Способ получения олигофруктозы

Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к способам получения пребиотиков. Предложен способ получения олигофруктозы. Заполняют пищевую емкость подготовленной водой, температура которой составляет 8-12°С. Включают мешалку и барботирование. Осуществляют подачу пара и нагрев воды до температуры 40-45°C. Постепенно добавляют сахар-песок при перемешивании. Проводят корректировку pH до 5,0-6,0. Добавляют фруктозилтрансферазу, глюзооксидазу, каталазу. Проводят ферментацию 24 часа при постоянном барботировании и перемешивании при контроле значения pH на протяжении всего процесса ферментации около 5,5±0,5. Поддержание кислотно-щелочного баланса осуществляют путем внесения 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. Осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости, фильтрацию, слив фильтрата в бак-накопитель, выгрузку осадка из фильтра. Производят распылительную сушку фильтрата. Изобретение позволяет сократить время производства олигофруктозы, повысить активность фермента, улучшить пребиотические свойства продукта. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

 

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.

Может применяться декантер с частотой вращения до 30-40 ГЦ и производительности от 5 до 15 м³/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).

1. Способ получения олигофруктозы, включающий заполнение пищевой емкости подготовленной водой, температура которой составляет 8-12°С, 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, 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, а 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, осуществляют кристаллизацию смеси в закрытой емкости, фильтрацию, слив фильтрата в бак-накопитель, выгрузку осадка из фильтра и производят распылительную сушку фильтрата.

2. Способ получения олигофруктозы по п.1, характеризующийся тем, что барботирование осуществляют с помощью барботера, который включает безмасляный компрессор, HEPA-фильтр и угольный фильтр, при барботировании воздух в барботер поступает из окружающей среды.

3. Способ получения олигофруктозы по п.1, характеризующийся тем, что корректировку pH до 5,0-6,0 осуществляют добавлением в пищевую емкость цитратного буфера.

4. Способ получения олигофруктозы по п.3, характеризующийся тем, что 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.

5. Способ получения олигофруктозы по п.1 или 4, характеризующийся тем, что после охлаждения смеси до 5-18°С осуществляют снижение оборотов мешалки до 5-10 Гц.

6. Способ получения олигофруктозы по п.5, характеризующийся тем, что кристаллизацию смеси в закрытой емкости осуществляют при работе мешалки на частоте 10 Гц и при температуре смеси 5-18°С.

7. Способ получения олигофруктозы по п.6, характеризующийся тем, что фильтрацию осуществляют на фильтре с размером пор 0,02-0,05 мм.

8. Способ получения олигофруктозы по п.7, характеризующийся тем, что распылительную сушку фильтрата осуществляют при температуре входящего воздуха, равной 130-160°С, и температуре выходящего воздуха - 65-80°С.