способ получения инулина из клубней топинамбура

Формула изобретения

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^oС 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения инулина из инулинсодержащего сырья.

Инулин - углевод из группы полисахаридов, встречающийся как запасный продукт в клубнях и корнях растений семейства сложноцветных. Инулин - полимер D-фруктозы нерастворим в холодной воде, но растворим в горячей воде, молекулярная масса /мол.м./ составляет 5000-6000 Да со средней мол.м. примерно 5400 Да.

Из инулина можно получать высокофруктозный сироп, кристаллическую фруктозу, этанол и другие пищевые продукты, а также использовать его в виде пищевой добавки для регулирования обмена веществ при заболеваниях сахарным диабетом, ожирением.

Согласно известному способу получения инулина клубни топинамбура измельчают, добавляют подкисленную воду /pH 5,0/ при соотношении 1 : 2 об./об. и обрабатывают при 70^oC в течение 30 мин. Смесь фильтруют, к фильтрату при перемешивании добавляют CaCo₃ до pH 8-10, затем осадок отделяют центрифугированием. Надосадочную жидкость, содержащую 10-12% инулина, обесцвечивают с помощью активированного угля и выпаривают при 40^oC под вакуумом до 50% сухих веществ. Из этого раствора инулин выделяют этиловым спиртом /1:2 об. /об./ и сушат при 50-60^oC в условиях вакуума /1/.

Однако по этому способу процесс удорожается за счет использования для экстракции инулина воды, кислоты и мела. Кроме того, расходуется теплоноситель на разогрев реакционной массы до 70^oC и выдержку при этой температуре в течение 30 мин, а также на упаривание воды, используемой для экстракции инулина, в последующих стадиях процесса. При использовании воды в качестве экстрагента снижается концентрация инулина в растворе до 10-12%, а обработка инулинсодержащего раствора мелом до pH 8-10 вызывает увеличение окрашиваемости раствора.

Известен способ получения инулина из клубней топинамбура /прототип/, по которому инулин извлекают из измельченных клубней экстрагентом - 25%-ным водным раствором 96^o этанола при соотношении 1:1 и температуре 1-4^oC в течение 10 дней. После отделения осадка надосадочную жидкость разбавляют дистиллированной водой 1:1 и очищают ультрафильтрацией и на ионообменниках /2/.

В этом способе процесс извлечения инулина из дробленых клубней топинамбура длителен и сложен. Для обеспечения параметров процесса экстракции необходимы дополнительные затраты на использование хладагента, а продолжительный процесс экстракции в течение 10 суток удорожает технологию и снижает удельный объем продукции с единицы геометрического объема оборудования. Использование водного раствора этанола в качестве экстрагента требует дополнительные затраты на организацию пожаро- и взрывобезопасного производства. Использование воды на стадии экстрагирования влечет увеличение затрат на упаривание раствора при очистке продукта.

Заявляемое изобретение решает задачу упрощения технологии получения инулина и позволяет повысить производительность и экономичность способа получения инулина из топинамбура.

Это достигается тем, что в способе получения инулина из клубней топинамбура, включающем его кристаллизацию и сушку, 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 температуры 80-85^oC 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.

Пример N 1. Клубни топинамбура после тщательной мойки и инспекции в количестве 10 кг измельчают дроблением до размера частиц 0,3 - 1 мм. Сразу же, в течение 5 мин, из полученной кашки начинают отделение сока от твердых волокнистых веществ измельченного топинамбура самотеком. После выделения сока /I/ мезгу отжимают на прессе. Полученный сок /II/ присоединяют к самотечному соку /I/. Белковые вещества и окрашенные примеси удаляют из сока нагреванием до температуры 80-85^oC в течение 1-2 мин. Объем сока /I+II/ составляет 7300 см³, содержание сухих веществ /СВ/ - 21,5%; оптическая плотность /ОП/ - 0,41 при длине кюветы 10 мм и длине волны света 440 нм. Белковые вещества и окрашенные соединения коагулируются, часть коагулянта образуется на поверхности в виде "шапки". Разделение скоагулировашихся твердых частиц от жидкости осуществляется фильтрованием. Объем фильтрата составляет 5740 см³, содержание СВ 19,5 %, ОП 0,11, добракочественность 76,15%. Полученный фильтрат светло-желтого цвета очищают от высокомолекулярных веществ инулиновой природы с мол.м более 6500 Да и коллоидно-дисперсных веществ ультрафильтрацей на полых волокнах. Концентрат после ультрафильтрации раствора разбавляют водой в соотношении 1 : 2 об./об. и подвергают диафильтрации. Пермеаты после ультрафильтрации и диафильтрации объединяют. Объем равен 5580 см³, содержание СВ 18,8%, доброкачественность 87,4%. Пермеат далее очищают от неорганических примесей и инулинов с мол.м менее 4500 Да нанофильтрацией, пропуская его через полупроницаемую мембрану с порогом задерживания 4500 Да. В ультрафильтрат переходят низкомолекулярные и неорганические примеси, а инулин накапливается в концентрате, который содержит 26,8% СВ, доброкачественность равна 94,3%, величина pH 6,7. Очистку инулинсодержащего раствора от красящих веществ осуществляют углем марки ОУ-А, который добавляют в раствор в количестве 0,05 - 0,3% и контактируют при температуре 50-60^oC в течение 30-40 мин. Уголь отделяют центрифугированием. Данный процесс можно вести в динамическом режиме. Фильтрат обесцвечивается на 70-80%. Обесцвеченный раствор упаривают до СВ 60-65% при температуре 55-60^oC и разрежении 150-180 мм рт. ст. Из концентрированного раствора объемом 1500 см³, содержащего 59,2% СВ, кристаллизуют при 4^oC инулин. Выход составляет 740 г c учетом возврата маточника. После перекристаллизации из водно-спиртового раствора и сушки получают 710 г инулина.

В полученном продукте аналитически определено 96,4% основного вещества /инулина/, угол вращения []²_D⁰ равен 37,2^o, содержание влаги 5,8%, содержание сульфатной золы 0,3%. Пермеат хроматографически однороден, на хроматограмме обнаружено одно пятно коричневого цвета на старте. Примесей углеводородов в виде моносахаров не обнаружено; pH 6,7; содержание свинца 0,06 мг/кг; кадмия 0,02 мг/кг; Cs-137 менее 4,5 бк/кг; Sr-90 21,3 бк/кг; мышьяка, ртути и меди не содержится.

Пример N 2. Клубни топинамбура тщательно моют, инспектируют и в количестве 10 кг измельчают при комнатной температуре на терке путем истирания до получения "кашки", которую не позже чем через 10 мин подвергают центрифугированию с фактором разделения не менее 6600. Полученный сок направляют на очистку от белковых и коллоидных частиц, а мезгу - на утилизацию. В результате центрифугирования получено 7100 см³ сока с содержанием СВ 21,2%, с оптической плотностью 0,39 при длине кюветы 10 мм и длине волны 440 нм. Сок нагревают до 85^oC и выдерживают при этой температуре до 3 мин. Скоагулировавшиеся белковые вещества и коллоидно-дисперсные частицы отделяют от жидкости центрифугированием при факторе разделения, равном не менее 6600. Объем фугата составляет 5700 см³, содержание СВ 19,3%, ОП 0,09%, доброкачественность 76,3%. Очистку полученного фугата осуществляют по схеме, описанной в примере N 1. Из концентрированного раствора объемом 1750 см³ с содержанием 56,5% СВ инулин кристаллизуют при температуре 8^oC в течение 12 - 18 ч, а затем инулин отделяют от маточника центрифугированием при факторе разделения, равном 6600. Получают 710 г влажного инулина с учетом возвратов маточника. Выход инулина после сушки составляет 450 г. Полученный продукт имеет следующие физико-химические показатели: содержание инулина 97,2%, угол вращения 38,5^o, содержание влаги 5,9%, содержание сульфатной золы 0,3%. Препарат хроматографически однороден, примесей углеводов не обнаружено.

Источники информации:

1. Абелян В.А. Получение и применение иммобилизованных ферментов и клеток микроорганизмов. Изд-во АН АрмССР, Ереван, 1989 г. - 319 с. /с.348/.

2. Патент РФ N 2001621, A 61 K 35/78, 1993, БИ N 39-40.