Способ комплексной переработки неосветленного и осветленного концентрированного сока топинамбура

Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности к способам переработки клубней топинамбура. Способ переработки неосветленного и осветленного концентрированных соков топинамбура предусматривает разбавление концентрата горячей водой с температурой 50-90°С до содержания сухих растворимых веществ 17 мас.%. Полученный инулинсодержащий раствор направляют на ультрафильтрационную установку с полимерными мембранами размером 8 и 5 кДа. Полученный ретентат концентрируют и из полученного раствора путем кристаллизации при температуре 5-10°С выделяют инулин или получают ферментативным методом глюкозо-фруктозные сиропы. Полученный после ультрафильтрации с порогом отделения 5 кДа пермеат, содержащий собственно фруктоолигосахариды, концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.% для получения сиропа или направляют на распылительную сушку. Это позволяет упростить процесс производства инулина, фруктоолигосахаридов, фруктозо-глюкозных сиропов за счет переработки полуфабрикатов: осветленного и неосветленного концентрированных соков, и сохранить качественные показатели конечных продуктов.

 

Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности к способам переработки полуфабриката: неосветленного и осветленного концентрированного сока топинамбура.

Известен способ получения инулина из топинамбура, предусматривающий применение комплекса химических веществ: спирта, карбоната кальция, органических и неорганических кислот, что приводит к удорожанию процесса и потери его технологичности (патент RU 2121848 С1, 20.11.1998 г.).

Также известен способ получения инулина из инулинсодержащего сырья с использованием сложного аппаратурного оформления, предусматривающий работу по фильтрованию и концентрированию с большими объемами разбавленных растворов, что является очень энергозатратным процессом, и очистку концентрата на ионообменных колоннах, регенерация которых не является экологически оправданной (патент RU 2066965 С1, 27.09.1996 г.).

Известен способ комплексной переработки топинамбура (способ получения инулина из 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 (RU 2148588 С1, опубл. 10.05.2000).

Недостаток этого способа заключается в необходимости очистки от красящих веществ, образующихся вследствие ферментативного окисления дубильных веществ сока топинамбура природным ферментом - полифенолоксидазой, что соответственно приводит к существенным затратам для осветления сока в процессе переработки. Также в вышеуказанном способе отсутствует дополнительная экстракция выжимок, оставшихся после извлечения «первичного сока», что приводит к потерям фруктозанов и уменьшению выхода конечных продуктов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружил аналога, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Целью изобретения является разработка способа переработки осветленного и неосветленного сока топинамбура, который позволит снизить затраты на производство за счет использования полуфабриката, повысить эффективность производства инулина, фруктоолигосахаридов, фруктозо-глюкозных сиропов в период отсутствия сырья, сократить энергозатраты при работе на полуфабрикате.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса производства инулина, фруктоолигосахаридов, фруктозо-глюкозных сиропов за счет переработки полуфабрикатов: осветленного и неосветленного концентрированного сока, и сохранение качественных показателей конечных продуктов.

Технический результат достигается тем, что способ комплексной переработки неосветленного и осветленного концентрированного сока топинамбура предусматривает разбавление осветленного или неосветленного концентрированного сока горячей водой с температурой 50-90°С до содержания сухих растворимых веществ 17 мас.%, ультрафильтрацию через полимерные мембраны размером 8 и 5 кДа, концентрирование полученного ретентата после проведения ультрафильтрации на мембранах 5 кДа и выделение из полученного раствора путем кристаллизации при температуре 5-10°С инулина или получение ферментативным методом глюкозо-фруктозных сиропов, при этом полученный после ультрафильтрации с порогом отделения 5 кДа пермеат, содержащий собственно фруктоолигосахариды, концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.% для получения сиропа либо направляют на распылительную сушку.

Способ реализуется следующим образом.

1. Осветленный и неосветленный концентрированный сок топинамбура в виде полуфабриката разбавляется горячей водой с температурой 50-90°С до содержания сухих растворимых веществ 17 мас.%, в результате чего получают инулинсодержащий раствор.

Полуфабрикат осветленного и неосветленного сока топинамбура получают следующим образом.

Клубни топинамбура, убранные механизированным способом, подвергают отмочке в бассейнах с водой. После отмочки, но не позднее чем через 24 часа, по гидравлическому транспортеру направляют на предварительную мойку в моечную машину, где они очищаются от прилипшей земли и т.д. Затем подают на щеточно-моечную машину. Окончательная мойка проводится на универсальной моечной машине. Клубни поступают на инспекционный конвейер для отбраковки непригодных для переработки экземпляров. Клубни поступают на дробилку с целью получения мезги с размерами частиц 0,3-1 мм.

Мезгу клубней топинамбура подают в теплообменник, где она подвергается высокотемпературному нагреву до 100°С в течение 30-60 с для предотвращения ее потемнения и микробиологической порчи в процессе дальнейшей переработки.

Извлечение сока из мезги осуществляют путем прессования на горизонтальном корзиночном пневматическом прессе. Полученные выжимки экстрагируют горячей водой с температурой 80-90°С при гидромодуле смеси 1:2-3. Смесь охлаждают до температуры 50-55°С и в нее добавляют фермент, обладающий целлюлазной и гемицеллюлазной активностью (например, фермент немецкой компании «Эрбсле Гайзепхайм» Vegazym НС) в количестве минимум 0,1 мл/100 л смеси, выдерживают в течение 1 часа при постоянном перемешивании. Полученная масса отправляется на прессование с целью отделения сока. Полученный сок объединяют с соком от первичного прессования.

Для коагуляции белковых и других высокомолекулярных примесей сок подвергается кратковременному нагреву до температуры 100°С. Прогретый сок обрабатывается раствором бентонита и активированного угля в течение 30 минут при постоянном перемешивании. Дозировка бентонита может варьировать в пределах от 30 до 150 г/100 л сока в зависимости от количества и состава белков в сырье, дозировка угля составляет максимально 5 кг/100 л сока.

Обработанный сок направляют на грубую фильтрацию. Далее отфильтрованный сок концентрируют на вакуумно-выпарной установке до содержания сухих растворимых веществ не менее 65 мас.%. Полученный неосветленный концентрат с содержанием мякоти не более 3 мас.% хранят либо пастеризованным в асептических емкостях, либо непастеризованным в охлаждаемых емкостях до температуры не выше 10°С. При получении осветленного концентрированного сока топинамбура сок после грубой фильтрации подают при температуре 50°С на ультрафильтрационную установку с границей отделения 8 кДа для отделения высокомолекулярных и коллоидно-дисперсных веществ, полученный пермеат концентрируют на вакуумно-выпарной установке до содержания сухих растворимых веществ не менее 70 мас.%. Полученный осветленный концентрат хранят либо пастеризованным в асептических емкостях, либо непастеризованным в охлаждаемых емкостях до температуры не выше 10°С.

Полуфабрикат хранится на складе.

2. Переработка неосветленного концентрированного сока топинамбура. Полученный инулинсодержащий раствор с содержанием сухих растворимых веществ не менее 17 мас.% при температуре 50°С поступает на ультрафильтрацию с границей отделения 8 кДа для отделения высокомолекулярных и коллоидно-дисперсных веществ. Ретентат подвергается диафильтрации. Пермеат с ультра- и диафильтрации объединяется и направляется на мембранный модуль с границей отделения 5 кДа для выделения низкомолекулярных продуктов при температуре 50°С. В пермеат переходят фруктоолигосахариды, ретентат содержит собственно инулин.

2.1. Часть ретентата, содержащего молекулы размером 5-8 кДа, концентрируется на вакуумно-выпарной установке до содержания сухих растворимых веществ 30-50 мас.%. Полученный концентрат охлаждается до температуры 5-10°С. Инулин, который практически нерастворим в холодной воде, выпадает в осадок. Осадок отделяют центрифугированием, промывают холодной водой и направляют на сушку при температуре 50-60°С.

Полученный продукт имеет следующие физико-химические показатели: содержание инулина не менее 97%, моносахаридов не более 0,3%, дисахаридов не более 0,2%, содержание влаги не более 1,9%, содержание сульфатной золы менее 0,6%. Препарат хроматографически однороден, примесей углеводов не обнаружено.

2.2. Другую часть ретентата смешивают с маточным раствором, полученным после выделения инулина. В полученный раствор добавляют фермент инулиназу. Гидролиз проводят при температуре 50-70°С и рН раствора 3,5-4,5, который регулируют добавлением лимонной кислоты в течение 60-120 мин. При полном прохождении гидролиза и концентрировании раствора до содержания сухих растворимых веществ 70 мас.% образуется глюкозо-фруктозный сироп с содержанием фруктозы в сухом веществе более 90 мас.% (ГФС-90).

Продукт содержит, мас.%:

Сухие вещества, не менее - 70

в т.ч. (к сухим веществам)

Моносахариды (фруктоза, глюкоза), не менее - 93

в том числе фруктоза, не менее - 90

Дисахара, не более - 0,3

Пектиновые вещества - 0

Инулин - 0

Белки - 0

Жиры - 0

Зола - следы

Полученный фруктозосодержащий раствор нагревают до температуры 50-70°С и подвергают гидролизу с применением фермента инвертазы. В зависимости от продукта, который необходимо получить ГФС-70 или ГФС-55, рассчитывается необходимое количество фермента, время проведения реакции, рН раствора.

2.3. Получение фруктоолигосахаридов в виде сиропа или сухого продукта. Пермеат, полученный после ультрафильтрации и содержащий фруктоолигосахариды, подают на вакуум-выпарную установку, где он упаривается до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.%. Полученный сироп является товарным продуктом. Дополнительно сироп может быть подвергнут сушке распылительного типа для получения сухого порошка фруктоолигосахаридов, который также представляет собой товарный продукт. Фруктоолигосахариды в полученном продукте представлены смесью три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы.

3. Переработка осветленного концентрированного сока топинамбура.

Полученный инулинсодержащий раствор с содержанием сухих растворимых веществ не менее 17 мас.% при температуре 50°С поступает на ультрафильтрацию с границей отделения 5 кДа для отделения низкомолекулярных веществ. В пермеат переходят фруктоолигосахариды, ретентат содержит собственно инулин.

3.1. Часть ретентата, содержащего молекулы размером 5-8 кДа, концентрируется на вакуумно-выпарной установке до содержания сухих растворимых веществ 30-50 мас.%. Полученный концентрат охлаждается до температуры 5-10°С. Инулин, который практически нерастворим в холодной воде, выпадает в осадок. Осадок отделяют центрифугированием, промывают холодной водой и направляют на сушку при температуре 50-60°С.

Полученный продукт имеет следующие физико-химические показатели: содержание инулина не менее 97%, моносахаридов не более 0,3%, дисахаридов не более 0,2%, содержание влаги не более 1,9%, содержание сульфатной золы менее 0,6%. Препарат хроматографически однороден, примесей углеводов не обнаружено.

3.2. Другую часть ретентата смешивают с маточным раствором, полученным после выделения инулина. В полученный раствор добавляют фермент инулиназу. Гидролиз проводят при температуре 50-70°С и рН раствора 3,5-4,5, который регулируют добавлением лимонной кислоты в течение 60-120 мин. При полном прохождении гидролиза и концентрировании раствора до содержания сухих растворимых веществ 70 мас.% образуется глюкозо-фруктозный сироп с содержанием фруктозы в сухом веществе более 90 мас.% (ГФС-90).

Продукт содержит, мас.%:

Сухие вещества, не менее, - 70

в т.ч. (к сухим веществам)

Моносахариды (фруктоза, глюкоза) не менее - 93

в том числе фруктоза, не менее - 90

Дисахара, не более - 0,3

Пектиновые вещества - 0

Инулин - 0

Белки - 0

Жиры - 0

Зола - следы

Полученный фруктозосодержащий раствор нагревают до температуры 50-70°С и подвергают гидролизу с применением фермента инвертаза. В зависимости от продукта, который необходимо получить ГФС-70 или ГФС-55, рассчитывается необходимое количество фермента, время проведения реакции, рН раствора.

3.3. Получение фруктоолигосахаридов в виде сиропа или сухого продукта.

Пермеат, полученный после ультрафильтрации и содержащий фруктоолигосахариды, подают на вакуум-выпарную установку, где он упаривается до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.%. Полученный сироп является товарным продуктом. Дополнительно сироп может быть подвергнут сушке распылительного типа для получения сухого порошка фруктоолигосахаридов, который также представляет собой товарный продукт. Фруктоолигосахариды в полученном продукте представлены смесью три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы.

Способ комплексной переработки неосветленного и осветленного концентрированного сока топинамбура, предусматривающий разбавление осветленного или неосветленного концентрированного сока горячей водой с температурой 50-90°С до содержания сухих растворимых веществ 17 мас.%, ультрафильтрацию через полимерные мембраны размером 8 и 5 кДа концентрированно полученного ретентата и выделение из полученного раствора путем кристаллизации при температуре 5-10°С инулина или получение ферментативным методом глюкозо-фруктозных сиропов, при этом полученный после ультрафильтрации с порогом отделения 5 кДа пермеат, содержащий собственно фруктоолигосахариды, концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.% для получения сиропа либо направляют на распылительную сушку.