СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА
METHOD FOR COMPLEX PROCESSING OF GIRASOL TUBERS

Изобретение относится к пищевой, фармацевтической и биохимической промышленности и может быть использовано в производстве инулина с молекулярной массой 5500-6500 Да, фруктоолигосахаридов (ФОС), глюкозо-фруктозных сиропов из клубней 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.).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является 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.
Таким образом, вышеуказанные способы являются многостадийными, энерго- и трудозатратными процессами, что приводит к потерям ценных продуктов и увеличению себестоимости конечных продуктов.
Целью изобретения является создание безотходного экологически чистого способа переработки топинамбура с возможностью получения целого комплекса продуктов, умеренными энерго- и трудозатратами.
Техническим результатом изобретения является максимальное извлечение питательных и биологически активных веществ топинамбура с получением целого комплекса конечных продуктов.
Технический результат достигается тем, что способ комплексной переработки топинамбура по настоящему изобретению предусматривает мойку и измельчение клубней топинамбура с последующим нагревом мезги до 100°С в течение 30-60 с, прессование, обработку полученных после прессования выжимок горячей водой с температурой 80-90°С при гидромодуле смеси 1:2-3 и добавление к полученному раствору фермента, обладающего целлюлазной и гемицеллюлазной активностью, объединение полученного сока с соком от первичного прессования, кратковременный нагрев смеси до температуры 100°С и обработку бентонитом и активированным углем при постоянном перемешивании в течение 30 мин, последующую грубую фильтрацию и 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 фpyктoолигocaxapиды, концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.% для получения сиропа либо направляют на распылительную сушку.
Способ реализуется следующим образом:
1. Стадия подготовки сырья:
1.1 Приемка сырья;
1.2 Мойка сырья и инспекция;
1.3 Дробление.
2. Стадия изготовления мезги (тепловая обработка мезги).
3. Стадии получения продуктов:
3.1 Извлечение сока прессованием с дополнительной экстракцией, тепловой и ферментативной обработкой мезги,
3.2 Переработка сока с использованием мембранных технологий с целью получения:
3.2.1 Получение товарного инулина;
3.2.2 Получение глюкозо-фруктозных сиропов ГФС-55, ГФС-70, ГФС-90;
3.2.3 Получение фруктоолигосахаридов (ФОС) в виде сиропа или сухого порошка.
Ниже представлено подробное описание каждой стадии.
1. Стадия подготовки сырья.
Топинамбур, убранный механизированным способом, транспортируют в грузовиках навалом, в деревянных или пластиковых контейнерах. Клубни подвергают отмочке в бассейнах с водой. После отмочки, но не позднее чем через 24 часа, по гидравлическому транспортеру их направляют на предварительную мойку в моечную машину, где они очищаются от прилипшей земли и т.д. Затем клубни 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.
2. Стадия изготовления мезги.
Мезга клубней топинамбура подается в теплообменник, где подвергается высокотемпературному нагреву до 100°С в течение 30-60 с для предотвращения ее потемнения и микробиологической порчи в процессе дальнейшей переработки.
3. Стадии получения продуктов.
Извлечение сока прессованием с последующей экстракцией выжимок.
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 добавляют в нее фермент, обладающий целлюлазной и гемицеллюлазной активностью (например, фермент немецкой компании «Эрбсле Гайзенхайм» Vegazym НС) в количестве минимум 0,1 мл/100 л смеси, выдерживают в течение 1 часа при постоянном перемешивании. Полученную массу отправляют на прессование с целью отделения сока. Полученный сок объединяют с соком от первичного прессования.
3.1 Переработка сока с использованием мембранных технологий;
3.2.1 Получение инулина.
Предварительно для коагуляции белковых и других высокомолекулярных примесей сок подвергают кратковременному нагреву до температуры 100°С.Прогретый сок обрабатывают раствором бентонита и активированным углем в течение 30 минут при постоянном перемешивании. Дозировка бентонита может варьироваться 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 поступает на грубую фильтрацию. Отфильтрованный инулин-содержащий раствор 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.
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 не растворим 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 не более 0,6%. Препарат хроматографически однороден, примесей углеводов не обнаружено.
3.2.2 Получение глюкозо-фруктозных сиропов ГФС-55, ГФС-70, ГФС-90.
Другую часть ретентата смешивают с маточным раствором, полученным после выделения инулина. В полученный раствор добавляют фермент инулиназа. 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 не менее 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.
3.2.3 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.