Способ получения мальтозного сиропа

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам получения сахаристых продуктов из крахмалсодержащего сырья. Способ предусматривает клейстеризацию предварительно измельченного ячменя и последующий ферментативный гидролиз в две стадии. На первой стадии осуществляют разжижение с использованием комплексного ферментного препарата в количестве 0,1% к массе сырья. Комплексный ферментный препарат содержит α-амилазу, протеазу и β-глюканазу из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii. На второй стадии осуществляют осахаривание с использованием ферментного препарата β-амилазы из генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus в дозе 0,1% к массе сырья. Далее проводят инактивацию ферментов, отделяют гидролизат центрифугированием, фильтруют и сгущают до сиропа. Изобретение позволяет получать мальтозный сироп из цельного зерна ячменя без предварительного выделения из него крахмала, сократить общую продолжительность процесса и обеспечивает высокую чистоту получаемого продукта.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, касается получения сахаристых продуктов из крахмалсодержащего сырья и может быть использовано при производстве кондитерских, хлебобулочных изделий, напитков для улучшения их органолептических свойств и/или повышения способности к хранению.

Существует способ получения сахаросодержащего продукта, включающий замачивание зерна овса в воде с pH 3,0 при гидромодуле 1:3 в течение 60 минут при температуре 40°С с последующей промывкой, обработку целлюлолитическим ферментным препаратом «Биобейк-721» (манназа, ксиланаза, целлобиаза, экзо-β-1,4-глюкозидаза) в количестве 0,1-0,2% к массе зерна при гидромодуле 1:3, температуре 40-45°С, pH 4,5-5,0 в течение 30-60 минут. После обработки зерно промывают, сушат и диспергируют до степени измельчения не более 200 мкм. Измельченное зерно обрабатывают амилолитическим ферментным препаратом БАН 480 Л (α-1,4-глюкан-4-глюкангидролаза, амилолитическая активность 4000 ед./г) в количестве 0,02-0,03% к массе зерна при гидромодуле 1:3, температуре 85-90°С и pH-среды 4,5-5,0 в течение 50-60 минут с последующей инактивацией. Проводят осахаривание разжиженной массы ферментным препаратом Сан экстра Л (α-1,4-глюкогидролаза, амилолитическая активность 550 ед./мл, глюкоамилазная активность 7500 ед./мл) в количестве 0,06-0,08% к массе зерна, процесс ведут при гидромодуле 1:3, температуре 55-60°С, pH 4,5-5,0 в течение 40-60 минут. Изобретение обеспечивает ускорение процесса выработки сахаросодержащего продукта путем сокращения по времени стадии осахаривания и повышение его пищевой ценности за счет применения в качестве исходного сырья зерна овса, химический состав которого позволяет обогащать пищевые продукты не только моно- и дисахаридами, но и белками, пищевыми волокнами, витаминами и минеральными веществами [1].

Способ имеет следующие недостатки: необходимость корректировки кислотности гидролизуемой смеси в кислую сторону во время предварительного замачивания (pH 3,0) и в процессе ферментативного гидролиза (pH 4,5-5,0), а также многокомпонентность получаемого продукта, что ограничивает область его применения.

Известен также способ получения ферментативно модифицированной суспензии из зерен овса, заключающийся в обработке суспензии из зернового субстрата композицией ферментных препаратов, включающей β-амилазу, α-амилазу. Причем ферменты вводят одновременно в количествах, меньших количеств указанных ферментов, необходимых при их раздельном использовании. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса включает остатки мальтозы и мальтодекстрина, β-глюканы и белки, получена способом, предусматривающим по меньшей мере одну стадию обработки ферментативной суспензии, такую как гомогенизация, обработка сверхвысокими температурами, пастеризация и т.п. Изобретение обеспечивает получение гомогенной и стабильной суспензии из зерен, обладающей ароматом и/или вкусом натуральных зерен [2].

Данный способ позволяет получить сахаристый полупродукт, но большое количество компонентов и сохраненный зерновой вкус и/или аромат существенно ограничивают область его применения.

Существует способ производства мальтозных продуктов высокой чистоты, заключающийся в том, что водную смесь кукурузного крахмала с содержанием СВ 12-15% и pH 6,0-7,0 предварительно разжижают быстрым нагреванием в реакторе Hydro Thermal Jet до температуры 105°С, выдерживают в течение 5 мин, охлаждают, доводят pH до 5,5 соляной кислотой, добавляют β-амилазу (ФП Optimalt BBA фирмы Genencor) в дозе 0,05% к СВ крахмала. Осахаривание проводят при 60°С в течение 4-24 ч, после чего гидролизат разделяют ультрафильтрацией через полисульфоновые мембраны и упаривают, увеличивая содержание СВ с 6% до 70%, из которых не менее 95% мальтозы [3].

Однако описанный способ требует использования специализированных аппаратов, что удорожает его, а также высоких температур (до 105°С) и химических реагентов (соляной кислоты для коррекции pH), негативно влияющих на качество конечного продукта.

Существует и широко применяется способ получения патоки из крахмала, который предусматривает приготовление крахмальной суспензии, нагрев ее в газовихревом биореакторе до 90-98°С, разжижение ферментным препаратом α-амилазой. Разжиженную массу охлаждают до температуры осахаривания, вводят в емкость биореактора ферментный препарат глюкоамилазу и проводят осахаривание. В емкости биореактора над поверхностью крахмальной суспензии создают вихревое движение аэрирующего воздуха с перепадом давления между центром воздушного вихря и его периферией 1000-2200 Па для перемешивания реакционной среды на стадиях разжижения и осахаривания. После осахаривания ожиженного крахмала фермент инактивируют, гидролизат очищают и уваривают с получением патоки. Изобретение обеспечивает ускорение и упрощение процесса путем равномерного распределения ферментных препаратов в крахмальной суспензии и гидролизуемой массе [4].

К недостаткам способа можно отнести использование повышенного давления на стадиях разжижения и осахаривания, а также необходимость использования специализированного оборудования - газовихревого биореактора.

Известен и широко применяется в крахмало-паточной промышленности способ получения глюкозы, который предусматривает промывку крахмала, приготовление крахмальной суспензии, гидролиз крахмала путем его разжижения и осахаривания ферментами, фильтрование и обесцвечивание сиропа активным углем, его концентрирование и кристаллизацию, центрифугирование для выделения кристаллов глюкозы, сушку и упаковку глюкозы. Для гидролиза крахмала на стадии разжижения используют препарат бактериальной α-амилазы Spezyme LT 300, полученный из генетически модифицированного штамма Bacillus amyloquefailus с оптимумом действия в диапазоне pH 5,3-5,8. Осахаривание проводят с использованием комплекса ферментов, состоящего из глюкоамилазы AMG и пуллуланазы Promozym. Обесцвечивание осуществляют активным углем с содержанием водорастворимых веществ 0,01-0,05% в количестве 2-5% к массе сухих веществ сиропа [5].

Описанный способ позволяет получать только глюкозу, что снижает его ценность в свете текущей переориентации пищевой промышленности на использование менее вредных для здоровья сахаров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сахаристых продуктов из ржи, согласно которому измельченное до муки зерно ржи смешивают с водой до образования суспензии, суспензию разжижают собственными ферментами муки (амилолитическими и целлюлолитическими) при ее нагреве до 80°С со скоростью 1°С в минуту с 30-минутными паузами при 40°С, 60°С и 70°С, затем проводят термообработку при 120-125°С в течение 2-3 минут. Проводят гидролиз при 55-57°С в течение 16-20 часов композицией ферментных препаратов, содержащей целлюлазу в количестве 0,5-0,7 единиц целлюлолитической активности на 1 г безводной муки, грибную альфа-амилазу в количестве 2-2,5 единиц амилолитической активности и/или глюкоамилазу в количестве 0,5-1,5 единиц глюкоамилазной активности на 1 г крахмала в муке. Гидролизат нагревают до 80°С, разделяют и концентрируют под вакуумом [6].

Недостатком данного способа является высокая продолжительность процесса, свыше 18-22 ч. Кроме того, описанный способ не позволяет получить сахаристые продукты, имеющие в своем составе только мальтозу.

Задача изобретения - интенсификация процесса получения очищенного мальтозного сиропа из зернового сырья, сокращение продолжительности процесса гидролиза в технологическом процессе получения мальтозного сиропа из зерновых источников крахмала.

Указанная цель достигается технологическим решением, представляющим новый способ получения мальтозного сиропа из крахмалсодержащего сырья, характеризующийся тем, что в качестве сырья используют измельченный цельный ячмень, который подвергают клейстеризациии и ферментативному гидролизу в две стадии, на первой из которых осуществляют разжижение с использованием комплексного ферментного препарата, содержащего α-амилазу с активностью 480 ед./г, протеазу и β-глюканазу из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii, в количестве 0,1% к массе сырья, а на второй стадии осуществляют осахаривание с использованием ферментного препарата β-амилазы из генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus активностью 4000 ед./г в дозе 0,1% к массе сырья, с последующей инактивацией ферментных препаратов, отделением гидролизата центрифугированием, фильтрацией и сгущением до сиропа.

Предлагаемый способ позволяет получать мальтозный сироп из цельного зерна ячменя без предварительного выделения из него крахмала.

Способ отличается от известных тем, что в качестве ферментных препаратов используют на стадии разжижения комплексный ферментный препарат из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii, содержащий протеазу, α-амилазу и β-глюканазу с активностью амилазы 480 ед./г в количестве 0,1% к массе сырья (Свидетельство о государственной регистрации №77.99.27.9.У.14308.12.06 от 27.12.2006), гидролиз ведут при гидромодуле 1:12 и pH, естественном для смеси сырья с водой при температуре 50-60°С в течение 1 часа; на стадии осахаривания используют ферментный препарат β-амилазы генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus с активностью β-амилазы 4000 ед./г в количестве 0,1% к массе сырья (Свидетельство о государственной регистрации 77.99.11.9.У.5820.5.05 от 26.05.2005), осахаривание ведут в течение 1-2,5 часов. Отделение сахаристого гидролизата от белковых веществ и фрагментов полисахаридов проводят центрифугированием в течение 15 мин при 3000 об/мин и 20°С.

Преимуществами предлагаемого способа перед существующими аналогами является сокращение общей продолжительности процесса получения мальтозного сиропа за счет использования новых ферментных препаратов в эффективных соотношениях, чистота получаемого продукта (практически только мальтоза), а также удешевление производства за счет использования необработанного сырья.

Описанный способ не требует использования специализированного оборудования, повышенного давления и высоких температур, а также существенно снижает продолжительность процесса, что уменьшает финансовые затраты на производство продукта. При использовании данного способа нет необходимости корректировки показателя pH реакционной смеси, что исключает использование химических реагентов, негативно влияющих на качество конечного продукта. Предлагаемый способ получения позволяет получать мальтозный сироп из ячменя без предварительного извлечения крахмала из него. Получаемый мальтозный сироп практически не имеет примесей, обладает сладким вкусом и слабым ароматом, что позволяет использовать его в составе широкого спектра пищевых продуктов, в т.ч. диетических.

Способ осуществляют следующим образом.

К муке из измельченного до размера частиц не более 1,0 мм ячменя добавляют дистиллированную подогретую до 60°С воду в соотношении 1:12 и оставляют на 15 мин при 60°С для клейстеризации крахмала ячменя. Затем к смеси ячменя с водой добавляют комплексный ферментный препарат из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii в дозе 0,1% к массе сырья и подвергают ферментативному гидролизу при температуре 50-60°С в течение 1 часа. По истечении часа в разжиженную смесь добавляют ферментный препарат β-амилазы генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus в дозе 0,1% к массе сырья и снова подвергают гидролизу при 60°С в течение 1-2,5 часов при непрерывном перемешивании. Для инактивации ферментных препаратов после окончания гидролиза смесь сырья с водой выдерживают в течение 15-30 мин при температуре 80°С. Гидролизат отделяют от твердых частиц через льняной фильтр, центрифугируют в течение 15 мин при 20°С и 3000 об/мин, снимают с осадка и направляют на фильтрацию через обеззоленные фильтры. Очищенный гидролизат уваривают в течение 30-60 мин до необходимого содержания сухих веществ. Полученный сироп представляет собой вязкую прозрачную жидкость желтого цвета со сладким вкусом и слабым зерновым запахом. Общая продолжительность процесса получения сиропа составляет 4-5,5 ч.

Описываемый способ иллюстрируется следующими примерами исполнения.

Пример 1. К 1 кг измельченного до размера частиц не более 1,0 мм зерна ячменя добавляют 12 л дистиллированной подогретой до 60°С воды и оставляют на 15 мин при 60°С для клейстеризации крахмала сырья. Затем к смеси сырья с водой добавляют 0,1% (к массе сырья) комплексного ферментного препарата из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii с активностью α-амилазы 480 ед./г и подвергают ферментативному гидролизу при температуре 50-55°С в течение 1 часа. На втором этапе добавляют 0,1% (к массе сырья) ферментного препарата β-амилазы генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus, обладающего активностью β-амилазы 4000 ед./г, и продолжают гидролиз 1 ч при непрерывном перемешивании. Для инактивации ферментных препаратов после окончания гидролиза смесь ячменя с водой выдерживают в течение 15-30 мин при температуре 80°С. Гидролизат отделяют от твердых частиц через льняной фильтр, центрифугируют в течение 15 мин при 20°С и 3000 об/мин, снимают с осадка и направляют на фильтрацию через обеззоленные фильтры. Выход редуцирующих веществ в раствор - 41% к массе сырья. Очищенный гидролизат уваривают в течение 30 мин - до содержания СВ=44%. Полученный сироп представляет собой вязкую прозрачную жидкость желтого цвета со сладким вкусом и слабым зерновым запахом. Общая продолжительность процесса получения сиропа составляет 4 ч. Содержание мальтозы достигает 86,4% к СВ.

Пример 2. Количество сырья и воды берут то же, клейстеризацию и разжижение осуществляют так же, как и в примере 1, но вторую стадию ферментативного гидролиза проводят в течение 2 ч при непрерывном перемешивании. Выход редуцирующих веществ в раствор - 48,3% к массе сырья. Дальнейшую обработку полученного гидролизата ведут так же, как в примере 1. Полученный сироп представляет собой вязкую прозрачную жидкость желтого цвета со сладким вкусом и слабым зерновым запахом. Общая продолжительность процесса получения сиропа составляет 5 ч. Содержание мальтозы в продукте составляет 99,2% к СВ.

Изобретение позволяет получить высокомальтозные сиропы из ячменя, интенсифицировать процесс за счет сокращения его общей продолжительности с помощью эффективного совместного действия ферментных препаратов α- и β-амилаз, получить готовые продукты, обладающие хорошими органолептическими свойствами.

Сахаристый продукт, получаемый предлагаемым способом, отличается от полученного по способу-прототипу более высоким содержанием мальтозы, меньшей продолжительностью процесса получения продукта и возможностью использования в качестве сырья цельного зерна без предварительного выделения из него крахмала.

Литература

1. Румянцева В.В. Способ получения сахаросодержащего продукта / В.В.Румянцева, Т.Н.Шеламова, Н.М.Ковач. Патент 2349645 РФ. - №2007141334. Заявл. 07.11.2007. Опубл. 20.03.2009.

2. Триантафюллоу А.О. Ферментативно модифицированная суспензия из зерен овса (варианты) и способ ее получения / А.О.Триантафюллоу. Патент 2244444 РФ. - №2001113442. Заявл. 08.10.1999. Опубл. 20.01.2005.

3. Antrim Richard L. High purity maltose process and products / Richard L.Antrim, dark P.Lee. Патент 6436678 US. - №09/796027. Заявл. 28.02.2001. Опубл. 20.08.2002.

4. Рамазанов Ю.А. Способ получения патоки из крахмала / Ю.А.Рамазанов, В.И.Кислых, И.П.Косюк. Патент 2283349 РФ. - №2004130609. Заявл. 21.10.2004. Опубл. 10.09.2006.

5. Хворова Л.С. Способ получения глюкозы / Л.С.Хворова, Н.Р.Андреев, Н.Д.Лукин, Т.В.Лапидус, Н.Н.Нюнина. Патент 2314351 РФ. - №2006125556. Заявл. 18.07.2006. Опубл. 10.01.2008.

6. Ладур Т.А. Способ получения сахаристых продуктов из ржи / Т.А.Ладур, Н.Р.Андреев, Н.Д.Лукин, З.М.Бородина, Т.В.Лапидус. Патент 2085590 РФ. - №95107920. Заявл. 16.05.1995. Опубл. 27.07.1997.

Способ получения мальтозного сиропа из крахмалсодержащего сырья, характеризующийся тем, что в качестве сырья используют измельченный ячмень, который подвергают клейстеризации и ферментативному гидролизу в две стадии, на первой из которых осуществляют разжижение с использованием комплексного ферментного препарата, содержащего α-амилазу, протеазу и β-глюканазу из культур микроорганизмов Bacillus subtilis и Penicillium emersonii, в количестве 0,1% к массе сырья, а на второй стадии осуществляют осахаривание с использованием ферментного препарата β-амилазы из генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis с геном Bacillus stearothermophilus в дозе 0,1% к массе сырья, с последующей инактивацией, отделением гидролизата центрифугированием, фильтрацией и сгущением до сиропа.