Способ получения кристаллической фруктозы из топинамбура

1 Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к области получения кристаллической фруктозы из сырья, содержащего инулин, например из топинамбура (земляной груши). Фруктоза является моносахаридом из группы кетогексоз. Она достаточно широко распространена в природе - в свободном виде содержится в зеленых частях растений, плодах,ягодах, фруктах, меде, в фуранозной форме входит в состав олигосахаридов, а также полисахаридов. Фруктоза значительно слаще другихcахаров, например слаще сахарозы и ксилита в 1,5 раза, сорбита - в 3 раза. Энергетическая ценность фруктозы 3,8 ккал. Усвоение фруктозы в меньшей степени зависит от гормона поджелудочной железы инсулина, чем для глюкозы. Фруктоза обладает антигетогенным и противокариесным свойствами. Для больных сахарным диабетом фруктоза является наиболее предпочтительным видом используемых cахаров. Фруктозу получают из плодов, фруктов и т.д., что не может обеспечить большую потребность во фруктозе во всем мире. В последнее время интерес представляет получение фруктозы из топинамбура (Helianthus tuberosus), или,как его еще называют, "земляной груши" или"иерусалимского артишока". Топинамбур - многолетнее крупнотравянистое растение, содержащее инулин. Содержание нитратов в нем ниже допустимого уровня: в зеленой массе 32-48 мг/кг, а в клубнях - 57-95 мг/кг(предельно допустимая концентрация для картофеля 80, моркови 300, свеклы 140, огурцов 150 мг/кг). Культура привлекательна в экологическом плане еще и потому, что не нуждается в обработке ядохимикатами, поскольку устойчивa против многих болезней и вредителей, в том числе фитофторы, колорадского жука и нематоды, что дает очень здоровую и биологически чистую растительную продукцию. В клубнях содержится 18,1-24,0% сухих веществ, основная масса которых состоит из углеводов, преимущественно фруктозанов. Среди последних ценится инулин - полисахарид полифруктозного типа. В клубнях происходит естественное осахаривание инулина до фруктозы (78%) и глюкозы (13%). Известны способы получения фруктозных или фруктозосодержащих продуктов из различного сырья, например WO 00/03040, заявка РСТ/ЕР 99/04732, WO 97/34017, заявка PCT/US97/03872. Известны также способы получения фруктозных сиропов из топинамбура, например по патенту РФ 2167198, согласно которому предусматриваются измельчение клубней топинамбура, экстракция измельченной массы горячей водой и отделение экстракта, содержащего полисахариды, от проэкстрагированной массы. В экстракт вводят пектофоетидин и проводят гидролиз при перемешивании среды, 5070 С и рН 4,0-7,0 в течение 45-90 мин, с получе 005167 2 нием гидролизата, содержащего не менее 70% моносахаридов от сухих веществ фруктозного сиропа и непрогидролизованные полисахариды. Фермент инактивируют, после чего гидролизат осветляют путем пропускания его через адсорбент. Осветленный гидролизат концентрируют до получения фруктозного сиропа; по патенту РФ 2118369, согласно которому предусматривается смешивание измельченного топинамбура с горячей водой, затем гидролиз инулина до фруктозы при рН 3,0 в течение 4,5 ч с последующей нейтрализацией смеси. Гидролиз осуществляют при рН 4,5 и температуре 70 С для уменьшения разложения фруктозы и образования пасты; по патенту РФ 2039832, согласно которому предусматривается СВЧ-обработка клубней топинамбура с удельной мощностью 120144 кДж/кг, прессование с отделением сока, его осветление и кислотный гидролиз. Недостатком всех вышеперечисленных способов является то, что они позволяют получать не чистую кристаллическую фруктозу, а фруктозные сиропы различной степени очистки. Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ получения фруктозы из топинамбура по а.с. СССР 1300032, согласно которому предусматриваются измельчение клубней путем их истирания на терках до степени измельчения 92-98%, получение сока путем отделения выделившегося при истирании клеточного сока и последующей противоточной промывки мезги водой на холоде в несколько ступеней, охлаждение сока, осаждение фруктозы в виде фруктозата кальция с одновременной нейтрализацией раствора, введение флокулянта полиакриламида, отделение образовавшегося осадка фруктозата кальция, ионообменная очистка раствора, содержащего фруктозу, выпаривание раствора и кристаллизация. Недостатками прототипа являются: применение кислотного гидролиза дает побочные продукты, которые впоследствии надо удалять,технологический процесс достаточно сложен,кристаллизация фруктозы данным способом в промышленных масштабах неэкономична. Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности, упрощение технологического процесса, уменьшение количества побочных продуктов. Достигается это тем, что в способе, предусматривающем измельчение клубней топинамбура, их выжимку, гидролиз содержащегося в полученном соке инулина под воздействием катализатора, обработку гидролизата гидроксидом кальция, отделение полученного раствора фруктозата кальция, барботирование углекислым газом, фильтрование образовавшегося карбоната кальция, осветление глюкозофруктозного раствора, сгущение осветленного раствора до густоты сиропа, кристаллизацию и сушку полученных кристаллов фруктозы,согласно изобретению в качестве катализатора 3 используют инулиназу, гидролиз проводят на водяной бане при температуре 60-80 С в течение 6-10 ч, обработку гидролизата гидроксидом кальция проводят при температуре 50 С, карбонат кальция фильтруют под вакуумом, осветленный глюкозофруктозный раствор перед сгущением греют 1 ч при температуре 80 С, снова фильтруют, обрабатывают гидроксидом 8-12 ч при температуре 50-70 С, причем используют 10%-ый гидроксид кальция, 40%-ый гидроксид натрия, сгущение проводят под вакуумом при температуре 70 С, а кристаллизацию проводят распылением нагретого до 60 С фруктозного сиропа. Способ осуществляют следующим образом. 10 кг вымытых клубней топинамбура измельчают до 1 мм в диаметресетчатым режущим и выжимающим автоматом, выжимают,пропуская через выжимающий фильтр, полученную мезгу, оставшуюся на фильтре и состоящую из разорванных клеточных стенок,промывают на фильтре 5 л воды, водный раствор добавляют к основному соку. Общий сок нагревают на водяной бане с температурой 6080 С, добавляют 100-150 мг инулиназы и смесь при этой температуре выдерживают 6-10 ч. Затем раствор при температуре 50 С обрабатывают 2 л 10% раствора гидроксида кальция,фильтруют через фильтрат, т.е. водный раствор фруктозата кальция, пропускают (барботируют) углекислый газ со скоростью 5-10 л/мин до тех пор, пока ионы кальция полностью не будут связаны в виде его карбоната и не будут осаждены на дне. Осажденный карбонат кальция фильтруют вакуумным фильтром, к фильтрату добавляют 100 г активированного угля, нагревают 1 ч при 80 С (водяными парами), фильтруют вакуумным фильтром для освобождения от угля, к фильтрату добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия для максимального превращения (инверсии) глюкозы в фруктозу и смесь, нагрев до 50-70 С, выдерживают 8-12 ч при этой температуре, после чего фильтруют. Полученный раствор фруктозы, содержащий 0,2-1% глюкозы, сгущают до 2 л, выводя воду посредством вакуумного дистиллирующего роторного аппарата, при температуре водного раствора не более 70 С (давление в аппарате составляет 2-5 мм ртутного столба). Полученный фруктозный водный сироп содержит 65-75% фруктозы с содержанием глюкозы до 1%. Для кристаллизации нагретый до 60 С фруктозный сироп пропускают через распылительное устройство (скорость вращения диска - 20-30 тыс. об./мин). Полученную белую кристаллическую фруктозу сушат в вакуумной сушильной камере. Ниже приводятся примеры получения кристаллической фруктозы из топинамбура по предлагаемому способу. Пример 1. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг 4 инулиназой при температуре 60 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 50 С и при этой температуре выдерживают 8 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1150 г белой кристаллической фруктозы, температура плавления 101-104 [D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1150 г,или 11,5%. Пример 2. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг инулиназой при температуре 80 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 60 С и при этой температуре выдерживают 8 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1160 г фруктозы, температура плавления 101-104 [D20]=93,влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1160 г, или 11,6%. Пример 3. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 150 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 70 С и при этой температуре выдерживают 8 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1180 г фруктозы, температура плавления 101-104 [D20]=93,влажность которой составляет до 1%, Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1180 г, или 11,8%. Пример 4. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 150 мг инулиназой при температуре 80 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 50 С и при этой температуре выдерживают 10 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством рас 5 пылительного устройства получают 1150 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1150 г, или 11,5%. Пример 5. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 10 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 60 С и при этой температуре выдерживают 10 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1170 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1170 г, или 11,7%. Пример 6. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг инулиназой при температуре 80 С в течение 10 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 70 С и при этой температуре выдерживают 10 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1180 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1180 г, или 11,8%. Пример 7. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 150 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 50 С и при этой температуре выдерживают 12 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1190 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1190 г, или 11,9%. Пример 8. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 10 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция, 005167 6 барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 60 С и при этой температуре выдерживают 12 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1190 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1190 г, или 11,9%. Пример 9. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 150 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 10 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 70 С и при этой температуре выдерживают 12 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1200 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1200 г, или 12,0%. Пример 10. Подвергают обработке 10 кг клубней топинамбура. Полученный сок гидролизуют 100 мг инулиназой при температуре 60 С в течение 6 ч. Раствор обрабатывают гидроксидом кальция,барботируют углекислым газом, осветляют активированным углем, добавляют 150 мл 40%-го раствора гидроксида натрия, смесь нагревают до 70 С и при этой температуре выдерживают 12 ч. Под вакуумом из фруктозного раствора выделяют воду, полученные 1800 г фруктозного сиропа нагревают до 60 С и посредством распылительного устройства получают 1200 г фруктозы, температура плавления 101-104[D20]=93, влажность которой составляет до 1%. Таким образом, общий выход фруктозы из 10 кг топинамбура составляет 1200 г, или 12,0%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения кристаллической фруктозы из топинамбура, включающий измельчение клубней топинамбура, их выжимку,гидролиз содержащегося в полученном соке инулина под воздействием катализатора, обработку гидролизата гидроксидом кальция, отделение полученного раствора фруктозата кальция, барботирование углекислым газом, фильтрование образовавшегося карбоната кальция,осветление глюкозофруктозного раствора, сгущение осветленного раствора до густоты сиропа, кристаллизацию и сушку полученных кристаллов фруктозы, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют инулиназу,гидролиз проводят на водяной бане при температуре 60-80 С в течение 6-10 ч, обработку гидролизата гидроксидом кальция проводят при температуре 50 С, карбонат кальция фильтруют под вакуумом, осветленный глюкозофруктозный раствор перед сгущением греют 1 ч при температуре 80 С, снова фильтруют, обрабатывают гидроксидом натрия 8-12 ч при температуре 50-70 С. 8 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют 10%-ный гидроксид кальция. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют 40%-ный гидроксид натрия. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сгущение проводят под вакуумом при температуре 70 С. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию проводят распылением нагретого до 60 С фруктозного сиропа.