Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТБЕЛЕННЫХ ИНУЛИНСОДЕРЖАЩИХ ПИЩЕВЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВОЛОКОН ИЗ СЫРОГО ТОПИНАМБУРА

Изобретение относится к способу получения пищевых волокон из растительного сырья различного происхождения, в частности из сырого топинамбура. Полученное вещество имеет широкое применение в пищевой и непищевой отраслях промышленности.

Известен способ комплексной переработки топинамбура, включающий подготовку топинамбура, его измельчение, орошение раствором лимонной кислоты, кавитационное экстрагирование наноструктурированной водой при заданных параметрах процесса с последующим разделением фаз. Далее проводят тангенциальную микрофильтрацию экстракта с получением инулинсодержащего раствора и шрота. Затем шрот подвергают кавитационному экстрагированию наноструктурированной водой при заданных параметрах процесса с последующим разделением фаз. Проводят тангенциальную микрофильтрацию, концентрируют и сушат второй экстракт с получением пектина. Отжимают и сушат полученный после экстрагирования шрот с получением пищевых волокон. Полученный инулинсодержащий раствор отделяют в качестве целевого продукта или концентрируют и высушивают с получением инулина или гидролизуют и концентрируют с получением сиропа (патент RU 2392833, опубл. 27.06.2010). Способ характеризуется высокой эффективностью и селективностью разделения компонентов топинамбура с высокой чистотой целевых продуктов, однако требует дорогой водоподготовки и, как следствие, ведет к повышению стоимости самого продукта.

Известен способ производства неосветленного и осветленного концентрированного сока топинамбура, который предусматривает мойку и предварительное измельчение сырья. Полученную мезгу нагревают до 100°C в течение 30-60 с и подвергают прессованию. Полученные после прессования выжимки обрабатывают горячей водой температурой 80-90°C при гидромодуле смеси 1:2-3 и добавляют к полученному раствору фермент, обладающий целлюлазной и гемицеллюлазной активностью. Полученный сок объединяют с соком от первичного прессования. Далее смесь подвергают кратковременному нагреву до температуры 100°C, обрабатывают бентонитом и активированным углем при постоянном перемешивании в течение 30 мин. Затем смесь направляют на последующую грубую фильтрацию. Полученный сок концетрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 65 масс.% с получением неосветленного концентрированного сока топинамбура. Полученный неосветленный концентрат с содержанием мякоти не более 3 масс.% хранят пастеризованным в асептических емкостях либо непастеризованным в охлаждаемых емкостях до температуры не выше 10°C. Для получения осветленного концентрированного сока топинамбура после грубой фильтрации сок направляют на ультрафильтрацию через полимерные мембраны размером 8 кДа, полученный пермеат концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 70 масс.%. Полученный осветленный концентрат хранят пастеризованным в асептических емкостях либо непастеризованным в охлаждаемых емкостях с температурой не выше 10°C (патент RU 2444914, опубл. 20.03.2012). Способ отличается несложным процессом производства осветленного и неосветленного концентрированного сока топинамбура с максимальным извлечением питательных и биологически активных веществ, а также обеспечивает удлинение сроков хранения концентратов не менее 12 месяцев с сохранением качественных показателей, однако требует использования сложного оборудования для проведения операции ультрафильтрации, предполагает использование ферментов, что требует тщательной дорогостоящей технологии; кроме того, в процессе производства используют глины (бентониты), которые являются сильными окислителями, что в конечном итоге повышает себестоимость продукта.

Известен способ комплексной переработки клубней топинамбура, предусматривающий мойку и предварительное измельчение сырья. Полученную мезгу нагревают до 100°C в течение 30-60 с и подвергают прессованию. Полученные после прессования выжимки обрабатывают горячей водой с температурой 80-90°C при гидромодуле смеси 1:2-3. К полученному раствору добавляют фермент. Фермент обладает целлюлазной и гемицеллюлазной активностью. Полученный сок объединяют с соком от первичного прессования. Далее смесь подвергают кратковременному нагреву до температуры 100°C и обрабатывают бентонитом и активированным углем при постоянном перемешивании в течение 30 мин. Затем смесь направляют на грубую фильтрацию и ультрафильтрацию через полимерные мембраны размером 8 и 5 кДа. Полученный ретентат концентрируют. Далее выделяют инулин путем кристаллизации при температуре 5-10°C или получают глюкозо-фруктозные сиропы ферментативным методом. Пермеат концентрируют до содержания сухих растворимых веществ не менее 75 мас.% для получения сиропа или направляют на распылительную сушку (патент RU 2444908, опубл. 20.03.2010). Изобретение позволяет повысить эффективность процесса переработки топинамбура за счет получения целого комплекса конечных продуктов и существенно сократить энергозатраты при производстве, однако, предполагает использование ферментов, что требует тщательной дорогостоящей технологии, а также использования сложного оборудования для проведения операции ультрафильтрации и, как следствие, увеличивает объем стоков, что ведет к повышению стоимости продукта.

Известен способ получения пищевых волокон из жома топинамбура, включающий экстрагированние, прессование, сушку, дробление, ситовое фракционирование и удаление ферропримесей. В качестве экстрагента используют подкисленную лимонной кислотой до pH=5,0-5,2 воду в соотношении измельченная масса:экстрагент, как 1:1,5. При этом экстрагирование проводят при температуре 80-85°C в течение 15 минут. Сушку отпрессованного после экстрагирования жома осуществляют при температуре 100-105°C до содержания остаточной влаги 8,5-10%. Дробление осуществляют до порошкообразного состояния с последующим ситовым фракционированием и удалением ферропримесей (патент RU 2492704, опубл. 20.09.2013). Способ позволяет создать простой и безотходный способ переработки клубней топинамбура и обеспечивает равномерную загрузку технологической линии по производству пищевых волокон в течение года. Недостатком способа является использование температуры до 105°C, что вызывает процесс частичной деактивации биологически активных веществ, а это приводит к снижению биологической ценности продукта.

Вышеперечисленные недостатки известных способов, каждый отдельно или все вместе, снижают технологическую эффективность, повышают стоимость производства, вызывают сложности при масштабировании производства, не позволяют получить продукт с заявленными свойствами.

Задачей изобретения является разработка способа получения отбеленных инулинсодержащих пищевых растительных волокон из свежих сырых клубней топинамбура, с максимальным сохранением инулиновых веществ в конечном продукте, который характеризуется минимальным количеством технологических ступеней, использованием нетоксичных реагентов в минимальном объеме, масштабируемостью производства.

Технический результат достигается за счет:

1) выбора оптимальных температурных и временных показателей технологических этапов;

2) технологической оптимизации процесса отбелки;

3) использования технологической воды разного качества на разных этапах производства.

Технический результат достигается тем, что исходное сырье измельчают, фракционируют до размера фракции 1,0-1,6 мм, промывают полученную фракцию в растворе уксусной кислоты, при pH=3,8-4,0, гидромодуле 1:20, температуре 35-40°C, в течение 5-10 минут, при постоянном перемешивании, отжимают на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин, не более 30 минут до влажности продукта 90-94%, добавляют отжатую пульпу в раствор, содержащий умягченную технологическую воду с общим солесодержанием не более 250 мг/л, в том числе общей жесткостью (Са²⁺, Mg²⁺) не более 15 мкр. экв/л, содержанием хлоридов (Cl^-) не более 50 мг/л, сульфатов ( ) не более 100 мг/л, и щелочной реагент КОН, при уровне pH=9,0-10,0, гидромодуле 1:20-1:25, температуре воды 40-45°C, добавляют перекись водорода при температуре 40-45°C, при постоянно работающей мешалке со скоростью вращения 30-60 об/мин, до оптимальной концентрации 0,5%, при pH=8,5-9,0, производят медленный контролируемый нагрев до температуры 65-70°C, выдерживают в течение 40-60 минут, отжимают на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин, производят отмывку в умягченной воде температурой 40-45°C, при гидромодуле 1:15-1:30, в течение 15 минут при постоянном перемешивании, со скоростью вращения 40 об/мин, отжимают на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин, проводят первую доотмывку в умягченной воде, при гидромодуле 1:20-1:25, температуре 40-45°C, подают мелкодиспергированный озон в потоке очищенного воздуха через 4-6 минут от начала доотмывки, в течение 15-30 минут, с диаметром пузырька озона 30-50 микрон, отжимают на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин, проводят вторую доотмывку в умягченной воде при температуре воды 40-45°C, в течение 15-25 минут, производят отжим на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин.

Способ реализуется следующим образом.

При производстве инулинсодержащих пищевых растительных целлюлозных волокон в качестве сырья предпочтительно используют сырые клубни топинамбура.

Исходное сырье помещают в молотковую дробилку или другой аналогичный измельчитель, обеспечивающий получение фракции необходимого размера, производят дробление. Полученное вещество фракционируют до размера фракции 1,0-1,6 мм.

Полученную фракцию помещают в раствор уксусной кислоты с pH=3,8-4,0 и осуществляют промывку при гидромодуле 1:20, в течение 5-10 минут, при температуре 35-40°C, при постоянном перемешивании.

По истечении времени производят отжим на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин или другом отжимном оборудовании, таком как ленточный пресс, не более 30 минут, до влажности продукта 90-94%.

Отжатую пульпу помещают в раствор, содержащий умягченную технологическую воду, обладающую следующими качествами: общее солесодержание не более 250 мг/л, в том числе общая жесткость (Ca²⁺, Mg²⁺) не более 15 мкр. экв/л, хлориды (Cl^-) не более 50 мг/л, сульфаты ( ) не более 100 мг/л, и щелочной реагент КОН, при уровне pH=9,0-10,0, оптимально 9,5, гидромодуле 1:20-1:25, оптимально 1:20, температуре воды 40-45°C.

При температуре 40-45°C и постоянно работающей мешалке со скоростью вращения 30-60 об/мин, предпочтительно 40-50 об/мин, оптимально 40 об/мин, вносят перекись водорода до оптимальной концентрации 0,5%, при pH=8,5-9,0, производят медленный контролируемый нагрев до температуры 65-70°C, выдерживают в течение 40-60 минут, оптимально 50 минут.

По истечении времени производят отжим на центрифуге со скоростью вращения 4800-5000 об/мин, или другом отжимном оборудовании, таком как ленточный пресс.

Далее проводят одну отмывку и две доотмывки.

При отмывке в качестве технологической воды используют умягченную воду температурой 40-45°C, предпочтительно 40-43°C, оптимально 40°C, при гидромодуле 1:15-1:30, предпочтительно 1:20-1:25, оптимально 1:20. Отмывку производят в течение 15 минут при постоянном перемешивании, со скоростью вращения мешалки 40 об/мин.

По истечении указанного времени производят отжим при аналогичных условиях отжима.

Первую доотмывку проводят в умягченной воде, при гидромодуле 1:20-1:25, оптимально 1:20, при температуре 40-45°C, предпочтительно 40-43°C, оптимально 40°C, и начинают подавать мелкодиспергированный озон в потоке очищенного воздуха через 4-6 минут от начала доотмывки, оптимально через 5 минут, в течение 15-30 минут, предпочтительно 15-25 минут, оптимально 20 минут. При этом диаметр пузырька озона составляет 30-50 микрон, предпочтительно 30-40 микрон, оптимально 30 микрон. Подача озона необходима для дезинфекции (глубокой стерилизации) и усиления эффекта отбелки. При меньшем размере пузырька озона происходит насыщение продукта озоном, при большем размере пузырька не происходит необходимой дезинфекции.

По истечении общего времени доотмывки производят отжим пульпы при аналогичных условиях отжима.

Затем проводят вторую доотмывку. Полученную отжатую пульпу подают в реактор с мешалкой в умягченную воду при температуре воды 40-45°C, предпочтительно 40-43°C, оптимально 40°C, в течение 15-25 минут, предпочтительно 15-20 минут, оптимально 15 минут с момента поступления первой порции пульпы.

По истечении времени производят отжим при аналогичных условиях отжима.

В результате получают влажный зернистый продукт белого или светло-желтого цвета с нейтральным вкусом, без посторонних запахов, с влажностью 90-94%), содержанием инулиновых веществ 25-30% АСС к массе абсолютно сухих веществ, зольностью не более 2%.

Полученный продукт может быть подвергнут дополнительной стадии гомогенизации с целью получения гидрогелей продукта. Для этого полученный влажный зернистый продукт разбавляют умягченной водой до необходимого содержания сухих веществ, которое обеспечивает вязкость геля, требуемую для конкретных примеров реализации, перемешивают до однородной массы с помощью куттера, блендера или любого аналогичного оборудования, обеспечивающего получение однородной массы, затем пропускают через гомогенизатор, например, APV, при давлении 200-250 атмосфер. Операцию повторяют 2-3 раза, оптимально 2 раза. В результате получают гель с вязкостью больше 9000 сП.

Готовый влажный негомогенизированный продукт может быть подвергнут дополнительной стадии непрерывной инфракрасной конвективной сушки конвейерного типа с продувом чистым воздухом при температуре продукта в течение всего времени не выше 30-35°C, исключающей возможность конденсации испаренной влаги на продукте, до влажности продукта 7-9%. В результате получают готовый сухой продукт в виде хлопьев.

Полученный сухой продукт может быть подвергнут дополнительной стадии размола до требуемого размера фракции. В результате получают сухой порошкообразный однородный продукт.

Готовый продукт в виде сухих микрофибриллярных инулинсодержащих целлюлозных волокон (в виде хлопьев или порошкообразный) является быстро восстанавливаемым до первоначальных свойств влажного продукта методом гидратации. В процессе восстановления продукт заливают расчетным количеством умягченной воды температурой 40-45°C в соответствии с коэффициентом восстановления, выдерживают при заданной температуре в течение 30-60 минут, оптимально 30 минут. В результате получают влажный зернистый продукт с первоначальным набором свойств.