Сахаристые крахмалопродукты из риса и способы их получения

САХАРИСТЫЕ КРАХМАЛОПРОДУКТЫ ИЗ РИСА И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ Изобретение относится к глубокой переработке крахмалосодержащего зернового сырья и может быть использовано для получения сахаристых крахмалопродуктов из рисового крахмала - паток различного углеродного состава и сиропов с различным содержанием глюкозы, которые широко используются в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в пищевой промышленности. Технической задачей изобретения является получение сахаристых крахмалопродуктов из крупы и дробленки риса, которая достигается путем использования рисового крахмала, который подвергается ферментативному гидролизу -амилазой при 70-80 С в течение 3-30 мин с получением низкоосахаренной патоки, гидролизу ферментом глюкоамилазой в течение 10 мин при температуре 60 С с получением среднеосахаренной патоки, увеличением времени гидролиза до 20 мин с получением высокоосахаренной патоки, увеличением времени гидролиза до 60 мин с получением глюкозного сиропа, изомеризации глюкозы во фруктозу в глюкозном сиропе с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы в колоночном реакторе с неподвижным слоем биокатализатора при 605 С с объемной скоростью 0.06 л/час с получением глюкозно-фруктозного сиропа. Изобретение решает задачу получения сахаристых крахмалопродуктов: 1) паток различного углеводного состава (низко-, средне-, высокоосахаренная патоки); 2) глюкозных сиропов; 3) глюкозно-фруктозных сиропов."КАЗАХСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ" (KZ) Изобретение относится к технологии глубокой переработки крахмалосодержащего зернового сырья, и может быть использовано для получения продуктов высокой потребительской стоимости, например паток различного углеводного состава и сладких сиропов, содержащих глюкозу. Рисовый крахмал и продукты его глубокой переработки могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в пищевой и косметической промышленностях. Известно, что рисовый крахмал высоко ценится за его легкую усваиваемость и сам по себе является продуктом высокой потребительской стоимости. Частицы рисового крахмала малы (3-8 мкм) и по размеру совпадают с размером глобул жира, поэтому рисовый крахмал достаточно широко используется для приготовления продуктов с пониженным содержанием жиров (различных майонезов). Рисовый крахмал находит применение и в медицине, так как хорошо смягчает раздражение, и употребляется для клизм и присыпок (в виде пудры). Продукты глубокой переработки рисового крахмала, включая гидролизаты и сахаристые крахмалопродукты (патоки, сиропы) на рынке не представлены. Известен способ получения крахмальной патоки путем гидролиза крахмала в кипящей серной кислоте с интенсивным перемешиванием путем вибрационного воздействия [патент RU2061048, М.кл.C13K 1/04, дата публикации 27.05.1996], в котором за счет интенсификации массо- и теплообмена процесс кислотного гидролиза протекает наиболее эффективно по сравнению с традиционными способами кислотного гидролиза крахмала, а также описанного в литературе [Технология крахмала и крахмалопродуктов/ Под.ред.Трегубова Н.Н. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 471 С.]. Недостатками способа кислотного гидролиза крахмала являются необходимость использования кислот (серной, соляной) и избыточного давления (0.2-0.3 МПа), а также необходимость в дальнейшей нейтрализации кислых растворов окисью кальция и/или гидратом окиси кальция. Это приводит к образованию солей (хлоридов,сульфатов) и их наличию в сточных водах: для сульфатов существует ПДК в сточных водах. Кроме того, в процессе кислотного гидролиза могут образовываться продукты реверсии глюкозы,придающие горечь гидролизатам, а также нежелательные токсичные соединения (оксиметилфурфурол). Известен способ получения гидролизатов крахмала, выделенного из зерна кукурузы или пшеницы,путем ферментативного гидролиза с использованием амилолитических ферментов [Buchholz K.Biocatalysts and Enzyme Technology, 2005. P. 17]. Конечным продуктом гидролиза являются крахмальные патоки и глюкозные сиропы высокого качества. Недостатком способа являются высокие температуры клейстеризации и декстринизации крахмала(80-100 С), а также высокий расход ферментов. Для пшеничного крахмала, содержащего белок: до 1.5 мас.% согласно ТУ 9187-083-00334735-2002, характерным является пенообразование в процессе декстринизации. Для проведения дальнейшей изомеризации глюкозного сиропа в глюкозно-фруктозный сироп (ГФС) необходимы дополнительные стадии фильтрации и очистки, в том числе с использованием активированного угля. Более близкого технического решения по совокупности признаков и достигаемому положительному эффекту обнаружить не удалось. Низко- и среднеосахаренная патоки используются, в основном, в производстве карамели, обеспечивая ей высокую устойчивость в процессе хранения, поскольку гигроскопичность такой карамели очень низка. Содержание глюкозы в низкоосахаренной патоке не превышает 10%, ДЭ=28-34%. Высокоосахаренная патока применяется, в основном, в кондитерской промышленности для производства помадных конфет и пастильно-зефирных изделий, что повышает их стойкость в процессе хранения и улучшает вкусовые качества. Высокоосахаренная патока также используется в консервной, хлебопекарной промышленности и производстве безалкогольных напитков. Глюкозные сиропы используют для получения кристаллической глюкозы, а также для дальнейшей изомеризации в глюкозно-фруктозные сиропы. Глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС) используются в пищевой промышленности как натуральные заменители сахарного сиропа. ГФС частично или полностью заменяют тростниковый или свекловичный сахар, например в безалкогольных напитках на 90-100%, в кондитерских изделиях на 50%, молочных продуктах на 35%, хлебобулочных изделиях на 25%. Применение сахаристых крахмалопродуктов позволяет улучшить потребительские качества конечной товарной продукции, в том числе значительно увеличить срок хранения и реализации кондитерских изделий (конфет, вафель, пирожного). Потребление "сладкой" продукции, не содержащей сахарозу и обладающей диетическими свойствами, рекомендовано больным сахарным диабетом и людям, страдающим излишним весом. Изобретение решает задачу разработки способов получения следующих сахаристых крахмалопродуктов, а именно: 1) паток различного углеводного состава (низко-, средне-, высокоосахаренная патоки),2) глюкозных сиропов, 3) глюкозно-фруктозных сиропов. Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа получения сахаристых крахмалопродуктов из риса путем ферментативных процессов гидролиза и изомеризации. Задача решается использованием крахмала, выделенного из крупы и дробленки риса, путем щелочного замачивания рисовой муки, отмывки и высушивания. Задача решается использованием амилолитических ферменов - -амилазы и глюкозамилазы и получения сахаристых крахмалопродуктов различного углеводного состава. Задача решается использованием фермента -амилазы для проведения стадии дектринизации рисового крахмала. Конечным продуктом являются низкоосахаренная патока. Задача решается использованием фермента глюкоамилазы для проведения стадии осахаривания рисового крахмала. Конечным продуктом являются средне- и высокоосахаренные патоки и глюкозный сироп. Задача решается использованием биокатализатора - иммобилизованной глюкозоизомеразы, для стадии изомеризации глюкозного сиропа. Конечным продуктом является глюкозно-фруктозный сироп с варьируемым содержанием фруктозы. Для характеризации сахаристых крахмалопродуктов из риса используют следующие параметры: 1) концентрация сухих веществ (в мас.%) - определяют на рефрактометре; 2) концентрация глюкозы, в М, образующейся в процессе ферментативного гидролиза, - измеряют глюкозо-оксидазным методом с помощью глюкометра, 3) значение рН растворов - определяют с помощью стеклянного электрода и рН-метра, 4) конверсию крахмала х, которую рассчитывают в %. где Сизм - концентрация глюкозы в сиропе, получаемом в процессе осахаривания,Стеор - теоретически рассчитанное содержание глюкозы в молекуле сухого крахмала. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Получение низкоосахаренной патоки из крахмала крупы риса. К 200 г крахмала добавляют 300 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают до получения однородной суспензии (40.0 мас.%). Измеряют значение рН крахмальной суспензии, рН 7.7. Медленно поднимают температуру суспензии при нагревании на электроплите. При 45 С добавляют фермент-амилазу в расчете 3-4 Ед.акт на 1 г крахмала. Поднимают температуру крахмальной суспензии до 70-80 С, при этом визуально наблюдают за процессами разжиженияклейстеризации и декстринизации в течение 3-30 мин. Глубину дектринизации контролируют, периодически отбирая пробы на окрашивание йодом (йодная проба). Желтая окраска йодной пробы указывает на окончание процесса декстринизации. Полученную низкоосахаренную патоку доводят до кипения и кипятят 5 мин. При этом -амилаза инактивируется, и наблюдают пенообразование. Образующуюся пену фильтруют на капроновых фильтрах. Качественные характеристики полученного крахмалопродуктанизкоосахаренной патоки, следующие: концентрация сухих веществ - 39.5 мас.%, концентрация глюкозы - 0.02 М, конверсия - 1%. Пример 2. Получение среднеосахаренной патоки из крахмала крупы риса. К низкоосахаренной патоке из крахмала крупы риса, полученной по примеру 1, добавляют глюкоамилазу в расчете 3 Ед.акт на 1 г крахмала и проводят процесс осахаривания. Этот процесс проводят при температуре 60 С в течение 10 мин. Глубину осахаривания контролируют, периодически отбирая пробы,в которых определяют концентрацию глюкозы. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 39.5 мас.%, концентрация глюкозы в крахмалопродукте 1 М, конверсия 35.6%. Пример 3. Получение высокоосахаренной патоки из крахмала крупы риса. Аналогичен примеру 2, только процесс осахаривания проводят в течение 15-20 мин. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 39.5 мас.%, концентрация глюкозы 1.6 М,конверсия 54.7%. Пример 4. Получение глюкозного сиропа из крахмала крупы риса. Аналогичен примеру 2, только процесс осахаривания проводят в течение 60 мин. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 39.5 мас.%, концентрация глюкозы 3-3.2 М,конверсии 1005%. Результаты примеров 1-4 представлены на фиг. 1. Пример 5. Получение глюкозно-фруктозного сиропа (ГФС) из крахмала крупы риса. Глюкозный сироп, полученный по примеру 4, подвергают изомеризации с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы в колоночном реакторе с неподвижным слоем биокатализатора при 605 С. Конверсию глюкозы контролируют по убыли глюкозы, которая происходит в результате реакции изомеризации глюкозы во фруктозу. Перед процессом изомеризации глюкозный сироп фильтруют, обесцвечивают с помощью активированного угля, доводят рН до 7.8 раствором едкого натра, добавляют сульфат магния до концентрации 1 мМ. 200 мл подготовленного глюкозного сиропа подают в реактор с неподвижным слоем биокатализатора сверху-вниз с объемной скоростью 0.06 л/час. Объем биокатализатора составляет 25 см 3, время контакта составляет 0.5 ч. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 24.5 мас.%, концентрация глюкозы 0.9 М, конверсия 703%. Расчет показывает, что концентрация фруктозы в полученном ГФС составляет 0.4 М, что соответствует марке ГФС-30. Пример 6. Получение низкоосахаренной патоки из крахмала дробленки риса. К 25 г крахмала дробленки риса добавляют 100 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают до получения однородной суспензии, концентрация которой составляет 20 мас.% по сухим веществам. Медленно поднимают температуру суспензии. При 45 С добавляют фермент -амилазу в расчете 14 Ед.акт на 1 г крахмала. Поднимают температуру крахмальной суспензии до 70-80 С, при этом наблюдают за процессами разжиженияклейстеризации и декстринизации в течение 3-30 мин. Глубину дектринизации контролируют, периодически отбирая пробы на окрашивание йодом (йодная проба). Желтая окраска йодной пробы указывает на окончание процесса декстринизации. Полученную патоку доводят до кипения, при -амилаза этом инактивируется, и наблюдают пенообразование. Образующуюся пену фильтруют на капроновых фильтрах. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 20.0 мас.%, концентрация глюкозы 0.01 М, конверсия 4.6%. Пример 7. Получение среднеосахаренной патоки из крахмала дробленки риса. К низкоосахаренной патоке из крахмала крупы риса, полученной по примеру 1, добавляют глюкоамилазу в расчете 3 Ед.акт на 1 г крахмала. Процесс осахаривания проводят при температуре 60 С в течение 5 мин. Глубину осахаривания контролируют, периодически отбирая пробы, в которых определяют концентрацию глюкозы. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 20 мас.%, концентрация глюкозы в крахмалопродукте 0.7 М, конверсия 26.7%. Пример 8. Получение высокоосахаренной патоки из крахмала дробленки риса. Аналогичен примеру 7, только процесс осахаривания проводят при температуре 60 С в течение 10 мин. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 20 мас.%, концентрация глюкозы 1.4 М, конверсия 55.5%. Пример 9. Получение высокоосахаренной патоки из крахмала дробленки риса. Аналогичен примеру 7, только процесс осахаривания проводят при температуре 60 С в течение 30 мин. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 20 мас.%, концентрация глюкозы 1.9 М, конверсия 76.3%. Пример 10. Получение глюкозного сиропа из крахмала дробленки риса. Аналогичен примеру 7, только процесс осахаривания проводят при температуре 60 С в течение 60 мин. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 20 мас.%, концентрация глюкозы 2.2 М, конверсия 905%. Результаты примеров 6-10 представлены на фиг. 2. Пример 11. Получение глюкозно-фруктозного сиропа из крахмала рисовой дробленки. Аналогичен примеру 5, только для изомеризации используется крахмал из дробленки риса и скорость потока глюкозного сиропа через неподвижный слой иммобилизованной глюкозоизомеразы составляет 0.01 л/час, время контакта составляет 3 ч. Параметры полученного продукта следующие: концентрация сухих веществ 24.5 мас.%, концентрация глюкозы 0.6 М, конверсия 473%. Расчет показывает,что концентрация фруктозы в полученном ГФС составляет 0.6 М, что соответствует марке ГФС-50. Из приведенных примеров видно, что путем ферментативного гидролиза и изомеризации рисового крахмала получают сахаристые крахмалопродукты, которые являются продуктами глубокой переработки зернового сырья с высокой потребительской стоимости, востребованными в пищевой промышленности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения сахаристых крахмалопродуктов из риса, включающий приготовление из риса крахмальной суспензии, гидролиз ее с помощью -амилазы при интенсивном перемешивании и температуре 70-100 С в течение 3-30 мин с получением низкоосахаренной патоки, гидролиз указанной патоки ферментом глюкоамилазой при температуре 50-60 С в течение 10 мин с получением среднеосахаренной патоки или в течение 20 мин с получением высокоосахаренной патоки, или в течение 60 мин с получением глюкозного сиропа, с последующей изомеризацией глюкозы в сиропе во фруктозу в глюкозном сиропе с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы с получением глюкозно-фруктозного сиропа. 2. Сахаристые крахмалопродукты из риса, полученные способом по п.1. 3. Сахаристый крахмалопродукт из риса по п.2, представляющий собой низкоосахаренную патоку со степенью конверсии 1-10%. 4. Сахаристый крахмалопродукт из риса по п.2, представляющий собой среднеосахаренную патоку со степенью конверсии 20-40%. 5. Сахаристый крахмалопродукт из риса по п.2, представляющий собой высокоосахаренную патоку со степенью конверсии 54,7-76,3%. 6. Сахаристый крахмалопродукт из риса по п.2, представляющий собой глюкозный сироп со степенью конверсии 92-100%. 7. Сахаристый крахмалопродукт из риса по п.2, представляющий собой глюкозно-фруктозный сироп со степенью конверсии 30-50%. Увеличение конверсии в процессе осахаривания крахмала крупы риса глюкоамилазой при 60 С Фиг. 1 Увеличение конверсии в процессе осахаривания крахмала дробленки риса глюкоамилазой при 60 С