Значна частина рослинної сировини при виготовленні харчових продуктів йде на відходи, які нині вважають цінними вторинними матеріальними ресурсами через багатий склад, в тому числі біологічно активних речовин. У відходах рослинної сировини знаходиться один із полісахаридів – пектин, технологія отримання якого давно привертає до себе прискіпливу увагу науковців і виробників з усього світу.

Технології отримання пектинових препаратів, з одного боку, спрямовані на повніше переведення пектину в екстракт, а з іншого, – на збереження його нативної структури або ж модифікацію її таким чином, щоб зберегти або поліпшити багато корисних для людини властивостей цього полісахариду. Йдеться про використання пектину як драглеутворювача. Набагато ціннішим, на думку авторів, є широке застосовування пектинів як природних іонообмінників, нешкідливих й звичних для людського організму, які дають змогу ефективно попереджувати й лікувати багато захворювань та запобігати шкідливому впливові радіонуклідів. Це зумовить використання пектинових препаратів як харчових добавок до багатьох харчових продуктів.

Усі схеми отримання пектинових препаратів достатньо відомі і вирізняються високими енерго- і ресурсозатратами, пов’язаними з екстракцією, очищенням, конценруванням та виділенням пектину. Жорсткі умови екстракції за допомогою кислот досі застосовують багато світових лідерів пектинового виробництва для отримання желеутворювального пектину, який у загальному обсязі пектинових препаратів займає понад 90%. Ферментативні способи екстрагування менш агресивні, але перебувають лише на стадії наукових досліджень. Лужний гідроліз-екстрагування не знайшов широкого застосування через паралельно діючу деструкцію (b-елімінування) і багатостадійність наступного очищення і осадження продукта (солі полівалентних металів).

Проблему виробництва пектинових речовин із збереженням найкращого ефекту поглинання багатьох токсичних елементів можна вирішити з набагато меншими затратами, якщо орінтуватися на їхні сорбційні та комплексоутворювальні властивості.

Відомо, що пектинові біополимери легше взаємодіють з лугами, ніж з кислотами. Наприклад, для деструкції протопектину і переведення його у водорозчинний стан необхідні жорсткі умови екстракції. Це температура 85–90 °С і час 1,5–2 години в присутності сильних мінеральних кислот, зазвичай, соляної, сірчаної, азотної. Органічні кислоти неефективні. Кислі екстракти пектину за класичною схемою очищають після охолодження фільтруванням, адсорбцією й запарюють для економії осаджувальних реагентів (спирту, солей полівалентних металів). У результаті значно руйнуються нативні властивості пектину багато в чому руйнуються і втрачається молекулярна маса, знижується вихід продукту.

Експериментально встановлено, що лужний гідроліз має незаперечні переваги перед кислотним, якщо брати до уваги комплексоутворення пектину, що визначається молекулярною масою і, особливо, ступенем етерифікації макромолекули пектину. Деетерифікація карбоксильних груп у лужному середовищі відбувається ефективніше, а отже, можна одержати з вихідного пектину препарат із більшою кількістю вільних карбоксильних груп, ніж при взаємодії з кислотами.

Проте, через лужну екстракцію, як зазначалося, може руйнуватися пектиновий біополімер. Співробітники проблемної науково-дослідної лабораторії ОНАПТ і кафедри екології за багато років роботи з пектином, однак, встановили: якщо температуру екстрагування не піднімати вище 40°С, то за 1,5–2 години екстрагування можна одержати прийнятні результати з необхідними сорбційними характеристиками пектину.

За об’єкти дослідження брали фруктові витерки і вичавки – відходи консервного виробництва (свіжі і сушені). 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 Pbі 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.

Схема розробленої технології:

Для одержання пектинів лікувально-профілактичного призначення оптимальним є лужний спосіб екстракції.

Застосування лужної екстракції у сполученні з мембранним очищенням і концентруванням має свої переваги над традиційними схемами одержання пектинових речовин з позицій енергоресурсозберігання.

Мембранний ступінь очищення і концентрування пектинових екстрактів дає змогу створити замкнутий цикл водоспоживання, що підвищує екологічну безпеку технології виробництва пектину.

С. М. Бондар, С. М. Кудашев,
О. С. Титлов, ОНАХТ