3. Комплексная переработка биологического сырья с получением продуктов углеводной, белковой, липидной и нуклеотидной природы работа 7. Выделение полифруктозанов из растительного сырья

В последние годы отмечается устойчивая тенденция снижения потребления сахара в развитых странах с одновременным ростом потребления альтернативных подслащивающих средств, среди которых особое место занимают фруктозные сиропы и кристаллическая фруктоза. Только в Москве потребность составляет свыше 2,5 тыс. т фруктозного сиропа в год, а по России – около 100 тыс. т в год.

Основное направление использования фруктозного сиропа – диетотерапия больных сахарным диабетом, а также людей, предрасположенных к диабету.

Продолжается поиск новых источников для получения фруктозы и фруктозных сиропов. Одним из вариантов может быть получение фруктозы из инулина – резервного полисахарида ряда растений семейства сложноцветных.

Высокомолекулярные полисахариды группы полифруктозанов являются запасной формой многих растений – инулы высокой, лопуха войлочного, цикория, кузинии тенистой, девясила, георгина, топинамбура и др.

Для промышленного получения основным сырьем могут служить топинамбур (земляная груша), цикорий и георгины, среднемассовое содержание инулина в которых составляет соответственно 14, 23 и 37%, но выход инулина от веса клубней георгина составляет всего 6,6%. Учитывая высокую урожайность топинамбура – от 38 до 65 т/га, его ценные агротехнические свойства (неприхотливость, возможность произрастания на одном месте в течение 30÷40 лет, возможность механизированной уборки, способность клубней сохраняться в земле при низкой температуре), достаточно высокое содержание инулина в клубнях – 11÷17%, а также доступность, источником выделения инулина выбраны клубни топинамбура – Helianthus tuberosus.

Из инулина можно получить и целый ряд других химических продуктов – этанол, ацетон, бутанол, глицерин и др. Инулин применяется в медицинской практике при проведении диагностики функции почек, а также для транспортировки лекарственных препаратов при лечении некоторых заболеваний урологического характера. Некоторые производные инулина обладают противоопухолевыми свойствами. Имеются также данные об образовании инулином комплексов с кальцием, барием, стронцием, что делает его ценным препаратом для выведения тяжелых металлов из организма.

Из клубней топинамбура при урожайности 55÷60 т/га возможно получение 1,6÷2,0 т инулина. Сок, получаемый при сухом отжатии измельченных клубней топинамбура, содержит до 250 г сахаров в 1 л. В зависимости от сорта клубни содержат 74÷79% воды, 2÷4% азотистых веществ, до 6% сахарозы и 11÷12% инулина, 2÷3% клетчатки.

Степень полимеризации инулина 38÷45, молекулярная масса (162,14)n, макромолекула его легко гидролизуется, что обусловлено присутствием остатков фруктозы в фуранозной форме. При полном гидролизе полисахарида образуется 94÷97% фруктозы и 3÷6% глюкозы.

Извлечение полисахаридов из растительного сырья – фитополисахаридов осуществляется экстракцией с последующим постадийным удалением сопутствующих веществ.

Цель работы: Выделение инулина из клубней или зеленой массы топинамбура.

Ход работы

Основными стадиями выделения инулина являются следующие: измельчение вымытых клубней или зеленой массы топинамбура, двухстадийная экстракция горячей водой, упаривание объединенных экстрактов, обработка активированным углем и кизельгуром, осаждение этанолом, отстаивание, фильтрация и сушка.

Клубни топинамбура моют, подсушивают на воздухе, измельчают в крупную стружку (вариант измельчения на свеклорезке центробежного типа) или в мелкую стружку (вариант измельчения на картофелетерочной машине) до образования частиц 3÷7 мм и загружают в экстрактор.

Процесс экстракции проводится горячей водой в течение 30÷45 мин при 75÷80С в экстракторе периодического действия, оборудованном мешалкой. После окончания процесса суспензию фильтруют. Массу, оставшуюся на фильтре, вновь направляют в реактор, заливают новой порцией горячей воды и проводят вторую стадию экстракции.

Жом топинамбура, оставшийся после отделения экстракта второй ступени, для уменьшения потерь инулина дважды промывают горячей водой, затем высушивают или подвергают кислотному гидролизу и используют в следующей лабораторной работе, посвященной глубинному гетерофазному культивированию дрожжей.

Экстракты и промывные воды объединяют, измеряют общий объем, отбирают пробу (не более 5 мл) для определения редуцирующих веществ, углеводов и АСВ, упаривают на вакуум-выпарной установке (ВВУ) при 50÷55С до содержания сухих веществ 30%. Очистка упаренных экстрактов проводится пропусканием их через колонну с активированным углем и кизельгуром.

Очищенные экстракты подвергают дальнейшему сгущению упариванием на ВВУ до содержания сухих веществ 80÷88%. Упаренный сироп осаждают этанолом в соотношении 1:10 при 10÷12С в течение 5÷6 ч в емкостном аппарате.

Осадок отделяют фильтрованием, обезвоживают 96% спиртом и сушат. Готовый полупродукт, представляющий собой белый порошок без вкуса и запаха, растворимый в горячей воде, гигроскопичный, нерастворимый в этаноле и изопропаноле, может быть подвергнут дальнейшей очистке для получения лекарственной формы.

Возможно использование для выделения инулина предварительно измельченных и высушенных клубней.

В ходе выполнения работы необходимо определить количество полифруктозанов на каждой стадии экстракции, содержание сухих веществ в экстрактах первой и второй ступени, составить материальный баланс процесса.

Перед беседой с преподавателем необходимо составить отчет по следующей схеме:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Все расчеты по частям работы.

4. Сводная таблица:

   Объем экстрата, мл	Полифруктозаны, г/л	АСВ, %	Концентрация общего количества углеводов, г/л
   1 ступень
   2 ступень
   Промывные воды

5. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие природные источники фитополисахаридов Вам известны?

2. Назовите и охарактеризуйте основные стадии выделения полифруктозанов из растительного сырья.

3. Охарактеризуйте основные направления переработки клубней и зеленой массы топинамбура.

4. Почему так важно поддерживать температуру экстракции инулина не выше 75С?

5. Предложите свои варианты интенсификации процесса экстракции полифруктозанов из разных видов растительного сырья.