CC BY
31
УДК 547.458.412.3 DOI 10.52653/РР1.2021.10.10.012
Технологическая оценка и требования к качественным показателям топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные
Т.С. Пучкова*, канд. техн. наук; В.А. Бызов, канд. с.-х. наук; Д.М. Пихало; О.М. Карасева
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Красково, Московская обл.
Дата поступления в редакцию 26.05.2021 * vniik@arrisp.ru
Дата принятия в печать 13.09.2021 © Пучкова Т.С., Бызов В.А., Пихало Д.М., Карасева О.М., 2021
Реферат
Исследования по разработке требований к показателям качества топинамбура и цикория проведены с использованием отечественных и импортных сортов топинамбура из Костромской обл. (ООО «ВИВА»), цикория из Московской обл. (ООО «Современник») урожая 2017-2018 гг. Исследуемые образцы были проанализированы на показатели качества: массовая доля сухого вещества в соке, стружке; углеводный состав экстракта, полученного горячей водной диффузией стружки топинамбура или цикория; углеводный состав в пересчете в г/на 100 г инулинсодержащего сырья. Установлено, что свежеубранные клубни топинамбура содержат 14-19 % углеводов, в том числе 12-17 % инулина, 1,0-1,6 % ди- и моносахаридов; корнеплоды цикория - 17-19 % углеводов, в том числе 15-17 % инулина, 1,0-2,4 % ди- и моносахаридов. В результате разработаны требования к инулинсодержащему сырью для переработки на инулин: массовая доля сухого вещества в клубнях топинамбура и корнеплодах цикория - не менее 22 %, массовая доля инулина - не менее 14 %, массовая доля ди- и моносахаридов - не более 2 %. Разработана принципиальная универсальная технологическая схема переработки инулинсодержащего сырья на инулин и его производные - олигофруктозу и фруктозный сироп. Определены технологические режимы проведения непрерывной диффузии из стружки сырья: температура 80...85 С, продолжительность процесса -1 ч, величина гидромодуля - 1:2. Разработаны методы очистки инулинсодержащего экстракта: кислотная коагуляция, очистка активным углем, двухступенчатая ионообменная очистка по схеме К1+А1+К2+А2. В результате очистки примеси сиропа снижаются в десятки раз: цветность - не более 0,5 ед. опт. пл.; массовая доля протеина - не более 0,5 %; золы - не более 0,2 %. Для получения олигофруктозы или фруктозного сиропа предложено проводить неполный или полный гидролиз очищенного сиропа с использованием ферментных препаратов инулиназы компании «Новозаймс» (Дания). Определены оптимальные условия гидролиза инулина для получения олигофруктозы: Т=55...58 С; рН 4,7-5,2; Св=19-20 % при продолжительности 22-24 ч и дозировке препарата 0,3-0,4 ед. ^и/г СВ. Разработанная технология позволит создать отечественные продукты рационального оздоровительно-профилактического, диетического и диабетического назначения для функционального питания населения.
Ключевые слова
инулин, олигофруктоза, очистка, сухое вещество, топинамбур, углеводный состав, цикорий Для цитирования
Пучкова Т.С., Бызов В.А., Пихало Д.М., Карасева О.М. (2021) Технологическая оценка и требования к качественным показателям топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные // Пищевая промышленность. 2021. № 10. С. 86-91.
Technological assessment and requirements for quality indicators of jerusalem artichoke and chicory for processing into inulin and its derivatives
T.S. Puchkova*, Candidate of Technical Sciences; V.A. Byzov, Candidate of Agricultural Sciences; D.M. Pihalo; O.M. Karaseva The All-Russian Research Institute of Starch Products - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center of food systems of RAS, Kraskovo, Moscow region
Received: May 26, 2021 * vniik@arrisp.ru
Accepted: September 13, 2021 © Puchkova T.S., Byzov V.A., Pikhalo D.M., Karaseva O.M., 2021
Abstract
Studies on the development of requirements for the quality indicators of Jerusalem artichoke and chicory were carried out using domestic and imported varieties of Jerusalem artichoke from the Kostroma region. (LLC «VIVA»), chicory from the Moscow region. (LLC «Sovremennik») harvest 2017-2018 The samples under study were analyzed for their quality indicators: mass fraction of dry matter in juice, shavings; carbohydrate composition of the extract obtained by hot water diffusion of Jerusalem artichoke and chicory; carbohydrate composition in terms of g / per 100 g of inulin-containing raw materials. It was found that freshly harvested Jerusalem artichoke tubers contain 14-19 % carbohydrates, including 12-17 % inulin, di- and monosaccharides 1,0-1,6 %; chicory roots 1719 % carbohydrates, including 15-17 % inulin, 1,0-2,4 % di- and monosaccharides. As a result, requirements were developed for inulin-containing raw materials for processing into inulin: mass fraction of dry matter in Jerusalem artichoke tubers and chicory root crops - at least 25 %; mass fraction of inulin - not less than 14%; mass fraction of di- and monosaccharides - no more than 2 %. A basic universal technological scheme for processing inulin-containing raw materials into inulin and its derivatives - oligofructose and fructose syrup has been developed. The technological modes of continuous diffusion from raw material chips were determined: temperature 80...85 °C, process duration - 1 h, hydromodule value - 1:2. Methods for purification of inulin-containing extract have been developed - acid coagulation, purification with active carbon, two-stage ion-exchange purification according to the scheme K1 + A1 + K2 + A2. As a result of purification, syrup impurities are reduced tenfold: color - no more than 0,5 units. wholesale pl.; mass fraction of protein - no more than 0,5 %; ash - no more than 0,2 %. To obtain oligofructose or fructose syrup, it is proposed to carry out incomplete or complete hydrolysis of purified syrup using inulinase enzyme preparations from Novozymes (Denmark). The optimal conditions for the hydrolysis of inulin to obtain oligofructose have been determined: T=55...58 °C; pH 4,7-5,2; DM=19-20% with a duration of 22-24 hours and a dosage of the drug 0,3-0,4 units. INU/g DM. The developed technology will make it possible to create domestic products of rational health-improving, preventive, dietary and diabetic nutrition for the creation of functional nutrition products for the population.
Key words
jerusalem artichoke, chicory, inulin, oligofructose, dry matter, carbohydrate composition, purification For citation
Puchkova T.S., Byzov V.A., Pikhalo D.M., Karaseva O.M. (2021) Technological assessment and requirements for quality indicators of Jerusalem artichoke and chicory for processing into inulin and its derivatives // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2021. No. 10. P. 86-91.
Введение. В настоящее время сохранение здоровья и продолжительности жизни населения - одна из важнейших и актуальных задач. Для этого необходимо расширить ассортимент продуктов питания функционального и специализированного назначения. Перспективным направлением развития пищевой промышленности является получение продуктов функционального, лечебно-оздоровительного назначения на основе нетрадиционных видов растительного сырья, имеющих специфические свойства и химический состав благодаря содержанию в нем инулина. К такому виду растительного сырья семейства сложноцветных относятся ину-линсодержащие клубни топинамбура и корнеплоды цикория. Инулин является широко распространенным в растительном мире резервным углеводом. Больше всего инулина содержится в цикории, топинамбуре, значительно меньше в таких растениях, как лук, чеснок, девясил, якон и других. инулин из цикория имеет степень полимеризации 2-60 ед., а из топинамбура - 2-30 ед. [1, 2, 3]. Выбор вида сырья и технологии для производства инулина и его производных является актуальным вопросом [4] и зависит от качества перерабатываемого топинамбура и цикория, а также требуемой чистоты конечных продуктов и экономических предпосылок [5].
Инулин и его производные (олиго-фруктоза, фруктозный сироп) применяются в пищевой промышленности для улучшения питательных и функциональных свойств продуктов. К питательным свойствам относятся снижение калорийности, пребиотический эффект, обогащение диетическими волокнами, уменьшение содержания сахара, улучшение усвоения кальция; к функциональным - текстурный эффект, растворимость, термостабильность, ограничение сладости, препятствие очерствению, синергизм с желирующими агентами и интенсивными подсластителями. Инулин во многих странах мира широко используется как добавка в различные пищевые продукты - молочные, кондитерские, хлебобулочные, макаронные изделия, сок, спреды - и в детское питание [6].
Таким образом, инулин и олигоф-руктоза могут широко применяться как низкокалорийные продукты диетического и диабетического питания, а также как структурообразователи. Всё это способствовало широкому развитию исследований по разработке технологии инулина и олигофруктозы. В последние годы в Западной Европе и Китае их выпуск увеличился в десятки раз и составляет сейчас более 100 тыс. т в год. Ведущим производителем инулина из топинамбура является Китай. В настоящее время в Китае производят около 30 тыс. т инулина в год. Инулин из цикория в основном производят европейские страны: Нидерланды, Франция и др.
Топинамбур выращивают практически во всех странах мира. Площадь посевов топинамбура в мировом земледелии составляет 2,5 млн га, в США - 700 тыс. га, во Франции - 500 тыс. га, в Австрии -130 тыс. га при средней урожайности 50-60 т клубней с 1 га. Увеличиваются площади выращивания топинамбура в Англии, Германии, Венгрии, Польше, Японии и Китае. Валовой сбор урожая во Франции составляет 7,5 млн т, в Канаде -3 млн т, в США - 28 млн т [7]. В настоящее время топинамбур - одно из самых высокоурожайных растений. Разработаны технологии и оборудование, позволяющие производить из него качественные корма, продукты здорового питания, пищевые добавки, биокорректоры, инулин, фруктозу, фитосборы, этанол и многое другое.
В России в настоящее время топинамбур и цикорий выращивают в незначительных объемах. На некоторых предприятиях их перерабатывают в виде сухого порошка или консервов и используют для производства хлебопекарных, кондитерских, молочных и др. продуктов питания. Импортный порошкообразный инулин и олигофруктоза на предприятиях пищевой промышленности РФ применяются для производства молочных продуктов, сока, шоколада, макаронных изделий, спредов, экструзионных зерновых продуктов детского питания [7].
Топинамбур в России считается более перспективным сырьем по сравнению с цикорием из-за простоты агротехники, возможности зимовки в земле и переработки в весенний период. Высокая урожайность клубней и зеленой массы топинамбура по своей питательной ценности не уступает многим кормовым культурам. В России при нынешнем минимуме посевных площадей собрана наибольшая в мире коллекция на Майкопской селекционной станции (Республика Адыгея) -около 300 сортов топинамбура. При организации производства инулина необходимо учитывать особенности топинамбура в агротехнике, способах хранения и сроках его переработки [8, 9].
К сожалению, в России в настоящее время цикорий в промышленных масштабах практически не возделывается и не перерабатывается. Сухой цикорий импортируется в основном из Индии, а также из европейских стран. Топинамбур возделывают только в 13 областях на 3 тыс. га [7]. Это связано с тем, что основным фактором сдерживания развития рынка этого ценного растительного сырья является недостаточно сформированный спрос на эти культуры из-за отсутствия необходимого для их переработки оборудования, а также комплексной переработки для разных отраслей промышленности.
Цель работы - технологическая оценка и требования к качественным показателям
топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные.
Объекты и методы исследований.
В качестве объекта исследований использовали клубнеплоды топинамбура урожая 2017-2018 гг. по ГОСТ Р 55757-2013, корнеплоды цикория по действующей НД урожая 2017-2018 гг.; инулинсодержащие продукты - экстракт, полученный горячим водным экстрагированием из свежеубран-ного сырья (топинамбура и цикория).
При проведении исследований применяли следующие методы анализа и приборы: массовую долю влаги стружки инулинсодержащего сырья определяли на влагомере марки MF-50 (компания AND, Япония); массовую долю сухого вещества экстракта и сиропа - на рефрактометре марки ИРФ-454Б2М (Россия); углеводный состав экстракта и сиропа - на жидкостном хроматографе углеводов с рефрактометрическим датчиком компании Gilson; цветность сиропов - на фотометре марки КФК-3 (Россия); массовую долю протеина по методу Кьельдаля - на аппарате марки К-424 (компания BUCHI Labortecknik, Германия); золу - сжиганием в муфельной печи при температуре 600...650 °С.
Анализы проводили в трех повтор-ностях, результаты определений представлены как средние арифметические. Расхождение между параллельными определениями не превышали 3 % от среднего арифметического значения при доверительной вероятности Р=0,95.
Результаты исследований и обсуждение. Во ВНИИ крахмалопродуктов ведутся научные исследования технологии инулина из инулинсодержащего сырья -цикория и топинамбура. Разработка технологии инулина и олигофруктозы из топинамбура проводилась при выполнении Программы Союзного государства «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура на 2014-2016 годы» [10, 11].
Выбор технологии зависит от качества перерабатываемого топинамбура и цикория, а также от требуемой чистоты конечных продуктов и экономических предпосылок.
Содержание инулина в цикории и топинамбуре незначительно различается и составляет в среднем 14-19 %. Каждая из этих культур имеет свои особенности в агротехнике, способах хранения и переработки, которые необходимо учитывать при организации производства инулина. Цикорий легче перерабатывать благодаря удобной форме его корнеплодов, однако привкус горечи, обусловленный наличием в цикории гликозида интибина, требует дополнительной технологической операции для его удаления [12].
В табл. 1 приведены сравнительные физико-химические показатели качества наиболее распространенных углевод-
содержащих культур - топинамбура, цикория, картофеля и сахарной свеклы.
Экспериментальная часть. Технологическая оценка и требования к качественным показателям топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные проведены с использованием свежеубранных образцов разных сортов топинамбура из Костромской обл. (ООО «ВИВА») и цикория из Московской обл. (ООО «Современник»).
Физико-химические показатели образцов топинамбура различных сортов зависят даже в одном регионе от климатических условий выращивания, почвы, сроков сбора урожая и других факторов. Исследования физико-химических показателей топинамбура и цикория для переработки на инулин проводились по следующим критериям: размер клубней по диаметру, массовая доля сухого вещества в соке, стружке, углеводный состав экстракта, полученного горячей водной диффузией стружки инулинсодержащего сырья.
В табл. 2 и 3 приведены показатели массовой доли СВ сока, стружки топинамбура урожая 2017-2018 гг. и углеводный состав экстракта на 100% углеводов.
По результатам технологической оценки сортов инулинсодержащего сырья в 2017-2018 гг. были разработаны предварительные требования к его селекции для переработки на инулин: массовая доля сухого вещества - не менее 22,0 %; массовая доля инулина в экстракте на 100 % углеводов - не менее 80 %.
Из испытанных образцов клубней 20172018 гг. в соответствии с требованиями к селекции для переработки на инулин были выбраны перспективные сорта: Скороспелка, Сиреники, Шпиндель, Интерес, Фаворит и Violet De Rennes, углеводный состав которых был дополнительно определен с учетом растворимых и нерастворимых веществ, содержащихся в 100 г клубня. Результаты исследований образцов с учетом примесей, содержащихся в клубнях, приведены в табл. 4 и 5.
Исследованные клубни отечественных сортов Скороспелка, Сиреники, Интерес содержат всего около 14 % углеводов, в том числе 12-13 % инулина, а импортные сорта Violet De Rennes, шпиндель характеризуются высоким содержанием углеводов: 18,7-17,5 % и инулина 17,2-15,5 %.
Клубни урожая 2018 г. содержат 15-18 % углеводов, в том числе 11-15 % инулина, ди- и моносахаридов - не более 2 %.
На основании проведенных исследований были разработаны требования к технологическим свойствам топинамбура для получения инулина: массовая доля сухого вещества - не менее 22 %; массовая доля инулина - не менее 14 %; массовая доля ди- и моносахаридов - не более 2 %. Этим требованиям соответствуют 5 образцов топинамбура, в том числе два
Таблица 1
Физико-химические показатели качества углеводсодержащих культур
Наименование показателей Единица измерения Топинамбур Цикорий Картофель Сахарная свекла
Сухое вещество % 21-32 20-30 13-37* 25,0**
В том числе:
углеводы:
инулин % 16-20 15-20 - -
крахмал % - - 8-29 -
сахароза % - - - 17,5
Белок % 1,4-2,0 2,8-4,5 1,1-2,1 1,5
Минеральные вещества % 1,1-5,9 1,5-4,8 0,4-1,9 0,6
Жир % 1,7-3,0 0,7 0,04-1,0 -
Пектиновые вещества % 1,0-1,4 - 0,6-1,1 2,2
Углеводов в 100 г сухого вещества % 62,5-76,2 66,7-75,0 61,5-78,4 70,0
Прочие вещества: * - 1,9 % ,** - 3,2 %.
Таблица 2
Массовая доля сухого вещества сока, стружки топинамбура и углеводный состав экстракта топинамбура, урожай октябрь 2017 г.
№ пп Наименование сорта, регион Показатели
СВ сока% СВ струж-ки% Углеводный состав экстракта, % (на 100 % углеводов)
Инулин Олигоса-хариды Дисаха-риды Глюкоза Фруктоза
1 Скороспелка 18,7 19,5 87,14 2,73 7,70 - 2,43
2 Сиреники 21,6 21,6 91,04 2,79 6,17 - -
3 Violet De Rennes 19,0 24,4 92,08 - 6,49 - 1,43
4 Шпиндель 22,0 23,3 88,74 3,40 7,86 - -
5 Интерес 20,7 19,4 88,37 - 9,41 - 2,22
6 Находка 17,2 17,8 - - -- -
7 Десертный 15,2 14,3 - - -- -
8 Крепыш 21,3 21,4 88,08 3,45 8,47 - -
9 Интерес-21 21,0 21,6 84,39 3,53 9,98 - 2,10
10 Новость ВИРА 18,4 17,6 - - -- -
11 Омский белый 20,5 19,7 83,80 3,38 8,44 - 4,38
12 БКР-1 22,4 23,4 86,75 4,12 9,13 - -
13 ПББ 21,4 22,8 93,10 2,41 4,49 - -
14 ПБКР-У 24,2 24,65 91,17 2,77 6,06 - -
15 ПБК 21,0 21,8 - - - - -
Таблица 3
Массовая доля сухого вещества сока, стружки топинамбура и углеводный состав экстракта топинамбура, урожай октябрь 2018 г.
Показатели
№ пп Наименование сорта, СВ сока СВ струж- Углеводный состав экстракта, % на 100 % углеводов
гибрида % ки % Инулин Олигоса-хариды Диса-хариды Глюкоза Фруктоза
1 Скороспелка 23,2 22,15 77,99 9,86 12,15 - -
2 Сиреники 24,2 25,15 86,59 5,94 7,47 - -
3 Violet De Rennes 22,6 22,22 73,83 17,18 8,99 - -
4 Шпиндель 24,0 25,25 78,84 10,73 10,43 - -
5 Интерес 20,6 21,03 59,36 16,67 22,87 - 1,10
6 Фаворит 26,2 26,88 82,84 6,93 9,03 - 1,20
7 Гулливер 25,4 26,07 84,06 6,87 8,38 - 0,68
8 Гибрид ПББ 24,2 25,38 73,09 11,84 15,07 - -
9 Гибрид ПБК 25,6 26,70 77,08 10,33 12,59 - -
10 Гибрид БКР 24,6 25,50 75,18 12,21 12,61 - -
Таблица 4
Углеводный состав образцов свежеубранного топинамбура, г/на 100 г клубня, урожай октябрь 2017 г.
Еди- Наименование сортов
Показатели ница измер. Скороспелка Сиреники Шпиндель Интерес Violet De Rennes
Массовая доля сухого вещества % 19,50 21,60 23,32 19,35 24,40
Массовая доля растворимых веществ г/100 г 15,48 15,96 19,10 15,01 19,90
Массовая доля нерастворимых веществ г/100 г 4,02 5,64 4,22 4,34 4,50
Массовая доля углеводов, всего г/100 г 13,98 14,06 17,51 13,74 18,68
В том числе:
инулина г/100 г 12,19 12,80 15,54 12,15 17,20
олигосахаридов г/100 г 0,38 0,39 0,59 - -
дисахаридов г/100 г 1,07 0,87 1,38 1,29 1,21
фруктозы г/100 г 0,34 - - 0,30 0,27
Таблица 5
Углеводный состав образцов свежеубранного топинамбура, г/на 100 г клубня, урожай октябрь 2018 г.
Един. измер. Наименование сорта
Показатели Сиреники Скороспелка Фаворит Шпиндель Violet De Rennes
Массовая доля сухого вещества % 25,15 22,15 25,07 27,45 21,75
Массовая доля растворимых веществ г/100 г 19,88 18,14 21,23 21,96 17,05
Массовая доля нерастворимых веществ г/100 г 5,27 4,01 3,84 5,49 4,7
Массовая доля углеводов, всего г/100 г 17,83 15,30 18,45 18,40 15,02
В том числе:
инулина г/100 г 15,44 11,93 15,28 14,51 11,09
олигосахаридов г/100 г 1,06 1,51 1,28 1,97 2,58
дисахаридов г/100 г 1,33 1,86 1,67 1,92 1,35
фруктозы г/100 г - - 0,22 - -
Таблица 6
Углеводный состав экстракта цикория
№ пп Наименование сорта Углеводный состав экстракта, %, на 100% углеводов
Инулин Олиго-сахариды Дисахариды Глюкоза Фруктоза
1 Александровский 84,90 2,37 10,28 0,00 2,45
3 Ярославский 89,10 4,35 5,60 0,00 0,95
2 Голевский 82,58 8,10 9,32 0,00 0,00
Таблица 7
Углеводный состав образцов свежеубранного цикория, г/на 100 г клубня, урожай октябрь 2018 г.
Наименование показателей, ед. изм. Цикорий, сорт
Александровский Голевский Ярославский
Массовая доля СВ сырья, % 23,62 26,85 22,62
Массовая доля нерастворимых веществ г/100 г СВ сырья 4,10 6,0 5,05
Массовая доля растворимых веществ, г/100 г СВ сырья 19,52 20,85 17,57
Массовая доля углеводов, г/100 г СВ сырья, в том числе: 19,06 18,59 16,80
инулина 16,57 15,35 15,65
олигосахаридов - 1.51 -
дисахаридов 2,01 1,73 0,98
глюкозы 0,0 0,00 0,00
фруктозы 0,48 0,00 0,17
гибрида, массовая доля инулина в экстракте из них составляет 79-87 %.
На основании исследований 25 образцов свежеубранного топинамбура при определении массовой доли инулина и сухого вещества в соке из различных регионов РФ за период 2014-2017 гг. разработан экспресс-метод определения массовой доли инулина от массовой доли сухого вещества и выведено уравнение математической обработкой полученных результатов с использованием программы Statistica 10 и Table Curve 2D:
Ин = 1,95+0,663-СВ
где Ин - массовая доля инулина, %;
СВ - массовая доля сухого вещества сока, %.
Таким образом, наряду с методом ВЭЖХ определения инулина в сырье предложен экспресс-метод анализа инулина по содержанию сухого вещества сока в свежеубранном сырье.
При исследовании требований к качественным показателям корнеплодов цикория по аналогии с топинамбуром также определен углеводный состав экстракта (табл. 6), полученного горячей водной диффузией из свежеубранного сырья урожая 2018 г. из Московской обл. (ООО «Современник») разных сортов: Александровский, Ярославский, нового сорта Голевский, разработанного ФГБНУ ВНИИ сахарной свеклы (ВНИИСС) им. А.Л. Мазлумова РАН.
В соответствии с табл. 6 в экстрактах цикория массовая доля инулина составляет 82,5-89,1 %, что выше по сравнению с данными анализа углеводного состава из клубней топинамбура того же периода сбора урожая: 79-87% (табл. 2). Углеводный состав исследуемых образцов цикория также был дополнительно определен с пересчетом растворимых и нерастворимых веществ, содержащихся в 100 г корнеплода. Результаты исследований с учетом нерастворимых примесей, содержащихся в корнеплодах, приведены в табл. 7.
Установлено, что все образцы цикория по требуемым параметрам (массовая доля сухого вещества, углеводов и инулина) соответствуют требованиям, предъявляемым к исходному сырью при производстве инулина. Исследованные свежеубранные корнеплоды цикория содержат 17-19 % углеводов, в том числе 15-16 % инулина.
На основании проведенных исследований были разработаны требования к технологическим свойствам инулин-содержащего сырья для получения инулина: массовая доля сухого вещества -не менее 22 %, массовая доля инулина -не менее 14 %, массовая доля ди- и моносахаридов - не более 2 %.
В результате проведенных исследований разработаны наиболее оптимальные
качество и безопасность
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения инулина и его производных: концентрат инулина (сироп), концентрат инулина (порошок), инулин порошкообразный, олигофруктоза, фруктозный сироп
Таблица 8
Показатели качества инулинсодержащего сиропа из топинамбура до и после ионообменной очистки
Наименование проб, ступени очистки Цветность, ед. опт. пл. Эффект обесцвечивания, % Протеин, % Эффект очистки от протеина, % Зола, % Эффект деминерализации, %
Исходный сироп на очистку 3,20 - 4,50 - 4,04 -
К + А1 + К2 + А2 0,32 90 0,5 89 0,12 97
последовательности технологических приемов производства инулина и его производных - олигофруктозы и фруктозного сиропа, которые получают путем неполного или полного гидролиза инулина. Предложена принципиальная технологическая схема получения инулина и его производных из топинамбура и цикория (рис. 1).
Для получения инулина и его производных разработано несколько технологических способов выделения инулина в виде его концентрата и инулина порошкообразного с высокой степенью очистки с использованием мембранной технологии или хроматографического разделения. Выбор технологии зависит от качества перерабатываемого сырья, а также от требуемой чистоты конечных продуктов и экономических предпосылок [4, 5].
В процессе переработки инулинсодер-жащий экстракт подвергается воздействию среды с различной кислотностью при повышенной температуре. Высокое содержание в сырье моно- и дисахаридов затрудняет процесс очистки экстракта, увеличивает содержание окрашенных продуктов их распада, что повышает цветность продукта. В связи с этим были разработаны требования к качеству инулин-содержащего сырья для переработки на инулин: удобная для переработки форма, массовая доля сухого вещества не менее 22,0 %, минимальное содержание моно-и дисахаридов (не более 2%).
В лабораторных условиях ВНИИ крах-малопродуктов отработаны и проверены элементы технологической схемы получения инулина из топинамбура и цикория: мойка и резка сырья, горячая водная диффузия инулина, коагулирование примесей, угольная, ионообменная очистка, мембранное или хроматографическое разделение углеводов для получения инулина повышенной чистоты [12, 13].
Установлено влияние собственной ферментной системы топинамбура на процесс экстрагирования инулина. Для предотвращения повышения цветности продуктов при переработке сырья на инулин предложены различные способы обработки: бланширование, использование реагентов для инактивации собственной ферментной системы и др. Определено, что бланширование клубней топинамбура является рациональным решением для улучшения качества и снижения расхода адсорбентов на очистку. определены технологические режимы проведения непрерывной диффузии из стружки сырья: температура 80...85 °С, продолжительность процесса - 1 ч, величина гидромодуля - 1:2.
Экстракт после диффузии кроме углеводов содержит значительное количество минеральных примесей, а также белковых соединений и других азотистых веществ, имеющих коллоидный характер. Установлено, что эти высокомолекулярные примеси эффективно удаляют кислотной
коагуляцией при температуре 80-85 °С и величине рН 4,7 с последующим механическим фильтрованием.
Для более глубокой очистки экстракта от примесей применяют ионообменную очистку. Проведенные исследования по двухступенчатой ионообменной очистке инулинсодержащего сиропа из топинамбура и цикория показали, что, несмотря на повышенное содержание присутствующих в нем примесей, получен достаточно высокий эффект очистки [12]. Для исследований использовали ионообменные смолы компании «Пьюролайт» (США): сильнокислотный катионит марки С150 и слабоосновный анионит марки A103S.
В табл. 8 приведены показатели качества сиропа из топинамбура до и после ионообменной очистки.
Разработаны требования к качеству инулинсодержащего сиропа после двухступенчатой ионообменной очистки по схеме К1 + А1 + К2+А2: цветность - не более 0,5 ед. опт. пл.; массовая доля протеина -не более 0,5 %; золы - не более 0,2 %.
Несмотря на повышенное содержание примесей неуглеводного характера (красящие и минеральные вещества, протеин) в сиропе цикория и особенно топинамбура, после двукратной ионообменной очистки удается сократить содержание указанных примесей в десятки раз.
Очищенный на ионообменных смолах сироп концентрируют и высушивают на распылительной сушилке. Полученный по вышеописанной схеме концентрат ину-
лина содержит не менее 85 % инулина, 12-14 % низкомолекулярных углеводов, не более 0,2 % золы и 0,5 % протеина.
Для получения порошкообразного инулина, содержащего не менее 92 % инулина, разработаны способы его очистки от низкомолекулярных ди- и моносахаридов с использованием мембранной технологии или хроматографического разделения
[13].
Олигофруктозный и фруктозный сиропы получают неполным или полным гидролизом очищенного инулинсодержащего сиропа с использованием ферментных препаратов инулиназы. Определены оптимальные условия гидролиза инулина для получения олигофруктозы: Т=55...58 °С; рН 4,7-5,2; СВ=19-20 % при продолжительности 22-24 ч и дозировке препарата 0,3-0,4 ед. ^и/ г СВ [14].
Разработанная технология позволит производить отечественные продукты рационального оздоровительно-профилактического, диетического и диабетического назначения для создания продуктов функционального питания.
Выводы. Определены физико-химические показатели топинамбура и цикория из разных регионов России. По результатам технологической оценки сортов инулинсодержащего сырья уточнены требования к технологическим показателям качества для переработки на инулин и его производные: массовая доля сухого вещества в клубнях топинамбура
quauty and safety
и корнеплодах цикория - не менее 22 %, массовая доля инулина - не менее 14 %, массовая доля ди- и моносахаридов - не более 2 %.
Изучено влияние степени очистки инулинсодержащего сиропа из цикория и топинамбура на ферментативный гидролиз. Проведены исследования по разработке режима ферментативного гидролиза инулина для получения олигофруктозы, и определена дозировка инулиназы: 0,3 -0,4 INU/ г СВ сиропа при продолжительности гидролиза 24-20 ч.
Актуальность и значимость исследований заключаются в разработке научно-практических требований к селекции перспективных сортов топинамбура и цикория с заданными технологическими свойствами и создании отечественной эффективной технологии инулина и его производных как ценного пре-биотического компонента для лечебно-профилактического и оздоровительного питания населения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Данилов, К.П. Топинамбур. Монография. -Чебоксары: Новое время, 2013. - 202 с.
2. Вильчик, В.А. Цикорий: рекомендации по выращиванию, уборке, переработке и использованию. - Ярославль: Верхне-Волжское книжное издательство, 1982. - 80 с.
3. Жуковский, П.М. Культурные растения и их сородичи. Издание второе, переработанное и дополненное. - Л.: Колос, 1964. - С. 326-328.
4. Кайшев, В.Г. Организация производства инулина в России: необходимые ресурсы и организационно-экономический механизм реализации приоритетного проекта / В.Г. Кайшев, Н.Д. Лукин, С.Н. Серегин // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. - 2018. - № 6. - С. 2-8.
5. Гулюк, Н.Г. О технологии концентрата инулина из топинамбура / Н.Г. Гулюк, Т.С. Пучкова, Д.М. Пихало [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. - № 12. - С. 37-39.
6. Перковец, М.В. Влияние инулина и олигофруктозы на снижение риска некоторых «болезней цивилизации» // Пищевая промышленность. - 2007. - № 5. - С. 22-23.
7. Будько, Д. Рынок инулина: Европа лидирует в мировом производстве, Россия подсчитывает упущенные возможности // Бизнес пищевых ингредиентов. - 2019. - № 2. - С. 46-47.
8. Старовойтов, В.И. Топинамбур - инновационный ресурс в развитии экономики России / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, П.С. Звягинцев [и др.] // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. - 2013. - № 2. - С. 30-32.
9. Старовойтов, В.И. Топинамбур - культура многоцелевого использования / В.И. Старо-
войтов, О.А. Старовойтова, П.С. Звягинцев, Ю.Т. Лазунин // Пищевая промышленность. -2013. - № 4. - С. 22-25.
10. Гулюк, Н.Г. Технологическая схема производства инулина из топинамбура / Н.Г. Гулюк, Т.С. Пучкова, Д.М. Пихало // Материалы XIV Международной научно-практической конференции. - Минск, 2015. - С. 57-59.
11. Гулюк, Н.Г. Переработка инулинсодер-жащего сырья на инулин и его производные / Н.Г. Гулюк, Т.С., Пучкова, Д.М. Пихало // Достижения науки и техники АПК. - 2017. - № 8. -С. 76-79.
12. Гулюк, Н.Г. Об очистке экстракта из инулинсодержащего сырья / Н.Г. Гулюк, Н.Д. Лукин, Т.С., Пучкова, Д.М. Пихало // Пищевая промышленность. - 2017. - № 2. - С. 24-26.
13. Гулюк, Н.Г. Хроматографическое разделение углеводов инулинсодержащих сиропов / Н.Г. Гулюк, Т.С. Пучкова, Д.М. Пихало // Достижения науки и техники АПК. - 2019. -Т. 33. - № 9. - С. 74-78.
14. Лукин, Н.Д. Гидролиз инулина ферментным препаратом эндоинулиназы марки «Новозим 960» для получения олигофрукто-зы / Н.Д. Лукин, Т.С. Пучкова, Д.М. Пихало, О.М. Карасева // Достижения науки и техники АПК. - 2020. - Т. 34. - № 6. - С. 89-91.
REFERENCES
1. Danilov KP. Topinambur. Monografiya [Jerusalem artichoke. Monograph]. Cheboksary: Novoe vremya, 2013. 202 p. (In Russ.)
2. Vil'chik VA. Cikorij: Rekomendacii po vyraschivaniyu, uborke, pererabotke i ispol'zovaniyu [Chicory: Recommendations for growing, harvesting, processing and using]. Yaroslavl': Verhne-Volzhskoe knizhnoe izdatel'stvo [Upper Volga Book Publishing house], 1982. 80 p. (In Russ.)
3. Zhukovskij PM. Kul'turnye rasteniya i ih sorodichi. Izdanie vtoroe, pererab. i dopoln. [Cultivated plants and their relatives]. L.: Kolos, 1964. P. 326-328 (In Russ.).
4. Kajshev VG, Lukin ND, Seregin SN. Organizaciya proizvodstva inulina v Rossii: neobhodimye resursy i organizacionno-ekonomicheskij mekhanizm realizacii prioritetnogo proekta [Organization of inulin production in Russia: the necessary resources and the organizational and economic mechanism for the implementation of the priority project]. Ekonomika seL'skohozyajstvennyh i pererabatyvayuschih predpriyatij [Economy of agricultural and processing enterprises]. 2018. No. 6. P. 2-8 (In Russ.).
5. Gulyuk NG, Puchkova TS, Pihaio DM, Gulakova VA. O tekhnologii koncentrata inulina iz topinambura [About the technology of Jerusalem artichoke inulin concentrate]. Hranenie i pererabotka sei'hozsyr'ya [Storage
and processing of agricultural raw materials]. 2015. No. 12. P. 37-39 (In Russ.).
6. Perkovec MV. Viijanie inuiina i oiigofruktozy na snizhenie riska nekotoryh «boieznej civiiizacii». Pischevaja promyshiennost' [Food industry]. 2007. No. 5. P. 22-23. (In Russ.).
7. Bud'ko D. Rynok inuiina: Evropa iidiruet v mirovom proizvodstve, Rossiya podschityvaet upushchennye vozmozhnosti [Inuiin market: Europe leads global production, Russia counts lost opportunities]. Biznes pischevyh ingredientov [Food ingredients business]. 2019. No. 2. P. 46-47 (In Russ.).
8. Starovojtov VI, Starovojtova OA, Zvjagin-cev PS, et ai. Topinambur - innovacionnyj resurs v razvitii ekonomiki Rossii. Pischevye ingredienty: syr'e i dobavki [Food ingredients: raw materials and additives]. 2013. No. 2. P. 30-32. (In Russ.).
9. Starovojtov VI, Starovojtova OA, Zvjagin-cev PS, Lazunin Yu T. Topinambur - kui'tura mnogoceievogo ispoi'zovanija [Jerusalem artishoke - a culture of multipurpose use]. Pischevaja promyshiennost' [Food industry]. 2013. No. 4. P. 22-25. (In Russ.).
10. Guijuk NG, Puchkova TS, Pihaio DM. Tehnoiogicheskaja shema proizvodstva inuiina iz topinambura [Technoiogicai scheme for the production of iniiin from Jerusaiem artichoke]. Materiaiy XIV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Materiais of the XIV Internationai scientific and practicak conference]. Minsk, 2015. P. 57-59. (In Russ.).
11. Guijuk NG, Puchkova TS, Pihaio DM. Pererabotka inuiinsoderzhashhego syr'ja na inuiin i ego proizvodnye [Processing of inuiincontainingraw materiais into inuiin and its derivatives]. Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements in science and technoiogy AIK]. 2017. No. 8. P. 76-79.
12. Guijuk NG, Lukin ND, Puchkova TS, Pihaio DM. Ob ochistke ekstrakta iz inuiinsoderzhashhego syr'ja [Purification of the extract from inuiincontaining raw materiais]. Pischevaja promyshiennost' [Food industry]. 2017. No. 2. P. 24-26. (In Russ.).
13. Guijuk NG, Puchkova TS, Pihaio DM. Hromatograficheskoe razdeienie ugievodov inuiinsoderzhaschih siropov [Chromatographic separation of carbohydrates from inuiincontaining syrups]. Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements in science and technoiogy AIK]. 2019. Voi. 33. No. 9. P. 74-78. (In Russ.).
14. Lukin ND, Puchkova TS, Pihaio DM, Karase-va OM. Gidroiiz inuiina fermentnym preparatom jendoinuiinazy marki «Novozim 960» dija poiuchenija oiigofruktozy [Hydroiysis of inuiin by the enzyme preparation of endoinuiinase brand «Novozyme 960» for obtaining oiigofructose]. Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements in science and technoiogy AIK]. 2020. Voi. 34. No. 6. P. 89-91.
Авторы
Пучкова Татьяна Сергеевна, канд. техн. наук, Бызов Василий Аркадьевич, канд. с.-х. наук, Пихало Дания Мустафиевна, Карасева Оксана Михайловна
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 140051, Московская обл., Люберцы, д.п. Красково, ул. Некрасова, д. 11, vniik@arrisp.ru
Authors
Tafyana S. Puchkova, Candidate of Technicai Sciences, Vasiiiy A. Byzov, Candidate of Agricuiturai Sciences, Daniya M. Pihaio, Oxana M. Karaseva
The Aii-Russian Research Institute of Starch Products - Branch of V.M. Gorbatov Federai Research Center of food systems of RAS, 11, Nekrasov str., Kraskovo, Lyubertsy district, Moscow region, 140051, vniik@arrisp.ru
