Технология выделения лигнина из природных целлюлозосодержащих материалов и создание новых биологически активных веществ

Способы введения ПВ в различные пищевые продукты с целью влияния на биологическую активность могут быть следующими:

- использование в полном объеме сырья, содержащего ПВ;

- добавление продуктов переработки, содержащих высокое количество

ПВ;

- введение препаратов ПВ в чистом виде.

Последний способ является наиболее предпочтительным. Он основан на извлечении ПВ из растительного сырья и их очистке с получением биологи­чески активных соединений различных марок (Beneo HP и др.)

Наиболее часто используют в пищу так называемые волокнистые (при­родные) целлюлозосодержащие материалы (ЦСМ). Природные ЦСМ делятся на два типа, которые представлены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Типы природных ЦСМ

Ввыделение лигнина из природных ЦСМ, входящего в них в количестве 6,8-30,5% и по химическому строению представляющего собой фенилпропа­новый комплекс с гемицеллюлозой (глюканы, галактаны, фруктозаны), есть главный шаг в получении очищенных ПВ. Этот шаг является необходимым для всех природных веществ, за исключением торфа.

Процесс выделения лигнина из природных волокнистых соединений на­зывают делигнификацией. Его осуществляют следующими путями:

1) Физический (предобработка) - облучение у-лучами или потоком электронов; обработка микроволновым излучением (2400-2500 мГц); нагрева­ние на воздухе, в воде или керосине; действие ультразвука. Эти методы вызы­вают частичную деградацию сложной структуры целлюлозы и лигнина.

2) Механический - измельчение в шаровых, коллоидных и вибромель­ницах, валковых дробилках, дезинтегарторах.

3) Химический - кипячение или автоклавирование в течение 30-60 мин в разбавленных растворах щелочи (как правило, 1-2% растворах NaOH или NH4OH); сульфатная или сульфитная варка либо обработка нижеприведенными химическими препаратами:

Рис.

а) раствор аммиака (NH4OH) в смеси с Н2О2 или надуксусной кислотой;

б) NH4OH в смеси с уксусным ангидридом (99,9%) и Н2О2 (30%) в про­порции 1:1 при 80°С;

в) делигнификация бутанолом с добавкой Н2О (1:1) и 0,3 мас.% HCl, NH3, NaOH при температуре t = 170°С в течение 1 ч. Катализаторами процесса служат H2SO4 , FeCl3, антрахинон.

4) Биологический - используют специальные микроорганизмы (из среды грибов, бактерий, дрожжей), утилизирующие лигнин из ЦСМ как источник углерода или ферментов, синтезируемых этими микроорганизмами. Это весьма длительный процесс (несколько суток, месяцев), который, однако, приводит к эффективному повышению реакционной способности ЦСМ.

Поскольку выделенная и очищенная целлюлоза может быть использована в качестве биологически активной добавки к пище, способной не только снижать калорийность пищи, но и выступать в качестве улучшителя товарного вида и качества пищевых продуктов, разработка технологии получения фер­ментных препаратов, активно разрушающих лигнин в составе ЦСМ, является важнейшей задачей.

Схема получения концентрата пищевых волокон (КПВ), обладающего повышенной биологической активностью, представлена на рис. 3.2. Одним из важнейших этапов (операций) технологического цикла является введение и об­работка исходного сырья лигниназой, представляющей собой штамм микро­организмов актиномицетов Streptomyces mersei C-24, утилизирующий до 74% лигнина из основных опилок в питательной среде. Питательная среда включает на 82 части (ч.) опилок: нитрата аммония - 14 ч., гидрофосфата калия - 0,4 ч.; глюкозы - 0,8 ч.; кукурузного экстракта - 1,6 ч. Активную белковую часть из культуральной жидкости, содержащей штамм, высаждают этанолом при соот­ношении жидкость: этанол = 1:3, затем отделяют осадок фильтрацией и сушат его под вакуумом при 40-50°С. Обработка 1% раствором такого препарата позволяет получить концентрат ПВ следующего состава, мас.%: целлюлоза - 87, гемицеллюлоза - 11, лигнин - 2. Этот концентрат пищевых волокон отлич­но зарекомендовал себя в производстве хлебобулочных изделий, а также апро­бирован в качестве функциональной добавки к масложировым продуктам различного назначения.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что пищевые волокна играют примеча­тельную роль в оживлении деятельности кишечного тракта (ЖКТ), так как, набухая, заполняют собой пространство желудка и способствуют тем самым меньшему потреблению пищи, а также активизируют процесс движения пищи в

ЖКТ.

Основными источниками пищевых волокон являются хлеб грубого помо­ла, капуста, бананы, картофель.

4.