Разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
На правах рукописи
ЕКУТЕЧ Руслан Измаилович
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ИНУЛИНА И ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых,
бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции
и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2010
Работа выполнена в Государственном научном учреждении
«Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки
сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Шаззо Рамазан Измаилович |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Бутина Елена Александровна кандидат технических наук, доцент Евдокимова Оксана Валерьевна |
| Ведущая организация: | Государственное научное учреждение «Всероссийский НИИ консервной и овощесушильной промышленности» Россельхозакадемии |
Защита состоится «23» декабря 2010 года в 13-00 час. на
заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул.
Московская, 2, ауд. Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского
государственного технологического университета
Автореферат разослан «23» ноября 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, доцент В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. Изменение образа жизни и факторов среды обитания современного человека определили новые требования к формированию макро- и микронутриентного состава его рациона питания. В этой связи особо важной становится реализация государственной утвержденной программы здорового питания, предусматривающей создание продуктов с нормированным составом и свойствами, что зачастую обусловлено использованием нетрадиционных видов сырья, среди которых следует особенно выделить клубни многолетнего клубненосного растения семейства сложноцветных – топинамбура (Heliantus tuberosus L.), отличительными особенностями которого являются: высокая урожайность клубней, неприхотливость к условиям возделывания, стойкость к болезням и вредителям
Пищевая ценность клубней топинамбура обусловлена высоким содержанием функциональных макро- и микронутриентов, таких как инулин, пектиновые вещества, пищевые волокна, минеральные элементы и др. Это определяет перспективность использования клубней топинамбура в качестве сырья для производства физиологически ценной продукции: инулина и пищевых волокон.
Таким образом, исследования, направленные на создание инновационной технологии переработки клубней топинамбура с получением продукции с выраженными функционально-физиологическими свойствами актуальны и представляют научный и практический интерес.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематики НИР Российской академии сельскохозяйственных наук этап 10.02.01.01 «Разработать комплексную ресурсосберегающую экологически безопасную технологию переработки топинамбура».
1.2 Цель работы. Целью работы является разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура.
1.3 Основные задачи исследования:
- обоснование выбора сорта топинамбура в качестве перспективного сырья для получения физиологически ценных продуктов;
- выбор и обоснование способа хранения и разработка рекомендаций по рациональной переработке клубней топинамбура в зависимости от срока хранения;
- выбор экстрагента и обоснование способа экстрагирования;
- разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура;
- оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура;
- разработка математической модели прогнозирования выхода инулина при различных условиях проведения процесса экстрагирования из клубней топинамбура;
- комплексная оценка безопасности и качества инулина и пищевых волокон полученных по разработанной технологии;
- изучение влияния условий и сроков хранения инулина и пищевых волокон на их потребительские свойства;
- разработка комплектов технической документации на производство инулина, инулин содержащих продуктов и пищевых волокон из клубней топинамбура.
- опытно-промышленная апробация разработанной технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура и оценка экономической эффективности предлагаемых технологических решений.
1.4 Научная новизна. Изучена динамика некоторых компонентов химического состава при грунтовом хранении в условиях Краснодарского края.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования воды с нейтральным рН при экстрагировании инулина из клубней топинамбура, для увеличения выхода и повышение качества конечного продукта. Выявлены и обоснованны особенности химического состава инулина из клубней топинамбура, оказывающие влияние на его функциональную активность
Впервые применена СВЧ обработка для инактивации полифенолаксидазы клубней топинамбура, так же ведущая к увеличению выхода целевого компонента – инулина, определены её параметры.
Определена оптимальная степень измельчения клубней, гидромодуль, температура и продолжительность экстрагирования для обеспечения максимального выхода и качества целевых продуктов.
Для определения углеводного состава клубней была адаптирована и впервые применена методика определения углеводов с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Данная методика легла в основу разработанного ГОСТ «Метод определения растворимых сахаров с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии».
Новизна технического решения подтверждена решениями о выдаче патентов Российской Федерации № 2009112304/13 «Комплексная переработка топинамбура», № 2009112302/12 «Получение инулинсодержащего раствора». № 2202231 «Получение инулинсодержащего концентрата».
1.5 Практическая значимость. Адаптирована и впервые применена методика определения углеводного состава корне- и клубнеплодов с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии, на основе которой разработан проект ГОСТ. Разработана технология переработки клубней топинамбура, обеспечивающая получение инулина и пищевых волокон заданного уровня безопасности и качества.
Разработана и утверждена документация на сырье: ТУ 9741-298-04801346-09 «Топинамбур свежий (клубни)». Разработаны комплекты технической документация на производство экстракта и пищевых волокон, включающие технологические инструкции и технические условия (ТУ 9162-297-04801346-09 «Полуфабрикат. Экстракт из топинамбура», ТУ 9163-431-04801346-10 «Пищевая добавка. Пищевые волокна топинамбура измельченные»).
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология апробирована в условиях фирмы «Эспланада Южная» (ст. Староминская Краснодарского края). Технология принята к внедрению на производстве фирмы «Эспланада Южная» в IV квартале 2010 года.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет: 229 940,00 рублей на 1 тонну инулина и 7 788,00 рублей на 1 тонну пищевых волокон
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции «Научно-практичские аспекты экологизации продуктов питания» (Углич, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Олимпиада - 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». (Краснодар, 2009г.), на 2 Международной научно-практической конференции «Пищевые продукты и технологии» (г. Москва, 2009г.).
1.8 Публикации: По материалам выполненных исследований опубликовано 13 работ, в том числе 3 научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено два решения о выдаче патента РФ на изобретения.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 153 страницах компьютерного текста, включает 42 таблицы и 20 рисунков. Список литературных источников включает 166 наименований, в том числе 20 иностранных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Характеристика объектов исследования. Объектами исследования являлись различные сорта топинамбура (Интерес, Интерес — 21, Скороспелка, 4М-20, Violet de Rennet) урожая 2007-2008 гг., районированные в Краснодарском крае и республике Адыгея; образцы инулина и пищевых волокон, полученного из клубней топинамбура по различным технологиям, в 2008-2009 гг. в условиях Краснодарского НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции и ООО «Эспланада Южная» (ст. Староминская).
2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методы физико-химического анализа микробиологических и органолептических исследований, а также современные методы инструментального анализа: ИК-, УФ- и атомно-абсорбционную спектроскопию, высокоэффективную хроматографию и капиллярно-зонный электрофорез.
Экспериментальные исследования проведены в научно-исследовательских лабораториях и испытательном центре Государственного научного учреждения Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственного сырья Российской академии сельскохозяйственных наук, Северо-Кавказского НИИ животноводства и на Майкопской опытной станции ВИР.
Качественный и количественный состав углеводов определялся с помощью ВЭЖХ, по адаптированной нами для корне- и клубнеплодов методике с применением рефрактометрического детектора. Минеральный состав клубней топинамбура определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе КВАНТ-АФА.
Безопасность сырья и полученных продуктов определяли с использованием стандартных методов.
Полученные результаты исследований обрабатывали с использованием методов математической статистики. Достоверность полученных данных подтверждена трехкратной повторностью опытов, с учетом погрешностей и обеспечением доверительной вероятности не менее 95%.
Структурная схема исследования представлена на рисунке 1.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Обоснование выбора сорта топинамбура в качестве перспективного сырья для получения физиологически ценных продуктов. Выбор сорта топинамбура осуществляли на основании изучения химического состава клубней различных сортов, районированных на территории Краснодарского края и республики Адыгея. Результаты исследований, выполненных в 2007-2008 гг., приведены в таблице 1.
Показано, что клубни топинамбура целесообразно использовать для производства таких физиологически ценных продуктов как инулин и пищевые волокна. Учитывая, что инулин является наиболее ценным целевым продуктом, в качестве основного сырья и объекта исследования выбран сорт Интерес, содержащий наибольшее (более 47%) количество инулина
от суммы сухих веществ
Таблица 1 Химический состав клубней топинамбура
| Наименование показателя | Значение показателя | ||||
| сорт топинамбура | |||||
| Интерес (Россия) | Интерес-21 (Россия) | 4М-20 (Россия) | Скороспелка (Россия) | Violet de Rennet (Франция) | |
| Массовая доля минеральных веществ, мг %: Са К P Fe Mg Zn | 35 178 380 10 29,5 430 | 38 182 408 12 23,5 460 | 26 200 307 12 23,0 480 | 20 165 500 8 30 350 | 40 197 487 9 21 500 |
| Массовая доля*, %: пищевых волокон | 12,00 | 11,90 | 11,60 | 12,10 | 12,70 |
| в т.ч. протопектина | 0,86 | 0,86 | 0,77 | 0,65 | 0,71 |
| растворимого пектина | 3,70 | 3,66 | 3,79 | 3,65 | 3,41 |
| общих сахаров | 75,86 | 74,90 | 75,08 | 75,47 | 73,50 |
| В т.ч.инулина | 47,34 | 42,36 | 37,58 | 35,48 | 36,41 |
| белка | 6,00 | 5,80 | 5,20 | 6,10 | 5,00 |
* - по отношению к абсолютно сухому веществу
3.2 Выбор и обоснование способа хранения и разработка рекомендаций по рациональной переработке клубней топинамбура в зависимости от срока хранения. При хранении клубней топинамбура, в результате естественных процессов дыхания, происходит расщепление молекулы инулина под действием эндофермента инулингидролазы до более простых фруктоолигосахаридов, что обусловливает снижение содержания инулина при практически постоянном содержании фруктозы на начальных этапах хранения. Это необходимо учитывать при разработке эффективной технологии переработки клубней топинамбура с получением в качестве целевых продуктов инулина и пищевых волокон.
В условиях относительно тёплой в Краснодарском крае и республике Адыгея зимы, одним из наименее затратных способов хранения клубней топинамбура является грунтовое сохранение «на корню».
Результаты изучения изменения содержания инулина в клубнях топинамбура, сохраняемых указанным способом в течение пяти месяцев (с ноября по март), представлены на рисунке 2.
Согласно полученным данным, в течение первого месяца хранения происходило незначительное увеличение содержания инулина в результате процессов дозревания. Однако уже со второй декады декабря содержание инулина начало активно снижаться.
Такая тенденция сохранялась до конца января, при этом характер
происходящих изменений свидетельствует о протекании активных метаболических процессов в тканях клубней топинамбура.
С начала февраля скорость расщепления инулина и интенсивность снижения содержания общего количества углеводов постепенно снижается, что свидетельствует о стабилизации метаболических процессов.
Учитывая выявленный характер метаболических превращений, происходящих в тканях клубней топинамбура при хранении «на корню» предложен дифференцированно-ассортиментный подход к их переработке (таблица 2).
Исходя из предложенных направлений переработки, для обеспечения эффективного использования клубней топинамбура в качестве сырья для получения инулина и пищевых волокон, срок хранения клубней в грунте не должен превышать двух месяцев, при этом они должны быть убраны не позднее конца декабря.
Таблица 2 – Направления рациональной переработки клубней топинамбура в зависимости от срока хранения
| Срок хранения | Характеристика клубней топинамбура | Направления переработки |
| ноябрь- декабрь | Высокое содержание инулина; тонус клубней без существенных изменений | Сырье для получения инулина и пищевых волокон |
| январь – первая декада февраля | Низкое содержание инулина при достаточно высоком содержании углеводов; тонус клубней незначительно снижен | Сырье для получения цельно-резаных пищевых продуктов, например, чипсов, цукатов и т.п. |
| вторая декада февраля – конец марта | Незначительное содержание инулина при низком содержании углеводов; тонус клубней существенно снижен | Сырье для получения паст, сиропов, экстрактов и продуктов экструзионной переработки. |
3.3 Разработка комплексной технологии переработки клубней топинамбура с получением инулина и пищевых волокон.
3.3.1 Выбор экстрагента и обоснование способа экстрагирования инулина. Известные технологии получения инулина из топинамбура предусматривают использование в качестве экстрагента растворов кислот или электроактивированной воды. Но низкие значения рН способствуют кислотной деградации инулина, что снижает как выход и качество готового продукта. Учитывая это, в качестве экстрагента целесообразно использовать воду с нейтральным рН, при этом для инактивации ферментов возможно использование полей сверх высокой частоты (СВЧ). Учитывая это, исследовали воздействие СВЧ обработки на инактивацию полифенолоксидазы клубней топинамбура.
Для определения активности полифенолоксидазы использовали кос-
венный метод, основанный на потемнении экстракта с течением времени при обработки излучением различной мощности. При этом определение цветности проводили по адаптированной методике (ГОСТ 52796-2007). При проведении исследований варьировали мощность СВЧ поля и длительность обработки. Результаты исследований представлены на рисунке 3.
Показано, что обработка клубней топинамбура полем СВЧ мощностью 750 Вт/кг перед измельчением ведет к инактивации полифенолоксидазы. Такая обработка обеспечивает ослабление структурных связей и частичное разрушение клеточных стенок материала, что интенсифицирует последующий процесс экстракции инулина.
Увеличение коэффициента внутренней молекулярной диффузии при прочих равных условиях можно обеспечить за счет снижения размеров частиц экстрагируемого материала. Предварительные исследования показали, что оптимальная степень измельчения клубней топинамбура составляет от 0,5 до 1 мм.
Наиболее существенными факторами, оказывающими влияние на эффективность экстракции в системе «измельченные клубни топинамбура- вода», являются температура, продолжительность экстрагирования и соотношение «экстрагент – экстрагируемое» (гидромодуль). Учитывая это, проводили оптимизацию указанных технологических режимов применительно к клубням топинамбура, подготовленным к экстракции согласно разработанным рекомендаций. Экстракция проводилась в лопастной мешалке якорного типа (Мешалка РВ-1,5) диаметром 0,4 м, скорость вращения лопастей 120 об/мин, критерий Рейнольдса более 11700.
3.3.2 Оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура. Оптимизацию осуществляли дробным способом, чередуя воздействия различных факторов в следующем порядке «температура (х1) – продолжительность (х2) – гидромодуль (х3). В качестве критерия эффективности экстракции использовали отношение массовой доли инулина в экстрагенте, полученной за данный интервал времени экстракции, к массовой доле инулина в исходном сырье.
Исследование воздействия температуры на степень извлечения инулина осуществляли в диапазоне от 40 до 80 С, (гидромодуль согласно традиционным режимам - 2,2, должительность экстрагирования – 80 мин). Нижняя граница диапазона соответствовала началу денатурации транспортных и рецепторных белков эндоплазматической мембраны и клеточной стенки, структурного белка экстенсина. Верхняя - соответствовала началу гидролитического расщепления гликозидных связей олигогалактуронопиранозильных последовательностей в составе клеточной стенки.
В результате математической обработки экспериментальных данных была получена следующая статистически адекватная математическая зависимость 
, (1)
где х1 – температура экстрагирования, С; у – выход инулина в результате экстрагирования, % к исходному содержанию;
а = 81,36555798; b = 58,32653585; c = 21,15522513
Графическая интерпретация зависимости (1) представлена на рисунке 4а. Анализ функции отклика показывает существенное влияние температуры на эффективность экстракции инулина, что свидетельствует о достаточно низком коэффициенте внутренней диффузии инулина, а следовательно о выраженной структурированности экстрагируемого материала. Наличие выраженного экстремума в интервале температур 55-60С может быть объяснено уменьшением вязкости среды и отсутствием термического расщепления гликозидных связей. Для дальнейших исследований было принято значение температуры 60С.
Исследование влияния продолжительности экстрагирования на выход инулина приводили в диапазоне от 10 до 60 минут (гидромодуль - 2,2, температура - 60 С). Нижняя граница продолжительности процесса была определена предварительными экспериментами и соответствовала времени дифузии инулина из измельченной биомассы слоем 1 мм, что соответствует максимальному размеру частиц экстрагируемого материала. Верхняя граница определялась экономической и технологической целесо-
образностью реализации процесса.
В результате математической обработки получена следующая статистически адекватная математическая зависимость:
, (2)
где х2 – продолжительность экстрагирования, мин; а = 82,84440622;
b = 11,09154473; с=8,395031668.
Графическая интерпретация зависимости (2) представлена на рисунке 4б.
Анализ полученной функциональной зависимости показывает наличие трёх выраженных зон – кинетической зоны, характеризующейся достаточно высокой скоростью диффузии инулина (I); зоны стабилизации скорости диффузии инулина (II) и пассивной зоны (III), соответствующей достижению относительного равновесия между концентрацией инулина в твержой и жидкой фазах. В качестве рабочего значения для проведения дальнейших исследований была выбрана продолжительность процесса,
составляющая 60 мин.
При обеспечении повышения значения коэффициента молекулярной диффузии, одним из основных факторов, определяющих кинетику экстракции инулина из измельченных клубней топинамбура, является движущая сила массообменного процесса – разность концентраций инулина в сырье и экстракте, определяемая гидромодулем.
Исследование влияния гидромодуля на степень извлечения инулина приводили в диапазоне от 0,5 до 3,0, при этом продолжительность процесса составляла 60 минут, а температура - 60 С.
Нижняя граница диапазона варьирования гидромодуля выбрана на основании результатов предварительных эксперментов, показавших низкую эффективность экстрагирования при гидромодуле со значением ниже 0,5. Верхняя граница обусловлена экономической и технологической целесообразностью реализации процесса.
В результате математической обработки экспериментальных данных была получена следующая статистически адекватная математическая зависимость 
, (3)
где х3 – гидромодуль системы «экстрагент - биомасса»;
а = 80,90272328; b = 0,736824595; с=0,276361624.
Графическая интерпретация зависимости (3) представлена на рисунке 5.
Анализ представленной функции также показывает наличие трёх выраженных зон – кинетической зоны, характеризующей высокой скоростью диффузии инулина (I); зоны стабилизации скорости диффузии инулина (II) и пассивной зоны (III), характеризующейся достижением относительного равновесия между концентрацией инулина в твержой и жидкой фазах.
Для определения совокупности оптимальных значений технологических режимов извлечения инулина из клубней топинамбура при экстрагировании водой, необходимо рассматривать найденные математические зависимости (1-3) в комплексе. Особенностью исспользуемого подхода является выдвигаемый постулат о равнозначности факторов влияющих на выход инулина в системе уравнений 
. (4)
В соответствии с данным постулатом все три исходных технологических фактора являются зависимыми друг от друга в интервалах областей определения каждого, независимо от количества выхода инулина.
Для практического нахождения оптимума с использованием системы уравнений (4) необходимо учитывать зависимость выхода инулина от одного из исходных факторов системы, имеющую явно выраженный экстремум. В этом случае аналитическая система уравнений для нахождения оптимума условий экстрагирования инулина из клубней топинамбура имеет следующий вид 
, (5)
Графическое выражение данной системы уравнений в границах областей определения каждого из рассматриваемых технологических факторов, а так же выхода целевого продукта (t[0;100], T[0;100], q[0,4;6,4], In[0;10), представлено на рисунке 6
При определении оптимальных условий, из зависимости y=f(x1) численными методами определяли величину температуры, при которой y max.
Для найденного значения х1, на основании зависимости х3 = F(x1), вычисляли оптимальное значение гидромодуля, на основании величины которого, используя зависимость х3=F(x2), численными методами определяли оптимальное значение продолжительности процесса.
В результате реализации предлагаемых подходов были получены следующие оптимальные значения технологических режимов: температура – 58,5С, продолжительность – 45 мин., гидромодуль - 2,0. Теоретический выход инулина при указанных режимах составляет 81,25%. от исходного содержания.
Адекватность математической модели проверялась на основе результатов контрольных экспериментов, осуществляемых в пятикратной повторности. Экспериментально полученное значение выхода целевого продукта – инулина составило 81±0,9%, что указывает на адекватность модели в целом.
3.3.3 Разработка технологической схемы переработки клубней топинамбура с получением инулина и пищевых волокон. На основании проведенных исследований была разработана технология получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура. Разработанная технологическая схема представлена на рисунке 7, а в таблице 3 приведены основные технологические режимы.
Особенностью технологии является обработка клубней топинамбура в СВЧ поле, осуществление последующего измельчения на дезинтеграторе фирмы НПФ «Ньютон», г.Краснодар, а также использование в качестве экстрагента воды и проведение экстракции в соответствие с разработанными технологическими режимами.
Модульная организация технологического процесса позволяет полу-
чить в качестве промежуточного продукта инулин содержащий экстракт (содержание инулина до 20%).
В качестве побочного продукта образуется минеральный фруктозно-глюкозный экстракт, который может быть использован в качестве добавки при производстве безалкогольных напитков и кисломолочных продуктов.
Рисунок 7 – Технологическая схема переработки клубней топинамбура с получением инулина и пищевых волокон
Таблица 3 – Технологические режимы комплексной переработки клубней топинамбура
| Наименование стадии и режима | Параметры режима |
| 1. Измельчение клубней топинамбура Степень измельчения (диаметр частиц), мм | 0,5…1 |
| 2. Бланширование в СВЧ поле: мощность, Вт/кг сырья | 750 |
| 3. Экстрагирование: Гидромодуль Температура, С Продолжительность, мин | 2 58 45 |
| 4. Отделение экстракта: На фильтрующей самовыгружающейся центрифуге, фактор разделения На осадительной самовыгружающейся центрифуге, фактор разделения | 4000 4000 |
| 5. Получение инулина Молекулярно массовая сепарация: I стадия удаление высокомолекулярных соединений, порог удержания, кДа II стадия удаление низкомолекулярных компонентов, порог удержания, кДа | 6,0-8,0 0,8-2,0 |
| Концентрирование на установке обратного осмоса: Массовая доля сухих веществ, % | 15…40 |
| Сушка на вакуумной вальцовой сушилке: Температура, С Длительность, мин Остаточная влажность,% | 55 0,1 4 |
| Измельчение высушенной массы: Степень измельчения (диаметр частиц), мм | не более 0,2 |
| 6. Получение пищевых волокон Шпарка: Температура, С Длительность, мин | 140-150 25-30 |
| Экстрагирование Гидромодуль Температура, С Продолжительность, мин | 2 65 20 |
| Прессование (влажность менее, %) | 30 |
| Сушка Температура, С Остаточная влажность, % | 70 10 |
3.4 Опытно-промышленная апробация разработанной технологии переработки клубней топинамбура с получением инулина и пищевых волокон. Апробацию разработанной комплексной технологии переработки клубней топинамбура с получением инулина и пищевых волокон осуществляли в условиях ООО «Эспланада Южная», ст. Староминская Краснодарского края.
Установлено, что реализации разработанной технологии позволяет из 1 т клубней топинамбура получать 80 кг инулина и 45 кг пищевых волокон. Фасовку инулина и пищевых волокон осуществляли в герметичные банки из полипропилена массой нетто 500 г и нетто 900 г с контролем первого вскрытия. Образцы выработанных опытных партий использовали для дальнейших исследований с целью комплексной оценки их безопасности и качества.
3.5 Комплексная оценка безопасности и качества инулина и пищевых волокон, полученных по разработанной технологии. Оценку безопасности инулина и пищевых волокон проводили в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01. Сравнительная характеристика показателей качества инулина (совместно с Северо-Кавказскимо НИИ животноводства), полученного по разработанной и известной технологии, показала преимущество новой технологии: средняя молекулярная масса 4200 Да против 2600 Да, чистота 95% против 92%, себестоимость 102,2 р/кг против181,2 р/кг. При этом себестоимость инулина, получаемого по разработанной технологии, более, чем в 1,7 раза ниже себестоимости продукта, получаемого по традиционной технологии.
Представленные данные свидетельствуют о высокой пищевой и физиологической ценности инулина и пищевых волокон, получаемых по разработанной технологии, что определяет перспективность их использования при производстве продуктов функционального и специализированного назначения. Пищевая и энергетическая ценность инулина и пищевых волокон приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Пищевая и энергетическая ценность концентрированного (20%) инулинсодержащего экстракта клубней топинамбура
| Наименование показателя | Значение показателя | |
| инулин | пищевые волокна | |
| 1 | 2 | 3 |
| Энергетическая ценность, ккал | 251,8 | 40,0 |
| Массовая доля, % | ||
| сухих веществ | 96 | 87,0 |
| белков | следы | 9,0 |
| углеводов | 95,8 | следы |
| В т.ч. инулина | 95 | отсутствие |
| пектиновых веществ | 0,3 | 42-45 |
| Продолжение таблицы 4 | ||
| 1 | 2 | 3 |
| клетчатки | Не доп. | 23,0-20,0 |
| Содержание органических кислот в расчете на яблочную кислоту, г | следы | отсутствие |
| Содержание минеральных веществ, мг/100 г: | 0,1 | 3,5-5,0 |
| Содержание -каротина, мг/100 г | следы | отсутствие |
3.6 Изучение влияния условий и сроков хранения инулина и пищевых волокон на их потребительские свойства. Срок хранения инулина и пищевых волокон определяли на основе изучения изменений микробиологических и органолептических показателей готовой продукции в течение 15 месяцев. Хранение осуществляли при температуре 18+2оС и относительной влажности воздуха не более 75%. Результаты исследований изменений микробиологических показателей инулина и пищевых волокон представлены на рисунке 8.
Показано, что в течение 15 месяцев хранения количество определяемых микроорганизмов находилось в пределах, допустимых СанПиН 2.3.2.1078-01.
Снижение количества дрожжей и плесеней, а также мезофильных микроорганизмов в порошке инулина и пищевых волокнах в процессе хранения может быть объяснено низкой влажностью (не более 4%), не позволяющей развиваться микроорганизмам и ведущей к постепенному отмиранию споровых форм.
3.7 Разработка комплектов технической документации. Разработан и утвержден комплект необходимой технической документации, включающий технологические инструкции ТУ 9162-297-04801346-09 «Полуфабрикат. Экстракт из топинамбура», ТУ 9163-431-04801346-10 «Пищевая добавка. Пищевые волокна топинамбура измельченные».
Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технологических решений составит более 1 500 000,00 руб.
ВЫВОДЫ
1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что клубни топинамбура сорта «Интерес» наиболее целесообразно использовать для производства инулина и пищевых волокон.
2. На основании исследований углеводного состава при грунтовом хранении установлены направления эффективной переработки клубней топинамбура по периодом хранения.
3. Показано, что с целью повышения выхода и качества инулина в качестве экстрагента целесообразно использовать воду с нейтральным рН.
4. Экспериментально установлена инактивация полифенолоксидазы и частичное разрушение клеточных стенок при обработке клубней топинамбура а поле СВЧ мощьностью 750 Вт/кг.
5. Разработана технология получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура, особенностью которой является обработка клубней топинамбура в СВЧ поле и использование в качестве экстрагента воды с нейтральным рН.
6. Разработана адекватная математическая модель и определены оптимальные технологические параметры процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура: температура – 58,5С, продолжительность – 45 мин., гидромодуль - 2,0. Теоретический выход инулина при указанных режимах составляет 81,25%. от исходного содержания.
7. Высокая пищевая и физиологическая ценность инулина и пищевых волокон, получаемых по разработанной технологии, определяет перспективность их использования при производстве продуктов функционального и специализированного назначения.
8. Установлено, что в течение 15 месяцев хранения количество определяемых микроорганизмов находилось в пределах, допустимых
СанПиН 2.3.2.1078-01.
9.Ожидаемый экономический эффект от реализации разработанных технологических решений составит более 1 500 000,00 руб.
Основные положения диссертационной работы опубликованы
в следующих работах:
- Екутеч Р.И. Перспективная технология комплексной переработки топинамбура/ Р.И. Екутеч, В.В. Кондратенко, Г.А. Купин, Р.С.Шаззо// Сб. матер. Всерос. конф. «Научно-практические аспекты экологизации про-
дуктов питания», Углич. – 2008. – С. 121-122.
- Екутеч Р.И. Использование углеводного комплекса клубней сохраняемого в грунте топинамбура / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, Г.А. Купин, и др. // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2009. №5. С.81-83.
- Екутеч Р.И. Технологические аспекты производства инулинсодержащего концентрата из подземной биомассы топинамбура / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, В.В. Кондратенко, Г.А. Купин, Р.С. Шаззо // Докл. Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2010. – №2. –С.49-51.
- Екутеч Р.И. Сквозная аграрно-пищевая технология переработки топинамбура / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, В.В. Кондратенко, Г.А Купин // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2009. № 6. С.79-80.
- Екутеч Р.И. Исследование изменения содержания углеводного комплекса клубней топинамбура сорта «Интерес». Сохраняемых в грунте / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, Г.А. Купин, В.В. Кондратенко, Р.С. Шаззо // Матер. докладов Межд. науч.-практич. конф. «Олимпиада 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». Краснодар, КНИИХП, – 2009. – С.96-97.
- Екутеч Р.И. Исследования углеводного комплекса нескольких сортов топинамбура. районированных в Краснодарском крае и республике Адыгея/ Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, Г.А. Купин, В.В. Кондратенко, Р.С. Шаззо // Матер. докл. Межд. науч.-практич. конф. «Олимпиада 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». Краснодар, КНИИХП, – 2009. – С.98-99.
- Екутеч Р.И. Возможности использования топинамбура, как сырья для получения продуктов питания функционального назначения / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, Г.А. Купин, Р.С. Шаззо, В.В. Кондратенко // Матер. докл. Межд. науч.-практич. конф. «Олимпиада 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». Краснодар, КНИИХП, – 2009. – С.100-102.
- Екутеч Р.И, Определение оптимальных условий экстрагирования инулина из клубней топинамбура/ Р.И. Екутеч, В.В. Кондратенко, Г.А. Купин// Современные технологии хранения и переработки сельскохозяйственного сырья. Краснодар. – 2010. – С.13-17
- Екутеч Р.И. Перспективы использования капиллярно зонного электрофореза при анализе углеводного состава субстанций, содержащих растительные полигликаны/ Р.И. Екутеч, В.В. Кондратенко, Т.И. Бронникова// Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии, Краснодар, КНИИХП, – 2010. – С.104-114
- Екутеч Р.И. Топинамбур – культура XXI века/ Р.И. Екутеч, Г.А. Купин, В.В. Кондратенко, М.В. Лукьяненко// Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии, Краснодар, КНИИХП, – 2010. – С.129-133
- Екутеч Р.И. К вопросу о формировании многокомпонентных пищевых продуктов, обладающих полифункциональной активностью на основе продуктов глубокой переработки топинамбура/ Р.И. Екутеч, В.В. Кондратенко, Р.И. Шаззо и др.// Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. «Принципы пищевой комбинаторики – основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов». Углич. – 2010. – С.118-121.
- Способ комплексной переработки топинамбура / Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке № 2009112304/13// Екутеч Р.И., Шаззо Р.И., Купин Г.А. и др.
- Способ производства инулинсодержащего раствора из топинамбура / Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке № 2009112302/12// Екутеч Р.И., Шаззо Р.И., Купин Г.А. и др.
