного вмісту в багатьох плодах, ягодах і коренеплодах, визначено вплив пектинів на структурні складові рослинної клітини.

     Протягом  тривалого часу не існувало чітко  сформульованої номенклатури пектинових речовин. Тільки в 1994 р. Комітетом Американського хімічного товариства була розроблена і прийнята номенклатура пектинових речовин. В 1951 р. вченим Кертесом вона була уточнена і сьогодні має такий вигляд:

• пектинові речовини (pectin substances) – фізичні суміші пектинових речовин з супутніми речовинами (наприклад, пектозанами і гексозанами);
• пектин ( pectin ) – водорозчинна речовина, вільна від целюлози і складається із частково або повністю метоксильованих залишків полігалактуронової кислоти. В залежності від кількості метоксильованих груп і ступеня полімеризації існують різні пектини. H-пектин (H- pectin) – високоетерифікований пектин (ступінь етерифікації більше 50%; L-пектин – низькоетерифікований пектин, має ступінь етерифікацій менше 50%).
• протопектин (protopectin) – нерозчинний у воді природний пектин рослин, що складається з сітки пектинових ланцюгів, утворених в результаті сполучення іонів багатовалентних металів з неетерифікованими групами СOOH і, в незначній кількості, за допомогою ефірних містків з H₃PO₄ ;

     - пектинові кислоти (pectic acid) – повністю  деметоксильовані пектини. Солі  пектинових кислот називаються нормальними або кислими пектатами (pectates);

• похідні пектину – пектини, звязані з різними групами, наприклад ацетилпектин.

     Аналіз  вітчизняної та зарубіжної літератури показує, що склад і структура  багатьох пектинових речовин все  ще неможливо вважати остаточно встановленими.

     Згідно  з сучасними уявленнями пектин має  лінійну структуру. Основою пектинових речовин являється молекулярний ланцюг із залишків D-галактуронової кислоти, що мають піранозну конфігурацію і зв’язані 1→4- α - глікозидним зв’язком (рис.1). 

     Рис.1. Структурна формула пектину 

     Основний  ланцюг полігалактуронової кислоти  в розчині має вид спіралі, що містить три молекули галактуронової кислоти в одному витку.

     Гетерополісахаридний  характер пектину зумовлений присутністю  структурних одиниць: пектової кислоти, галактана і арабінана. Пектова кислота, крім Д-галактуронової кислоти, включає нейтральні сахари: L-арабінозу, Д-галактозу,L-рамнозу.

     Частина карбоксильних груп полігалактуронової кислоти етерифікована метанолом (пектинова кислота), а частина вторинних спиртових груп (С₂ і С₃) може бути ацетильована. Молекули пектинів можуть містити від декілька сотень до тисячі мономерних залишків, що відповідає середній молекулярній масі від 50 до 150 тис. Дослідження багатьох років показали, що пектинові речовини також містять рамногалактуронан-ІІ, що має дуже складну будову і складається з 11 різних глікозидних залишків, що включають задишки апіози, 2-0-метилфруктози, 2-0-метилксилози, і ін. Структура і хімічний склад пектинових речовин визначають просторову форму їх молекул і характер взаємодії з іншими сполуками. Установлено, що пектинові речовини володіють структурою з обмеженою гнучкістю, що стабілізується водневими і гідрофобними зв’язками.

     Слід  зазначити, що в теперішній час випускаються декілька видів пектинів, що виділяються із різної сировини і відрізняються за складом і функціональними властивостями: яблучний, цитрусовий, буряковий, пектин із корзинок соняху, а також комбіновані пектини із змішаної сировини. Склад молекул пектинів, що виділяються із різних рослинних об’єктів, має свої відмінні властивості: за молекулярною масою, ступенем етерифікації, присутністю ацетильованих гідроксильних груп (табл.1). 

     Таблиця.1 Властивості різних пектинів

     Приведені пектини відрізняються також  характером розподілу карбоксильних  груп по довжині пектинової молекули: в яблучних пектинах цей розподіл рівномірний, а, наприклад, в цитрусових – ні.

     Особливості хімічного розподілу пектинових молекул, а саме, ступінь етерифікації, визначає різноманітність їх фізико-хімічних властивостей, основними серед яких є розчинність, драглетвірна та комплексоутворююча здатність.

     Приведений  аналіз свідчить, що структура бокових ланок молекул пектинових речовин до теперішнього часу неможливо остаточно вважати завершеною. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 Види сировини, переробка і застосування 

     Сьогодні  масштаби виробництва пектину значні, як, власне, і різноманітність сфер його застосування. Продукт виключно рослинного походження – пектин – визнаний абсолютно токсикологічно безпечним продуктом. А вже про його користь можна говорити нескінченно. Але, перш ніж затягнути хвалебну оду, вкажемо, де ж потрібно шукати пектин. Серйозні кількості пектину ви знайдете лише в продуктах рослинного походження. Це обумовлено його природою: по суті пектин є полісахаридом.

     В залежності від виду рослин, кліматичних  і метеорологічних умов їх росту  кількість, склад пектинових речовин  і їх властивості змінюються.

     Вміст пектинових речовин в рослинних  матеріалах коливається в широких  межах: від 0,1 - 0,5 до 50 %. Найбільша кількість  пектину в лимонних вичавках (30-35 %), в апельсинових і мандаринових вичавках (25-30 %), буряковому жомі (20-25 %), яблучних вичавках (5-15 %). Локалізовані пектинові речовини в різних частинах рослин нерівномірно. Так, в яблуках основна кількість пектинів знаходиться в епідермісі, а в цукровому буряку – в м’якоті.

     Пектинові речовини багатьох рослин (моркви, черешні, цикорію і ін.) не мають драглетвірної здатності, в зв’язку з чим вони не можуть бути використані як джерело отримання пектину. В якості перспективної сировини для розширення асортименту і збільшення об’ємів виробництва желеутворювачів можуть бути рекомендовані такі відходи сокового виробництва, як: вичавки абрикос, айви, яблук, мандаринів, шкірка лимонів, апельсинів, грейпфрутів, буряковий жом, корзинки соняху і ін.

     В нашій країні промисловою сировиною  для отримання пектину являються  яблучні вичавки і буряковий жом. Використання цитрусової сировини – мандаринових вичавок – в якості джерела отримання пектину в нашій країні являється недоцільним.

     Для виробництва пектину використовують свіжу, сульфітовану і сушену сировину. Сушка і сульфітування пектиновмісної сировини визвані необхідністю збільшення терміну її зберігання перед переробкою. В сушеній сировині уповільнюються мікробіологічні і фізико-хімічні процеси, в результаті чого кількість і якість пектинових речовин в процесі зберігання майже не змінюються. В сульфітованій сировині в процесі зберігання якість пектину погіршується, драглетвірна здатність знижується в середньому на 18-19 %.

     За  якісними показниками найбільш цінною пектиновмісною сировиною для виробництва  товарного пектину являється  свіжа сировина, зокрема коренеплоди цукрового і кормового буряку. Промислова переробка такої сировини для виробництва пектину в нашій країні і за кордоном відсутня. Але проводяться дослідження і розробка регламенту отримання пектину із коренеплодів буряку.

     Відомо, що пектинові речовини знаходяться в усіх частинах рослин: в корінцях, в стеблах, в суцвіттях, в листках, в плодах і овочах.

     Пектиновмісну сировину можна розділити на три  основні групи.

     До  першої групи віднесені овочі: бульбоплоди (картопля), коренеплоди (буряк, морква), листові (капуста, цибуля), стеблові (селера), плодові (баклажани, томати), гарбузові (гарбузи, дині, кавуни), бобові (горох, квасоля).

     Друга група пектиновмісної сировини включає  плоди і ділиться на дві підгрупи: насіннєві (яблука, айва), кісточкові (вишня, черешня), ягоди "справжні" (виноград, смородина), ягоди "не справжні" (суниця, полуниця, малина), плоди субтропічні і тропічні (лимони, апельсини, мандарини, інжир, гранати).

     До  третьої групи віднесені інші види промислової сировини також  з високим вмістом пектину: листя чаю і тютюну, стебло і суцвіття-корзинки соняху, стулки плодів-коробочок бавовнику, кора хвойних пород дерев (сосна, ялина, модрина).

     В першій групі найбільша кількість  пектину знаходиться в коренеплодах (6,4…30 %) і гарбузових овочах (1,7…23,6 %); в другій – в насіннєвих (3,3…19,9 %), тропічних (5,5…15,8 %) і тропічних (9,0…14,0 %) плодах, ягодах справжніх (4,2…12,6 %). В третій групі – стеблах (20,0…35,7 %) і корзинках соняху (до 24 %).

     В підгрупі коренеплодів найбільший вміст пектинових речовин у буряці цукровому і кормовому (18…30 %), в моркві (6,4…14,9 %). В підгрупі гарбузових овочів найбільшу цікавість в якості промислової пектиновмісної сировини представляє кавун кормовий (6,4…23,6 %) і гарбуз (2,6…17 %). Кавун кормовий і диня можуть бути рекомендовані для включення в профілактичне харчування як продукти з відносно високим вмістом пектинових речовин.

     В підгрупі насіннєвих плодів найбільшу  кількість пектинових речовин знаходиться  в яблуках (6,1…19,9 %) і горобині (9,3…10,6 %), трохи менше – в айві (5,3…9,6 %), грушах (3,3…8,0 %). Проте з невеликих об’ємів промислової переробки горобини в якості сировинного джерела для отримання пектиновмісних желетворювачів ( пасти, пюре) слід розглядати айву і грушу.

     В підгрупі субтропічних і тропічних плодів високий вміст пектинових речовин: в інжирі - 5,5…15,8 %, гранатах – 10…14 %, фейхоа і хурмі –

     9…12 %. Це дозволяє зробити висновок  про доцільність використання  цього виду сировини для виробництва  пектиновмісних харчових продуктів,  так як розглянуті плоди крім пектинових містять ряд інших біологічно-активних речовин, що визначають її лікувальні і дієтичні властивості.

     Найбільш  поширеними із субтропічних плодів –  цитрусові: лимони, апельсини, грейпфрути, мандарини – також практично  не відрізняються між собою за вмістом пектинових речовин. В середньому кількість пектину в їх тканинах коливається в межах 9…14 %.

     В підгрупі справжніх ягід найбільша  кількість пектинових речовин знаходиться  в червоній смородині – 4,2…12,6 %, журавлині – 6,6…11,0 %, чорній смородині – 5,9…10,6 %, аґрусі – 5,0…7,9 % і винограді – 4,2…6,6 %. Внаслідок високому вмісту пектину, вітамінів С і Р, органічних кислот і сахарів, збалансованих на смак, цю підгрупу плодів доцільно використовувати при виробництві пектиновмісних харчових продуктів. 

     Таблиця 2. Вміст пектину в овочах і  плодах

     Перспективним джерелом сировини для промислового виробництва пектину являються  також стебла і суцвіття-корзинки соняху, стулки плодів-коробочок і  бавовнику, кора хвойних порід дерев.

     Важливою  характеристикою пектиновмісної сировини, крім масової частки пектину, являється  співвідношення протопектину (ПП) і  розчинного пектину (РП), зумовлюючи відмінність  в технологічних параметрах добування  пектину і його фізико-хімічних властивостях.

     Нами  проведена класифікація сировини по цьому співвідношенні.

     Перша група – коренеплоди (цукровий і  кормовий буряк, морква), насіннєві (яблука, айва) і кісточкові (вишня, слива) плоди  – відрізняються високим співвідношенням  ПП/РП – 69…91 %. До другої групи за величиною цього співвідношення можна віднести стебла і суцвіття-корзинки соняху, кору хвойних дерев, що містять 53…72 % протопектину. Найменше співвідношення протопектину і розчинного пектину характерне для субтропічних і тропічних плодів, гарбузових, овочів і томатів - 28…60 %.

     Критерієм оцінки промислового значення сировини для організації пектинового  виробництва являється вміст  галактуронової кислоти в пектині. Найбільший вміст галактуронової кислоти  спостерігається у цитрусових плодах (90,4…92,4 %), найменший у вишні (44,0…48,2 %),

     На  основі приведених даних можна зробити  висновок про те, що в якості промислової  пектиновмісної сировини для виробництва  пектину доцільно використовувати  цитрусові плоди, суцвіття-корзинки соняху, коренеплоди (цукровий і кормовий буряк, моркву), яблука, айву, виноград, кору хвойних порід дерев і стулки плодів коробочок бавовнику.

     З метою визначення можливості розробки універсальної апаратурно-технологічної  схеми переробки різної пектиновмісної сировини була проведена класифікація пектинових речовин сировини по вмісту ацетильної складової.

     Аналіз  літературних і експериментальних  даних показав, що найбільша кількість  ацетильних груп знаходиться в цукровому  буряці, корзинках соняху, стулках  бавовника, айві і томатах. Практично однаково низький вміст ацетильної складової (0,11…0,27 %) у буряці кормовому, моркві, яблуках, корі хвойних порід дерев.

     Враховуючи  загальний вміст пектинових речовин, співвідношення протопектину і розчинного пектину, розглянута сировина може класифікуватись таким чином, що технологічні параметри процесів одержання пектинових речовин із їх можуть бути однаковими.

     Для характеристики пектиновмісної сировини за основними властивостями (драглетвірною  і комплексоутворювальною здатністю) проведена класифікація основних підгруп за ступенем етерифікації і вмісту метоксильованої складової.

     Найбільш  комплексоутворювальну здатність (більше 40 %) має пектин з цукрового буряку і вишні. Найбільший вміст метоксильованої  складової (11,9…10,6 %) відзначається у  субтропічних плодах, айві, яблуках, що зумовлює високу молекулярну масу і драглетвірну здатність пектину, отриманого із цієї сировини. Слід зазначити високий вміст метоксильованих груп (9,5…6,5 %) в такому нетрадиційному для виробництва сировини, як абрикоси, виноград, смородина, журавлина, що забезпечує доцільність їх використання для використання пектиновмісних паст, пюре і фруктових кондитерських і консервних продуктів з пониженим вмістом цукру.

     Пектинові речовини цукрового, кормового буряку, моркви, кавуну, гарбуза і суцвіть-корзинок соняху, що мають ступінь етерифікакації

     Е=40…60 %, доцільно використовувати в якості желеутворювачів.

     Приведена класифікація пектиновмісної сировини за масовою часткою пектинових речовин  і галактуронової кислоти, ацетильної і метоксильованої складової, співвідношення протопектину і розчинного пектину дозволяє зробити висновок не тільки про можливість і доцільність розробки загальної апаратурно-технологічної схеми для переробки різних видів сировини, але і визначити перспективну область використання пектинових речовин з урахуванням їх комплексоутворюючої і драглетвірної здатностей.][7] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Використання  інноваційних технологій у виробництві  пектину з бурякового жому

     За  об’єкт дослідження був взятий буряковий жом - побічний продукт бурякоцукрового виробництва. При визначеному гідромодулі і рН 10–10,2 протягом 1,5 години при температурі 35–40°С вихід пектину склав 85–90% від теоретично можливого з цього виду сировини. Для очищення пектинових екстрактів застосовувалася широко відома мембранна схема ультра- і діафільтрації за допомогою дистильованої або зм'якшеної води. Розроблена технологічна схема відрізняється своєю простотою. Після відділення обезпективна сировина, яка пройшла гідроліз екстрагування, рідкий екстракт, що містить пектинати або пектати лужних металів (K, Na), концентрується на ультрафільтраційних і навіть на мікрофільтраційних мембранах до отримання в’язкого розчину і з вмістом пектину до 3,5 %. Більшої концентрації досягти неможливо, тому що межа розчинності пектину за звичайних умов близько 4–4,5%. У розчиненому стані за допомогою діафільтрації пектати або пектинати очищаються від низькомолекулярних домішок при кімнатній температурі. При цьому з продукту видаляються і барвникові сполуки. Далі з в’язкого концентрату можна або осадити пектин за допомогою Са або Mg солей, а потім висушити і подрібнити чи виділити чистий сорбент розпилювальною сушкою на інертному носії. Свої переваги має й інша схема, тому що пектиновий осад Са або Mg надзвичайно важко сушиться через гідрофільність і схильність до утворення вологих капсул з підсохлою поверхнею, що погіршує видалення водяних парів. Пектинати, отримані розпилювальним сушінням, вирізняються гарною пластівчастою структурою і доброю розчинністю у рідких харчових продуктах. Вони мають відмінні сорбційні і комплексоутворювальні властивості щодо Pb і Hg. Так, 150 вагових частин отриманого за розробленою технологією препарату зв'язує одна частина свинцю, що дає право вважати його ефективним засобом для боротьби зі свинцевими інтоксикаціями [3, с. 111].