ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

“Экологически чистая технология получения пектинов из растительного сырья и высокоэффективные продукты на их основе”

Рекомендуемая область пременения

В качестве универсальных, натуральных желирующих и стабилизирующих средств пектины используются при производстве многих продуктов, прежде всего в пищевой, фармацевтической, а также и в других отраслях промышленности. Пектины применяются при переработке плодов и ягод в производстве конфитюров, джема, желе, фруктово-желейных масс и начинок, благодаря высоким структурообразующим свойствам, а также способности поддерживать натуральный фруктовый аромат использованного сырья. В хлебопекарных изделиях пектины применяются для получения термостабильных фруктовых начинок для пончиков, тортов, пряников, хлебопекарных изделий длительного хранения, а также для получения желейных кремов для глянцевания поверхности хлебопекарных и мучных кондитерских изделий. В кондитерской промышленности пектины используются при производстве желейного мармелада, зефира, пастилы и желейных начинок для шоколадных конфет и карамели. В молочной промышленности пектины применяются в производстве фруктово-желейных начинок для кисломолочных продуктов, стабилизации кисломолочных напитков (йогуртов), фруктово-молочных десертов, полуфабрикатов для молочных коктейлей. Пектины используют в качестве низкокалорийных углеводов, стабилизаторов мутной взвеси и загустителей в производстве безалкагольных, освежающих напитков, водяных мороженых, шербетов. В производстве деликатесных изделий - соусов, кетчупов пектины используются для улучшения их реологических свойств. В производстве фармацевтических изделий и косметики пектины применяются в кремах для обработки ран, где проявляют кровеостанавливающие и ранозаживляющие свойства. Пектиновые гели используют для капсулирования лекарственных средств с целью обеспечения щадящего воздействия препаратов на слизистую желудка, а также для равномерного и медленного снабжения кровеносной системы активными компонентами медикаментов. В косметических продуктах пектины используют в качестве природных, растительных структурообразователей в производстве кремов, паст, мазей и масел. В дезодорантах или зубной пасте пектины служат защитной оболочкой специальных ароматических компонентов. В туалетной воде, косметических лосьонах для волос и тела, шампунях пектины применяются в качестве стабилизаторов и загустителей.

Назначение, цели и задачи проекта

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы переработки растительного сырья – разработку технологии получения нетоксичных биологически активных веществ – пектинов и продуктов на их основе. Решение проблемы предполагает получение натуральных биоактивных продуктов – пектинов и продуктов на их основе, имеющих пищевое и лечебно-профилактическое назначение.

Основной цельюпроекта является разработка отечественной экологически безопасной технологии извлечения пектиновых веществ и технологии получения новых экономически доступных пектинсодержащих продуктов высокого качества, сохраняющих основные свойства пектинов и обладающих дополнительными биологическими свойствами. Исследования по выделению и использованию пектинов в качестве пищевых и лечебно-профилактических добавок интенсивно проводятся в различных странах, и являются актуальными на сегодняшний день. Пектины и продукты на их основе обладают широким спектром биологической активности и используются в лечебно-профилактических целях (при лечении диабета, атеросклероза, ишемии сердца, кишечно-желудочных заболеваний и т.д., как вещества - детоксиканты тяжелых металлов и радионуклидов, а также регуляторы процессов обмена в организме человека). Пектины давно вошли как одна из главных пищевых добавок в очень широкий ассортимент продуктов питания, выпускаемых во всех развитых странах Европы и США (кондитерские, молочные, хлебобулочные и консервные изделия). В настоящее время в России производство пектина отсутствует, а потребности в этом продукте частично удовлетворяются за счет поставок из-за рубежа. Экспертные оценки определяют потребность Российского рынка в пектине на уровне 10 тыс. т  в  год, в том числе для пищевой промышленности 5 тыс. т.

В качестве пектинсодержащих продуктов предполагается получение нативного пектина  и комплексов пектина, обогащенного микро- и макроэлементами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Разработка новой высокоэффективной, экологически безопасной технологии выделения пектина из растительного сырья, например яблочных выжимок, дайкона и амаранта.

2. Разработка способа получения высокоэффективных кормовых добавок, обладающих высокой питательной ценностью и повышенной переваримостью.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Известен способ получения пектиновых веществ путем экстрагирования из растительного сырья минеральными кислотами (Авторское свидетельство СССР N 77212, кл. С 08 В 37/06, 1976). Однако использование минеральных кислот приводит к коррозии оборудования, к тому же высаждение целевого продукта становится необходимой стадией технологического производства, так как получаемый раствор содержит непищевые компоненты.

Известен способ получения пектина, который заключается в обработке растительного сырья экстрагирующим агентом - щавелевой кислотой при 70-75^oС в течение 1-1.5 ч с последующим высаждением целевого продукта водным раствором ацетона или этанола (Авторское свидетельство СССР N 861354, кл. С 08 В 37/06, 1979).

Существует способ получения пектина, в котором в качестве экстрагирующего агента используют молочную сыворотку, а обработку проводят при рН 1.8-2.4 и температуре 65-70^oС в течение 1-1.5 ч с последующим концентрированием экстракта (Авторское свидетельство СССР N 1027171, кл. С 08 В 37/06. 1983 ).

Недостатками данного способа являются низкий выход конечного продукта и длительность обработки сырья, а также высокая температура обработки, при которой сывороточные белки (альбумины, глобулины) выпадают в осадок и довольно низкое значение рН реакционной среды, которое приводит к снижению содержания метоксильных групп в пектиновой макромолекуле, что отрицательно сказывается на качестве пектина.

Один из путей устранения этих недостатков - поиск новых более "мягких" технологий, позволяющих интенсифицировать массообмен в системе пектинсодержащее сырье - растворитель, а также ускорять процесс гидролиза и экстракцию пектиновых веществ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения пектина в гидроакустическом экстракторе-дезинтеграторе. По указанному способу гадролиз - экстракцию пектинсодержащего сырья питьевой водой путем кавитационной обработки в гидроакустическом экстракторе-дезинтеграторе осуществляют при индексе кавитации к=0.8-1.9 и при различных значениях гидромодуля (1:5-10), после чего из полученной пульпы пектин извлекают комплексным методом. При этом производительность процесса составляет от 800 до 1400 л/ч (Патент РФ N2066962, кл. А 23 L /0524, С 08 В 37/06, 1996) - прототип.

К недостаткам данного способа прототипа относится низкая производительность процесса.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

При разработке способа извлечения пектина предполагается использование нового метода обработки растительного сырья в условиях механоакустического воздействия с применением нового в технологии получения пектиновых веществ роторно-пульсационного аппарата и гидролизующих агентов – мягких пищевых кислот. Сущность разрабатываемой технологии заключается в том, что  обработка сырья при экстракции ведется слабыми пищевыми кислотами в роторно-пульсационном аппарате в зазоре между статором и вращающимся ротором в течение непродолжительного времени (30 - 240 с) в условиях воздействия на растительное сырье резонансных колебаний ротора и статора при значениях градиентов скоростей от 4,6 10 ⁵  до 5,8 10 ⁵ м/с м, при гидромодуле 1:5 - 15, температуре 35-45° С. Выделенные по разработанному способу пектины являются высокомолекулярными, высокоэтерифицированными и обогащены белком, минеральными веществами и витаминами. Предлагаемый способ позволит получать пектинсодержащие пищевые продукты высокого качества с сохранением высокого процентного содержания пектина и, в то же время, с более низкой коммерческой ценой, чем продажные пектины. Предлагаемое к реализации технологическое решение предполагает качественно новый ресурсосберегающий способ получения пектина и пектинсодержащих продуктов. Использование современного высокопроизводительного оборудования позволяет достичь максимально возможной степени извлечения практически ценных веществ, в том числе и пектинов, резко интенсифицировать процесс, добиться мягких условий, при которых сохраняется структура пектинов, их высокая биологическая активность и пищевая ценность. Как было отмечено, использование молочной сыворотки обогащает  целевые продукты такими ценными компонентами сыворотки, как белки, жиры, витамины.

Предлагаемый подход переработки растительного сырья является новым в области разработки способов выделения пектиновых веществ и предполагает получение не только пектинов, но и новых дешевых пектинсодержащих продуктов высокого качества.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Преимуществами разработанной технологии пектинов являются:

· создание технологии получения пектина, отличающейся от применяемых в мировой практике отсутствием высокотемпературных режимов и минеральных кислот, что делает способ получения пектина экологически чистым и ресурсосберегающим;

· высокая производительность процесса - линейная производительность аппарата достигает 20000-25000 л/ч для жидкотекучей среды при скорости вращения ротора от 4000 до 5000 об/мин;

· утилизация молочной сыворотки - отхода молочной промышленности и получение на ее основе пектинсодержащего пищевого концентрата, не содержащего непищевых компонентов. Такой подход позволяет практически полностью исключить стадии выделения и очистки пектина, а также решить экологическую проблему, связанную с образованием большого количества, подлежащих утилизации, сточных вод при традиционных способах производства пектина;

· низкая себестоимость производства по данной технологии;

отсутствие в России аналогичного производства.

Пектины, выделенные нами из растительного сырья, соответствуют требованиям ГОСТ 29186-91 на «пектин пищевой».

Показатели эффективности проекта:

1.  Срок окупаемости  проекта по Бизнес-плану составляет 3,6 года.

2.  Ожидаемая прибыль по Бизнес-плану (тыс. руб.):

3. С учетом инфляции 10%, IRR (внутренняя норма рентабельности) номинальная годовая составит 16,5% для 4-х лет.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

1.  Обработка сырья в условиях механо-акустического воздействия позволяет сократить продолжительность гидролиза в 10-15 раз,  т.е. предлагаемая технология  является энергосберегающей.

2. Использование мягких кислот делает технологию безотходной, т. е. экологически безопасной.

3.     Использование в качестве гиролизующего агента  отхода молочной промышленности – молочной сыворотки решает проблему ее утилизации, что  чрезвычайно актуально  с экологической точки зрения.

Новые потребительские свойства продукции

Пектин представляет собой широко используемое в пищевой промышленности вещество природного происхождения. Согласно рекомендациям Минздрава и Всемирной организации здравоохранения, профилактическая норма потребления пектинов составляет 2-4 г в сутки, а для снятия фоновой радиации - 16 г в сутки. В данном проекте планируется производство стандартных пектиновых веществ, основным преимуществом которых станет более низкая цена по сравнению с аналогами.
Характер применения товара – специальное промышленное применение: использование в качестве ингредиента в пищевых, фармацевтических, косметических производствах.
Продукты на основе пектинов – полиметаллокомплексы пектинов с биогенными металлами представляют собой противоанемическое средство, основанное на разработках ИОФХ. Его основным преимуществом по сравнению с аналогами является водорастворимость, которая обеспечивает более высокие показатели биологической усвояемости и терапевтический эффект.
Образующиеся по предлагаемой технологии получения пектиновых веществ промежуточные продукты - гидролизаты и экстракты - используются в качестве эффективных биологически активных кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птицы. Производятся следующие виды продукции:
•влажнй фитогидролизат (белково-витаминная добавка - паста),
•экстракт (фильтрат фитогидролизата),
•концентрированный экстракт (белково-витаминный концентрат),
•сухой фитогидролизат (белково-витаминная добавка - гранулы),
•сухой экстракт (белково-витаминный концентрат - гранулы),
•жом (побочный продукт экстракции).

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Реактивы и используемое пектинсодержащее сырье (яблочные выжимки или высушенные яблоки, свекловичный жом, амарант и др. ) должно соответствовать нормативным документам. Наиболее рентабельно производство пектинов из яблочных выжимок на консервных заводах после получения яблочных соков. Основные требования к сырью – это отсутствие признаков гниения, плесени и гнилостной микрофлоры.

Стадия и уровень разработки

Для осуществления процесса коммерциализации (промышленного внедрения) комплексной разработки необходимо:
1. Доукомплектование пилотной установки в корпусе модельных установок ИОФХ им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН
2. По результатам опытно-промышленного пробега оформление опытно-промышленного регламента.
3. Наработка опытной партии пектинов и пектиновых металлокомплексов для сертификации и получение гигиенического сертификата.
По завершению сертификации пектинсодержащих продуктов возможен третий этап – клинические испытания полученных продуктов, которые будут развернуты на кафедрах детских болезней и клинической фармакологии и фармакотерапии Казанского государственного медицинского университета для производства лекарственных препаратов.

Предлагаемые инвестиции

4,5 млн. руб.
Для организации производства и оформления пакета научно-технической документации, включая сертификацию продуктов.

Рынки сбыта

В основном пектины применяют в пищевой промышленности (производство зефира, мармелада, конфитюров, джемов, колбасных изделий, соков и некоторых других продуктов), в медицине и фармацевтике (при производстве гранул, суспензий, гелей, для придания вязкости эмульсии, лечения ран, выработки питательных сред и т. д.) и в косметической промышленности (при производстве некоторых масок для лица и гелей) ( рис. 1).
Основной потребляющей пектины отраслью в настоящее время и в ближайшем будущем, по мнению экспертов и оптовиков-импортеров, будет оставаться пищевая промышленность.
Предлагаемый в проекте противоанемический препарат – полиметаллический комплекс на основе пектина – является инновационным продуктом. Потребность России в противоанемических средствах зависит от состояния здоровья населения, количества людей страдающих железодефицитной анемией, продолжительности недомогания, а также количества людей, ведущих здоровый образ жизни и активно потребляющих препараты для поддержания здоровья.
Предлагаемые в проекте пектинсодержащие гидролизаты востребованы в качестве кормовых добавок в сельском хозяйстве и ветеринарии. Важное место занимают и Синтезированные противоанемические препараты металлокомплексов пектина актуальны для решения железодефицитной анемии у поросят.

Возможность и эффективность импортозамещения

Внедрение разработанной и предлагаемой технологии позволит производить высококачественный отечественный пектин, способный заменить дорогой импортный пектин, применяемый в настоящее время. Использование мягких пищевых кислот вместо соляной и серной, применяемых за рубежом, позволит получить более качественный, экологически чистый продукт.

Возможность выхода на мировой рынок

В настоящее время крупнейшим производителем на современном мировом рынке пектина является компания Hercules (США). Из одиннадцати действующих в Европе заводов мощностью более 2 тыс. тонн пектина в год этой компании принадлежaт девять, в том числе и крупнейший в мире пектиновый завод – Copenhagen Pectin A/S, Дания. Другие крупные производители пектина – Herbslreith & Fox KG, Германия (главным образом яблочный пектин), Obipectin, Швейцария и Danisco, Дания. Согласно бизнес-плана ориентировочный объем производства пектина составит до 13 т в год. Поставки планируется осуществлять как по Республике Татарстан, так и по Российской Федерации. Согласно бизнес-плана объем производства металлокомплексов составит до 3.5 т в год. Поставки планируется осуществлять как по Республике Татарстан, так и по Российской Федерации.

Срок окупаемости (в месяцах)

43

Дата поступления материала

06.12.2007