ПОЛУЧЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ ЯКУТСКОЙ ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ ЯКУТСКОЙ ЧЕРНОЙ СМОРОДИНЫ

Научная статья

Хомус С.С.С.У.¹, Степанов К.М.^2, *

ORCID: 0000-0002-5238-8102;

^{1, 2} Арктический государственный агротехнологический университет, Якутск, Россия

* Корреспондирующий автор (Stenko07[at]mail.ru)

Аннотация

В данном исследовании проведено извлечение и очистка пектина из якутской черной смородины методом экстракции. Полученные из якутской смородины пектин продемонстрировал продукт с привлекательными физико-химическими свойствами и разжижающие сдвиг жидкости с эластичным гелевым составом. Следовательно, якутская смородина может использоваться в качестве сельскохозяйственной культуры для производства пектинов в промышленности, заменяя другие источники для производства пектина. Ягоды черной смородины содержат широкий спектр диетических компонентов, богатых биоактивными фитохимическими веществами, и имеет важное значение для человеческого организма. Пектин является одним из некрахмальных полисахаридов, который составляет основную часть стенки растительной клетки в ассоциации или замещении другими полисахаридами, и они охватывают большое разнообразие биологических функций и химических структур.

Ключевые слова: пектин, якутская черная смородина, спирт, этанол, студень, гелеобразование, желе.

OBTAINING PECTIN FROM YAKUT BLACKCURRANT

Research article

Khomus S.S.S.U.¹, Stepanov K.M.^2, *

ORCID: 0000-0002-5238-8102;

^{1, 2} Arctic State Agrotechnological University, Yakutsk, Russia

* Corresponding author (Stenko07[at]mail.ru)

Abstract

The current research carries out extraction and purification of pectin from Yakut blackcurrant via the extraction method. The pectin obtained from Yakut currant promises a product with attractive physicochemical properties and shear-thinning liquids with an elastic gel composition. Consequently, Yakut currant can be used as an agricultural crop for the industrial production of pectins, replacing other sources for the production of pectin. blackcurrant berries contain a wide range of dietary components rich in bioactive phytochemicals and are important for the human body. Pectin is one of the non-starch polysaccharides that makes up the bulk of the plant cell wall in association or substitution with other polysaccharides, they cover a wide variety of biological functions and chemical structures.

Keywords: pectin, Yakut blackcurrant, alcohol, ethanol, jelly, gelation, jelly.

Введение

Черная смородина - высокозимостойкая культура, широко распространена в Якутии, имеет ценность как лекарственное и пищевое растение. Выделена среди других культур по высокой ценности ягод, почек, листьев, побегов. По содержанию витамина С она уступает только шиповнику и актинидии, но превосходит землянику, малину, яблоки, грушу, виноград - в несколько раз [3], [4].

Известно, что плоды и ягоды являются ценнейшим продуктом питания, особенно на Крайнем Севере, они обладают диетическими и лечебно-профилактическими свойствами, содержат комплекс жизненно необходимых биологически активных веществ, таких как витамины С, Bi (тиамин), В2, Вб (пиридоксин), В9 (фолиевая кислота), А (каротин), Р (цитрин), РР (никотиновая кислота), Е, флавоноиды, микроэлементы, а также органические кислоты, комплекс cахаров, включающих сахарозу, фруктозу и глюкозу, большое количество пектиновых веществ, уменьшающих воздействие радиоактивного излучения [4]. Плоды содержат cахаров 4-13 %, кислоты - 0,33-4,5, пектиновые вещества - 0,43-3,4 %, витамин С - 32-568 мг%, дубильные и органические вещества - 410-2700 мг%, витамины В2, Вб, Д, Е, К, микроэлементы, эфирное масло. Их употребляют в свежем виде, готовят желе, варенье, карамельные начинки, сиропы, пастеризованные соки. Ягоды и листья применяют как поливитаминное средство [8].

Черная смородина также содержит широкий спектр диетических компонентов, богатых биоактивными фитохимическими веществами, и имеет важное значение для человеческого организма, что может обеспечить желаемую пользу для здоровья помимо основного питания [1].

Ягоды смородины черной богаты пектином. Пектиновые вещества относятся к одной из групп лучезащитных соединений, регулирующих водный режим, газообмен и устойчивость ягод при хранении. Пектин способен сохранять в желе природный цвет и аромат ягод. В зрелых плодах смородины черной преобладает протопектин [5]

Пектин является одним из некрахмальных полисахаридов, который составляет основную часть стенки растительной клетки в ассоциации или замещении другими полисахаридами, и они охватывают большое разнообразие биологических функций и химических структур. Пектин широко используется как в пищевой промышленности (как гелеобразователь, загуститель и стабилизатор), так и в фармацевтической промышленности (биоактивные компоненты), включая биомедицинское применение (тканевая инженерия и заживление ран) в качестве инновационных приложений [5], [6].

Они также играют важную роль в развитии растительных клеток, обеспечивая их упругость и устойчивость. Основные области применения пектина - гелеобразователь, стабилизатор, эмульгатор и загуститель [2], [5].

В пищевом секторе это традиционное использование дополняется появляющимся применением пектина в качестве заменителя жира и полезного для здоровья функционального вещества. Пектин также является важным источником пищевых волокон, которые были идентифицированы как новый пребиотик с улучшенными терапевтическими свойствами для модуляции микробиоты кишечника. Пектин также используется в медицине и фармацевтических целях, в качестве носителя для контролируемых лекарств или биоактивного высвобождения, например, при адресной доставке лекарств в очаг заболевания [2], [6], [7].

Пектиновые вещества относятся к группе пищевых волокон, присутствующих во всех высших растениях, особенно во фруктах и ягодном сырье. Пектиновые вещества снижают уровень холестерина в крови, выводят из организма тяжелые металлы, радионуклиды, снижают токсичность антибиотиков, пролонгируют действие лекарственных препаратов [5], [6].

Методы и принципы исследования: методы расчета, анализ, физико-химические по общепринятой методике. Лабораторное получение пектина проведена биотехнологической лаборатории ГАУ Технопарк Якутия.

Результаты исследования

Концентраты экстрактов антоциановых пигментов обладают высокой красящей способностью и используются в пищевой промышленности в качестве натуральных ингредиентов для придания цвета и аромата продукту [10].

Аналогичный способ получения пектина из ягод черной смородины был проведен Чесноковой Н.Ю., Приходько Ю.В. и др. [10]. Растворы антоцианового пигмента они получали путем гомогенизации размороженного и измельченного ягодного сырья с водой в соотношении 1:5 при температурах 65 и 90 °С в течение 30 мин, затем отфильтровывали. Для выделения растворимого пектина измельченное ягодное сырье гомогенизировали с водой в соотношении 1:3. Для гидролиза протопектина в раствор добавляли 1 см3 лимонной кислоты и экстрагировали при температуре 95 °С в течение 90 мин. По окончании процесса проводили разделение твердой и жидкой фаз центрифугированием при 1000 об/мин в течение 5 мин. Растворимые пектиновые вещества выделяли путем осаждения их из жидкой фазы 5 см3 96%-м этанолом. Осадок отделяли центрифугированием при 1000 об/мин в течение 15 мин, водный раствор и осадок использовали для определения растворимых пектиновых веществ. Были исследованы физико-химические свойства антоцианового красителя, полученного методом концентрирования. Показано, что концентрированный краситель, содержащий антоциановый пигмент и пектиновые вещества, имеет темно-красный цвет, ярко выраженный запах черной смородины и густую сиропообразную консистенцию [10].

Процесс экстракции пектина нами проведены при кипячении с подкисленным раствором растительного материала при температуре 97 °С в течении 30 мин. Затем горячий кислотный экстракт фильтровали через марлю для удаления мякоти. Затем фильтрат охлаждается до 4 °C и осаждается, используя удвоенный объем спирта.

Для получения пектина из якутской черной смородины нами был взят 500гр черной смородины и 500 мл воды. Из-за высокого содержания в нем кислотности не требовалось дополнительного добавления кислотного вещества (так как для получение пектина требуется кислотная обработка как было описано выше). Сначала доводим содержимое до кипения около 30 минут при температуре 90 °С. Затем горячую густую массу пропускаем (фильтруем) через марлю до полной выжимки жидкости.

Рис. 1 – Очищенный пектин

 

Далее в полученный густой сироп добавляем один к одному чистый этанол, чтобы отделить пектин. При добавлении этилового спирта образуется гелеобразная масса, которую пропускаем через марлевую прослойку отделяя экстракт и оставляя полученный пектин. Таким образом, мы отделяем другие вещества от пектина (рис. 1). В нашем случае очистка проводилась 4 раза до получения состояния волокнистого вещества.

Рис. 2 – Лиофильная сушка

  Следующим этапом, полученный пектин просушили в лиофильной сушке ( рис 2) около 1 часа [9].  

  

Рис. 3 – Высушенный пектин и полученный студень

  Высушенный в сушилке пектин, размололи до пудрового состояния (рис. 3), в итоге из 500 гр. черной смородины получили 4 гр. пектина.

Из полученного пектина провели исследование на «студнеобразование»:

В предварительно подготовленную горячую воду при температуре 80-90 °С, добавили 2 гр. пектина смешивая до полного растворения. После чего остудили около 1 часа, и получили гелеобразованное вещество «студень» (рис. 3).

Полученный студень имел слегка кисловатый привкус с ароматом черной смородины, что указывает на дополнительную «доочистку» пектина. Структура полученной массы получилась вязким, тягучим и нежным, что доказало его хорошее желирующее свойство.

Заключение

Проведенное исследование показало, что полученный пектин из якутской черной смородины содержит высокое количество пектина. Следовательно, его можно использовать в качестве текстурного ингредиента и эмульгатора в пищевых продуктах, с привлекательными физико-химическими свойствами с эластичным гелевым составом. Данный пектин может применятся в качестве гелеобразователя, загустителя и стабилизатора. В дальнейшем требуются новые методы экстракции, что могут сократить время получения и уменьшить расход растворителя, с целью повышения эффективности процесса для получения пектина.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Аджиахметова С.Л. Изучение суммарного содержания антиоксидантов, полисахаридов, элементного состава и аминокислот растительного сырья смородины черной / С.Л. Аджиахметова, Н.М. Червонная, Д.И. Поздняков и др. // Химия растительного сырья. 2021. № 3. С. 265-274.
2. Борисенко Е.Л. Инновационные технологии переработки растениеводческого сырья для получения пектина / Е.Л. Борисенко, Е.С. Таранова // И Наука: Шаг К Успеху. Сборник Научных Статей Всероссийской Научной Конференции Перспективных Разработок Молодых Ученых: В 3-Х Томах. Ответственный Редактор Горохов А.А., 2017. С. 300-302.
3. Габышева Н.С. Селекция смородины черной в Якутии / Н.С. Габышева, А.В. Протопопова, В.Н. Сорокопудов // Вестник российской сельскохозяйственной науки. [Электронный ресурс]. URL: https://www.vestnik-rsn.ru/vrsn/article/view/57 (дата обращения: 20.12.2021)
4. Донченко Л.В. Сравнительная характеристика виноградного пектина с промышленными видами пектинов / Л.В. Донченко, А.Н. Косс, З.У. Жиренчина // Институциональные преобразования АПК России в условиях глобальных вызовов. Сборник тезисов по материалам Международной конференции. Отв. за выпуск А.Г. Кощаев. С. 72.
5. Зобкова Н.В. Пектины как средства детоксикации. Комплексообразующие свойства пектинов / Н.В. Зобкова, Е.И. Глушихина // Оренбургские горизонты: прошлое, настоящее, будущее. Cборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 275-летию Оренбургской губернии и 85-летию Оренбургской области. 2019. С. 314-317.
6. Икласова А.Ш. Пектин: состав, технология получения, применение в пищевой и фармацевтической промышленности / А.Ш. Икласова, З.Б. Сакипова, Э.Н. Бекболатова // Вестник Казахского Национального Медицинского Университета. 2018. № 3. С. 243-246.
7. Мударисова Р.Х. Комплексообразование яблочного пектина, модифицированного фармакофорами, с катионами марганца (II) в водных растворах / Р.Х. Мударисова, А.Ф. Сагитова, О.С. Куковинец // Химия растительного сырья. 2020. № 1. С. 25-32.
8. Титова Л.В. Сравнительная оценка биохимического состава ягод перспективных сортов смородины черной / Л.В. Титова, И.Б. Кирина, Г.С. Усова и др. // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2019. № 2 (28). С. 16-21.
9. Холов Ш.Е. Применение нечеткой логики для автоматического управления процессом сушки пектина / Ш.Е. Холов // Политехнический вестник. Серия: Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2020. № 1 (49). С. 22-26.
10. Чеснокова Н.Ю. Натуральный концентрированный краситель, содержащий комплекс антоциановых пигментов и пектиновых веществ / Н.Ю. Чеснокова, Ю.В. Приходько, Л.В. Левочкина и др. // Вестник КрасГАУ. 2019. № 12 (153). С. 160-168.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Adjiakhmetova S.L. Izuchenie summarnogo soderzhanija antioksidantov, polisaharidov, jelementnogo sostava i aminokislot rastitel'nogo syr'ja smorodiny chernoj [Study of the total content of antioxidants, polysaccharides, elemental composition and amino acids of vegetable raw materials of black currant] / S.L. Adjiakhmetova, N.M. Chervonnaya, D.I. Pozdnyakov et al. // Himija rastitel'nogo syr'ja [Chemistry of vegetable raw materials]. 2021. No. 3. pp. 265-274. [in Russian]
2. Borisenko E.L. Innovacionnye tehnologii pererabotki rastenievodcheskogo syr'ja dlja poluchenija pektina [Innovative technologies of processing of plant-growing raw materials for obtaining pectin] / E.L. Borisenko, E.S. Taranova // I Nauka: Shag K Uspehu. Sbornik Nauchnyh Statej Vserossijskoj Nauchnoj Konferencii Perspektivnyh Razrabotok Molodyh Uchenyh [And Science: A Step To Success. Collection Of Scientific Articles Of The All-Russian Scientific Conference Of Promising Developments Of Young Scientists]: In 3 Volumes. Responsible Editor Gorokhov A.A., 2017. pp. 300-302. [in Russian]
3. Gabysheva N.S. Selekcija smorodiny chernoj v Jakutii [Selection of black currant in Yakutia] / N.S. Gabysheva, A.V. Protopopova, V.N. Sorokopudov // Vestnik rossijskoj sel'skohozjajstvennoj nauki [Bulletin of the Russian agricultural Science]. [Electronic resource]. URL: https://www.vestnik-rsn.ru/vrsn/article/view/57 (accessed: 12/20/2021) [in Russian]
4. Donchenko L.V. Sravnitel'naja harakteristika vinogradnogo pektina s promyshlennymi vidami pektinov [Comparative characteristics of grape pectin with industrial types of pectins] / L.V. Donchenko, A.N. Koss, Z.U. Zhirenchina // Institucional'nye preobrazovanija APK Rossii v uslovijah global'nyh vyzovov. Sbornik tezisov po materialam Mezhdunarodnoj konferencii [Institutional transformations of the Russian agro-industrial complex in the context of global challenges. Collection of abstracts based on the materials of the International Conference]. Rel. for the release of A.G. Koshchaev. 2018. p. 72. [in Russian]
5. Zobkova N.V. Pektiny kak sredstva detoksikacii. Kompleksoobrazujushhie svojstva pektinov [Pectins as a means of detoxification. Complexing properties of pectins] / N.V. Zobkova, E.I. Glushikhina // Orenburgskie gorizonty: proshloe, nastojashhee, budushhee. Cbornik materialov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvjashhennoj 275-letiju Orenburgskoj gubernii i 85-letiju Orenburgskoj oblasti [Orenburg horizons: past, present, future. Collection of materials of the All-Russian scientific and practical conference dedicated to the 275th anniversary of the Orenburg province and the 85th anniversary of the Orenburg region]. 2019. pp. 314-317. [in Russian]
6. Iklasova A.Sh. Pektin: sostav, tehnologija poluchenija, primenenie v pishhevoj i farmacevticheskoj promyshlennosti [Pectin: composition, production technology, application in the food and pharmaceutical industry] / A.Sh. Iklasova, Z.B. Sakipova, E.N. Bekbolatova // Vestnik Kazahskogo Nacional'nogo Medicinskogo Universiteta [Bulletin of the Kazakh National Medical University]. 2018. No. 3. pp. 243-246. [in Russian]
7. Mudarisova R.H. Kompleksoobrazovanie jablochnogo pektina, modificirovannogo farmakoforami, s kationami marganca (II) v vodnyh rastvorah [Complexation of apple pectin modified with pharmacophores with manganese (II) cations in aqueous solutions] / R.H. Mudarisova, A.F. Sagitova, O.S. Kukovinets // Himija rastitel'nogo syr'ja [Chemistry of vegetable raw materials]. 2020. No. 1. pp. 25-32. [in Russian]
8. Titova L.V. Sravnitel'naja ocenka biohimicheskogo sostava jagod perspektivnyh sortov smorodiny chernoj [Comparative assessment of the biochemical composition of berries of promising varieties of black currant] / L.V. Titova, I.B. Kirina, G.S. Usova et al. // Tehnologii pishhevoj i pererabatyvajushhej promyshlennosti APK – produkty zdorovogo pitanija [Technologies of the food and processing industry of the agroindustrial complex - healthy food products]. 2019. No. 2 (28). pp. 16-21. [in Russian]
9. Kholov Sh.E. Primenenie nechetkoj logiki dlja avtomaticheskogo upravlenija processom sushki pektina [Application of fuzzy logic for automatic control of the pectin drying process] / Sh.E. Kholov // Politehnicheskij vestnik. Serija: Intellekt. Innovacii. Investicii [Polytechnic Bulletin. Series: Intelligence. Innovation. Investment]. 2020. No. 1 (49). P. 22-26. [in Russian]
10. Chesnokova N. Yu. Natural'nyj koncentrirovannyj krasitel', soderzhashhij kompleks antocianovyh pigmentov i pektinovyh veshhestv [Natural concentrated dye containing a complex anthocyanin pigments and pectin] / N. Yu. Chesnokov, Yu. V. Prikhodko, V. L. Levochkin, et al. // Vestnik KrasGAU [Vestnik Krasgau]. 2019. No. 12 (153). P. 160-168. [in Russian]