способ производства фруктозного сиропа из топинамбура

Формула изобретения

1. Способ производства фруктозного сиропа из топинамбура, включающий измельчение клубней последнего, экстракцию измельченной массы горячей водой, отделение экстракта, содержащего полисахариды, от проэкстрагированной массы, ферментативный гидролиз полисахаридов, инактивацию фермента, осветление гидролиза и его концентрирование, отличающийся тем, что ферментативный гидролиз проводят пектофоетидином при перемешивании среды, 50 - 70^oC и pH 4 - 7 в течение 45 - 90 мин с получением гидролизата, содержащего не менее 70% моносахаридов от сухих веществ фруктозного сиропа, а также непрогидролизованные полисахариды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что pH экстракта перед гидролизом устанавливают путем введения в гидролизат лимонной кислоты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осветление фруктозного сиропа проводят путем пропускания его через адсорбент.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют активированный уголь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пищевой промышленности, а именно к производству сахарозаменителей - фруктозных сиропов из природного сырья - топинамбура.

Топинамбур (или земляная груша) - многолетнее растение, происходящее из Северной Америки. Является ценным кормовым растением, достаточно широко применяется и как пищевое и техническое растение. Достаточно широко культивируется в США, Франции, Великобритании, Швеции, Норвегии, а также в России. Клубни топинамбура содержат инулин, их используют для получения спирта, а также фруктозы.

Фруктоза является моносахаридом из группы кетогексоз. Она достаточно широко распространена в природе - в свободном виде содержится в зеленых частях растений, плодах, меде, в фуранозной форме входит в состав олигосахаридов, а также полисахаридов. Фруктоза значительно слаще других сахаров. Для больных сахарным диабетом фруктоза является наиболее предпочтительным типом используемых сахаров.

Известен способ получения фруктозосодержащего продукта из топинамбура (RU, патент 2118369 C 13 К 11/00, 1998). Способ предусматривает смешение измельченного топинамбура или его порошка с размером частиц 1 мм с горячей водой до достижения соотношения 1:7 с учетом исходной влажности сырья. Гидролиз инулина до фруктозы проводят раствором кислоты, предпочтительно хлористо-водородной, непосредственно в водной смеси сырья при 80^oC и pH 3 в течение 4,5 ч с последующей нейтрализацией смеси. Сгущение гидролизата осуществляют при pH 4,5 и 70^oC для уменьшения разложения фруктозы и образования пасты. Предпочтительно в качестве исходного сырья используют измельченные клубни топинамбура с размером частиц 1 мм, при этом смесь сырья с водой гидролизуют немедленно. Однако возможно использование в качестве сырья и получаемого из клубней топинамбура порошка с размером частиц 1 мм, при этом смесь порошка и воды выдерживают в течение часа для набухания.

Недостатком этого способа является невысокое содержание фруктозы и инулина, обусловленное переводом во фруктозу и олигофруктаны из всех полисахаридов, присущих топинамбуру, только инулина.

Известен способ получения фруктозного сиропа из топинамбура (Fr, заявка 2618161 C 13 K 11/00, 1989). Способ предусматривает измельчение его клубней и экстракцию измельченной массы горячей водой при 80^oC 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 pH 4,7 и после нагрева до 55^oC 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 способ. Получают очищенный фруктозный сироп с 8,3% сухих веществ, в содержание фруктозы по отношению к массе всех остальных сахаров сиропа составляет 92%.

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

Техническая задача, решаемая использованием настоящего изобретения, состоит в разработке способа получения фруктозного сиропа из топинамбура, содержащего помимо фруктозы биологически активные соединения.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в получении продукта повышенной биологической ценности.

Для получения указанного технического результата проводят измельчение клубней последнего, экстракцию измельченной массы горячей водой, отделение экстракта, содержащего полисахариды, от проэкстрагированной массы, ферментативный гидролиз полисахаридов, инактивацию фермента, осветление гидролизата и его концентрирование, причем ферментативный гидролиз проводят пектофоетидином при перемешивании среды при 50 - 70^oC и pH 4-7 в течение 45-90 мин с получением гидролизата, содержащего не менее 70% моносахаридов от сухих веществ фруктозного сиропа, а также непрогидролизованные полисахариды. Предпочтительно pH экстракта перед гидролизом устанавливают путем введения в гидролизат лимонной кислоты. Обычно осветление фруктозного сиропа проводят путем пропускания его через адсорбент. Преимущественно в качестве адсорбента используют активированный уголь.

Способ заключается в следующем. Клубни топинамбура моют в проточной воде. Вымытые клубни измельчают любым известным образом, в частности на волчке, и смешивают с водой, имеющей температуру примерно 80^oC, причем соотношение воды и измельченных клубней топинамбура выбирают таким образом, чтобы содержание твердой фазы составило примерно 25 мас.%. Проводят экстракцию измельченного топинамбура при перемешивании и поддержании температуры в пределах 75-85^oC в течение 110 - 120 мин. В процессе экстракции протекает частичный гидролиз полисахаридов, в том числе и инулина, ферментами, находящимися в клубнях топинамбура. При повышении температуры происходит инактивация этих ферментов. На вакуумном фильтре отделяют экстракт от проэкстрагированной массы, который содержит полисахариды, а также продукты частичного гидролиза, образованные действием указанных ферментов клубней и горячей воды. Экстракт охлаждают до 50 - 70^oC, при необходимости устанавливают pH от 4 - 7 действием пищевой кислоты, предпочтительно лимонной. Затем осуществляют ферментативный гидролиз полисахаридов пектофоетидином. Его вводят в экстракт в количестве преимущественно 7 г на 1000 г сиропа, содержащего 70 мас. % сухих веществ. Гидролиз проводят при перемешивании, 50-70^oC в течение 45 - 90 мин. 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. Затем при 85 - 95^oС в течение 20 мин проводят инактивацию фермента. Гидролизат осветляют путем пропускания его через колонку с активированным углем и концентрируют под вакуумом при 60-70^oC до получения фруктозного сиропа. Продукт содержит, мас.%:

Сухие вещества, - 65 - 70

в т.ч. (к сухим веществам)

моносахариды (фруктоза, глюкоза) - Не менее 70

в том числе фруктоза - Не менее 40 - 60

Пектиновые вещества - 4 - 9

Инулин - 2 - 20

Белки - 6 - 7

Жиры - 0,4 - 0,5

Зола - 1,5 - 3,0

а также микроэлементы, мг/кг:

Кремний - До 15000

Фосфор - До 5000

Калий - До 8000

Натрий - До 100

Кальций - До 400

Магний - До 500

Железо - До 120

Медь - До 4

Цинк - До 15

Марганец - До 40

Пример 1. Клубни топинамбура моют в проточной воде при температуре воды примерно 40^oC в течение 20 мин. Вымытые клубни измельчают в механической мясорубке. Измельченные клубни топинамбура в количестве 40 кг смешивают с водой, имеющей температуру примерно 75^oC, в количестве 120 л. Проводят экстракцию измельченного топинамбура при механическом перемешивании и поддержании температуры в пределах 80^oC в течение 120 мин. Затем на вакуум-фильтре отделяют от растительной проэкстрагированной массы экстракт, содержащий полисахариды. В экстракт в количестве 105 кг с содержанием сухих веществ 35 мас. %, предварительно охлажденный до 62^oC, при перемешивании вводят пектофоетидин в количестве 350 г и лимонную кислоту до pH 5. Ферментативный гидролиз проводят при перемешивании в течение 85 мин. Затем при 85^oC в течение 20 мин проводят инактивацию фермента. Полученный раствор гидролизата осветляют путем пропускания через колонку с активированным углем и концентрируют под вакуумом при температуре примерно 63^oC до содержания сухих веществ в полученном фруктозном сиропе 70 мас.%.

Полученный продукт содержит, мас.%:

Сухие вещества - 66

в т.ч. (к сухим веществам)

моносахариды (фруктоза, глюкоза) - 72

в том числе фруктоза - 61

Пектиновые вещества - 5,2

Инулин - От 4,2

Белки - До 4,7

Жиры - До 0,3

Зола - До 1,1

а также микроэлементы, мг/кг:

Кремний - До 15000

Фосфор - До 5000

Калий - До 8000

Натрий - До 100

Кальций - До 400

Магний - До 500

Железо - До 120

Медь - До 4

Цинк - До 15

Марганец - До 40

Пример 2. Предварительно измельченные клубни топинамбура смешивают с водой, имеющей температуру 80^oC, причем соотношение воды и порошка топинамбура выбирают таким образом, что содержание твердой фазы составляет 20 мас.%. Проводят экстракцию измельченной массы при перемешивании и 85^oC в течение 120 мин. Затем на вакуум-фильтре отделяют экстракт от проэкстрагированной массы. В экстракт в количестве 125 кг с содержанием сухих веществ 28 мас.% предварительно охлажденный до 65^oC, при перемешивании вводят пектофоетидин в количестве 400 г. Путем введения лимонной кислоты доводят pH среды до 4,5. Ферментативный гидролиз проводят при перемешивании в течение 90 мин. Затем при 85^oC в течение 15 мин проводят инактивацию фермента. Полученный гидролизат осветляют путем пропускания через колонку с активированным углем и концентрируют под вакуумом при примерно 65^oC до содержания сухих веществ в полученном фруктозном сиропе 70 мас.%

Продукт содержит, мас.%:

Сухие вещества - 69

в т. ч. (к сухим веществам)

моносахариды (фруктоза, глюкоза) - 74

в том числе фруктоза - 64

Пектиновые вещества - 8,6

Инулин - 8,2

Белки - 5,9

Жиры - 0,38

Зола - 1,4

а также микроэлементы, мг/кг:

Кремний - До 15000

Фосфор - До 5000

Калий - До 8000

Натрий - до 100

Кальций - До 400

Магний - До 500

Железо - До 120

Медь - До 4

Цинк - До 15

Марганец - До 40

Полученный фруктозный сироп может быть рекомендован в качестве сахарозаменителя для больных сахарным диабетом, поскольку он содержит фруктозу и инулин.