Способ получения концентрированного сиропа из топинамбура Российский патент 2024 года по МПК A23L21/12 A23L33/00 C13K11/00 C13K13/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности, к способу получения концентрированного сиропа из топинамбура.

В настоящее время ингредиенты, содержащие инулин, представляют интерес для производителей не только в качестве натурального подсластителя, но и в качестве биологически активного соединения с различным потенциалом для применения. Большинство физиологических и физико-химических свойств инулина обусловлены его степенью полимеризации. Следовательно, в зависимости от степени полимеризации производитель учитывает функциональные и физико-химические свойства конечного продукта. Наиболее ценных при конструировании функциональных продуктов питания является инулин с короткой степенью полимеризации, до 10 фруктозных звеньев. Он обладает не только сладким вкусом, но и выступает в качестве высококачественного пребиотика, способствующего лечению заболеваний желудочно-кишечного тракта.

Пребиотический эффект при применении продуктов переработки корневища топинамбура исследуется различными группами ученых. Функциональные свойства инулина и инулиновых олигофруктанов достигаются за счет того, что инулин не расщепляется и не всасывается в тонком кишечнике. Исследования показывают, что применение инулинсодержащих продуктов приводит к значимому приросту бифидобактерий в микробиоме испытуемых. Наблюдалось увеличение бактерий рода Bifidobacterium, в то время как количество бактерий рода Clostridiales снижалось.

Использование инулина в качестве пребиотика приводит не только к улучшению состояния микрофлоры кишечника, но и к снижению липидов в плазме крови, улучшению чувствительности к инсулину и снижению возникновения риска развития сахарного диабета. В клинических испытаниях на лицах, страдающих диабетом, систематический прием инсулина показал существенное снижение свободной глюкозы в крови, гликированного гемоглобина и малонового диальдегида по сравнению с контрольной группой. Изменение этих показателей свидетельствует об облечении течения заболевания при приеме продуктов, содержащих инсулин. Также, инулин обладает антиоксидантной активностью. Как показывают исследования, инулин способствует выведению из организма радикалов DPPH и обладает активностью по удалению радикалов ABTS. Инулин защищает слизистую оболочку толстой кишки человека от повреждения, вызванного липополисахаридами, синтезируемыми бактериями Escherichia coli. Негативное воздействие липополисахарида на организм заключается в продукции активных форм кислорода, вызывающих окислительный стресс. Антиоксидантные свойства инулина, по-видимому, связаны с защитным действием инулина и инулодекстринов против окислительного стресса, вызванного ЛПС.

Из уровня техники известны способы получения концентрированного сиропа из топинамбура.

Так, известен способ производства фруктозного сиропа из топинамбура (RU 2167198, С13К 11/00, C13F 3/00, A23L 1/09, опубл. 20.05.2001 г.), предусматривающий измельчение клубней топинамбура, экстракцию измельченной массы горячей водой и отделение экстракта, содержащего полисахариды, от проэкстрагированной массы. В экстракт вводят пектофоетидин и проводят гидролиз при перемешивании среды, 50-70°С и рН 4,0-7,0 в течение 45-90 мин с получением гидролизата, содержащего не менее 70% моносахаридов от сухих веществ фруктозного сиропа и непрогидролизованные полисахариды. Основным недостатком является невысокая скорость гидролиза.

Так же известен способ получения фруктозного сиропа из топинамбура (FR 2618161, С13К 11/00, С13К 13/00, 20.01.1989 г.). Способ предусматривает измельчение его клубней и экстракцию измельченной массы горячей водой при 80°С в течение 4 ч в противотоке. Расход воды составляет - 1250 л на 1 т топинамбура. На фильтр-прессе отделяют экстракт, содержащий инулин, доводят его до рН 4,7 и после нагрева до 55°С в него вводят 0,1 г/л фермента "NOVOZYME 230". Ферментативный гидролиз проводят в течение 20 ч и получают гидролизат инулина, содержащий (г/л): глюкозы 9, фруктозы 61,5, ди- и олигосахаридов 4,5, прочее 25. Гидролизат концентрируют до 50% сухих веществ, проводят контрольную фильтрацию и направляют на хроматографическое разделение непрерывным способом. Получают очищенный фруктозный сироп с 8,3% сухих веществ, в содержание фруктозы по отношению к массе всех остальных Сахаров сиропа составляет 92%.

Данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком известного способа составляет низкая биологическая активность полученного сиропа из-за практически полного гидролиза инулина.

Техническая задача, решаемая использованием настоящего изобретения, состоит в разработке способа получения концентрированного сиропа из топинамбура при помощи пектофоетидина, содержащего помимо фруктозы биологически активные соединения, увеличении выхода конечного продукта, а также снижении расходов на производство сиропа.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении объемного содержания биологически активных соединений, в том числе, инулина за счет применения фермента пектофоетидина.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения концентрированного сиропа из топинамбура предусматривает подготовку клубней топинамбура, мойку клубней, предварительное измельчение, мокрое измельчение с использованием роторно-пульсационного аппарата с одновременным ферментированием измельченного сырья с использованием фермента пектофоетидина, экстрагирование при заданных параметрах температуры и уровня рН среды, фильтрование экстракта на декантерной центрифуге, концентрирование на вакуум-выпарной пленочной установке.

Более точно, в частности технический результат достигается тем, что способ получения концентрированного сиропа из топинамбура предусматривает мойку клубней топинамбура в моечно-щеточной машине, предварительное измельчение на ножевой дробилке, мокрое измельчение с гидромодулем от 1:2 до 1:15 при температуре 75-85°С в течение 60-90 мин и уровнем рН 4-7, с использованием роторно-пульсационного аппарата (РПА) до размеров частиц не более 50 мкм, в процессе мокрого измельчения проводят ферментативный гидролиз измельченного сырья в течение 120-200 мин в зависимости от гидромодуля и степени измельчения сырья с применением ферментных препаратов (например, пектофоетидин), с последующей сепарацией на декантерной центрифуге и концентрирование на пленочной вакуум-выпарной установке до 50-75% сухих веществ.

Указанные признаки являются существенными для достижения технического результата.

В общем случае, алгоритм проведения способа получения концентрированного сиропа из топинамбура включает следующую последовательность действий:

- вымытые клубни топинамбура измельчают на ножевой дробилке;

- измельченный материал дополнительно измельчается в роторно-пульсационном аппарате до коллоидного состояния до размеров частиц не более 50 мкм методом мокрого измельчения с гидромодулем от 1:2 до 1:15 при температуре 75-85°С в течение 60-90 мин и уровнем рН 4-7;

- полученную смесь отправляют в экстракционную колонну, в которую вносят ферментный препарат пектофоетидин для проведения ферментативного гидролиза смеси в течение от 120 до 200 мин и отделения полисахаридов в составе жидкой фазы при сепарации на декантерной центрифуге и концентрирования на пленочной вакуум-выпарной установке не отсепарированной содержащей фруктозу и инулин части этой смеси.

Клубни топинамбура подготавливают по традиционной технологии. Измельченные клубни замачивают в воде с гидромодулем от 1:2 до 1:15, с температурой 75-85°С и уровнем рН от 4-7 единиц, в зависимости от физико-химических показателей сырья и необходимости интенсификации процесса экстрагирования. Регулировка уровня рН осуществляется путем внесения в смесь раствора лимонной кислоты. Замоченное сырье в процессе мокрого измельчения сразу подвергается гидролизу и дальнейшему измельчению через РПА. Сырье измельчается до коллоидного состояния с размером частиц не более 50 мкм. Перед подачей на экстракционную колонну в смесь вносят ферментные препараты для проведения ферментативного гидролиза смеси и повышения выхода сухих веществ. Время ферментативного гидролиза составляет от 120 до 200 мин в зависимости от степени измельчения массы, дозировки ферментного препарата и гидромодуля. Используемый для ферментативного гидролиза пектофоетидин не способен гидролизовать инулин и гидролизует только остальные поли- и дисахариды. Это позволяет получить конечный продукт, обогащенный не только фруктозой, но и инулином. Гидролизат содержит не менее 70% моносахаридов от сухих веществ фруктозного сиропа и непрогидролизованные полисахариды.

Полученный экстракт сепарируют на декантерной центрифуге, где происходит разделение на жидкую и твердую фракцию и отправляют на пленочную вакуум-выпарную установку и концентрируют до 50-75% по сухим веществам.

Роторные аппараты, которые, в основном, реализуют механическое и гидродинамическое воздействия на частицы гетерогенной среды, называются роторно-пульсационными аппаратами (РПА), гидродинамическими аппаратами роторного типа (ГАРТ), роторно-пульсационными гомогенизаторами (РПГ), насосами-гомогенизаторами (НГД), механо-акустическими роторными гомогенизаторами (МАГ) и др. Механическое воздействие на частицы гетерогенной среды заключается в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями РПА, гидродинамическое воздействие - в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости. РПА эффективен для гетерогенных процессов с твердой фазой и вязкими жидкостями. Характерными конструктивными признаками РПА является наличие нескольких последовательных роторов и статоров (многоступенчатость), а зазор между ротором и статором одной ступени лежит в пределах 0,5-1 мм. Активной рабочей зоной в РПА является зазор между ротором и статором (ступенями ротора и статора). Зона зазора имеет небольшой объем, и поэтому обработке подвергается не весь объем жидкости, проходящий через РПА, часть жидкости проскакивает через отверстия в роторе и статоре. Импульсы давления имеют небольшую амплитуду, кавитация возникает за счет вихреобразования и турбулентности потока.

Пример параметров используемого оборудования приведены в таблице 1 - технологические параметры для оборудования получения концентрированного сиропа из топинамбура.

Пример 1.

Измельченные клубни 1000 кг замачивают в воде с гидромодулем 1:2 при температуре 75°С и уровнем рН 4 ед. Замоченное сырье в процессе мокрого измельчения сразу подвергается гидролизу и дальнейшему измельчению через РПА. Сырье измельчается до коллоидного состояния с размером частиц 50 мкм. Перед подачей на экстракционную колонну вносим в смесь ферментный препарат пектофоетидин в количестве 10 мг на 1 кг измельченного топинамбура для проведения ферментативного гидролиза смеси и повышения выхода сухих веществ. Проводим ферментативный гидролиз в течение 120 минут. По достижению 7,5% сухих веществ суспензия отправляется на сепарацию через декантерную центрифугу. Полученный осветленный экстракт в количестве 2000 кг отправляем на пленочную вакуум-выпарную установку до сгущения экстракта до 70% сухих веществ. По окончанию выпаривания получаем 200 кг сиропа.

Пример 2.

Измельченные клубни 1000 кг замачивают в воде с гидромодулем 1:2 при температуре 85°С и уровнем рН 5 ед. Замоченное сырье в процессе мокрого измельчения сразу подвергается гидролизу и дальнейшему измельчению через РПА. Сырье измельчается до коллоидного состояния с размером частиц 30 мкм. Перед подачей на экстракционную колонну вносим в смесь ферментный препарат пектофоетидин в количестве 12 мг на 1 кг измельченного топинамбура для проведения ферментативного гидролиза смеси и повышения выхода сухих веществ. Проводим ферментативный гидролиз в течение 150 минут. По достижению 8,5% сухих веществ суспензия отправляется на сепарацию через декантерную центрифугу. Полученный осветленный экстракт в количестве 2000 кг отправляем на пленочную вакуум-выпарную установку до сгущения экстракта до 70% сухих веществ. По окончанию выпаривания получаем 225 кг сиропа.

Пример 3.

Измельченные клубни 1000 кг замачивают в воде с гидромодулем 1:2 при температуре 80°С и уровнем рН 4 ед. Замоченное сырье в процессе мокрого измельчения сразу подвергается гидролизу и дальнейшему измельчению через РПА. Сырье измельчается до коллоидного состояния с размером частиц 20 мкм. Перед подачей на экстракционную колонну вносим в смесь ферментный препарат пектофоетидин в количестве 15 мг на 1 кг измельченного топинамбура для проведения ферментативного гидролиза смеси и повышения выхода сухих веществ. Проводим ферментативный гидролиз в течение 200 минут. По достижению 9,3% сухих веществ суспензия отправляется на сепарацию через декантерную центрифугу. Полученный осветленный экстракт в количестве 2000 кг отправляем на пленочную вакуум-выпарную установку до сгущения экстракта до 70% сухих веществ. По окончанию выпаривания получаем 248 кг сиропа.

Разработка новых технологических процессов производства ферментированных и поликомпонентных рецептур, обеспечивающих высокую пищевую ценность, функциональную активность и органолептические достоинства соков и напитков, является приоритетным направлением научных исследований в производстве продуктов функционального назначения. В частности, сок топинамбура - хорошая основа для создания продуктов функционального питания, так как топинамбур отличается от других овощей высоким содержанием белка, представленного 16 аминокислотами, в том числе 8 незаменимыми (Мамедова Э.И. Биохимическое обоснование разработки профилактических напитков на основе топинамбура: Дис.… канд. техн. наук / КубГТУ. - Краснодар, 1998, Сазонова О.П. Биохимическое обоснование и разработка технологии молочных продуктов с растительными наполнителями: Дис.… канд. техн. наук / КубГТУ. - Краснодар, 2001). Он обладает пребиотическими свойствами за счет инулина, имеющегося в его составе и выступающего как бифидогенный фактор. Это позволяет использовать сок топинамбура в качестве основы для создания синбиотических продуктов питания (Бархатова Т.В., Васьков В.А. Инулинсодержащие продукты переработки топинамбура как основа синбиотиков // Сб. науч. тр. Краснодар, регионального агробизнеса. Вып. 12, Краснодар, КРИА, 2003, стр. 246-247). Установлено, что благоприятным рН для ферментированных продуктов на основе сока топинамбура является тот, который колеблется в пределах 5,27-6,59 (А.В. Маликов, М.К. Алтуньян, Т.Н. Прудникова, М.В. Некрасова «Овощные ферментированные напитки на основе топинамбура», Известия ВУЗов «Пищевая технология». Кубанский государственный технологический университет, 23.11.2006 г.)

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен способ получения концентрированного сиропа из топинамбура, заключающийся в том, что вымытые клубни топинамбура измельчают на ножевой дробилке, затем измельченный материал замачивают в воде и измельчают в роторно-пульсационном аппарате до размеров частиц не более 50 мкм методом мокрого измельчения с гидромодулем от 1:2 до 1:15 при температуре 75-85°С и уровнем рН 4-7 с одновременным внесением ферментного препарата пектофоетидина для проведения ферментативного гидролиза смеси в течение от 120 до 200 мин, затем полученную смесь отправляют в экстракционную колонну, полученный экстракт сепарируют на декантерной центрифуге и затем полученный осветленный экстракт концентрируют на пленочной вакуум-выпарной установке до 50-75% содержания сухих веществ с получением сиропа. Изобретение направлено на получение концентрированного сиропа из топинамбура при повышении объемного содержания биологически активных соединений, увеличении выхода конечного продукта и снижении расходов на производство. 1 табл., 3 пр.

Способ получения концентрированного сиропа из топинамбура, заключающийся в том, что вымытые клубни топинамбура измельчают на ножевой дробилке, затем измельченный материал замачивают в воде и измельчают в роторно-пульсационном аппарате до размеров частиц не более 50 мкм методом мокрого измельчения с гидромодулем от 1:2 до 1:15 при температуре 75-85°С и уровнем рН 4-7 с одновременным внесением ферментного препарата пектофоетидина для проведения ферментативного гидролиза смеси в течение от 120 до 200 мин, затем полученную смесь отправляют в экстракционную колонну, полученный экстракт сепарируют на декантерной центрифуге и затем полученный осветленный экстракт концентрируют на пленочной вакуум-выпарной установке до 50-75% содержания сухих веществ с получением сиропа.