способ получения инулинсодержащего раствора из топинамбура

Формула изобретения

Способ получения инулинсодержащего раствора из топинамбура, включающий мойку, измельчение клубней, экстрагирование из кашки фруктозанов горячей водой и очистку инулинсодержащего раствора, отличающийся тем, что свежие клубни топинамбура нарезают ломтиками и высушивают до влажности 6÷10%, полученный продукт измельчают в муку, а из нее экстрагируют водой при 80÷85°С в течение 1,0÷1,5 ч водорастворимые фруктозаны, твердую и жидкую фазы разделяют центрифугированием или фильтрованием через ткань, отделенный от мезги инулинсодержащий раствор осветляют активным осветляющим углем марки «В» в смеси с перлитом в соотношении 1:1 и очищают нанофильтрацией с порогом задерживания полупроницаемых мембран более 4000 Да.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам получения инулинсодержащего раствора из топинамбура, содержащего полисахарид инулин.

Известно, что из-за отсутствия у клубней топинамбура пробкового слоя сохраняемость его низкая. Клубни топинамбура можно хранить в специальных помещениях или буртах длиной 2-3 м, шириной 1,5 м, высотой 1,0÷1,5 м. Через каждые 10 см клубни пересыпают песком. Бурты укрывают землей толщиной в 10 см и поддерживают температуру в пределах 0 ÷ +2°С, в хранилище - не выше 0°С (Минаков Н.А., Светашов А.С. Технология производства топинамбура. Тезисы докладов IV Межрегиональной научно-производственной конференции «Проблемы возделывания и использования топинамбура и тописолнечника. г.Воронеж, 1992, с.97-102). По данному способу хранения достаточно хорошая сохраняемость топинамбура в буртах обеспечивается в период нахождения клубней в непочатом бурте. После вскрытия бурта в зимний период для постоянного отбора топинамбура на переработку затрудняется поддержание температуры и влажности клубней в бурте, что приводит к их порче (загниванию, промерзанию) и снижению содержания инулина из-за его деполимеризации.

При хранении топинамбура в теплых и холодных помещениях и путем оставления его на зимовку в почве полифруктозаны составляли в клубнях топинамбура до хранения свыше 60% на сухой вес, через 8 недель хранения в холодном помещении - 10,34%, а в теплом - 18,37% (Кахана Б.М., Арасимович В.В. «Биохимия топинамбура», издательство «Штиница», г.Кишинев, 1974, с.88). При длительном хранении через 12 недель их количество снизилось еще больше - до 5,18% и 15,63% соответственно. Деполимеризация инулина имеет место и при оставлении клубней топинамбура на зиму в почве. Снижение составляет от 44,4 % на сухой вес (в октябре месяце) до 3,18% на сухой вес в апреле следующего года.

Из приведенных данных видно, что переработку топинамбура можно продлить примерно на один месяц после закладки его на хранение в теплое или холодное помещение, но при этом в конце четвертой недели хранения содержание инулина в клубнях уменьшается в 2 раза. А при зимовке клубней в почве деполимеризация инулина к весне следующего достигает 90%. При таком способе хранения переработку клубней осуществлять весной невыгодно из-за низкого содержания инулина и невозможности выкапывания клубней из мерзлой почвы. Следовательно, из-за плохой сохраняемости клубней и деполимеризации инулина в процессе хранения переработка топинамбура для получения инулинсодержащего раствора имеет сезонный характер и может быть осуществлена в течение 2,0÷2,5 месяцев (середина августа - октябрь), когда в клубнях содержится максимальное количество инулина. Поэтому сезонная переработка топинамбура в инулинсодержащий раствор является дорогостоящим производством из-за низкой эффективности использования оборудования и низкого выхода целевого продукта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения инулинсодержащего раствора из топинамбура, согласно которому свежие клубни топинамбура измельчают, добавляют подкисленную воду (рН 5,0) при соотношении 1:2 об./об. и экстрагируют при 70°С в течение 30 мин. Смесь фильтруют, к фильтрату при перемешивании добавляют мел до рН 8-10, затем осадок отделяют центрифугированием. Надосадочная жидкость - инулинсодержащий раствор содержит 10-12 % инулина, который выделяют после очистки осаждением этиловым спиртом из концентрированного раствора (Абелян В.А. Получение и применение иммобилизованных ферментов и клеток микроорганизмов. Издательство АН АрмССР, Ереван, 1989, с.348-349).

В прототипе инулинсодержащий раствор получают только из свежих клубней топинамбура, выкопанных в осенний период. Из клубней, выкопанных весной или хранящихся в буртах, в теплых и холодных помещениях, выделение инулина по способу-прототипу экономически невыгодно из-за низкого содержания в них инулина.

Заявляемое изобретение решает задачу обеспечения эффективного круглогодичного производства инулинсодержащего раствора из клубней топинамбура, выкопанных в осенний период при максимальном содержании в них инулина.

Это достигается тем, что в способе получения инулинсодержащего раствора из топинамбура, включающем мойку, измельчение клубней, экстрагирование из кашки фруктозанов горячей водой и очистку инулинсодержащего раствора, согласно изобретению свежие клубни топинамбура нарезают ломтиками и высушивают до влажности 6÷10%, полученный продукт измельчают в муку, а из нее экстрагируют водой при 80÷85°С в течение 1,0÷1,5 ч водорастворимые фруктозаны, твердую и жидкую фазы разделяют центрифугированием или фильтрованием через ткань, отделенный от мезги инулинсодержащий раствор осветляют активным осветляющим углем марки «В» в смеси с перлитом в соотношении 1:1 и очищают нанофильтрацией с порогом задерживания полупроницаемых мембран более 4000 Да.

Способ осуществляют следующим образом.

Клубни топинамбура тщательно моют, инспектируют, режут ломтиками (4,0-5,0)×(4,0-5,0)×(3,0-4,0) мм и сушат в паровой конвейерной сушилке на движущейся четырехярусной сетке или в микроволновой вакуумной сушилке, например, «Муссон». Высушенный продукт охлаждают до комнатной температуры, размалывают на микромельнице или другом аналогичном оборудовании с тониной помола 50÷60 мкм. Муку упаковывают в крафт-мешки с полиэтиленовым вкладышем и хранят в течение года в закрытых складских помещениях аналогично хранению муки злаковых культур. Для получения инулинсодержащего раствора муку топинамбура размешивают в горячей воде с температурой 50÷60°С до получения однородной консистенции без комков. Затем суспензию подогревают до 80÷85°С и выдерживают при перемешивании 1,0÷1,5 ч. Твердую и жидкую фазы разделяют центрифугированием или фильтрованием через ткань, мезгу направляют на утилизацию. Фильтрат очищают от красящих веществ активным осветляющим углем (ОУ) марки «В» в смеси с перлитом в соотношении 1:1. Обработку ведут при температуре 50÷60°С в течение 0,5÷1,0 ч. Количество угля зависит от оптической плотности инулинсодержащего раствора и составляет 3÷5%. Отработанный уголь и перлит отделяют фильтрованием через ткань. Для увеличения доброкачественности инулинсодержащего раствора его очищают от неорганических примесей и инулидов с молекулярной массой менее 4000 Да нанофильтрацией, пропуская его через полупроницаемые мембраны с порогом задерживания частиц более 4000 Да. В пермеат переходят низкомолекулярные примеси, а инулин и инулиды накапливаются в концентрате. Полученный таким образом инулинсодержащий раствор в дальнейшем используют для получения по известным технологиям инулина, фруктозно-глюкозного сиропа, кристаллической d-фруктозы и этилового спирта.

Пример № 1. Клубни топинамбура после тщательной мойки и инспекции в количестве 300 кг режут ломтиками и загружают на верхний ярус непрерывно движущейся сетки паровой конвейерной сушилки. Подогретый в калориферах воздух до 110°С подают перпендикулярно движущемуся слою измельченного топинамбура. После прохождения 1-й зоны (85°С) воздух частично охлаждается и проходит через слой подсушенного измельченного топинамбура, находящегося на сетке 2-й зоны (70°С), затем - 3-й (60°С) и 4-й нижней зоны (45°С). Пройдя все зоны, продукт высушивается до влажности 10%. За весь цикл сушки из 300 кг свежих клубней топинамбура получают 77,6 кг сухого продукта, который измельчают в микромельнице в муку, вес которой составляет 76,9 кг. 10 кг муки топинамбура размешивают в 50 дм³ горячей воды с температурой 50°С до получения однородной суспензии без комков. Затем массу подогревают до 80°С и выдерживают 1,5 ч при перемешивании. После завершения экстракции фруктозанов и других водорастворимых веществ твердую взвесь выделяют из суспензии фильтрованием через ткань или центрифугированием при факторе разделения не менее 900. Получают 42,5 дм³ инулинсодержащего раствора с содержанием 13,2% сухих веществ, а мезгу в количестве 16,2 кг направляют на утилизацию. Для осветления к раствору добавляют 1,6 кг активного угля ОУ-В и 1,6 кг фильтровального перлита, нагревают до 50°С и выдерживают при этой температуре в течение 1,0 ч. Твердый осадок отделяют на матерчатом фильтре под вакуумом или при избыточном давлении. Получают фильтрат в количестве 38,6 дм³ с содержанием 13,1% сухих веществ, оптическая плотность 0,09. От низкомолекулярных инулидов и неорганических примесей раствор очищают путем пропускания через полупроницаемые мембраны с порогом задерживания более 4000 Да. Получают концентрат в количестве 35,3 дм³ с содержанием 13,5% сухих веществ. Доброкачественность составляет 90,5%.

Пример № 2. Клубни топинамбура после тщательной мойки и инспекции в количестве 300 кг режут ломтиками и загружают на верхний ярус непрерывно движущейся сетки паровой конвейерной сушилки. Подогретый в калориферах до 120°С воздух подают перпендикулярно движущемуся слою измельченного топинамбура. После прохождения 1-й зоны (90°С) воздух частично охлаждается и проходит через слой подсушенного измельченного топинамбура, находящегося на сетке 2-й зоны (75°С), затем - 3-й (65°С) и 4-й нижней зоны (50°С). Пройдя все зоны, продукт высушивается до влажности 6%. За весь цикл сушки из 300 кг свежих клубней топинамбура получают 74,5 кг сухого продукта, который измельчают в микромельнице в муку, вес которой составляет 73,8 кг. 10 кг муки топинамбура размешивают в 50 дм³ горячей воды с температурой 60°С до получения однородной суспензии без комков. Затем массу подогревают до 85°С и выдерживают 1,0 ч при перемешивании. После завершения экстракции фруктозанов и других водорастворимых веществ твердую взвесь выделяют из суспензии фильтрованием через ткань или центрифугированием при факторе разделения не менее 900. Получают 42,5 дм³ инулинсодержащего раствора с содержанием 13,5% сухих веществ, а мезгу в количестве 16,2 кг направляют на утилизацию. Для осветления к раствору добавляют 1,6 кг активного угля ОУ-В и 1,6 кг фильтровального перлита, нагревают до 60°С и выдерживают при этой температуре в течение 0,5 ч. Твердый осадок отделяют на матерчатом фильтре под вакуумом или при избыточном давлении. Получают фильтрат в количестве 38,5 дм³ с содержанием 13,0% сухих веществ, оптическая плотность 0,07. От низкомолекулярных инулидов и неорганических примесей раствор очищают путем пропускания через полупроницаемые мембраны с порогом задерживания более 4000 Да. Получают концентрат в количестве 35,3 дм³ с содержанием 13,5% сухих веществ. Доброкачественность составляет 90,5%.

Пример № 3. Подготовленные ломтики из клубней топинамбура в количестве 25 кг загружают в микроволновую вакуумную сушилку и устанавливают следующий режим сушки: температура 50°С, остаточное давление в камере 150 мм рт.ст. (19,7 кПа). В процессе сушки ведется автоматическое ворошение. Время сушки составляет 4 часа. Готовый продукт в количестве 6,1 кг получают с конечной влажностью 10%. Далее его обрабатывают по схеме, описанной в примере 1. Содержание инулина в полученном растворе составляет 18%.

Пример № 4. Подготовленные ломтики из клубней топинамбура в количестве 25 кг загружают в микроволновую вакуумную сушилку и устанавливают следующий режим сушки: температура 60°С, остаточное давление в камере 120 мм рт.ст. (15,8 кПа). В процессе сушки ведется автоматическое ворошение. Время сушки составляет 3 часа. Готовый продукт в количестве 6,1 кг получают с конечной влажностью 6%. Далее его обрабатывают по схеме, описанной в примере 1. Содержание инулина в полученном растворе составляет 17,4%.