CH286480A - Verfahren zur Gewinnung von Pektin. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Gewinnung von Pektin.



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Pektin aus pflanzlichen Stoffen, zum Beispiel Obstresten, Citrusfrüchten, Sonnenblumen,   entzuckerten      Rüben-      sehmtzeln und dergleichen.       hIethoden    zur   Pektingewinmung    sind in grosser Zahl bekannt. Sie beruhen durchwegs auf einer Hydrolyse und einer Extraktion, wobei Temperatur, Dauer, Menge der Extraktionsfl ssigkeit und Wasserstoffionenkonzentration in geeignete Beziehungen zueinander gebracht werden müssen. Die Reinheit des zn   (rewinnenden    Pektins, seine   Gelierkraft und    die quantitative Ausbeute sind dabei die Ziele, die von den einzelnen Verfahren mehr oder weniger   hervorgekehrt    werden.



   Während nach älteren Methoden das   Aus-      gangsmaterial    bei hohen Temperaturen, ge  gebenenfalls    unter Kochen, längere Zeit behandelt wird, ist man nach neueren Verfahren dazu  bergegangen, Temperatur und   Flüssig-      keitsmenge    zu reduzieren, um ein Herauslösen der   Pektinstoffe    ohne merklichen Abbau des   Makromoleküls    oder ohne stärkere   Demetho-      xylierung    zu bewirken.



   Das Verfahren nach der Erfindung ist, wenngleich es sieh auf beliebige,   pektinhaltige    Materialien anwenden lässt, insbesondere für die   Pektingewinnung    aus   entzuckerten      Rüben-    schnitzeln geeignet. Zuckerr ben enthalten bekanntlich grosse Mengen Pektin, von dem bei der Extraktion des Zuckers nur ein geringer Prozentsatz mit in Lösung geht, so dass es nahe liegt, dieses   ertragreiche    Pektinreservoir   auszubeuten.    Bekannt ist aber auch, das   Rübenpektin    normalerweise   eine vmzu-    reichende   Gelierkraft    besitzt und daher praktisch den Pektinen anderer Herkunft unterlegen ist.



   Das Verfahren gemäss der Erfindung er   möglicht nun, diese Schwierigkeiten zu über-    w inden.



   Gemäss der Erfindung isoliert man Pektine aus pflanzlichen Stoffen dadurch, dass man das Ausgangsmaterial vor der Extraktion, die vorzugsweise mit angesäuertem Wasser durchgeführt wird, unter Zusatz von Wasser so weit erhitzt, bis eine Auflockerung des Zellverbandes eingetreten ist. Zweckmässig erfolgt diese Vorbehandlung unter gleichzeitiger   mechani-    seher Bewegung. Hierdurch erreicht man, dass das Pektin in sehr guten Ausbeuten schonend extrahiert werden kann, wobei es in weit  gehend    nativem Zustand anfällt. Die Erhitzung unter Zusatz von Wasser kann zum Beispiel durch DÏmpfen, Br hen und dergleichen erfolgen. Bei dieser Behandlung handelt es sich um einen etwa dem   Garkochen    von Leguminosen analogen Vorgang.



   Die günstigste Menge der für die Vorbehandlung zuzusetzenden Fliissigkeit hängt von dem zu extrahierenden Pflanzenmaterial ab ; vorzugsweise wird nur so viel Flüssigkeit zugesetzt, dass keine eigentlich dünnflüssige Phase entsteht. Letzteres ist besonders dann wichtig, wenn man die Vorbehandlung mit   einer mechanischen Durchmischung und Be-    arbeitung   des Materials durch Rührwerk-      zeuge,    Schnecken, Schraubenmischer und dergleichen verbinden will, und zwar deshalb, weil dann die Teilchen den Bewegungswerkzeugen nicht einfach frei   ausweiehen    können, sondern allmählieh auch   meelianisch    aufgeteilt werden.

   Dies ist eine ausserordentlich vorteilhafte Massnahme, um eine intensive Lockerung des   Protopektingerüstes    im Zellverband des Materials zu erreichen. Der Zusatz der   durch-    schnittlich drei-bis f nffachen Wassermenge hat sich im Regelfalle bewährt.



   Auch die günstigste Temperatur und   dater    der   Vorbehandlung    ist je nach dem Einzelfalle verschieden. Im allgemeinen ist eine Temperatur im Bereich von 65-95¯C und eine Behandlungsdauer zwisehen   10    und GO MiIinuten geeignet, wobei die höheren Werte beispielsweise bei älterem, abgelagertem bzw. stark getrocknetem Ausgangsmaterial in Be  tracht kommen.   



   Fiir die Vorbehandlung wird zweckmässig mit Mineralsäuren angesäuertes Wasser verwendet, zum Beispiel derart, dass ein   pA-Wert      zwisehen    1, 0 und 1, 3 erzielt wird. Dies ist vor allem bei der Aufarbeitung alter, getrockneter Rübensehnitzel zweckmässig, während feuchte Schnitzel, wie sie unmittelbar aus der   Zucker-    fabrikation anfallen, bei einer   kurzen      Brühung    mit   Wasser durchaus genügende    Resultate liefern.



   Die eigentliche Extraktion kann, wie schon gesagt, in an sich bekannter Weise mit angesäuertem Wasser durchgeführt werden. Es ist dabei   möglieh,    die Vorbehandlung und die Extraktion unmittelbar aufeinanderfolgend   ni    bewerkstelligen oder in getrennten Stufen zu arbeiten. Vorteilhaft erfolgt der Zusatz der   Extraktionsflüssigkeit    (im Mittel die   acht-bis    zehnfache Wassermenge) derart, dass man das vorbehandelte   yIaterial    nach und nach in das Wasser   einträgt-und    es auf diese Weise auflockert und in der   Fliissigkeit    verteilt.



   Als besonders vorteilhaft erweist es sich auch, den Extraktionsansatz umzurühren oder die   Extraktionsflüssigkeit unter Umpumpen    im Gegenstrom zum Pflanzenmaterial zu bewegen, weil hierdurch eine wesentliche Abkürzung der Extraktion erreicht werden kann.



   Für die Extraktion genügen bei dem er  findungsgemässen-Verfahren mässige    Temperaturen von   35-40     C und   Behandlungs-    zeiten von zum Beispiel 6 bis 8 Stunden, wobei das   ps    beispielsweise auf   2-3    eingestellt werden kann.



   Es ist an sich bei der   Pektingewinnung    bekannt, das Ausgangsmaterial vor der Extraktion kurze Zeit mit möglichst heissem AVasser (wenig unter dem Siedepunkt)   anzu-    br hen. Diese Massnahme bezweckt eine Reinigung des Pektins von Begleitstoffen nnd wird nicht so weit getrieben,   dass-wie beim    erfindungsgemässen   Verfahren-eine Auf-    lockermg des   Zellverbandes und,    als Folge davon, eine   Ablosung    des Pektins von Zell  stoffgerüst    erreicht wird.



   Man kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren in einem kurzdauernden Prozess   @    ein gegenüber dem nativen Pektin wenig ver  ändertes    Pektin gewinnen, dessen   Molekül-    kette nicht unerwünscht abgebaut ist und   dessen-nach    verbreiteter Anschauung für die   Gelierkraft wesentlicher-Methoxyl-      gruppengehalt    erhalten geblieben ist, während anderseits unerwünschte und störende   Neben-    bestandteile und Ballaststoffe, zum Beispiel   Erdalkali-,    wie Ca- und andere anorganisehe Ionen sowie Amine, AminosÏuren und Phosphorverbindungen in Lösung gebracht und abgetrennt werden können.

   Insbesondere die Aufrechterhaltung des Methoxylgruppengehaltes ist von Wichtigkeit ; denn abgesehen von der wissenschaftlich allerdings teilweise    umstrittenen Ansehauung, dass der Methoxyl      gruppengehalt    die Gelierkraft weitgehend be  einflusse,    zeigt es sich, dass ein zu geringer   Methoxylgruppengehalt    ein schlechtes Lösungsvermögen des Pektins mit sich bringt.



   Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren   anfallenden Pektinlösungen    lassen sich auf   versehiedenen    Wegen weiterbehandeln. Man kann die Lösung zum Beispiel eindieken oder sie im Sprühprozess zu einem Trockengut verarbeiten. In Kombination mit derartigen Massnahmen, aber auch   vnabhängig    davon, lässt sich das Pektin natürlich auch in bekannter Weise fällen, zum Beispiel mittels Alkohol oder Metallsalzen (Aluminium, dreiwertiges Eisen, Kupfer oder dergleichen), worauf man aus dem sich ergebenden Pektinat das Fällungsmittel entfernen und das Pektin allenfalls trocknen kann.



   Wenn man die   Extraktionslösung    ein  dickt,    erweist sich, wie der Versuch zeigt, eine Massnahme als besonders wertvoll, die . sich allerdings auch ohne Eindiekung orteilhaft anwenden lässt. Sie besteht darin, dass man der f r die Vorbehandlung zu verwendenden   Fliissigkeit und/oder Extraktions-    fl ssigkeit neben der Säure Salze zusetzt, um den   p-Wert    zu regulieren und ihn von den sehwankenden Betriebsbedingungen weniger r abhängig zu machen. Es kann sich dabei um Neutralsalze oder um sauer reagierende Salze, zum Beispiel Salze der angewendeten SÏure handeln, sofern man nicht an Stelle der SÏure und Salze   iiberhaupt    nur sauer reagierende Salze verwendet.

   Im übrigen lassen sich dann nach beendeter Reaktion die   Fremdionen    durch Zusatz anderer Ionen als schwer   lösliehe    Salze ausfällen. Auf diese Weise kann man sehr bequem die nicht mehr benötigte Saure wieder   wegsehaffen    und bei der   Eindiekung    eine unerwiinschte Anreicherung des SÏuregehaltes vermeiden.



   Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, bei der Verwendung von angesäuertem Wasser für die Vorbehandlung zum Ansäuern wenigstens zum Teil Schwefelsäure zu verwenden oder aber der   Extraktionsflüssigkeit    einen gewissen Anteil Schwefelsäure, eventuell auch in Form von   sehwefelsauren    Salzen,   beizugeben,    die bei dem allfälligen nachfolgenden Eindickungsvorgang, der zweckmässig im   Vacuum    bei   60-80     C durchgeführt wird, beispielsweise durch Zusatz   neut. raler Calcium-oder Bariumsalze    wieder weitgehend ausgefällt werden kann, wobei die erhaltenen Lösungen auf jeden gewünschten PH- Wert gebracht werden k¯nnen.



   Die ausgefällten Salze, wie Ca-Sulfat oder dergleichen, können durch Filtration oder noch besser durch Zentrifugieren beseitigt werden. Die so erhaltenen Pektinlosungen sind sehr blank und klar und können genau auf den hinsichtlich ihrer Stabilität und    Lageriähigkeit günstigsten Säuregrad ein-    gestellt sein. Der letztere kann im übrigen allgemein durch die Pufferung der   Losung    mittels Salzen stabilisiert werden.



   Geht man so vor, dass man aus der Pektinl¯sung mittels eines Fällmittels Pektinat gewinnt, so gelangt man zu sehr vorteilhaften Ergebnissen, wenn man das Pektinat mit einer wässerigen   Säure-Methylalkohol-Losung    behandelt, um das Fällmittel wieder zu entfernen. Diese Methode ermöglicht die Gewinnung eines hochgradigen, reinen Pektins, ohne dass Einbussen an Kettenlänge oder   Methoxylgruppengehalt    in Kauf genommen werden müssten. Die Verwendung des Methyl alkohols, die eine sichere Beherrschung der   Umsetzung    gestattet, ist an sich bei der Pek  tingewinnung    bekannt. Sie geschieht dort aber zu andern   Zweeken    und auch in anderer Weise, nämlich zur Extraktion des Pektins.



   Ehe man die erwähnte Entfernung des Fällungsmittels vornimmt, wird das aus der Extraktionslösung gefällte Pektinat, vorzugsweise   Aluminiumpektinat,    zweckmässig bis auf   @   0% Feuchtigkeit   getroeknet und    gegebenenfalls zu Körnern vermahlen. Indessen ist diese Vortrocknung nicht unbedingt erforderlich, vielmehr kann die Weiterbehandlung auch auf feuchtes bzw. nasses Pektinat angewendet werden, obwohl dann gewisse Schwierigkeiten beim Filtrieren zu befürchten sind.



   Die beschriebene Behandlung der Pektinate mit Lösungen, die zweckmässig durch Zugabe von 1, 5-3% Mineralsäure, zum Beispiel Salzsäure, zu etwa   50 /oigemMetha-    nol erhalten werden, kann vorteilhaft bei etwa   30-50     C während 12 bis 72 Stunden durchgeführt werden.



   Die Gegenwart von Methylalkohol hat, wie schon erwähnt, eine ausserordentlich günstige Wirkung, da sie nicht nur den gesamten Prozess in der gewünschten Weise lenkt, sondern auch, bei Anwesenheit von 50% Methylalkohol, das freigesetzte Pektin an der   Auflosung    im   wässrigsauren    Medium hindert.



  Durch die Verwendung von Methylalkohol stellt sich ein optimaler   Methoxylgehalt    ein.



   Schliesslich zeigt es sich auch, dass sich eine grössere Ausbeute an Pektinen erreichen lässt als ohne den Zusatz von Methylalkohol.



  Und nicht zuletzt bietet die genannte Behandlung des Pektinates mit Methylalkohol den Vorzug, dass sie in relativ kleinen Appa  raturen    zu-bewerkstelligen ist, da hierbei nur etwa   10-15  /o    der Gewichtsmenge des eingesetzten Materials verarbeitet werden m ssen.



  Durch diese Arbeitsweise werden zugleieh die erforderlichen Einrichtungen nur kurz  fristig    beansprucht, so dass sie sich seitlich günstig ausnutzen lassen ; auch benötigt die beschriebene Art der   Fällmittelentfernung    wenig Chemikalien, WÏrmezufuhr und Flüs  sigkeit.   



   Das erfindungsgemässe Verfahren bietet im übrigen auch die Möglichkeit, Gemische von verschiedenen Ausgangsmaterialien, insbesondere Gemische aus   Obstresten    und Riibenschnitzeln, zu verarbeiten, wobei gute   Geliereffekte    unter g nstiger Ausbeute erzielt werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Gewinnung von Pektin aus pflanzlichem Material, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial vor der Extraktion unter Zusatz von Wasser so weit erhitzt wird, bis eine Auflockerung des Zellverbandes eingetreten ist.

   UNTERANSPRÜCHE : 1. Verfahren nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion mit angesäuertem Wasser erfolgt.

   2. Verfahren nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeiehnet, dass die Extraktion unter mechanischer Bewegung des Behand lungsgutes stattfindet.

   3. Verfahren nach den Unteransprüehen 1 und 2, dadureh gekennzeichnet, dass die Vor behandlung bei Temperaturen von 65-95 C durchgeführt wird.

   4. Verfahren nach dem Patentanspruch. dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehand- lung 10-60 Minuten dauert.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung unter Zusatz der drei-bis fünffachen Menge Wasser zum Pflanzenmaterial erfolgt.

   6. Verfahren nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung unter Zusatz von angesäuertem Wasser erfolgt.

   7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung bei einem pue-vert von höehstens 1, 3 erfolgt.

   8. Verfahren nach den Unteranspriiehen 3, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daM Dämpfung und Extraktion in getrennten Stufen durchgeführt werden.

   9. Verfahren nach Unteransprueh 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbehandelte Material mit der 8-l0fachen Wassermenge extrahiert wird.

   10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionsflüssigkeit unter Umpumpen im Gegenstrom zum Pflanzenmaterial bewegt wird.

   11. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbehandelte Material in die Extraktionsflüssigkeit eingetragen wird.

   12. Verfahren nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion bei wenig oberhalb Zimmertemperatur liegenclen Temperaturen 6-8 Stunden fortgesetzt wird.

   13. Verfahren nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktions- temperatur 35-40 C betrÏgt.

   14. Verfahren nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion bei einem PH von 2-3 durchgeführt wird.

   15. Verfahren nach den Unteransprüchen 10, 11, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Behandllmgsflüssig- keiten zweeks Regelung des pEr-Wertes mindestens ein Salz zugesetzt wird.

   16. Verfahren nach dem Patentanspruch und Unteransprueh 15, dadurch gekenn zeichnet, dass nach beendeter Extraktion zweeks Reduzierung des Säuregehaltes die Säureionen durch Zusatz anderer Ionen als schwer lösliche Salze ausgefällt werden.

   17. Verfahren nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pektin aus der Extraktionslosung als Pektinat ausgefällt wird, wonach das Pektinat zwecks Freisetzung des Pektins mit einer wϯrigen SÏure-Methylalkohol-Lösung behandelt wird.

   18. Verfahren nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die letztere Be handltmg bei 30-50¯C wÏhrend 12 bis 72 Stunden fortgesetzt wird.

   19. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktions- flüssigkeit zwecks Stabilisierung des pu- Wertes wenigstens ein Salz zugesetzt wird.