Спосіб одержання гідролізату поліфруктозанів

Винахід відноситься до мікробіологічної промисловості і може бути використаний при отриманні гідролізатів рослинної сировини, яка містить поліфруктозани (інулін І супутні Інуліди ми будемо називати одним словом інулін). Виготовлений за таким способом гідролізат Інуліну може використовуватись у мікробіологічній галузі у якості джерела вуглецю та біологічно активних речовин при культивуванні мікроорганізмів. Відомий спосіб гідролізу харчових продуктів [Tlanxln Zhow, Yugrin Lin, Guangmlng Wang. Изучение метода быстрого гидролиза пищевых продуктов раствором NaOH с нагреванием в микроволновой печи для определения триптофана // Ylnguang xueba. Actanutr. Sin.-1992 - 14, №2.-P. 197-202], який включає в себе підготовку харчового продукту до гідролізу, додавання до нього розчину лугу (NaOH), прогрівання отриманого розчину у мікрохвильовій печі потужністю 650 Вт на протязі 2 хв. 15 сек. Але цей спосіб не може бути використаний для гідролізу поліфруктозанів, який відбувається у розчині неорганічної кислоти та повинен проходити при більш жорстких умовах. Відомий спосіб гідролізу Інуліну рослинної сировини [Швец В.Н., Иванова Л.А., Дворник CA., Тодосийчук СР. Исследование эффективности различных способов подготовки корнеплодов топинамбура к сбраживанию // Изв. вузов, пищев. технол. 1995, № 5-6. - С. 30-32], який включає подрібнення коренеплодів топінамбура, змішування з водою у відношенні 2:1, додавання концентрованої сірчаної кислоти до pH 1,65- 2,3 і послідуючій гідроліз на водяній бані при температурі 90-95°С протягом 1 гадини. Кількість редукуючих речовин (РР)у гідролізаті становила 2,79%. Але при такому способі отримання гідролізату поліфруктозанів рослинної сировини не досягається максимальний і Ідроліз інуліну, а також через високу температуру і тривалий час обробки руйнується більша кількість біологічно активних речовин екстракту топінамбура. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу гідролізу поліфруктозанів шляхом введення стадії екстрагування та використання надвисокочастотного випромінювання - забезпечити оптимальні умови гідролізу, збільшити накопичення в гідролізаті РР і максимально зберегти біологічно активні речовини рослинної сировини. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб гідролізу поліфруктозанів, який включає подрібнення рослинної сировини, змішування її з водою з послідуючим додаванням сірчаної кислоти, проведення гідролізу одержаної суміші, згідно винаходу, після змішування рослинної сировини з водою з гідромодулем 0,5:1-2:1 проводять екстракцію поліфруктозанів при 70-80°С протягом 35-45 хв, потім відділяють екстракт фільтруванням, після додавання в екстракт кислоти здійснюють гідроліз при дії поля надвисокої частоти з частотою генерації 915-2800 МГц, потужністю 0,2-2 кВт, протягом 15-40 хв. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає у слідуючому. У запропонованому способі вводиться стадія екстракції, яка дозволяє перевести у розчин не тільки низько і високомолекулярні фруктозани, але й Інші корисні для мікроорганізмів біологічно активні речовини рослинної сировини - вітаміни, органічні кислоти, розчинний білок, вільні амінокислоти, фітогормони тощо. Неперетравна для мікроорганізмів клітковина в екстракт не переходить. Наші дослідження показали, що при додаванні до подрібненої рослинної сировини води у співвідношенні (при гідромодулі) від 0,5:1 до 2:1 в результаті гідролізу відбувається накопичення великої кількості РР (табл. 1), Як видно з табл. 1, при гідромодулі 0,3:1 ступінь гідролізу поліфруктозанів рослинної сировини досить висока - 94%, але вміст РР низький 3,2%. Причина полягає в невисокому вмісті сухих речовин - 5%. В інтервалі співвідношень від 0,5:1 до 2:1 процес гідролізу іде активно, накопичення РР складає від 5,21 до 8,92%, що відповідає ступеню гідролізу 93,7-95,8% при однаковій тривалості екстракції - 40 хв. При гідромодулі 2,5:1 вміст РР досить високий - 6,6%, але ступінь гідролізу при терміні екстракції 60 хв складає лише 61%. Це дуже низьке значення. Ми вважаємо, що причиною цього є ускладнення процесу екстракції у зв'язку з великим вмістом сухих речовин - 16%. Оптимальне значення гідромодулю -1:1. Таким чином, співвідношення кількості рослинної сировини від 0,5:1 до 2:1 (табл. 1) прийнято нами за основу. Екстракція дуже важлива стадія запропонованого способу. При низькій температурі екстракції в розчин перейдуть низькомолекулярні поліфруктозани. Високомолекулярний Інулін перейде не в повній мірі, т.я. він розчинний в гарячій воді. При високих температурах процесу відбудеться руйнування - розкладання моноцукрів до оксиметилфурфуролу і діангідриду дифрук-този. Відомо [Сапронов А.Р. Об устойчивости фруктозы и глюкозы в растворах // Хлебопек, и кондитерская пром-сть. - 1969. -№ 2. — С. 12-15], що при підвищенні температури в кислому, нейтральному і основному середовищі відбувається відщеплення від фруктози молекул води і утворюється діангідрид дифруктози і похідне фурфурола - оксиметилфурфурол. В тій самій мірі це стосується і терміну екстракції. Процес екстракції досліджено при оптимальному значенні гідромодуля 1:1. Накопичення РР в залежності від терміну екстракції і температури наведено в табл. 2. Як видно з табл. 2, при температурі екстракції 65°С накопичується в гідролізаті невисока кількість РР навіть при терміні обробки 50 хв. Температура екстракції 85°С призводить до руйнування редукуючих речовин, про що говорить зменшення їх кількості на 40-вій хвилині процесу. Таким чином, температура процесу екстракції в межах 70-80°С і термін 35-45 хв прийняті нами за основу. Останнім часом енергія електромагнітного поля надвисокої частоти все частіше використовується в харчовій і переробній промисловості. При традиційних методах теплової обробки продуктів безпосередня взаємодія енергоносія з продуктом здійснюється через його поверхню, глибинні шари його підлягають впливу через часточки маси продукту. Швидкість процесу обмежується порівняно низькими значеннями термодинамічних характеристик продукту. Електромагнітна природа мікрохвиль дозволяє їм проникати у товщу продукту, поглинатися їм 1 майже без втрат перетворюватись у тепло. Тепловиділення буває достатнє для нагріву продукту до 100—110°С [Lefeuvre S., Andhuy-Peaudecerf M. Le couple anballage - prodult dans un for mlcroonde // Jnd. alim.et agr. - 1993. V. 110, Ns 6 - P. 384-390]. До достоїнств НВЧ-обробки харчових продуктів І середовищ слід віднести високу швидкість, безконтактність, об'ємність нагріву, яка дозволяє забезпечити рівномірний або заданий нагрів, безінерційність, можливість високої концентрації енергії в одиниці об'єму, можливість здійснення "м'якого" режиму термооброб-. ки, високий ККД перетворення енергії НВЧ у тепло та ін. Можливість здійснення "м'яких" режимів термообробки в полі НВЧ обумовлена низьким значенням квантів енергії НВЧ-випромінювання і порівняно нетривалим впливом "вторинного" фактору (тепла) завдяки високій швидкості процесу, що пояснюється об'ємним нагрівом. Надвисокочастотна обробка використовуєтеся для стерилізації середовищ, пастеризації харчових продуктів і середовищ, обробки спецій, фруктів та овочів, для збезводнення сушкою, дефростації, інактивації ферментів, денатурації білків тощо. При НВЧ обробці дуже велике значення має частота генеруємих електромагнітних хвиль. Відомо, що при однаковій напруженості електричного поля в матеріалі нагрів протікає тим Інтенсивніше, чим вище частота. Саме від цього залежить температура, яку набуває оброблюване середовище при дії НВЧ поля, а також від потужності генератора. Екстракт рослинної сировини після додавання сірчаної кислоти обробляли в пол! НВЧ при потужності генератора 2,0 кВт протягом 40 хв. Залежність накопичення РР в середовищі і ступінь гідролізу поліфруктозанів в залежності від генеруємої частоти показано в табл. 3. Як видно з табл. З, при частоті мікрохвиль 400 МГц температура оброблюваного середовища становить лише 45°С, вона не досягає оптимального значення для гідролізу поліфруктозанів - 82-86°С, тому вміст РР всього 4,34%, а ступінь гідролізу -58%. При частоті мікрохвиль 3000 МГц температура середовища піднімається до 100°С, іде розкладання моноцукрів. Тому знижується вміст РР до 5,01%, ступінь гідролізу поліфруктозанів - до 67%. Оптимальне значення частоти мікрохвиль - 2450 МГц. Таким чином, частота мікрохвиль НВЧ поля 915-2800 МГц прийнята нами за основу. Залежність накопичення РР в середовищі і ступеню гідролізу поліфруктозанів від потужності генератора наведена в табл. 4. Екстракти рослинної сировини обробляли в полі НВЧ протягом 40 хв при частоті мікрохвиль 2450 МГц. При додаванні в екстракт сірчаної кислоти без обробки в полі НВЧ ступінь гідролізу за 40 хв становила 24%. Обробка в полі НВЧ з потужністю генератора 2,5 кВт призводить до значного підвищення температури до 98°С, що викликає руйнування моноцукрів і зменшення ступеню гідролізу поліфруктозанів. Таким чином, потужність генератора НВЧ хвиль в межах 0,2-2,0 кВт вибрана нами за основу. Дуже велике значення при дії поля НВЧ має термін обробки. Детальніше ми зупинимося на цьому у прикладах. Спосіб здійснюється таким чином. Рослинну сировину (наприклад топінамбур, цикорій, жоржину) миють \ подрібнюють. До подрібненої маси додають водопровідну воду з гідромодулем 0,5:1-2,0:1 і проводять екстракцію поліфруктозанів при 70-80°С потягом 35-45 хв. По закінченні процесу екстракт відділяють фільтруванням. Потім до екстракту додають концентровану сірчану кислоту до значення pH 1,65-2,3 І проводять гідроліз поліфруктозанів при дії електромагнітного поля НВЧ з частотою генерації 915-28.00 МГц, потужністю генератора 0,2-2,0 кВт протягом 15-40 хв. Приклади здійснення способу. В усіх прикладах процес здійснювали при слідуючих постійних параметрах: гідромодуль 1:1, температура екстракції 75°С, термін екстракції 40 хв, концентровану сірчану кислоту додають до pH 1,80, потужність генератора НВЧ поля 2 кВт. Приклад 1. Митий топінамбур подрібнюють на дробарці. До подрібненої сировини додають водопровідну воду у співвідношені 1:1. Екстракцію поліфруктозанів проводять при 75°С протягом 40 хв при періодичному помішуванні. Екстракт коренеплодів топінамбура відділяють фільтруванням. До екстракту додають концентровану сірчану кислоту до pH 1,8 І проводять гідроліз поліфруктозанів при дії поля НВЧ з частотою генерації 2450 МГц, потужність генератора 2,0 кВт протягом 10 хв. (табл 5, приклад 1). Як видно з табл. 5, накопичення РР складає лише 5,31%, а ступінь гідролізу 71%. Це відбувається внаслідок недостатнього часу обробки, завдяки чому температура оброблюваного середовища не піднялась до оптимального для гідролізу поліфруктозанів значення - 82-86°С. Сума амінокислот (важливий показник біологічної цінності) має невисоке значення -11,7 мг/100 мл. Сума вітамінів групи В найвища -2,059 мг/100 мл, завдяки мінімальній тривалості обробки. Вітамін С, внаслідок обробки, складає 40% від його кількості в необробленому екстракті. При обробці екстракту топінамбура сірчаною кислотою в полі НВЧ протягом 45 хв (приклад 5) температура середовища піднімається вище оптимального значення - 95°С, що визиває руйнування РР і, як наслідок, зниження ступеню гідролізу поліфруктозанів до 72% І накопичення токсичного оксиметилфурфуролу. Сума вітамінів групи В внаслідок термообробки знизилась на 58% порівняно з необробленим екстрактом. Вітамін С складає 20% від його кількості у необробленому екстракті. Сума вільних амінокислот має максимальне значення-21,7 мг/100 мл завдяки гідролізу білкових речовин екстракту. При обробці екстракту топінамбура з сірчаною кислотою протягом 15-40 хв температура оброблюваного середовища є оптимальною, накопичення РР складає 6,73-7,46%, що відповідає ступеню гідролізу поліфруктозанів 90-99%. При збільшенні терміну обробки НВЧ полем з 15 до 40 хв збільшується накопичення в гідролізаті вільних амінокислот з 16,8 до 20,8 мг/100 мл. Але відбувається невелике зменшення суми вітамінів групи В від 1,976 до 1,181 мг/100 мл. Також незначно знижується кількість вітаміну С. Термін гідролізу поліфруктозанів екстракту топінамбура під дією НВЧ поля 15-40 хв являється оптимальним. Одержаний гідролізат являє собою не тільки багате джерело вуглецю (фруктози І глюкози), але й дуже важливих для мікроорганізмів поживних речовин - вітамінів, амінокислот, органічних кислот тощо, і може використовуватись в мікробіологічній, харчовій і медичній галузях.