RU2441025C1 - Способ получения низкомолекулярного пектина - Google Patents
Способ получения низкомолекулярного пектина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441025C1 RU2441025C1 RU2010130681/13A RU2010130681A RU2441025C1 RU 2441025 C1 RU2441025 C1 RU 2441025C1 RU 2010130681/13 A RU2010130681/13 A RU 2010130681/13A RU 2010130681 A RU2010130681 A RU 2010130681A RU 2441025 C1 RU2441025 C1 RU 2441025C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pectin
- hydrolysis
- residue
- oligogalacturonides
- acid
- Prior art date
Links
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 title claims abstract description 189
- 239000001814 pectin Substances 0.000 title claims abstract description 187
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 title claims abstract description 187
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 84
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 84
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N Galacturonsaeure Natural products O=CC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 34
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 22
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 12
- 230000032050 esterification Effects 0.000 claims description 12
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- AEMOLEFTQBMNLQ-YMDCURPLSA-N D-galactopyranuronic acid Chemical compound OC1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-YMDCURPLSA-N 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 53
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 45
- IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N aldehydo-D-galacturonic acid Chemical compound O=C[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-RSJOWCBRSA-N 0.000 description 41
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 33
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 28
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229920002230 Pectic acid Polymers 0.000 description 14
- LCLHHZYHLXDRQG-ZNKJPWOQSA-N pectic acid Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)O[C@H](C(O)=O)[C@@H]1OC1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](OC2[C@@H]([C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O2)C(O)=O)O)[C@@H](C(O)=O)O1 LCLHHZYHLXDRQG-ZNKJPWOQSA-N 0.000 description 14
- 239000010318 polygalacturonic acid Substances 0.000 description 13
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 5
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Substances OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N D-Galacturonic acid Natural products O[C@@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-DTEWXJGMSA-N 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000007257 deesterification reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000003214 pyranose derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 2,3,4,5-tetrahydroxypentanal Chemical compound OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 2
- 108010059820 Polygalacturonase Proteins 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- AEMOLEFTQBMNLQ-BKBMJHBISA-N alpha-D-galacturonic acid Chemical compound O[C@H]1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-BKBMJHBISA-N 0.000 description 2
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 2
- AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N beta-D-galactopyranuronic acid Natural products OC1OC(C(O)=O)C(O)C(O)C1O AEMOLEFTQBMNLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000009194 citrus pectin Substances 0.000 description 2
- 229940040387 citrus pectin Drugs 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 108010093305 exopolygalacturonase Proteins 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 2
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 241000207199 Citrus Species 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 102000014150 Interferons Human genes 0.000 description 1
- 108010050904 Interferons Proteins 0.000 description 1
- 206010051925 Intestinal adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000218922 Magnoliophyta Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- 229920001218 Pullulan Polymers 0.000 description 1
- 229920005654 Sephadex Polymers 0.000 description 1
- 239000012507 Sephadex™ Substances 0.000 description 1
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- UIERETOOQGIECD-ARJAWSKDSA-N angelic acid group Chemical group C(\C(\C)=C/C)(=O)O UIERETOOQGIECD-ARJAWSKDSA-N 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001093 anti-cancer Effects 0.000 description 1
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000020971 citrus fruits Nutrition 0.000 description 1
- 201000010897 colon adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002519 immonomodulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003308 immunostimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229940079322 interferon Drugs 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical group 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 229930014626 natural product Natural products 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002351 pectolytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000000069 prophylactic effect Effects 0.000 description 1
- 235000019423 pullulan Nutrition 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 102220214412 rs886288172 Human genes 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 231100000701 toxic element Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 150000004043 trisaccharides Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам получения низкомолекулярного пектина. Способ предусматривает гидролиз пектина в водном растворе минеральной кислоты при нагревании. Далее жидкую фазу отделяют от нерастворимого остатка пектина и нейтрализуют до рН не менее 4,0. Выделение низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина проводят путем их осаждения органическим растворителем, смешивающимся с водой. После осаждения полученные низкомолекулярные продукты гидролиза пектина сушат. При этом в качестве исходного сырья для гидролиза используют низкоэтерифицированный пектин со степенью этерификации не более 30%. Гидролиз ведут циклично. При этом время проведения одного цикла рассчитывают по определенной формуле. Изобретение позволяет получать низкомолекулярный пектин без технологических потерь сырья, а также существенно обеспечить деструкцию олигогалактуронидов, тем самым повышая конечный выход продукта. 1. з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к способам получения низкомолекулярного пектина и может быть использовано в различных отраслях промышленности и медицины, в частности в фармацевтической промышленности для создания новых лечебных и профилактических средств и низкомолекулярных сорбентов.
Пектины представляют собой высокомолекулярные природные полимеры. Они присутствуют во всех высших цветковых растениях, входят в состав первичных клеточных стенок и срединных пластинок. Основой пектиновых молекул является поли-D-галактуроновая кислота. Часть остатков D-галактуроновой кислоты в пектине находится в форме метиловых эфиров. Если доля таких остатков составляет менее 50%, то такой пектин считается низкоэтерифицированным. Полностью деэтерифицированный, то есть не содержащий метиловых эфиров или содержащий незначительное их количество, пектин называется также пектовой кислотой.
В ходе исследований биологической активности пектинов обнаружен ряд фармакологических эффектов у низкомолекулярных производных пектинов - олигогалактуронидов. В этом плане особенный интерес представляют олигогалактурониды со степенью полимеризации от 6 до 25-30 моносахаридных остатков, что соответствует их молекулярной массе от 1 до 4,5-5 кДа. У этой группы олигогалактуронидов обнаружена иммуномодулирующая, интерферон-индуцирующая, макрофаг-активирующая и противоопухолевая активность (Kumazawa Y., Mizunoe K., Otsuka Y. Immunostimulating polysaccharide separated from hot water extract of Angelic acutiloba Kitagawa (Yamato tohki) // Immunology. 1982. Vol.47. P.75-83.). Кроме этого, данные олигосахариды стимулировали апоптоз клеток аденокарциномы кишечника у людей (Olano-Martin Е., Rimbah G.H., Gibson G.R., Rastall R.A. Pectin and pectic-oligosaccharides induce apoptosis in in vitro human colonicadenocarcinoma cell // Anticancer Res. 2003. Vol.23. P.341-346.).
Установлено, что олигогалактурониды со степенью полимеризации не менее 6-9 способны образовывать прочные комплексы с ионами многих тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть, кадмий, и рядом других (Kohn R. Binding of divalent cations to oligomeric fragments of pectin // Carbohydr. Res. 1987. Vol.160. P.343-353.). Это открывает перспективу создания на основе олигогалактуронидов эффективных средств для выведения из организма человека и животных депонированных форм указанных токсичных элементов, т.к. благодаря небольшой молекулярной массе олигогалактурониды могут достаточно легко всасываться в желудочно-кишечном тракте, а затем выводиться из организма через почки.
Получение низкомолекулярных пектинов (олигогалактуронидов) обычно осуществляют путем деполимеризации природных высокомолекулярных пектинов. Для этого может применяться ряд методов. Наиболее известным является метод ферментативного гидролиза пектинов с помощью пектиназ. Так, еще в 1944 году был предложен способ получения D-галактуроновой кислоты путем ферментативного гидролиза пектина (пат. США №2338534, опубл. 04.01.1944 г.).
Известен способ получения композиции олигогалактуронидов, обладающей антибактериальным действием, также путем ферментативного гидролиза пектина (IP 10226701 (A), С08 В 37/00, опубл. 25.08.2010 г.). Согласно этому способу, пектин сначала подвергают предварительному гидролизу в водном растворе при 80-100°С, а затем проводят окончательный гидролиз смеси с помощью пектиназы. Полученный продукт содержит смесь насыщенных и ненасыщенных (имеющих двойные углерод-углеродные связи в молекулах в результате окислительной деградации) олигогалактуронидов со степенью полимеризации от 2 до 15 (0,4-2,7 кДа).
Недостатком данного способа является то, что для успешного осуществления ферментативного гидролиза требуется, как правило, определенная предварительная обработка пектина, например, как в данном случае, частичная деполимеризация и деэтерификация в ходе предварительного гидролиза. Другим существенным недостатком ферментативного гидролиза является то, что в силу специфики действия пектинолитических ферментов в полученных гидролизатах всегда преобладают моно-, ди- и трисахариды, а доля молекул с массой 1 кДа (что соответствует степени полимеризации - 6) и более незначительна.
Другим известным способом является способ щелочной деполимеризации пектина (ЕР 0487340 (А1), А23Р 1/08, опубл. 27.05.92). Согласно этому способу суспензию пектина в 60% об. изопропаноле обрабатываю трехкратным (по химическому эквиваленту галактуроновой кислоты) количеством гидроокиси натрия в течение 5 дней при 25°С или 2 дней при 40°С, с последующим отделением продукта на фильтре, нейтрализацией и сушкой. Полученный продукт содержит пектины с молекулярной массой от 2 до 20 кДа и предназначен в качестве вспомогательного вещества в кулинарии.
Недостатком данного способа является большая длительность процесса и большой разброс молекулярных масс пектинов в продукте, а также то, что галактуроновая кислота малоустойчива в щелочной среде и легко распадается с образованием ненасыщенных, сильноокрашенных и сильнопахнущих соединений (Kertesz Z.I. The pectic substances. Interscience Publishers, Inc., N.Y., L., 1951, 576 р.).
Известен также способ гидролиза пектина при высокой температуре (WO 2009/004153, С08В 37/06, опубл. 08.01.2009). Согласно этому способу 1% раствор пектина с рН 4-5 нагревают под давлением при 110°С в течение 30-60 минут, затем раствор охлаждают, осаждают олигогалактурониды изопропанолом и сушат. Полученный продукт на 95% состоит из олигогалактуронидов со степенью полимеризации 4-11 (0,7-2 кДа).
Недостатком данного способа является то, что при температуре более 100°С резко ускоряются процессы термического разложения олигогалактуронидов - разрывы пиранозного цикла, окисление, декарбоксилирование, образование фурфурола и его производных. Это сопровождается снижением выхода олигогалактуронидов и загрязнением гидролизата продуктами их разложения (Kertesz Z.I. The pectic substances. Interscience Publishers, Inc., N.Y., L., 1951, 576 p.). С химической точки зрения олигогалактурониды, имеющие в составе молекул продукты термической деградации галактуроновой кислоты, не могут в полной мере считаться олигогалактуронидами.
Известен способ деполимеризации полиуронидов - альгинатов и пектинов - с помощью окислителя - перекиси водорода (пат. США US 2002/0016453 (А1), С08В 37/06, опубл. 07.02.2002). Согласно этому способу пектовая кислота в виде пектата лития окисляется перекисью водорода концентрацией около 2% в присутствии сульфата железа в течение 4-х часов. Затем олигогалактурониды осаждают уксусной кислотой, промывают пропанолом и сушат. Средняя степень полимеризации олигогалактуронидов - 16 (2,8 кДа). Выход продукта составляет 38%.
К недостаткам данного способа следует отнести, во-первых, низкий выход продукта. Во-вторых, перекись водорода одновременно с деполимеризацией пектина вызывает значительную деструкцию остатков галактуроновой кислоты - декарбоксилирование, разрывы пиранозного цикла, окисление спиртовых групп, и, как отмечалось в предыдущем примере, полученные продукты не могут в полной мере считаться олигогалактуронидами (Kertesz Z.I. The pectic substances. Interscience Publishers, Inc., N.Y., L., 1951, 576 p.).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения низкомолекулярного пектина (олигогалактуронидов) из пектинов льна путем кислотного гидролиза (Bedouet L., Courtois В., Courtois J. Methods for obtaining neutral and acid oligosaccharides from flax pectins // Biotechnol. Lett. 2005. Vol.27. P.34, 36, табл.1 и 37). Способ осуществляют следующим образом. Из образца пектина массой 50 мг, содержащего 22,9 мг (45,8%) уроновой (галактуроновой) кислоты, готовят водный раствор пектина концентрацией 5 мг/мл (0,5%). Затем добавляют 12 М раствор соляной кислоты до концентрации 100 мМ (0,1 г-экв/л) и проводят гидролиз при 80°С в течение 24 часов Полученный гидролизат охлаждают до комнатной температуры. Жидкую фазу, содержащую низкомолекулярные продукты гидролиза, отделяют от высокомолекулярной полигалактуроновой кислоты центрифугированием при 4°С и относительном центробежном ускорении 20000 g в течение 30 минут. Затем низкомолекулярные продукты гидролиза - олигогалактурониды - осаждают из жидкой фазы изопропанолом и отделяют центрифугированием. Средняя степень полимеризации олигогалактуронидов - 15 (2,6 кДа). Выход олигогалактуронидов составляет 33,9% от первоначального содержания галактуроновой кислоты.
Существенным недостатком данного способа является низкая исходная концентрация пектина в растворе. Результатом этого является, во-первых, низкая скорость гидролиза, так как она при неизменной константе гидролиза пропорциональна концентрации пектина в растворе. Во-вторых, низкая исходная концентрация пектина приводит к соответствующей низкой концентрации конечного продукта в готовом гидролизате - содержание олигогалактуронидов в готовом гидролизате, полученном вышеописанным методом, составляет всего 0,78 мг/мл за 24 часа гидролиза (выход продукта рассчитывается умножением исходной концентрации пектина в растворе на относительное содержание галактуроновой кислоты в пектине и на относительный выход галактуронидов и составляет соответственно 5 мг/мл × 0,458 × 0,339=0,78 мг/мл). А это, в свою очередь, приводит к более высоким удельным затратам на производство единицы массы продукта. В данном случае это, например, затраты, связанные с термостатированием длительное время всего объема гидролизата при 80°С и расходом кислоты на гидролиз.
Препятствием для существенного повышения концентрации пектина в растворе является то обстоятельство, что высокомолекулярные пектины уже при концентрации около 1% образуют достаточно вязкие растворы и использование более концентрированных растворов пектинов может создать определенные технологические трудности. Высоковязкие растворы при низких концентрациях образуют практически все коммерческие пектины, так как именно с этой способностью связано одно из главных направлений их использования - в качестве загустителей и структурирующих агентов в пищевой промышленности. Так, например, вязкость 1,5% растворов наиболее распространенных коммерческих пектинов - яблочного и цитрусового (производитель - Herbstreith & Fox KG, Германия) - в 25-30 раз превышает вязкость воды.
Другим недостатком является низкая технологическая эффективность метода, которая приводит к низкому выходу продукта. Выход продукта - олигогалактуронидов - составляет около 34%, 33% составляет остаток высокомолекулярной полигалактуроновой кислоты и 33% - потери олигогалактуронидов вследствие их структурной деградации. Таким образом, потери продукта составляют практически такую же величину, как и его выход.
Технологическим недостатком метода является то, что для отделения жидкой фазы, содержащей готовый продукт, требуются слишком жесткие условия: величина относительного центробежного ускорения 20000 g для большинства промышленных центрифуг и сепараторов либо недостижима, либо близка к их предельному рабочему режиму, необходимость охлаждения системы до 4°С также создает дополнительные технические проблемы и приводит к удорожанию процесса.
Задачей, поставленной перед изобретением, является получение низкомолекулярного пектина, обогащенного фракцией олигогалактуронидов с молекулярной массой 1-5 кДа, увеличение выхода целевого продукта, упрощение и удешевление способа.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения низкомолекулярного пектина (олигогалактуронидов), включающем гидролиз пектина в водном растворе минеральной кислоты при нагревании, с последующим отделением жидкой фазы от нерастворимого остатка пектина, выделением из нее низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина путем их осаждения органическим растворителем, смешивающимся с водой, согласно изобретению, в качестве исходного сырья для гидролиза используют низкоэтерифицированный пектин со степенью этерификации не более 30%, гидролиз ведут циклично, при этом время проведения одного цикла рассчитывают по формуле:
где Т - время проведения одного цикла, ч;
С - концентрация кислоты: 0,1-2,0 г-моль/л;
t - температура процесса: 70-100°С;
К - коэффициент пропорциональности, значения которого находятся в пределах 12-18;
перед осаждением низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина органическим растворителем жидкую фазу нейтрализуют до рН не менее 4,0. После осаждения полученные низкомолекулярные продукты гидролиза пектина сушат.
Использование в качестве исходного сырья для гидролиза низкоэтерифицированного пектина со степенью этерификации не более 30%, имеющего ограниченную набухаемость в кислой среде, позволяет проводить процесс кислотного гидролиза в гетерофазной системе - суспензии: гель низкоэтерифицированного пектина (твердая фаза) - раствор минеральной кислоты (жидкая фаза), что, во-первых, позволяет на практике повысить концентрацию пектина в суспензии до 5-15% (в пересчете на сухое вещество пектина). Использование таких высоких, по сравнению с прототипом, концентраций исходного сырья при прочих равных условиях (при одинаковой степени гидролиза пектина) позволяет получать гидролизаты с соответственно большим процентным содержанием конечного продукта - олигогалактуронидов, что значительно уменьшает удельные затраты на производство единицы массы продукта. И, как следствие, ведет к упрощению и удешевлению процесса получения целевого продукта.
Во-вторых, гидролиз пектина в гетерофазной системе позволяет вести процесс циклично, за счет чего удается полностью использовать исходное сырье и предупредить деградацию олигогалактуронидов в жидкой фазе, обеспечивая тем самым повышение выхода целевого продукта и понижение удельных затрат на его получение.
При увеличении степени этерификации более 30% происходит резкое увеличение объема набухшего геля пектина и значительное снижение его механической прочности, что существенно осложняет последующее отделение геля пектина от жидкой фазы, также возможен частичный переход высокомолекулярного пектина в жидкую фазу.
Для осуществления заявленного способа может быть использован практически любой коммерческий пектин. Для этого предварительно проводят снижение его степени этерификации до необходимой величины в пределах 0-30%, используя любой из известных методов деэтерификации: щелочной, кислотный или ферментативный. Наиболее удобным и экономичным, по мнению авторов, может считаться метод щелочной деэтерификации пектина в среде органического растворителя, например этанола или изопропанола. Данный метод приводится ниже, в описании осуществления заявляемого способа.
Использование для расчета времени гидролиза пектина формулы (I), разработанной авторами, позволяет в указанном диапазоне температур (70-100°С), концентрации кислоты (0,1-2,0 г-моль/л) и коэффициенте пропорциональности (К=12-18) с удовлетворительной точностью рассчитать время одного цикла гидролиза, необходимое для получения продукта с максимальным относительным содержанием фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа.
В ходе исследования авторами гетерофазного кислотного гидролиза низкоэтерифицированного пектина было установлено, что олигогалактурониды с молекулярной массой 1-5 кДа, образовавшиеся в ходе гидролиза пектина, практически полностью переходят в раствор - жидкую фазу, в то время как доля таких молекул, оставшихся в пектиновом геле -твердой фазе, не превышает 1-2% от их общего количества. Таким образом, важным преимуществом предлагаемого метода гетерофазного кислотного гидролиза низкоэтерифицированного пектина является наличие эффективной и постоянной молекулярной сепарации, происходящей естественным путем непосредственно в процессе самого гидролиза.
Сочетание в данном способе эффекта межфазной молекулярной сепарации и технологической простоты разделения фаз позволяет останавливать процесс гидролиза в нужный момент времени, быстро отделять жидкую фазу, содержащую готовый продукт, и затем проводить следующий цикл гидролиза оставшегося высокомолекулярного пектина.
Указанные ограничения температуры и концентрации кислоты связаны, в первую очередь, с экономическими и технологическими причинами. Так, при температуре среды ниже 70°С и концентрации кислоты ниже 0,1 г-моль/л происходит существенное снижение скорости гидролиза пектина и значительное увеличение времени процесса, это ведет к повышению затрат на производство целевого продукта.
При температуре более 100°С резко ускоряются процессы термического разложения олигогалактуронидов - разрывы пиранозного цикла, окисление, декарбоксилирование, образование фурфурола и его производных. Это сопровождается снижением выхода олигогалактуронидов и загрязнением гидролизата продуктами их разложения. Увеличение концентрации кислоты более 2,0 г-моль/л не дает значительного увеличения скорости гидролиза, но приводит к существенному перерасходу кислоты и дополнительным затратам на ее последующую нейтрализацию и освобождение продукта от образовавшихся солей, что, в конечном результате, ведет к усложнению процесса получения целевого продукта.
Нейтрализация жидкой среды до рН не менее 4,0 перед осаждением низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина органическим растворителем обеспечивает получение осадка низкомолекулярного пектина (олигогалактуронидов) с оптимальной консистенцией - плотного, хорошо отделяющегося от жидкой фазы. При рН ниже 4,0 происходит увеличение удельного объема осадка и ослабление его структуры, и, как следствие, затрудняется отделение осадка от жидкой фазы.
В качестве минеральной кислоты могут быть использованы, в частности, соляная, серная, азотная кислоты.
В качестве органического растворителя могут быть использованы известные органические растворители, смешивающиеся с водой, в частности ацетон, пропанол, изопропанол, этанол, метанол.
Отделение жидкой фазы от нерастворимого осадка можно вести либо фильтрацией, либо центрифугированием при сравнительно небольших величинах центробежного ускорения 500-1000 g. Это значительно снижает затраты и упрощает процесс получения целевого продукта по сравнению с прототипом, поскольку в прототипе центрифугирование ведут при ускорении 20000 g и температуре 4°С.
С экономической точки зрения целесообразно для поддержания процесса гидролиза пектина в постоянном технологическом режиме, т.е. при постоянном количестве пектина в реакционной среде, осуществлять добавку новых порций сырья к остатку пектина после отделения жидкой фазы для компенсации его расхода в ходе гидролиза. Это позволяет проводить подряд любое количество однотипных циклов гидролиза и получать любое требуемое количество целевого продукта с нужной молекулярной массой, 1-5 кДа.
Сырье может добавляться к остатку пектина после каждого или после нескольких циклов гидролиза, а его количество может быть рассчитано либо по изменению объема геля пектина, либо по количеству пектина, оставшегося после отделения жидкой фазы.
В первом случае, для определения количества добавляемого сырья по изменению объема геля пектина, берут определенное количество пектина (m1), добавляют минеральную кислоту до образования суспензии и перед проведением гидролиза суспензию пектина в минеральной кислоте центрифугируют при относительном центробежном ускорении 500-1000 g в течение 5-15 минут и фиксируют первоначальный объем геля - пектина, V1, мл. А перед проведением последующих циклов гидролиза остаток пектина после гидролиза центрифугируют в тех же условиях - при той же величине относительного центробежного ускорения и времени, фиксируя V2 - объем остатка пектина после гидролиза, мл.
Для определения количества добавляемого сырья по объему остатка пектина после центрифугирования его рассчитывают по формуле:
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
V1 - первоначальный объем набухшего сырья - геля низкоэтерифицированного пектина, мл;
V2 - объем остатка пектина после гидролиза, мл.
Использование для расчета формулы (II), предлагаемой авторами, позволяет с достаточной точностью определить массу добавляемого сырья, обеспечивающего восстановление содержания пектина до исходной концентрации. В конечном результате, это обеспечивает максимально полное использование остатка пектина, повышение выхода целевого продукта и возможность получения его в необходимом количестве.
Во втором случае, для определения количества добавляемого сырья по количеству пектина, оставшегося после отделения жидкой фазы, перед началом процесса гидролиза фиксируют массу исходного сырья, m1, также определяют в нем содержание галактуроновой кислоты, C1. По окончании времени гидролиза, рассчитанного по формуле (I), отделяют остаток пектина от жидкой фазы, фиксируют его массу m2 и определяют содержание в нем галактуроновой кислоты С2.
Количество добавляемого сырья рассчитывают по формуле:
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
m2 - масса остатка пектина после отделения жидкой фазы, г;
C1 - содержание галактуроновой кислоты в исходном сырье, %;
С2 - содержание галактуроновой кислоты в остатке пектина, %.
Формула (III), предлагаемая авторами, так же как и формула (II), позволяет с необходимой точностью определять количество добавляемого сырья.
Для определения содержания галактуроновой кислоты в исходном сырье и остатке пектина может быть использован любой из известных методов, например титриметрический (Афанасьев С.П., Чирва В.Ю., Кацева Г.Н. и др. Модификация титриметрических методов анализа пектиновых веществ // Химия природ. соединений. 1984. №4. С.428-431.) или фотометрический (Blumenkrantz N., Asboe-Hansen G. New method for quantitative determination of uronic acids // Anal. Biochem. 1973. Vol.54. P.484-489). Учитывая, что в ходе каждого цикла гидролиза расходуется примерно одинаковое количество сырья, то нет необходимости проводить расчеты количества добавляемого сырья после каждого цикла гидролиза - достаточно проводить их через каждые 5-10 циклов.
Способ осуществляется следующим образом.
Пример 1
Берут 30,0 г пектовой кислоты (Serva, №31680) с содержанием галактуроновой кислоты 82,2% и степенью этерификации менее 1% и смешивают с 200 мл раствора соляной кислоты концентрацией 0,1 г-моль/л (С). Полученную 15% суспензию нагревают до 100°С (t) на кипящей водяной бане и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте пропорциональности К=18:
Затем суспензию охлаждают и фильтруют, для фильтрации суспензии используют полипропиленовую фильтрткань PL-30 (LOSMA, Италия). Остаток пектина на фильтре промывают 200 мл соляной кислоты концентрацией 0,1 г-моль/л (С) для более полного отделения олигогалактуронидов. К остатку пектина добавляют раствор соляной кислоты концентрацией 0,1 г-моль/л - до восстановления первоначального объема суспензии. Остаток пектина ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях - Т=4,1 часов при t=100°C. Всего проводят 5 циклов гидролиза, каждый раз отделяя и промывая остаток пектина, как было описано выше. Общий объем полученного фильтрата составляет 1440 мл, содержание олигогалактуронидов - 8,23 мг/мл.
Жидкую фазу (фильтрат) нейтрализуют до рН 4,0 5,0 М раствором гидроокиси натрия и осаждают олигогалактурониды добавлением 4,3 л этанола. Смесь интенсивно перемешивают в течение минуты, затем, спустя 12 часов, выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием при ОЦУ 1000-1500 g в течение 15 минут и сушат при 80°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 13,38 г (содержание в олигогалактуронате натрия чистой галактуроновой кислоты составляет 88,5%). Для определения относительного (по сырью) выхода продукта, в пересчете на галактуроновую кислоту, устанавливают расход сырья по разнице между общим количеством пектовой кислоты, использованной для гидролиза (30,0 г), и количеством пектина, оставшимся после гидролиза. Для этого количество пектовой кислоты пересчитывают на содержание в ней галактуроновой кислоты, а в остатке пектина определяют общее содержание галактуроновой кислоты фотометрическим методом. Установленный расход сырья составляет по галактуроновой кислоте 13,30 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте составляет, соответственно, 89,1%. По данным эксклюзионной хроматографии полученного продукта в 0,05 М ацетатном буфере с рН 3,0 на колонке с сефадексом G-50 superfine, откалиброванной с помощью стандартного набора пуллуланов, относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа в полученном низкомолекулярном пектине составляет 62,5%.
Пример 2
Берут 10,0 г пектовой кислоты (Serva, №31680) (m1) с содержанием галактуроновой кислоты 82,2% и степенью этерификации менее 1% и смешивают с 200 мл раствора соляной кислоты концентрацией 0,1 г-моль/л (С), фиксируют объем полученной 5% суспензии - он составляет 210 мл, затем суспензию центрифугируют 15 минут при относительном центробежном ускорении (ОЦУ) 500 g и фиксируют первоначальный объем геля пектина - он составляет 48 мл (V1). Затем осадок геля пектина ресуспендируют в жидкой фазе, нагревают до 100°С (t) на кипящей водяной бане и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте пропорциональности К=18:
Затем суспензию охлаждают до комнатной температуры и центрифугируют 15 минут при ОЦУ 500 g. Жидкую фазу отделяют от осадка геля пектина, замеряют объем осадка - он составляет 40 мл (V2). Подставляя полученные данные по первоначальному объему низкоэтерифицированного геля пектина (V1) и объему остатка геля пектина после гидролиза (V2), равному 40 мл, в формулу (II), рассчитывают необходимую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектовой кислоты:
К осадку добавляют указанное количество пектовой кислоты и раствор соляной кислоты концентрацией 0,1 г-моль/л (С) - до восстановления первоначального объема суспензии. Осадок ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях - 4,1 часа при 100°С. Всего проводят 5 циклов гидролиза. При этом каждый раз после отделения жидкой фазы замеряют объем осадка пектина: если он остается постоянным (равным 40 мл (V2)), то количество сырья, добавляемое к остатку пектина, также остается постоянным - 1,65 г (m), поскольку объем осадка пектина в процессе гидролиза не изменялся (если объем осадка изменяется, то по формуле (II) заново рассчитывают необходимую добавку сырья). Объем полученного фугата - жидкой фазы - составляет 810 мл, содержание олигогалактуронидов - 7,15 мг/мл. Жидкую фазу нейтрализуют до рН 4,0 5,0 М раствором гидроокиси натрия и осаждают олигогалактурониды добавлением 2,4 л ацетона. Смесь интенсивно перемешивают в течение минуты, затем, спустя 12 часов, выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием при ОЦУ 1000-1500 g в течение 15 минут и сушат при 80°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 6,53 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте, определенный как описано в предыдущем примере, составляет 88,3%. Относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа в полученном низкомолекулярном пектине составляет 62,0%.
Пример 3
Получают низкоэтерифицированный пектин путем контролируемой щелочной деэтерификации высокоэтерифицированного пектина.
Берут 50 г высокоэтерифицированного цитрусового пектина (Herbstreith & Fox KG, Германия) суспендируют в 0,5 л 60% об. этанола и постепенно, порциями добавляют 5,0 М раствор гидроокиси натрия, контролируя величину степени этерификации пектина в пробах, взятых после добавления каждой порции гидроокиси натрия. После достижения величины степени этерификации менее 30% к суспензии добавляют 20 мл концентрированной соляной кислоты (плотность - d=1,19 г/см3), пектин отделяют фильтрованием, промывают 150 мл 50% этанола и сушат при 80°С. Выход низкоэтерифицированного пектина - 47 г, содержание галактуроновой кислоты - 74,8%, степень этерификации - 30,0%.
Берут 10,0 г полученного низкоэтерифицированного пектина (m1), смешивают с 200 мл раствора соляной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С) и фиксируют объем полученной 5% суспензии - он составляет 210 мл, затем суспензию центрифугируют 5 минут при ОЦУ 1000 g и фиксируют первоначальный объем геля пектина - он составляет 112 мл (V1). Затем осадок геля пектина ресуспендируют в жидкой фазе и термостатируют при 80°С (t) и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте пропорциональности К=12:
Затем суспензию охлаждают до комнатной температуры и центрифугируют 5 минут при ОЦУ 1000 g. Жидкую фазу отделяют от осадка геля пектина, а осадок дважды промывают раствором кислоты для более полного отделения олигогалактуронидов: осадок суспендируют в 100 мл соляной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С), затем центрифугируют 5 минут при ОЦУ 1000 g, жидкую фазу сливают и повторяют промывку осадка. После промывки замеряют объем осадка пектина после гидролиза - он составляет 96 мл (V2). Подставляя полученные значения V1, V2, и m1 в формулу (II), рассчитывают необходимую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектина:
К осадку добавляют указанное количество низкоэтерифицированного пектина (1,43 г) и раствор соляной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С) - до восстановления первоначального объема суспензии. Осадок ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях - Т=7,0 часа при t=80°C. Всего проводят 5 циклов гидролиза. При этом каждый раз после отделения жидкой фазы замеряют объем осадка: если он остается постоянным (равным 96 мл), то количество сырья, добавляемое к остатку пектина, также остается постоянным - 1,43 г, если объем осадка изменяется, то по формуле (II) заново рассчитывают необходимую добавку сырья. Объем полученного фугата - жидкой фазы - составляет 1450 мл, содержание олигогалактуронидов - 3,48 мг/мл. Жидкую фазу нейтрализуют: вначале сухой гидроокисью натрия до рН 1-2, затем 5,0 М раствором гидроокиси натрия до рН 6,0. Олигогалактурониды осаждают добавлением 4,5 л этанола. Выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием 15 минут при ОЦУ 1000-1500 g, затем очищают от солей: ресуспендируют в 0,6 л 70% этанола и повторно центрифугируют. Влажный осадок сушат при 80°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 5,70 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте, определенный как описано в предыдущем примере, составляет 94,2%. Относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа в полученном низкомолекулярном пектине составляет 67,0%.
Пример 4
Берут 30 г пектовой кислоты (см. пример 1) (m1) с содержанием галактуроновой кислоты 82,2% (C1), смешивают с 200 мл раствора серной кислоты концентрацией 2,0 моль/л (С) и фиксируют объем полученной 15% суспензии - он составляет 230 мл. Суспензию термостатируют при 70°С (t) и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте К=12:
Затем горячую суспензию фильтруют, для фильтрации суспензии используют полипропиленовую фильтрткань PL-30 (LOSMA, Италия). Остаток пектина на фильтре промывают 200 мл серной кислоты концентрацией 2,0 моль/л (С) для более полного отделения олигогалактуронидов. Полученный фильтрат охлаждают до комнатной температуры. Остаток пектина взвешивают и определяют в нем процентное содержание галактуроновой кислоты титриметрическим методом. По полученным значениям массы остатка пектовой кислоты - 127,1 (m2) и содержания в нем галактуроновой кислоты - 16,0% (С2) рассчитывают по формуле (III) необходимую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектовой кислоты:
К остатку пектина добавляют рассчитанное количество пектовой кислоты (m) и раствор серной кислоты концентрацией 2,0 моль/л (С) - до восстановления первоначального объема суспензии. Остаток пектина ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях - T=7,5 часов при t=70°C. Всего проводят 5 циклов гидролиза. При этом каждый раз после отделения жидкой фазы остаток пектина снова взвешивают, определяют в нем процентное содержание галактуроновой кислоты и по формуле (III) рассчитывают необходимую добавку сырья. Общий объем полученного фильтрата составляет 1280 мл, содержание олигогалактуронидов - 16,4 мг/мл. Фильтрат нейтрализуют: вначале сухой гидроокисью натрия до рН 1-2, затем 5,0 М раствором гидроокиси натрия до рН 8. Олигогалактурониды осаждают добавлением 4,0 л изопропанола. Выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием 15 минут при ОЦУ 1000-1500 g, затем очищают от солей: ресуспендируют в 2,0 л 70% изопропанола и повторно центрифугируют. Влажный осадок сушат при 80-100°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 23,75 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте составляет 95,1%. Относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа составляет 62,7%.
Пример 5
Получают низкоэтерифицированный пектин. Для этого в 0,5 л 50% этанола растворяют 20,0 г гидроокиси натрия, затем при перемешивании добавляют 100,0 г высокоэтерифицированного цитрусового пектина (Herbstreith & Fox KG, Германия). Смесь перемешивают 50 минут, затем постепенно небольшими порциями добавляют 40,0 мл концентрированной соляной кислоты, пектин отделяют фильтрованием, промывают 300 мл 50% этанола и сушат при 80°С. Выход низкоэтерифицированного пектина - 93,3 г, содержание галактуроновой кислоты - 76,5% (C1), степень этерификации - 0%.
Берут 20,0 г (m1) полученного низкоэтерифицированного пектина, смешивают с 200 мл раствора азотной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С) и фиксируют объем полученной 10% суспензии - он составляет 220 мл. Суспензию термостатируют при t=90°C и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте К=14,5:
По окончании гидролиза суспензию охлаждают и фильтруют, для фильтрации суспензии используют полипропиленовую фильтрткань PL-30. Остаток пектина на фильтре промывают 150 мл азотной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С) для более полного отделения олигогалактуронидов. К остатку пектина добавляют раствор азотной кислоты концентрацией 0,5 г-моль/л (С) - до восстановления первоначального объема суспензии. Остаток пектина ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях - 3,0 часа (Т) при 90°С (t). Всего проводят 3 цикла гидролиза. Промытый остаток пектина после последнего цикла гидролиза взвешивают и определяют в нем процентное содержание галактуроновой кислоты титриметрическим методом. По полученным значениям массы остатка пектина - 56,1 г (m2) и содержания в нем галактуроновой кислоты - 16,4% (С2) рассчитывают по формуле (III) необходимую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектина:
К остатку пектина добавляют указанное количество низкоэтерифицированного пектина и проводят следующие 3 цикла гидролиза в прежних условиях. Общий объем полученного фильтрата составляет 1660 мл, содержание олигогалактуронидов - 6,81 мг/мл. Фильтрат нейтрализуют: вначале сухой гидроокисью натрия до рН 1-2, затем 5,0 М раствором гидроокиси натрия до рН 5. Олигогалактурониды осаждают добавлением 5,0 л этанола. Выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием 15 минут при ОЦУ 1000-1500 g, затем очищают от солей: ресуспендируют в 1,3 л 70% об. этанола и повторно центрифугируют. Влажный осадок сушат при 80°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 12,77 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте составляет 92,5%. Относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа в полученном низкомолекулярном пектине составляет 65,0%.
Пример 6
Получают низкоэтерифицированный пектин.
В 0,4 л 50% об. изопропанола растворяют 20 г гидроокиси натрия, затем при перемешивании добавляют 100 г высокоэтерифицированного яблочного пектина (Herbstreith & Fox KG, Германия). Смесь перемешивают 10 мин, затем постепенно небольшими порциями добавляют 40 мл концентрированной соляной кислоты, пектин отделяют фильтрованием, промывают 300 мл 50% изопропанола и сушат при 80-100°С. Выход низкоэтерифицированного пектина - 94,5 г, содержание галактуроновой кислоты - 78,4% (С1), степень этерификации - 13,8%.
Берут 20 г полученного низкоэтерифицированного пектина (m1), смешивают с 200 мл раствора серной кислоты концентрацией 1,0 моль/л (С) и фиксируют объем полученной 10% суспензии - он составляет 220 мл. Суспензию термостатируют при t=90°C и постоянном перемешивании в течение времени (Т), рассчитанного по формуле (I) при коэффициенте К=16:
Затем суспензию охлаждают и фильтруют, для фильтрации суспензии используют полипропиленовую фильтрткань PL-30. Остаток пектина на фильтре промывают 150 мл серной кислоты концентрацией 1,0 моль/л (С) для более полного отделения олигогалактуронидов. Остаток пектина взвешивают и определяют в нем процентное содержание галактуроновой кислоты титриметрическим методом. По полученным значениям массы остатка пектина - 79,0 г (m2) и содержания в нем галактуроновой кислоты - 15,5% (С2) рассчитывают по формуле (III) необходимую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектина:
К остатку пектина добавляют указанное количество низкоэтерифицированного пектина и раствор серной кислоты концентрацией 1,0 моль/л (С) - до восстановления первоначального объема суспензии. Остаток пектина ресуспендируют в жидкой фазе и проводят следующий цикл гидролиза в прежних условиях Т=2,0 часа при t=90°C. Всего проводят 5 циклов гидролиза. При этом каждый раз после отделения жидкой фазы к остатку пектина добавляют 4,42 г низкоэтерифицированного пектина (m). Так как в ходе проведенного гидролиза пектина может возникнуть некоторое допустимое расхождение между количеством добавленного сырья и реальной величиной расхода сырья, то для устранения такого возможного расхождения после 5 циклов гидролиза снова проводят расчет необходимой добавки сырья. Для этого промытый остаток пектина после последнего цикла гидролиза взвешивают и определяют в нем процентное содержание галактуроновой кислоты титриметрическим методом. По полученным значениям массы остатка пектина - 82,8 г (m2) и содержания в нем галактуроновой кислоты - 15,1% (С2) рассчитывают по формуле (III) необходимую разовую корректирующую добавку сырья (m) для восстановления первоначального количества пектина:
К остатку пектина добавляют указанное количество низкоэтерифицированного пектина. Затем проводят следующие 5 циклов гидролиза в прежних условиях. При этом каждый раз после отделения жидкой фазы к остатку пектина по-прежнему добавляют 4,42 г низкоэтерифицированного пектина. Общий объем полученного фильтрата составляет 2720 мл, содержание олигогалактуронидов - 11,40 мг/мл. Фильтрат нейтрализуют: вначале сухой гидроокисью натрия до рН 1-2, затем 5,0 М раствором гидроокиси натрия до рН 5. Олигогалактурониды осаждают добавлением 8,0 л изопропанола. Выпавший осадок олигогалактуронидов отделяют центрифугированием 15 минут при ОЦУ 1000-1500 g, затем очищают от солей: ресуспендируют в 2,6 л 70% об. изопропанола и повторно центрифугируют. Влажный осадок сушат при 80-100°С. Выход продукта - сухого порошка олигогалактуроната натрия - 35,05 г. Относительный выход продукта по галактуроновой кислоте составляет 90,5%. Относительное содержание фракции олигогалактуронидов 1-5 кДа в полученном низкомолекулярном пектине составляет 67,7%.
Как видно из приведенных примеров, заявляемый способ гетерофазного гидролиза позволяет за счет нерастворимости исходного пектина в кислоте проводить гидролиз целенаправленно - до получения продукта с необходимой молекулярной массой, и при этом использовать исходный пектин практически полностью, т.е. позволяет избегать каких-либо значительных технологических потерь сырья и повысить конечный выход продукта (по галактуроновой кислоте) по сравнению с прототипом в 2,6-2,8 раза до 88-95% от исходного сырья.
Кроме того, в заявляемом способе в отличие от известного способа, гидролиз сырья ведется отдельными, сравнительно короткими циклами, что позволяет существенно ограничить деструкцию олигогалактуронидов в процессе гидролиза и, как следствие, дополнительно повысить выход целевого продукта.
Более того, предлагаемое авторами техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую скорость процесса и, соответственно, снижение удельных производственных затрат и времени на выпуск одного килограмма продукта при значительной экономии сырья, также позволяет отказаться от использования сложного и дорогостоящего технологического оборудования для отделения жидкой фазы от остатка пектина.
Claims (2)
1. Способ получения низкомолекулярного пектина, включающий гидролиз пектина в водном растворе минеральной кислоты при нагревании с последующим отделением жидкой фазы от нерастворимого остатка пектина, выделением из нее низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина путем их осаждения органическим растворителем, смешивающимся с водой, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья для гидролиза используют низкоэтерифицированный пектин со степенью этерификации не более 30%, гидролиз ведут циклично, при этом время проведения одного цикла рассчитывают по формуле:
где Т - время проведения одного цикла, ч;
С - концентрация кислоты 0,1-2,0 г-моль/л;
t - температура процесса 70-100°С;
К - коэффициент пропорциональности, значения которого находятся в пределах 12-18;
перед осаждением низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина органическим растворителем жидкую фазу нейтрализуют до рН не менее 4,0, а после осаждения низкомолекулярные продукты гидролиза пектина сушат.
где Т - время проведения одного цикла, ч;
С - концентрация кислоты 0,1-2,0 г-моль/л;
t - температура процесса 70-100°С;
К - коэффициент пропорциональности, значения которого находятся в пределах 12-18;
перед осаждением низкомолекулярных продуктов гидролиза пектина органическим растворителем жидкую фазу нейтрализуют до рН не менее 4,0, а после осаждения низкомолекулярные продукты гидролиза пектина сушат.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после каждого или нескольких циклов гидролиза к остатку пектина добавляют новую порцию сырья, количество которого рассчитывают по формуле:
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
V1 - объем геля пектина до гидролиза, мл;
V2 - объем остатка геля пектина после гидролиза, мл,
при этом V1 и V2 определяют после центрифугирования геля пектина, или по формуле:
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
m2 - масса остатка пектина после отделения жидкой фазы, г;
C1 - содержание галактуроновой кислоты в исходном сырье, %;
С2 - содержание галактуроновой кислоты в остатке пектина, %.
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
V1 - объем геля пектина до гидролиза, мл;
V2 - объем остатка геля пектина после гидролиза, мл,
при этом V1 и V2 определяют после центрифугирования геля пектина, или по формуле:
где m - масса добавляемого сырья, г;
m1 - масса исходного сырья, г;
m2 - масса остатка пектина после отделения жидкой фазы, г;
C1 - содержание галактуроновой кислоты в исходном сырье, %;
С2 - содержание галактуроновой кислоты в остатке пектина, %.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130681/13A RU2441025C1 (ru) | 2010-07-21 | 2010-07-21 | Способ получения низкомолекулярного пектина |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130681/13A RU2441025C1 (ru) | 2010-07-21 | 2010-07-21 | Способ получения низкомолекулярного пектина |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2441025C1 true RU2441025C1 (ru) | 2012-01-27 |
Family
ID=45786460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010130681/13A RU2441025C1 (ru) | 2010-07-21 | 2010-07-21 | Способ получения низкомолекулярного пектина |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2441025C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570708C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Способ получения октагалактуронида |
| RU2570709C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В.Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Способ получения гептагалактуронида |
| RU2576535C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ получения октагалактуронида |
| CN116966198A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-10-31 | 浙江工业大学 | 一种含不饱和低聚半乳糖醛酸肠道菌群调节剂及其应用 |
| CN117088996A (zh) * | 2023-08-11 | 2023-11-21 | 华南理工大学 | 一种高胶凝度的低酯果胶及其制备与在凝胶中的应用 |
| RU2825445C1 (ru) * | 2024-01-19 | 2024-08-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Способ получения пектина |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000012173A (ko) * | 1999-03-26 | 2000-03-06 | 김공수 | 저분자다당류및올리고당의제조방법 |
| RU2267324C2 (ru) * | 2000-02-16 | 2006-01-10 | Н.В. Нютрисиа | Препарат для уменьшения и/или блокирования адгезии патогенных веществ и организмов, применение антиадгезивных углеводов |
-
2010
- 2010-07-21 RU RU2010130681/13A patent/RU2441025C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000012173A (ko) * | 1999-03-26 | 2000-03-06 | 김공수 | 저분자다당류및올리고당의제조방법 |
| RU2267324C2 (ru) * | 2000-02-16 | 2006-01-10 | Н.В. Нютрисиа | Препарат для уменьшения и/или блокирования адгезии патогенных веществ и организмов, применение антиадгезивных углеводов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BEDOUET L, COURTOIS В, COURTOIS J. Methods for obtaining neutral and acid oligosaccharides from flax pectines. Biotechnology Letters, 2005, v.27, p.34, 36, 37 and table 1. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570708C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Способ получения октагалактуронида |
| RU2570709C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В.Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Способ получения гептагалактуронида |
| RU2576535C1 (ru) * | 2014-11-20 | 2016-03-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Способ получения октагалактуронида |
| CN117088996A (zh) * | 2023-08-11 | 2023-11-21 | 华南理工大学 | 一种高胶凝度的低酯果胶及其制备与在凝胶中的应用 |
| CN116966198A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-10-31 | 浙江工业大学 | 一种含不饱和低聚半乳糖醛酸肠道菌群调节剂及其应用 |
| RU2825445C1 (ru) * | 2024-01-19 | 2024-08-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Способ получения пектина |
| RU2825444C1 (ru) * | 2024-01-19 | 2024-08-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые технологии" | Способ получения жидкого пектина |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2441025C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного пектина | |
| KR101709930B1 (ko) | 신규한 고점도 카복시메틸 셀룰로스 및 제조방법 | |
| Zhang et al. | Base-free preparation of low molecular weight chitin from crab shell | |
| KR102792777B1 (ko) | 보습 외용제 | |
| US2583096A (en) | Process for the production of high viscosity hyaluronic acid | |
| Ammar et al. | Influence of the uronic acid composition on the gastroprotective activity of alginates from three different genus of Tunisian brown algae | |
| RU2670767C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного гепарина | |
| WO2016184887A1 (en) | Process for the preparation of polysaccharides | |
| Tanaka et al. | An arabinogalactan with anti-ulcer protective effects isolated from Cereus peruvianus | |
| Jacquemin et al. | Comparison of different twin-screw extraction conditions for the production of arabinoxylans | |
| RU2441024C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного пектина | |
| RU2466143C1 (ru) | Способ получения сульфатированных производных арабиногалактана | |
| CN107586352A (zh) | 一种具有抗肿瘤活性蔗渣木聚糖没食子酸/阿魏酸酯的制备方法 | |
| CN109721740B (zh) | 一种连续制备不同脱乙酰度的甲壳素/壳聚糖溶液的方法 | |
| RU2478650C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного пектина | |
| CN104432109B (zh) | 一种挤压制备硫酸酯化水溶性膳食纤维的方法 | |
| RU2478649C1 (ru) | Способ получения низкомолекулярного пектина | |
| Luckett et al. | 203. The constitution of pectic acid. Part I. Methylation of pectic acid and the isolation of the methyl ester of 2: 3-dimethyl methylgalacturonoside | |
| CN110713551B (zh) | 一种多糖、硫酸化多糖和在美白淡斑化妆品中的应用 | |
| CN108484792A (zh) | 右旋糖酐硫酸酯及制备右旋糖酐硫酸酯的方法 | |
| CN103724458B (zh) | 含n-非取代葡萄糖胺肝素六糖的制备及其纯化 | |
| RU2570708C1 (ru) | Способ получения октагалактуронида | |
| RU2639770C2 (ru) | Способ получения полисахаридного комплекса из семян льна | |
| JP2023516330A (ja) | 生態学的に許容され得る溶媒中での多糖類の直接硫酸化のための方法 | |
| JPH075642B2 (ja) | キチン誘導体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170630 |