Technological assessment and requirements for quality indicators of Jerusalem artichoke and chicory for processing into inulin and its derivatives

Abstract

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. INU/г СВ. Разработанная технология позволит создать отечественные продукты рационального оздоровительно-профилактического, диетического и диабетического назначения для функционального питания населения. 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 17- 19 % 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 °С, 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 °С; 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.