Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОЙ ЛАКТУЛОЗЫ С ПОМОЩЬЮ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано на предприятиях с целью создания функциональных продуктов питания, обогащенных пребиотиком - лактулозой.

Функциональные пищевые продукты - это продукты, удовлетворяющие физиологические потребности организма в пищевых веществах и энергии и выполняющие профилактические и лечебные цели. Лактулоза является углеводом, относящимся к классу олигосахаридов и подклассу дисахаридов. Ее молекула состоит из остатков галактозы и фруктозы. Это наиболее известный стимулятор роста полезной микрофлоры.

Известен способ получения сухого концентрата молочной сыворотки, включающий нагревание смеси, внесение в нее щелочного катализатора, для достижения рН среды 11,0±0,5, пастеризацию, проведение изомеризации лактозы в лактулозу при температуре 70-85°С и термостатировании в течение 15-30 мин, нейтрализацию изомеризованной сыворотки раствором лимонной кислотой до рН 6,5±0,2, сгущение до массовой доли сухих веществ 20-25%, охлаждение до температуры заквашивания 37±1°С и сушку на распылительной сушилке (патент РФ №2454077, МПК⁷ А23С 21/02, опубл. 29.09.2010).

Недостатком данного способа является использование щелочного катализатора и лимонной кислоты, что влияет на чистоту готового продукта и удораживает его производство.

Известен способ производства порошкообразной лактулозы, согласно которому раствор лактулозы, имеющий рН ниже 7, с массовой долей сухих веществ 60%, смешивается со стабилизатором в количестве 0,3% от веса лактулозы, после чего раствор подвергают сушке (патент US №3716408, опубл. 13.02.73).

Недостатками данного способа является сложность управления режимами процесса, низкий выход (менее 70%) готового продукта, а также невозможность организации непрерывного производства, что приводит к высокой стоимости готового продукта.

Существует способ получения кристаллической формы лактулозы, в соответствии с которым сироп лактулозы, с массовой долей сухих веществ 65,3% упаривается при пониженном давлении 0,2 бар. Упаривание ведут до получения раствора с массовой долей сухих веществ примерно 85%. Далее в раствор вводят затравку, представляющую собой мелкокристаллическую лактулозу. Упаривание при 65-75°С продолжают до конечной массовой доли сухих веществ, равной 94-98%. Продолжительность процесса 12-18 час. Для получения лактулозы в порошкообразном виде кристаллизованную лактозу размалывают (патент RU №2034931, МПК⁷ С07Н 3/04, опубл. 12.10.90).

Недостаток способа заключается в очень высоких энергетических затратах на выпаривание при низких давлениях за счет длительности процесса.

По данному способу трудно достичь однородности распределения затравочного материала в высоковязкой среде, что может привести к неполной кристаллизации лактулозы по всему объему продукта, а значит к снижению содержания чистой лактулозы в готовом продукте.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ производства сухой лактулозы, включающий нагревание сиропа до температуры 60-90°С, доведение вязкости до (0,5-1,9)10^-3 Па×с. Затем распыление при линейной скорости выхода частиц 120-200 м/с. Сушка и охлаждение полученного порошка до температуры не более 25°С осушенным воздухом с относительной влажностью не выше 40 (патент РФ №2162896, МПК⁷ С13К 5/00, опубл. 10.02.2001).

Технический результат изобретения заключается в повышении содержания лактулозы в готовом продукте за счет отсутствия катализаторов и связывающих веществ, увеличение выхода продукта, снижение энергозатрат, сокращение продолжительности процесса, а также повышение срока годности продукта с низкой влажностью и хорошей растворимостью.

Поставленная задача достигается путем подбора оптимальных параметров процесса распылительной сушки на экспериментальной установке.

Заявляемое изобретение направлено на производство сухой лактулозы способом распылительной сушки. При этом исследуются такие качественные характеристики готового продукта, как массовая доля влаги, гигроскопичность, размер частиц, индекс растворимости.

Заявляемый способ предусматривает подготовку раствора с массовой долей лактулозы 40% и последующую его сушку.

Сушку растворов вели на экспериментальной установке, с возможностью регулировки скорости рабочего раствора и распыляющего потока газа. Установка позволяет получать готовый продукт с размером частиц 1-25 мкм. Материалы, вступающие в контакт с продуктом: кислотоустойчивая нержавеющая сталь, боросиликатное стекло, силикон. Технические характеристики сушилки представлены в таблице 1.

Анализ основных параметров, определяющих процесс сушки (температура, скорость подачи раствора, скорость потока воздуха), позволил установить оптимальные значения данных параметров при сушке растворов с массовой долей лактулозы 40%. Результаты представлены в таблице 2.

Установлено, что при повышении температуры сушки растворов лактулозы до 150°С и более происходит процесс карамелизации. Частицы, попадая в сушильную камеру, оседают на ее стенках и плавятся, образуя скопления, и, как следствие, уменьшают выход готового продукта. Также установлено, что при повышении скорости подачи раствора в установку до значений 20-25 мл/мин, массовая доля влаги возрастает с 7 до 30%, что оказывает неблагоприятное воздействие на сохранность готового продукта.

Таким образом, сочетание всех подобранных параметров в заявляемых пределах позволяет получить сухую лактулозу фармакопейного качества с большим сроком хранения.

Пример 1. Получение сухой лактулозы с помощью распылительной сушки осуществляли следующим образом. Раствор с массовой долей лактулозы 40% направляли на сушку при температуре 135°С, при этом скорость подачи раствора в установку составляла 10 мл/сек, скорость потока воздуха 20 м³/ч. Средняя продолжительность сушки 1 литра раствора составила 5 часов. При исследовании качественных показателей полученного продукта были установлены следующие значения: гигроскопичность 8%, массовая доля влаги 8%, индекс растворимости 0,20 см³ сырого осадка, размер частиц 8-9 мкм.

Пример 2. Выполняли аналогично примеру 1, только раствор направляли на сушку при температуре 140°С, при этом скорость подачи раствора в установку составляла 15 мл/сек, скорость потока воздуха 25 м³/ч. Средняя продолжительность сушки 1 литра раствора составила 4,5 часа. При исследовании качественных показателей полученного продукта были установлены следующие значения: гигроскопичность 7%, массовая доля влаги 8%, индекс растворимости 0,17 см³ сырого осадка, размер частиц 7-10 мкм.

Полученная лактулоза представляет собой белое кристаллическое вещество, не имеющее запаха, хорошо растворимое в воде и сладкое на вкус.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить сухую лактулозу фармакопейного качества и расширить ассортимент функциональных продуктов, в состав которых входит данный пребиотик. К таким продуктам относятся кисломолочные: кефир, сметана, йогурты, продукты детского питания, каши и др.