Производство сахаристых продуктов из крахмала (патентный поиск)



Производство различных видов крахмалов и сахаристых крахмалопродуктов постоянно увеличивается и занимает важное место в экономике промышленно развитых стран. Это обусловлено несколькими причинами: наличием широкой возобновляемой сырьевой базы, большим разнообразием технологических свойств крахмалов, возможностью получения широкого диапазона востребованной продукции.

Ключевые слова: крахмалопродукты, патока, мальтозный сироп, глюкоза, патентный поиск

Одними из важнейших продуктов, получаемых из крахмала, являются сахаристые крахмалопродукты: пищевые патоки различного назначения, глюкозо-фруктозные сиропы, глюкоза пищевая, медицинская и микробиологическая, фруктоза, мальтодекстрины и др.

В ряду основных и социально значимых продуктов питания сахар и сахаристые вещества стоят на одном из первых мест и при современном уровне покупательной способности населения являются наиболее доступными продуктами в рационе россиян.

В 2014г. сахарные заводы России выработали более 6100 тыс. т. белого сахара, в том числе из отечественной сахарной свеклы около 4450 тыс. т., а из импортируемого тростникового сахара — сырца 1650 тыс. т. Таким образом, доля импортного сахара составляет около 30 %, что ставит Россию в зависимость от стран экспортеров сахара.

Ликвидировать такое положение в сахароперерабатывающей промышленности только наращиванием производства сахара из отечественной сахарной свеклы невозможно, в связи с неблагоприятными климатическими условиями для выращивания этой культуры в большинстве районов России, трудоемкостью выращивания свеклы, устаревшим оборудованием на действующих производствах. Альтернативными натуральными источниками подслащивающих компонентов являются сахаристые крахмалопродукты: патоки карамельная, глюкозная, глюкозо-мальтозная, глюкозо-фруктозная и другие, которые получают из различных промышленных крахмалоносов: зерна кукурузы, пшеницы, тапиоки [1]. По опубликованным данным производство сахаристых крахмалопродуктов из зернового сырья рентабельнее на 30–45 % производства сахара из сахарной свеклы [2].

В последнее время в промышленно развитых странах свекловичный и тростниковый сахар в рационе питания и при промышленной переработке все больше заменяется сахаристыми крахмалопродуктами. К последним относятся: мальтодекстрины, низкоосахаренная, карамельная, глюкозо-мальтозная, мальтозная и некоторые другие виды крахмальных паток. К продуктам полного гидролиза крахмала относятся: глюкоза кристаллическая моногидратная и глюкоза ангидридная, фруктоза кристаллическая, сиропы глюкозные и глюкозно-фруктозные с различным содержанием фруктозы (от 42 до 95 %) [3].

Сахаристые крахмалопродукты очень широко используются в разных отраслях пищевой промышленности и успешно заменяют традиционные сахара в безалкогольных напитках на 100 %, в кондитерских изделиях до 50 %, при консервировании на 70 %, хлебобулочных изделиях — 25 %, молочных продуктах — 35 % и т. д. В США из 15,6 млн. т выпускаемых подслащивающих веществ более 12 млн. т приходится на сахаристые крахмалопродукты, из которых 9,6 млн. т составляет глюкозо-фруктозные сиропы. В России в 2015г. было произведено около 850 000 т сахаристых крахмалопродуктов, из них примерно 50 % составляла продукция транснациональной компании «Cargill», которая выкупила несколько российских крахмалопаточных заводов. Объём продаж сахаристых крахмалопродуктов за период 2010–2016 г.г. стабильно рос по 4 % в год. За период 2007–2015 гг. стоимостной годовой объём продаж этих продуктов вырос на 79 % с 13 до 23 млрд. руб.

Следовательно, необходим постоянный мониторинг и анализ патентной и научно-технической литературы с целью гибкого реагирования на процессы переработки нативных крахмалов на сахаристые крахмалопродукты, что и послужило основанием для выполнения данного патентного поиска.

RU 2522771 Способ получения сахаристых продуктов из крахмалосодержащего сырья, приоритет 25.09.2012. Цель: ускорение и упрощение процесса деполимеризации крахмала путем смешивания сырья с электроактивированной водой в биореакторе, оснащенном электромешалкой, терморегулятором и ультразвуковым устройством, получение суспензии, разжижение ее амилолитическими ферментами до моносахаридов. Процесс ведут при 60–65^оС и рН 4,5–5,5 в течение 4 часов. Патентообладатель ГНУ СибНИИП Россельхозакадемии.

RU 2507866 Сахаристая кормовая добавка для медоносных пчел, приоритет 18.04.2012. Цель: получение корма, максимально приближенного по своему углеводному составу к естественному корму пчел путем ферментативного гидролиза кукурузного крахмала глюкоамилазой, альфаамилазой и стабилизацией продукта дигидрокверцитином 0,2–0,4 мас %. Патентообладатель ГНУ СибНИИП Россельхозакадемии.

RU 2285725 Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья, приоритет 16.11.2004. Цель: Упрощение и ускорение технологического процесса, снижение расхода ферментов, уменьшение энергозатрат. Способ предусматривает обработку сырья в роторно-пульсационном аппарате с помощью мультиэнзимной композиции ферментов при температуре 50–75^оС. Патентообладатель ГНУ СибНИТИП СО РАСХН.

RU 2421525 Способ получения патоки из крахмала, приоритет 24.05.2010. Цель: сокращение технологического цикла в результате кавитационной обработки крахмала с применением ферментов и дальнейшей обработки сырья в газовихревом биореакторе с использованием осахаривающих ферментов. Патентообладатели Рамазанов Ю. А., Аксенов В. В.

RU 2265364 Способ получения кормовой патоки, приоритет 18.12.2003. Цель: получение продукта, содержащего легкоусвояемые углеводы путем увлажнения, измельчения и ферментативного гидролиза сырья с последующей его обработкой в кавитаторе комплексом амилолитических ферментов при температуре 43–50^оС. Патентообладатель ООО ПО «СИББИОФАРМ».

RU 2562536 Способ получения глюкозо-мальтозной патоки из картофельного крахмала, приоритет 22.06.2012. Цель: получение глюкозо-мальтозной патоки из картофельного крахмала в одну стадию путем гидролиза крахмала термоустойчивыми амилолитическими ферментами, выделенными ранее клостридиями. Патентообладатель ГНУ Красноярский НИИЖ Россельхозакадемии.

RU 96111891 Способ производства глюкозы из крахмала, приоритет 13.06.1996. Цель: улучшение качества готового продукта в результате использования для очистки сиропа и паток озоновоздушной смеси в присутствии активированного угля. Заявитель(и):Никифоров Ю. Н., Ломова Г. П., Морозов Л. А., Рожко А. В., Сарапука В. Я., Бондарь Е. Г.

CN 10361447 A fermentaion production method for aureomycin by utilizing cane molasses in place of a corn starch -Технология производства патоки из тростника с заменой части кукурузного крахмала, приоритет 03.05.2014. Цель: экономия кукурузного крахмала в результате его замены в количестве 15 % тростником мелассы. Патентообладатель Zumadian Huazhong China CO LTD.

CN 1210888 Process for production saccharifiying enzyme waste molasses as main material — Процесс производства осахаривающих ферментов с помощью кукурузного крахмала, приоритет 17.03.1999. Цель: снижение себестоимости осахаривающего фермента. Патентообладатель Univ Qinghua.

RU 2061048 Способ получения крахмальной патоки и устройство для его осуществления, приоритет 10.12.1992. Цель: ускорение процесса получения крахмальной патоки, повышение производительности и упрощение эксплуатации устройства. Способ предусматривает кипячение водной суспензии крахмала с серной кислотой и ее последующей нейтрализации гидратом окиси кальция, перемешивание смеси путем вибрационного воздействия на раствор с интенсивностью 0,8–1,2 квт/м². Патентообладатель Ещенко Александр Федорович.

RU 2283349 Способ получения патоки из крахмала, приоритет 21.10.2004. Цель: упрощение процесса и ускорение разжижения и осахаривания крахмала путем равномерного распределения ферментных препаратов. В процессе производства осуществляют разжижение крахмала с помощью альфа амилазы и его осахаривание в газовихревом биореакторе при помощи вихревого потока воздуха. Патентообладатель ООО «Сибирская Патока».

RU 2452192 Способ получения кормовой добавки на основе карбамида, патоки и подсолнечного фуза, приоритет 07.05.2010. Цель: повышение биологической полноценности экструдированного корма. Измельченное зерно ржи увлажняют в смесителе подсолнечной фузой (13 %), кормовой патокой (12 %) и карбамидом (15 %). Далее смесь экструдируют 8–10 сек. при температуре 130–140^оС и давлении 8–14 МПА. Патентообладатель ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства.

RU 2425892 Способ получения мальтозного сиропа, 30.09.2009. Цель: интенсификация процесса получения очищенного мальтозного сиропа из зернового сырья. Сокращение продолжительности процесса гидролиза цельного зернового ячменя. Способ предусматривает клейстеризацию и ферментативный гидролиз измельченного ячменя комплексными ферментными амилолитическими и протеолитическими препаратами, полученными из культур микроорганизмов Bac.subtilis и Penicillium emersonir. Далее ферментные препараты инактивируют, отделяют гидролизат, центрифугируют, фильтруют и сгущают сироп. Патентообладатель ГОУ высшего профессионального образования «Московский государственный университет прикладной биотехнологии».

RU 2602282 Термически ингибированный крахмал и крахмалосодержащие виды муки, приоритет 29.06.2012. Цель: получение термически ингибированного крахмала со стабильной вязкостью непрерывным способом. Нативный крахмал подвергают термической обработке на спирально-вибрационном транспортере в присутствии по меньшей мере 0.1 % по объему кислорода при температуре продукта от 150^оС до 200^оС. В итоге содержание сухого вещества в крахмале составляет более или равное 98 мас. %. Патентообладатель Аграна Штерке Гмбх (АТ).

RU 2003115346 Способ получения крахмала, приоритет 23.05.2003. Цель: глубокая переработка крахмалосодержащего сырья с целью повышения выхода готовой продукции. Суспензию крахмалосодержащего сырья обрабатывают в гомогенизаторе в гидроимпульсном режиме при частоте импульсов 0,5–2,5 Гц, а на стадии промывки крахмала его суспензию обрабатывают водным раствором гидроокиси алюминия до величины рН 7,0–8,0. Заявитель(и):Малышев Роман Михайлович, Бомштейн Виктор Евгеньевич, Золотников Александр Николаевич, Малиновский Владимир Николаевич.

RU 2003138276 Способ получения кормовой патоки, приоритет 18.12.2003. Цель: интенсификация процесса получения кормовой патоки из зерна. Предварительно измельченное до размеров 2–4мм зерно подают в кавитатор, в котором происходит его дальнейшее измельчение до молекулярного уровня. Одновременно в кавитаторе проводят обработку зерна бактериальной альфа–амилазой и ксиланазой при температуре 43–50^оС и рН 5,5–6,0. Заявитель ООО «Биотехнологии».

RU 2013449 Способ получения сахаросодержащего продукта из ржаной муки, приоритет 08.04.1992. Цель: экономия ферментных препаратов за счет максимального использования собственных ферментов муки. Мучную суспензию разжижают собственными амилолитическими ферментами муки, процесс ведут при температуре 56–65^оС и рН 4,5–5,0 в течение 10–30 мин. Далее для гидролиза используют фермент глюкоамилазу и процесс продолжают в течение 5–22ч при 56–65^оС. Патентообладатель Попадич Инесса Александрова.

RU 2085590 Способ получения сахаристых продуктов из ржи, 16.05.1995. Цель: сокращение затрат ферментных препаратов, повышение выхода гидролизата и снижение его вязкости для увеличения фильтрационной способности. Предварительно подготовленную разжиженную суспензию из ржи подвергают термообработке при 120–125С. Для гидролиза используют ферменты цитазу, альфа-амилазу, процесс осуществляют в течение 16–20 часов, его контролируют по величине рН и температуре. Патентообладатель Всероссийский НИИ крахмалопродуктов.

RU 1337412 Способ получения глюкозосодержащего сиропа, приоритет 03.10.1985. Цель: снижение расхода ферментных препаратов и удешевление процесса. На первой стадии проводят ферментативное разжижение исходной крахмальной суспензии и термообработку частично ожиженного крахмала. Охлаждение суспензии осуществляют в 2 ступени. После первой ступени охлаждения выделяют жиробелковые примеси. На 2-ой стадии проводят ферментативное осахаривание и очистку полученного сиропа. Выделение жиробелковых примесей после первой ступени охлаждения позволяет уменьшить расход ферментов и удешевить процесс. Патентообладатель Научно-производственное объединение по крахмалопродуктам.

В результате анализа представленной патентной информации можно сделать вывод, что проблема производства сахаристых продуктов из зернового крахмала является актуальной для РФ, за рубежом интерес к выработке сахаристых продуктов из крахмала значительно ниже. Спектр готовой продукции достаточно широк и включает: пищевую и кормовую патоки, мальтозный сироп, глюкозу, кормовые добавки на основе патоки. Анализ выявил основных патентообладателей: научно-исследовательские институты Россельхозакадемии, университеты, научно-производственные объединения и в отдельных случаях физические лица.

Интерес к данной проблеме появляется после 2009 года. В предшествующие годы замечена тенденция получения сахаристых продуктов из зерна ржи, ячменя, пшеницы и отходов их производства, В последующие годы акцент сместился на производство патоки из кукурузного крахмала. В области производства патоки из картофеля информация очень ограничена.

В большинстве патентов на изобретение ставится задача интенсификации технологических процессов, улучшение качества готовой продукции, экономии ферментных препаратов.

Литература:

1. Аксёнов В. В. Комплексная переработка растительного крахмалосодержащего сырья в России // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2007. № 4. — С. 213–218.
2. Андреев Н. Р. Основы производства нативных крахмалов — М.: Пищепромиздат, 2001. — 289 с.
3. Лукин Н. Д., Бородина З. М., Папахин А. А. Исследование действия амилолитических ферментов на нативный крахмал различных видов в гетерогенной среде // Достижения науки и техники АПК. — 2013. — № 10. — С. 62–64.