СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛИГОФРУКТОЗЫ
METHOD FOR OLIGOFRUCTOSE PRODUCTION

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к способам получения пребиотиков.
Распространенность ожирения или избыточного веса среди взрослых, детей и подростков продолжает расти во всем мире. Избыточный вес и ожирение классически определяются на основе процентного содержания жировых отложений. В настоящее время в мире страдают ожирением и избыточным весом 18 миллионов детей в возрасте до 5 лет. В большинстве случаев ожирение рассматривается как результат избыточного потребления энергии вкупе с малоподвижным образом жизни. Понятно, что эти факторы являются важными.
Здоровая кишечная флора является показателем здоровья человека, а измененная кишечная микробиота может быть показателем (и/или причиной) аномальных состояний здоровья.
Известно, что на активацию конкретной микробиоты, помимо прочих ингредиентов, особенно могут повлиять неперевариваемые углеводы (пребиотики). Например, было показано, что определенные галактоолигосахариды (GOS) и/или определенные фруктоолигосахариды (FOS) могут активировать рост и распространение бифидобактерий в кишечнике.
Из «Уровня техники» известен способ получения инулинсодержащего раствора из топинамбура, при котором сначала проводят мойку клубней топинамбура, осуществляя их периодическое перемешивание с барботированием и выдержку в воде в течение 2,5-3 ч с последующей передачей в моечную машину. Затем отмытые клубни инспектируют и режут на пластинки в виде чипсов толщиной 1,0-1,5 мм, проводят сушку последних, после чего их измельчают в муку с тониной помола 20-30 мкм, а потом получают суспензию, смешивая в реакторе с паровой рубашкой полученную муку и воду, которую постепенно подают температурой 85-90°С до получения соотношения компонентов суспензии 1:(5-6). Затем из суспензии экстракцией в течение 1,5-2 ч извлекают фруктазаны, после экстракции раствор подвергают очистке, при которой его сначала фильтруют на проточных центрифугах, отделяя мезгу, а затем обесцвечивают, пропуская его через барабанный фильтр с нанесенным слоем перлита. Затем очищенный раствор упаривают при температуре 60-70°С и остаточном давлении 120-150 мм рт.ст.до содержания в нем сухих веществ в количестве 42-45% (см. патент РФ №2 489 445, кл. МПК C08B 37/00, опубл. 10.08.2013).
Кроме того, из «Уровня техники» известен способ получения твердого фруктоолигосахарида (FOS), который включает следующие этапы: жидкий фруктоолигосахарид конденсируют до 65-72% и затем вносят в кристаллизатор, температуру поддерживают на уровне 65-72°C в течение 1-2 часов. Далее, температуру снижают до 8-12°C со скоростью 2,5-3,5°C каждый час, выпавшие кристаллы FOS добавляют пропорционально, осуществляют непрерывное перемешивание; осуществляют обработку на фильтр-прессе и разделение, получают влажные кристаллы, производят сушку холодным воздухом в псевдоожиженном слое, а затем получают кристаллический продукт FOS с содержанием воды менее 3% (см. патентный документ КНР № CN105753912A, кл. МПК C07H1/08, опубл. 13.07.2016).
Также из «Уровня техники» известен способ получения кормовой добавки из фруктоолигосахаридов. Согласно способу получения кормовой добавки из фруктоолигосахаридов в качестве сырья используют сахар-сырец, используемый в процессе рафинирования производства тростникового сахара. Способ характеризуется тем, что в сахар-сырец добавляют воду для приготовления раствора с массовой концентрацией 50-60%, добавляют фруктозилтрансферазу, смесь обрабатывают в течение 6-10 часов при температурах 38-42°C, а затем смесь подвергают стерилизации, обесцвечиванию, фильтрации, ионообмену и концентрированию, чтобы в конечном итоге получить жидкий продукт, содержащий фруктоолигосахариды (см. патентный документ КНР № CN102919537A, кл. МПК A23K1/16, опубл. 13.02.2013).
Техническая проблема заключается в том, что известные из «Уровня техники» технические решения обеспечивают длительный по времени способ производства фруктоолигосахаридов. Кроме того, в ходе процесса ферментации происходит образование побочного продукта - глюкозы. Наличие глюкозы в смеси ухудшает пребиотические свойства продукта, снижает активность фермента и негативно влияет на процесс распылительной сушки продукта. Без удаления глюкозы количество длинных цепочек олигофруктозы гораздо меньше.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в сокращении времени производства олигофруктозы, повышении активности фермента, улучшении пребиотические свойства продукта, осуществлении этапов способа, при которых процесс образования олигофруктозы и переведения глюкозы в нерастворимую соль идет одновременно.
Технический результат обеспечивается тем, что способ получения олигофруктозы включает заполнение пищевой емкости подготовленной водой, температура которой составляет 8-12°С. Далее осуществляют включение мешалки и барботирование, подачу пара и нагрев воды до температуры 40-45°C, постепенное добавление сахара-песка при перемешивании, корректировку pH до 5,0-6,0, добавление фермента фруктозилтрансфераза, добавление фермента глюзооксидаза, добавление фермента каталаза. Производят ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании, контроль значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5, поддержание кислотно-щелочного баланса путем внесения кальция углекислого. По прошествии 24 часов производят отключение барботирования, доводят температуру смеси до 78-85°C, осуществляют пастеризацию смеси и инактивацию ферментов в течение 40-60 минут при температуре 78-85°С, охлаждают смесь до 5-18°С, осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости, фильтрацию, слив фильтрата в бак-накопитель, выгрузку осадка из фильтра и производят распылительную сушку фильтрата.
В соответствии с частными случаями осуществления способ имеет следующие особенности.
Барботирование осуществляют с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр, при барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды.
Корректировку pH до 5.0-6,0 осуществляют добавлением в пищевую емкость цитратного буфера.
Цитратный буфер включает лимонную кислоту и цитрат натрия трехзамещенный, а после корректировки рН осуществляют проверку температуры и значения pH, если температура отличается от 40-45°С, а рН - от 5,0-6,0, то осуществляют корректировку этих параметров.
После охлаждения смеси до 5-18°С осуществляют снижение оборотов мешалки до 5-10 Гц.
Кристаллизацию смеси в закрытой емкости осуществляют при работе мешалки на частоте 5-10 Гц и при температуре смеси 5-18°С.
Фильтрацию осуществляют на фильтре с размером пор 0,02-0,05 мм.
Распылительную сушку фильтрата осуществляют при температуре входящего воздуха, равной 130-160°C, и температуре выходящего воздуха - 65-80°С.
Для удаления глюкозы из смеси добавляется фермент глюкозооксидаза, которая в присутствии кислорода воздуха окисляет глюкозу до глюконовой кислоты. Добавлением соли кальция (например, карбонат кальция) удается нейтрализовать образовывающуюся кислоту в нерастворимую соль - глюконат кальция, который легко отделяют от основного продукта. В процессе ферментации также образовывается перекись водорода, которую расщепляет добавленный фермент - каталаза. Наличие каталазы в растворе также дает кислород для окисления глюкозы.
Процесс образования олигофруктозы и переведения глюкозы в нерастворимую соль идет одновременно. Параметры процесса (температура, pH, время, концентрация исходного сиропа) подобраны для всех ферментов. Отклонение от параметров ведет к ухудшению течения ферментации.
Преимущества способа также заключаются в увеличении времени активности фермента из-за достаточно быстрой переработки побочного продукта и удалении побочного продукта в процессе ферментации.
Сущность настоящего изобретения поясняется блок-схемой, характеризующей способ производства пребиотика олигофруктозы FOS 80P
.
(см. чертеж)
Способ получения олигофруктозы FOS 80P включает заполнение пищевой емкости подготовленной водой. В качестве емкости используют емкость трехслойную объемом 1500-2000 л, с термоизоляцией, с встроенным барботером, перемешивающим устройством рамного типа. Температура подготовленной воды составляет 8-12°С. Включают мешалку на частоте 40-50 Гц и осуществляют барботирование с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр, при барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды и проходит очистку. Режим барботирования: воздух 60 л/мин, аэратор мелкопористый, ширина отверстий 1 мм, или из спекшегося титана (титановая губка).
Производят подачу пара и нагрев воды до температуры 40-45°С, постепенное добавление свекловичного сахара-песка при перемешивании и с получением исходного раствора сахара от 25 до 35%.
Корректируют pH до 5,0-6,0 добавлением в пищевую емкость цитратного буфера, который включает цитрат натрия трехзамещенный и лимонную кислоту (цитрат натрия/лимонная кислота - 80:20), а после корректировки рН осуществляют проверку температуры и значения pH, если температура отличается от 40-45°С, а рН - от 5,0-6,0, то осуществляют корректировку этих параметров.
Производят добавление фермента фруктозилтрансфераза (активность 2-5 ед./г сахара), добавление фермента глюзооксидаза (активность 20-30 ед./г сахара), добавление фермента каталаза (активность 1000-1200 ед./г сахара). Осуществляют ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании, производят контроль значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5, поддержание кислотно-щелочного баланса путем внесения от 120 до 140 кг кальция углекислого.
По прошествии 24 часов производят отключение барботирования, доводят температуру смеси до 78-85°С, осуществляют пастеризацию смеси и инактивацию ферментов в течение 40-60 минут при температуре 78-85°С, охлаждают смесь до 5-18°С и после охлаждения смеси осуществляют снижение оборотов мешалки до 5-10 Гц.
Осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости при работе мешалки на частоте 5-10 Гц и при температуре смеси 5-18°С.
После кристаллизации выпавший осадок отделяют от фильтрата с помощью декантера и нутч-фильтра до достижения прозрачного светло-желтого или желтого раствора.
3
Может применяться декантер с частотой вращения до 30-40 ГЦ и производительности от 5 до 15 м/час.
Производят фильтрацию с использованием нутч-фильтра закрытого типа, работающего под давлением 3 атм, выполненного из нержавеющей стали с размером ячейки 0,5 мм и содержащего мембрану из органического полимера с размером пор от 0,02 до 0,05 мм. Сливают фильтрат в бак-накопитель, выгрузку осадка из фильтра.
Осуществляют распылительную сушку фильтрата при температуре входящего воздуха, равной 130-160°С, и температуре выходящего воздуха - 65-80°С.
Производят контроль качества продукта. Упаковывают готовый продукт (каждый гофрокороб с полиэтиленовыми вкладышами массой нетто 10 кг) и отправляют его на склад.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1
Состав композиций на 1 тонну при растворе сахара 25%:
- сахар-песок 24,53%
- вода питьевая подготовленная - 73,59%
- кальций углекислый (кальций карбонат) - 1,72%
- цитрат натрия - 0,005%
- лимонная кислота - 0,0014%
- фермент фруктозилтрансфераза - 0,016%
- глюкозооксидаза - 0,07%
- каталаза - 0,06886%
Способ получения олигофруктозы FOS 80P включает заполнение пищевой емкости подготовленной водой. В качестве емкости используют емкость трехслойную объемом 1500 л, с термоизоляцией, с встроенным барботером, перемешивающим устройством рамного типа. Температура подготовленной воды составляет 8°С. Включают мешалку на частоте 40 Гц и осуществляют барботирование с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр. При барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды и проходит очистку. Производят подачу пара и нагрев воды до температуры 40°C, постепенное добавление свекловичного сахара-песка при перемешивании для получения исходного 25% раствора.
Корректируют pH до 5 добавлением в пищевую емкость цитратного буфера, который включает лимонную кислоту и цитрат натрия трехзамещенный (цитрат натрия/лимонная кислота - 80:20), а после корректировки рН осуществляют проверку температуры и значения pH, если температура отличается от 40°С, а рН - от 5, то осуществляют корректировку этих параметров.
Производят добавление фермента фруктозилтрансфераза, добавление фермента глюзооксидаза, добавление фермента каталаза. Осуществляют ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании, производят контроль значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5, поддержание кислотно-щелочного баланса путем внесения кальция углекислого.
По прошествии 24 часов производят отключение барботирования, доводят температуру смеси до 78°С, осуществляют пастеризацию смеси и инактивацию ферментов в течение 40 минут при температуре 79°С, охлаждают смесь до 6°С и после охлаждения смеси осуществляют снижение оборотов мешалки до 6 Гц.
Осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости при работе мешалки на частоте 6 Гц и при температуре смеси 5,5°С.
Производят фильтрацию на фильтре с размером пор 0,02-0,05 мм, сливают фильтрат в бак-накопитель, производят выгрузку осадка из фильтра.
Осуществляют распылительную сушку фильтрата при температуре входящего воздуха, равной 155°С и температуре выходящего воздуха - 80°С.
Производят контроль качества продукта. Упаковывают готовый продукт (каждый гофрокороб с полиэтиленовыми вкладышами массой нетто 10 кг) и отправляют его на склад.
Пример 2
Состав композиций на 1 тонну при исходном растворе сахара 30%:
- сахар-песок 29,32%
- вода питьевая подготовленная - 68,42%
- кальций углекислый (кальций карбонат) - 2,06%
- цитрат натрия - 0,005%
- лимонная кислота - 0,0014%
- фермент фруктозилтрансфераза - 0,019%
- глюкозооксидаза - 0,08%
- каталаза - 0,0946%
Способ получения олигофруктозы FOS 80P включает заполнение пищевой емкости подготовленной водой. В качестве емкости используют емкость трехслойную объемом 2000 л, с термоизоляцией, с встроенным барботером, перемешивающим устройством рамного типа. Температура подготовленной воды составляет 10°С. Включают мешалку на частоте 50 Гц и осуществляют барботирование с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр, при барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды и проходит очистку. Производят подачу пара и нагрев воды до температуры 43,5°C, постепенное добавление свекловичного сахара-песка при перемешивании для получения исходного 30% раствора.
Корректируют pH до 5,7 добавлением в пищевую емкость цитратного буфера, который включает лимонную кислоту и цитрат натрия трехзамещенный (цитрат натрия/лимонная кислота - 80:20), а после корректировки рН осуществляют проверку температуры и значения pH, если температура отличается от 43,5°С, а рН - от 5,7, то осуществляют корректировку этих параметров.
Производят добавление фермента фруктозилтрансфераза, добавление фермента глюзооксидаза, добавление фермента каталаза. Осуществляют ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании, производят контроль значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5, поддержание кислотно-щелочного баланса путем внесения кальция углекислого.
По прошествии 24 часов производят отключение барботирования, доводят температуру смеси до 82°С, осуществляют пастеризацию смеси и инактивацию ферментов в течение 50 минут при температуре 81,5°С, охлаждают смесь до 16°С и после охлаждения смеси осуществляют снижение оборотов мешалки до 8 Гц.
Осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости при работе мешалки на частоте 8 Гц и при температуре смеси 15°С.
Производят фильтрацию на фильтре с размером пор 0,02-0,05 мм, сливают фильтрат в бак-накопитель, осуществляют выгрузку осадка из фильтра.
Осуществляют распылительную сушку фильтрата при температуре входящего воздуха, равной 140°С, и температуре выходящего воздуха - 75°С.
Производят контроль качества продукта. Упаковывают готовый продукт (каждый гофрокороб с полиэтиленовыми вкладышами массой нетто 10 кг) и отправляют его на склад.
Пример 3
Состав композиций на 1 тонну при исходном растворе сахара 35%:
- сахар-песок 34,08%
- вода питьевая подготовленная - 63,3%
- кальций углекислый (кальций карбонат) - 2,39%
- цитрат натрия - 0,005%
- лимонная кислота - 0,0015%
- фермент фруктозилтрансфераза - 0,02%
- глюкозооксидаза - 0,096%
- каталаза - 0,1075%
Способ получения олигофруктозы FOS 80P включает заполнение пищевой емкости подготовленной водой. В качестве емкости используют емкость трехслойную объемом 2000 л, с термоизоляцией, с встроенным барботером, перемешивающим устройством рамного типа. Температура подготовленной воды составляет 10°С. Включают мешалку на частоте 50 Гц и осуществляют барботирование с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр, при барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды и проходит очистку. Производят подачу пара и нагрев воды до температуры 44,5°C, постепенное добавление свекловичного сахара-песка при перемешивании для получения исходного 30% раствора.
Корректируют pH до 6 добавлением в пищевую емкость цитратного буфера, который включает лимонную кислоту и цитрат натрия трехзамещенный (цитрат натрия/лимонная кислота - 80:20), а после корректировки рН осуществляют проверку температуры и значения pH, если температура отличается от 44,5°С, а рН - от 6, то осуществляют корректировку этих параметров.
Производят добавление фермента фруктозилтрансфераза, добавление фермента глюзооксидаза, добавление фермента каталаза. Осуществляют ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании, производят контроль значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5, поддержание кислотно-щелочного баланса путем внесения кальция углекислого.
По прошествии 24 часов производят отключение барботирования, доводят температуру смеси до 85°С, осуществляют пастеризацию смеси и инактивацию ферментов в течение 58 минут при температуре 84°С, охлаждают смесь до 17°С и после охлаждения смеси осуществляют снижение оборотов мешалки до 8 Гц.
Осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости при работе мешалки на частоте 8 Гц и при температуре смеси 16°С.
Производят фильтрацию на фильтре с размером пор 0,02-0,05 мм, сливают фильтрат в бак-накопитель, осуществляют выгрузку осадка из фильтра.
Осуществляют распылительную сушку фильтрата при температуре входящего воздуха, равной 145°С, и температуре выходящего воздуха - 65°С.
Производят контроль качества продукта. Упаковывают готовый продукт (каждый гофрокороб с полиэтиленовыми вкладышами массой нетто 10 кг) и отправляют его на склад.
Олигофруктоза FOS 80P является пребиотиком и представляет собой растворимые пищевые волокна с легкой сладостью. FOS 80P может применяться в широком спектре продуктов питания для снижения количества сахара, обогащения продукта пищевыми волокнами и кальцием. Вносится вместе с другими сухими компонентами. Предпочтительная дозировка: - 2,5-5%.
Свойства готового продукта:
- Обладает схожими свойствами с сахаром или глюкозным сиропом.
- Частично или полностью заменяет сахар. Сладость составляет 28-40% от сладости столового сахара. Сладость готового продукта может регулировать глубиной протекания ферментации
- Подходит для производства диабетических продуктов.
- Улучшает органолептические показатели, снижает калорийность и обогащает продукт пищевыми волокнами.
Предпочтительная область применения - это производство молочных десертов, пудингов, кремов, сливок, ароматизированного молока, молочных коктейлей, кондитерских изделий (кексы, печенье, батончики, шоколад, глазури).