СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА Российский патент 2024 года по МПК C08B37/18 A23L19/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологии производства инулина из клубней топинамбура для пищевых целей.

Известен способ переработки инулинсодержащего сырья, предусматривающий мойку и измельчение топинамбура, его обработку в поле СВЧ до инактивации нативных ферментов. Экстрагирование осуществляют при соотношении фаз 1:1,2, при рН 5-6,5, температуре 55-65°С и периодическом сбросе давления в экстракционной смеси до вскипания экстрагента. Концентрируют экстракт обратным осмосом, фотостерилизуют и фасуют в асептических условиях (Патент RU №2398784, 2010 г.). Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и низкая скорость протекания процесса на стадии экстрагирования.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения инулина из клубней топинамбура, включающий его кристаллизацию и сушку, отличающийся тем, что из измельченных клубней топинамбура при помощи физико-механического отделения водорастворимых веществ от нерастворимых в воде волокнистых веществ клубней получают сок, из которого при помощи нагревания до 80-85°С в течение 1-3 мин и фильтрования удаляют белковые и окрашенные вещества, после чего сок очищают при помощи ультрафильтрации, диафильтрации и нанофильтрации, осветляют при помощи активированного угля, концентрируют и из полученного раствора кристаллизуют инулин, причем отделение водорастворимых веществ от нерастворимых в воде волокнистых веществ клубней осуществляют не позже, чем через 5-10 мин после измельчения последних. (Патент RU 2148588, 2000 г.). Недостатком данного способа является энергозатратность процесса в целом.

Технический результат - интенсификация процесса путем усовершенствования операций экстракции и сушки при получении инулина из клубней топинамбура.

Он достигается тем, что в известном способе получения инулина из клубней топинамбура, включающем измельчение сырья с получением мезги, фильтрование и осветление экстракта, концентрирование и сушку, перед экстрагированием проводят бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, затем формируют экстракционную смесь смешиванием мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4 - 1:8, полученную смесь экстрагируют в течение 20-60 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см при механическом перемешивании со скоростью 15-30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20..30 объемов/час при температуре смеси 60-80°С, фильтрование экстракта проводят механически через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм, осветление экстракта осуществляют смешиванием с активированным углем при соотношении уголь: экстракт 0,01:1, фильтрование осветленного экстракта производят через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм, осуществляют ультрафильтрацию осветленного экстракта пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да, затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта при температуре 55-60°С и остаточном давлении ≤4 кПа до содержания сухих веществ 5-10%, проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 120-150°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м.

Способ осуществляют следующим образом.

Клубни топинамбура массой 1,5 кг измельчают до размеров частиц 1-5 мм для получения мезги, перед экстрагированием проводят бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, формируют экстракционную смесь смешиванием мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4 - 1:8. Экстрагирование проводят в течение 20-60 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см на экстракционную смесь массой 7,5 - 13,5 кг при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15-30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20..30 объемов/час при температуре смеси 60-80°С, фильтрование экстракта проводят механически через фильтрующую перегородку с размером пор 20 -25 мкм, осветление экстракта осуществляют смешиванием с активированным углем при соотношении уголь: экстракт 0,01:1, фильтрование осветленного экстракта проводят через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм, ультрафильтрацию экстракта осуществляют пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да, затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта до содержания сухих веществ 5-10% при температуре 55-60°С и остаточном давлении ≤4 кПа, проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 120-150°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м.

Химический состав топинамбура изменяется в зависимости от биологических особенностей сорта и почвенно-климатических условий, включающих в себя погодные и географические факторы. Среднестатистические данные показывают, что содержание инулина в клубнях топинамбура колеблется в пределах 13-25%) от сырой массы. Его содержание, в свою очередь, влияет на скорость и характер протекания процессов переработки топинамбура с целью получения инулина (см. кн. Товарницкий В.И. Биохимия земляной груши // Биохимия культурных растений / ВАСХНИЛ. - ВИР. - 1938. - С. 15-17.).

При осуществлении способа использовались клубни топинамбура сорта «Интерес», произрастающие в Астраханской области, характеризующиеся высокой урожайностью, с содержанием сухих веществ 0,22 кг/кг и содержанием инулина 0,154 кг/кг.

В качестве обогащающего ингредиента инулин широко используется при производстве функциональных продуктов питания (мясные и с заменителями мяса, молочные, мучные и кондитерские изделия, детское питание, фруктовые соки и пюре, продукты быстрого приготовления (Минаева Е.В., Мороховец А.Е. Экономические преимущества топинамбура при производстве функциональных продуктов питания // Инновационное развитие АПК: сб. науч. тр. по матер, науч.-практ.конф. - 2017. -С. 73-84).

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Клубни топинамбура массой 1,5 кг измельчали до размеров частиц 1-5 мм для получения мезги, перед экстрагированием проводилось бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, формирование экстракционной смеси при смешивании мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:8, экстрагирование проводили в течение 53 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см на экстракционную смесь массой 13,5 кг при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15 об/мин при поддержании температуры смеси 60°С и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 25 объемов/час, фильтрование проводили механически через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, осветление экстракта проводили смешиванием его с активированным углем при соотношении уголь:экстракт 0,01:1, фильтрование осветленного экстракта проводили через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, ультрафильтрация экстракта проводилась его пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да, затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта до содержания сухих веществ 8% при температуре 60°С и остаточном давлении ≤4 кПа, распылительную сушку экстракта проводили при конвективно-радиационном энергоподводе (см. патент №222446, 2023 г.), температуре воздуха 140°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м. Из 1,5 кг клубней топинамбура было получено 0,2279 кг порошка влажностью 5%, содержащего 0,2093 кг инулина, что составляет 96,7%.

Пример 2. Клубни топинамбура массой 1,5 кг измельчали до размеров частиц 1-5 мм для получения мезги, перед экстрагированием проводилось бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, формирование экстракционной смеси при смешивании мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:6, экстрагирование проводили в течение 47 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см на экстракционную смесь массой 10,5 кг при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15 об/мин при поддержании температуры смеси 80°С и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 30 объемов/час, фильтрование проводили механически через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, осветление экстракта проводили смешиванием его с активированным углем при соотношении уголь:экстракт 0,01:1, фильтрование осветленного экстракта проводили через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, ультрафильтрация экстракта проводилась его пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да, затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта до содержания сухих веществ 10% при температуре 60°С и остаточном давлении ≤4 кПа, распылительную сушку экстракта проводили при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 135°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м. Из 1,5 кг клубней топинамбура было получено 0,2330 кг порошка влажностью 4,8%, содержащего 0,2170 кг инулина, что составляет 97,6%).

Пример 3. Клубни топинамбура массой 1,5 кг измельчали до размеров частиц 1-5 мм для получения мезги, далее проводилось бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, экстрагирование проводили в течение 45 мин в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4 с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см2 на экстракционную смесь массой 7,5 кг при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15 об/мин при поддержании температуры смеси 80°С и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 30 объемов/час, механическое фильтрование проводили через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, осветление экстракта проводили при его смешивании с активированным углем при соотношении уголь:экстракт 0,01:1, механическое фильтрование осветленного экстракта проводили через фильтрующую перегородку с размером пор 25 мкм, ультрафильтрация экстракта проводилась его пропусканием через фильтр с порогом задержания 5000 Да, вакуум-выпаривание экстракта проводили до содержания сухих веществ 10% при температуре 60°С и остаточном давлении<4 кПа, распылительную сушку экстракта проводили при конвективно-радиационном энергоподводе при температуре воздуха 145°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м2. Из 1,5 кг клубней топинамбура было получено 0,2354 кг порошка влажностью 5%, содержащего 0,2185 кг инулина, что составляет 97,6%).

В таблице 1 показаны сравнительные данные с прототипом по результату.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ получения инулина из клубней топинамбура позволяет получить сухой продукт с более высоким содержанием инулина и меньшей влажностью.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает рядом преимуществ. Влажность продукта, достигаемая распылительной сушкой экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, составляет 4,8-5%, что указывает на большее относительное содержание инулина в готовом продукте при меньшем содержании воды по сравнению с прототипом. Содержание инулина составляет 96,7-97,6%), то есть большее его содержание по отношению к общему содержанию сухих веществ в готовом продукте и превышает данный показатель по прототипу.

Операция бланширования мезги в технологическом режиме - температура 70±2°С в течение 15 мин предназначена для понижения цветности продукта в результате инактивации нативных ферментов, которые гидролизуют фенолы с образованием и накапливанием в растительных тканях темноокрашенных соединений. Использование ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см на экстракционную смесь при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15-30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20..30 объемов/час при поддержании температуры смеси 60-80°С способствует интенсификации процесса экстрагирования инулина из сырья. Ускорение процесса происходит за счет того, что ультразвуковое воздействие в жидкой среде приводит к возникновению кавитации -интенсивному образованию пузырьков разреженного пара или вакуума. Кавитационные пузырьки увеличивают объем при разрежении среды и сжимаются, попадая в область повышенного давления. Расширение и схлопывание пузырьков повышает площадь контакта жидкости с поверхностью частиц мезги (см. Шанин, В.А. Перспективы применения ультразвукового воздействия в процессах экстракции). Использование ультразвуковой обработки позволяет сократить энергозатраты на этапе экстрагирования инулина из сырья. Механическое и циркуляционное перемешивание экстракционной смеси повышает скорость внутреннего тепломассопереноса и массообмена на границе раздела фаз при экстрагировании, способствуя формированию развитой поверхности фазового контакта и ее обновлению посредством конвективных диффузионных процессов. Использование распылительной сушки при конвективно-радиационном энергоподводе при температуре воздуха 120-150°С и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м, в технологии получения инулина, позволяет реализовать комбинированный энергоподвод, что обеспечивает высушивание частиц распыленного экстракта при активном аэродинамическом контакте с сушильным агентом (см. патент №222446, 2023 г.). Радиационная составляющая позволяет смягчить температурные режимы сушки. За счет комбинирования конвективного и радиационного энергоподвода увеличивается интенсивность процесса сушки при снижении начальной температуры сушильного агента и, как следствие, снижении температуры высушиваемого продукта для обеспечения его качества.

Положительный эффект - предлагаемый способ получения инулина из клубней топинамбура с использованием ультразвукового воздействия на экстракционную смесь и последующей распылительной сушки экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе позволяет интенсифицировать процесс в целом. Предлагаемый способ может быть применен в пищевой промышленности и позволяет получить инулин высокого качества и увеличить его выход.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения инулина из клубней топинамбура включает измельчение сырья с получением мезги, фильтрование и осветление экстракта, концентрирование и сушку. Перед экстрагированием проводят бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, затем формируют экстракционную смесь смешиванием мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4-1:8. Полученную смесь экстрагируют в течение 20-60 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см² при механическом перемешивании со скоростью 15-30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20..30 объемов/ч при температуре смеси 60-80°C. Фильтрование экстракта проводят механически через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм. Экстракт осветляют смешиванием с активированным углем при соотношении уголь:экстракт 0,01:1. Осветленный экстракт фильтруют через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм. Далее осуществляют ультрафильтрацию осветленного экстракта пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да. Затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта при температуре 55–60°С и остаточном давлении ≤ 4 кПа до содержания сухих веществ 5-10%. После чего проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 120-150°C и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м². Изобретение обеспечивает интенсификацию процесса путем усовершенствования операций экстракции и сушки при получении инулина из клубней топинамбура. 1 табл., 3 пр.

Способ получения инулина из клубней топинамбура, включающий измельчение сырья с получением мезги, фильтрование и осветление экстракта, концентрирование и сушку, отличающийся тем, что перед экстрагированием проводят бланширование мезги при температуре 70±2°С в течение 15 мин, затем формируют экстракционную смесь смешиванием мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4-1:8, полученную смесь экстрагируют в течение 20-60 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см² при механическом перемешивании со скоростью 15-30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20..30 объемов/ч при температуре смеси 60-80°C, фильтрование экстракта проводят механически через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм, осветление экстракта осуществляют смешиванием с активированным углем при соотношении уголь:экстракт 0,01:1, фильтрование осветленного экстракта производят через фильтрующую перегородку с размером пор 20-25 мкм, осуществляют ультрафильтрацию осветленного экстракта пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да, затем проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта при температуре 55–60°С и остаточном давлении ≤ 4 кПа до содержания сухих веществ 5-10%, проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 120-150°C и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м².