МАЙКОПСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКООЧИЩЕННОГО СВЕКЛОВИЧНОГО ПЕКТИНА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ПЕКТИНОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЙ

Тема исследования включена в виде отдельного направления в государственную научно-техническую программу ГРНТИ «Очистка пектиновых веществ из различного пектин о содержащего сырья и использование их в производстве пектинопродуктов лечебно-профилактического назначения» ( гос.регистрации ) и ФГНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти «Исследование антиоксидантных свойств пектиновых веществ и разработка пектинопродуктов с высокими физиологически функциональными показателями» (НИОКР ). Тема исследования включена в виде отдельного направления в государственную научно-техническую программу ГРНТИ «Очистка пектиновых веществ из различного пектин о содержащего сырья и использование их в производстве пектинопродуктов лечебно-профилактического назначения» ( гос.регистрации ) и ФГНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти «Исследование антиоксидантных свойств пектиновых веществ и разработка пектинопродуктов с высокими физиологически функциональными показателями» (НИОКР ). Актуальность исследования

Задачи: 1)усовершенствовать способы подготовки свекловичного жома к гидролизу- экстрагированию пектиновых веществ, осаждения и очистки пектина от балластных веществ, на основе их органолептических и физико-химических свойств; 2) исследовать комплексообразующую способность свекловичного пектина в зависимости от рН экстракта при осаждении и степени очистки от балластных веществ; 3) разработать модели процесса получения высокоочищенного свекловичного пектина при различных технологических параметрах; 4) исследовать закономерности формирования элементного состава и структур свекловичного пектина в зависимости от технологических параметров; 5) исследовать зависимости характеристических групп свекловичного пектина от технологических параметров методом инфракрасной (ИК) спектроскопии; 6) исследовать условия стерилизации пектиновых экстрактов и пленок; 7) исследовать антибактериальные и антиоксидантные свойства пектинов различных форм и концентраций; 8) разработать и внедрить технологии высокоочищенного свекловичного пектина и пектиносодержащих композиций; 9) провести медико-биологическую оценку пектиносодержащих композиций профилактического и лечебно-профилактического назначения; Задачи: 1)усовершенствовать способы подготовки свекловичного жома к гидролизу- экстрагированию пектиновых веществ, осаждения и очистки пектина от балластных веществ, на основе их органолептических и физико-химических свойств; 2) исследовать комплексообразующую способность свекловичного пектина в зависимости от рН экстракта при осаждении и степени очистки от балластных веществ; 3) разработать модели процесса получения высокоочищенного свекловичного пектина при различных технологических параметрах; 4) исследовать закономерности формирования элементного состава и структур свекловичного пектина в зависимости от технологических параметров; 5) исследовать зависимости характеристических групп свекловичного пектина от технологических параметров методом инфракрасной (ИК) спектроскопии; 6) исследовать условия стерилизации пектиновых экстрактов и пленок; 7) исследовать антибактериальные и антиоксидантные свойства пектинов различных форм и концентраций; 8) разработать и внедрить технологии высокоочищенного свекловичного пектина и пектиносодержащих композиций; 9) провести медико-биологическую оценку пектиносодержащих композиций профилактического и лечебно-профилактического назначения; Цель и задачи исследования Цель: теоретическое обоснование и разработка новых форм пектиновых веществ с дополнительными функциональными свойствами на основе совершенствования технологии их получения.

1. Анализ российской и зарубежной научно-технической и патентной литературы. 2. Разработка концепции создания технологии высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения. 3. Разработка научно-обоснованной технологии высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения. 4.Медико-биологическая оценка пектиносодержащих композиций лечебно-профилактического назначения. 1. Анализ российской и зарубежной научно-технической и патентной литературы. 2. Разработка концепции создания технологии высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения. 3. Разработка научно-обоснованной технологии высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения. 4.Медико-биологическая оценка пектиносодержащих композиций лечебно-профилактического назначения. Проблемно-концептуальная схема исследования

Влияние промывки свекловичного жома водой перед гидролизом- экстрагированием на чистоту пектинового экстракта и выход пектиновых веществ: Жн – жом неотжатый, Жо - отжатый, Жо, пром. – отжатый и промытый водой Влияние промывки свекловичного жома раствором HCl (0,65; 0,95; 1,3 %) перед гидролизом- экстрагированием на выход пектиновых веществ

Зависимость студнеобразующей и комплексообразующей способностей пектина от рН пектинового экстракта при осаждении Влияние рН пектинового экстракта при осаждении пектина на его комплексообразующую способность Показатель Значение рН пектинового экстракта 1,02,03,04,05,06,07,08,09,0 Студнеобразующая способность пектина, к Па Комплексообразующая способность пектина, мг Pb 2+ /г

Влияние обработки пектинового экстракта катионитом на его чистоту и выход свекловичного пектина Влияние обработки пектинового экстракта катионитом и анионитом на чистоту и выход свекловичного пектина

Спирт на ректификацию Гидролиз-экстрагирование Разделение Фильтрование Н + - катионирование ОН - - анионирование Выделение пектина из экстракта Прессование Измельчение Первая промывка Вторая промывка Обезвоживание коагулята Прессование Сушка Измельчение Набухание Нейтрализация Вода, HCl Вода НСl Жом про гидролизованный Пектиновый экстракт Жом сухой свекловичный Анионит на регенерацию Катионит на регенерацию На корм скоту Сушка На производство пектиносодержащих изделий Расфасовка, упаковка Пектин высоко очищенный сухой Спирт Принципиальная схема получения высокоочищенного свекловичного пектина (Патент РФ ) Влияние обработки пектинового экстракта катионитом и анионитом на чистоту свекловичного пектина

г е Зависимость выхода пектина и чистого пектина (а, б), комплексообразующей способности пектина и чистого пектина (в, г), удельного содержания карбонилов карбоксильных групп в пектине и чистом пектине (д, е) от рН пектинового экстракта при осаждении (Х)

аб в гд е Изображение гранулометрического состава свекловичного пектина (а - промышленный; б – обработка катионитом; в – обработка катионитом 2, анионитом 2, спиртом и микроструктуры высокоочищенного свекловичного пектина (обработка пектинового экстракта ионитами к 2 а 2, спиртовая очистка пектина)

а) 550 хб) 2000 х в) 1200 кг) 2500 х Микроструктура среза пектиновой пленки: с дистиллированной водой (а), хлоргексидином (б), фурацилином (в), тамеритом (г); ускоряющее напряжение 3 кВ. Микроструктура среза пектиновой пленки: с дистиллированной водой (а), хлоргексидином (б), фурацилином (в), тамеритом (г); ускоряющее напряжение 3 кВ.

бва Электронограммы высокоочищенного свекловичного пектина: крупной (а), мелкой фракции (б) и пектиновой пленки с хлоргексидином (в) Содержание углерода в свекловичном пектине (%): 1-4- исходный; 5 - обработанный катионитом; 6 - катионитом 1; 7- катионитом 2; 8 - катионитом 3 ; 9 - катионитом и анионитом 1; 10 - катионитом и анионитом; 11 - катионитом и анионитом 2; 12 - катионитом и анионитом 2; 13 - катионитом и анионитом 3; 14 - катионитом 2 и анионитом 2; 15 - катионитом 2 и анионитом 2; 16 - катионитом 2 и анионитом 2; 17 - катионитом 2, анионитом 2, спиртом; 18 - катионитом 2, анионитом 2, спиртом; 19- катионитом 2, анионитом 2, спиртом; 20 - катионитом 2, анионитом 2, спиртом.

(б) ИК-спектры пленок свекловичного пектина: а) пектин осажден из пектинового экстракта при различных значениях рН: (5) 2,8; (6) 3,3; (7) 3,9; (8) 4,4; б) пектин осажден из пектинового экстракта при различных значениях рН и очищен этиловым спиртом (8) 1,4; (9) 3,9).

Показатель рН пектинового экстракта при осаждении пектина 0,71,01,42,02,83,34,04,45,06,07,18,39,1 К1,61,21,51,21,11,21,71,51,7 0,61,1 Влияние рН пектинового экстракта при осаждении пектина на коэффициент (К) удельного содержания карбонилов карбоксильных групп Влияние ионообменной обработки пектинового экстракта на коэффициент (К) удельного содержания карбонилов карбоксильных групп в пектине Показатель Удельный расход катионита Коэффициент соотношения анионита и катионита 0,0310,0470,063 0,630,83 1,0 1,251,331,381,83 2,0 2,75 К1,51,2 1,51,21,61,2 1,31,21,3 Влияние продолжительности тепловой обработки пектинового экстракта при С и его нейтрализации перед осаждением на коэффициент (К) удельного содержания карбонилов карбоксильных групп в пектине Показатель Продолжительность тепловой обработки пектинового экстракта при С, ч Осаждение пектина без нейтрализации экстракта (рН 0,75) Осаждение пектина с нейтрализацией экстракта (рН 3,60) 00,170,330,5000,170,330,50 К1,51,40,80,6 1,11,20,6

Влияние концентрации и формы пектина на его комплексообразующую способность Зависимость показателей качества пектина от продолжительности тепловой обработки пектинового экстракта при С Показатель Время тепловой обработки, ч Осаждение пектина из экстракта без нейтрализации (рН 0,75) с нейтрализацией экстракта (рН 3,60) 00,170,330,5000,170,330,50 Содержание пектина спиртоосаждаемого, % 1,41,5 1,61,81,9 2,0 Выход пектина, % к м. с. ж. 16,017,317,218,621,322,222,626,5 Комплексообразующая способность пектина, мг Рb 2+ /г 464,1487,4487,5485,5481,2 480,9478,7

Пектиновые пленки в герметичной упаковке для стерилизации и хранения: SELF SEAL STERILIZATION POUCH (а), производство Великобритания; KENDALL BLISTERFILM Transharent Wound Dressing(б), производство Швейцария

Наименование Время стерилизации УФ-лучами, мин Пленка пектиноваяпол. отр. Бактериологическое исследование пектиновой пленки на стерильность Бактериологическое исследование пектиновой пленки разных видов и способов получения пектина на стерильность Наименование Результат бактериологического посева Пленка из яблочного пектина (промышл.) отриц. Пленка из свекловичного пектина (промышл.) отриц. Пленка из свекловичного пектина (эксперим., 4-х фазная очистка) отриц. Пленка из высокоочищенного свекловичного пектина (по разработанной технологии) отриц.

Наименование Результат бактериологического посева Время хранения пектиновой пленки, мес Пленка пектиновая на дист. воде отриц. Бактериологическое исследование пектиновой пленки на стерильность в процессе ее хранения Влияние пектинового диска на задержку роста клинических штаммов микроорганизмов Наименование Задержка роста микроорганизма E. coliPs. aeruginosaE. faecalisP. vulgaris Яблочный пектин++++ Свекловичный пектин----

Концентрация пектина, % Вид пектина Определение зоны задержки микроорганизма вокруг «капли» пектинового раствора, мм E. coliPs. aeruginosaS. aureusSt. faecalis 1,0 Свекловичный 22,020,0020,0* Подсолнечный 20,010,0020.0* 3,0Свекловичный 22,020,016,020,0* Подсолнечный 7,012,017,015,0 5,0 Свекловичный 6,012,020,015,0 Подсолнечный 6,010,0020,0 9,0 Свекловичный 7,010,015,020,0 Подсолнечный 6,05,56,017,0 13,0 Свекловичный 7,55,515,020,0 Подсолнечный 6,506,07,0 17,0 Свекловичный 8,07,08,015,0 Подсолнечный 6,0 8,0 Влияние вида и концентрации пектина в 0,05 %-м растворе хлоргексидина на задержку роста микроорганизмов Влияние вида и технологии получения пектина на его антиоксидантную активность Наименование Отличительные параметры получения АОА Метод определения Амперометрический, мг/л (кверцетин) Хемилюминесцентный, % ингибирования (убихинон) Свекловичный жом Сухой, тонко измельченный 0,460 Свекловичный пектин очищенный (экспер.) Ионообменная очистка экстракта 2,0844,25 Свекловичный пектин (промышл.) Осаждение AlCl 3, 4-х фазная очистка пектина 1,1248,70 Свекловичный пектин очищенный, другой молеку- лярный вес (экспер.) Ионообменная очистка экстракта 1,3526,75 Свекловичный пектин (экспер.) Осаждение AlCl 3 4-х фазная очистка 1,6121,2

Характеристика пектиносодержащих композиций лечебного назначения Наименова- ние Состав Способ получения Способ получения антисептичес- кой пленки (Патент РФ ) Пектин, вода Растворение, формование, сушка, упаковка, стерилизация, хранение Композиция для лечения гнойных ран и трофических язв (Патент РФ ) Пектин, вода, антисептик Растворение, розлив, пастеризация, хранение при температуре 5…7 o С Способ лечения раневых поверхностей (Патент РФ ) Пектин, тамерит, вода Растворение, формование, сушка, упаковка, стерилизация, хранение Наименование Дикорастущие плоды, ягоды и др. ингредиенты Способ получения Композиция для приготовления лечебно- профилакти- ческих напитков и пюре (Патент РФ ) Шиповник, калина, боярышник, черника, ежевика, яблоки, груши, пектиновый экстракт сухой Инспекция плодов и ягод, мойка, сушка при температуре 50…55 o С до остаточной влажности 5…7 %, измельчение, смешивание, фасовка Композиция для изготовления тонизирующих напитков (Патент РФ ) Шиповник, черника, кизил, яблоки, груши, чай черный, чай зеленый, пектин Композиция для изготовления профилакти- ческого желе (Патент РФ ) Слива колючая, кизил, яблоки, груши, сахар, лимонная кислота, пектин Инспекция плодов и ягод, сортировка, калибровка, мойка, измельчение, разваривание, гомогенизация, сушка, измельчение, смешивание, фасовка Характеристика пищевых пектиносодержащих композиций лечебно-профилактического назначения

Практическая востребованность представленных научных разработок подтверждается эффективными результатами лечения больных в ФГУ «378 ВГ СКВО» Минобороны России (г. Краснодар) в гг. Разработанные научные положения и практические решения используются в учебном процессе на кафедрах: технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции (Майкопский государственный технологический университет) по дисциплинам «Технология переработки продукции растениеводства», «Основы производства пектина и пектинопродуктов», «Технология продуктов общественного питания» и хирургических болезней (Кубанский медицинский институт).

Коммерциализуемость результатов исследования

ВЫВОДЫ: 1. Разработаны технологические параметры получения высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения. 2. Обоснована эффективность пленкообразования пектина с комбинируемыми веществами. 3. Установлены закономерности формирования элементного состава и структур свекловичного пектина и пектиновых пленок. 4. Обоснована термостабильность пектиновых веществ в экстракте, обусловливающая его концентрирование кратковременным выпариванием и горячий розлив при фасовке продукта функционального и лечебно-профилактического назначения. 5. Доказано, что высокоочищенный свекловичный пектин обладает преимущественным антибактериальным действием в сравнении со свекловичным и подсолнечным (в отличие от яблочного) по отношению к клиническим штаммам микроорганизмов: E.coli, Ps.aeruginosa, S.aureus, St.faecalis, Proteus vulgaris. 6. Установлены закономерности проявления антиоксидантной активности пектиновых растворов (in vitro) в водной и липидной средах, обусловливающие их применение в зависимости от химической природы свободных радикалов и биомолекул. 7. Запатентованные технологии и разработанные проекты технической документации на новые виды продукции с использованием высокоочищенного свекловичного пектина полифункционального назначения апробированы в условиях производства и позволяют оценить предлагаемые технологические решения как готовые к использованию в условиях пищевых перерабатывающих предприятий.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!