КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-16-00159
НазваниеРазработка комплексной технологии переработки топинамбура на этанол и специализированные продукты с повышенным содержанием пищевых волокон
Руководитель Абрамова Ирина Михайловна, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-301 - Технология пищевых продуктов
Ключевые слова комплексная переработка, инулин, пищевые волокна, специализированные продукты, топинамбур, этанол.
Код ГРНТИ65.45.91
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках указа Президента РФ от 21 июля 2016 г. N 350 «О мерах по реализации государственной научно-технической политики в интересах развития сельского хозяйства» проблема рационального использования сырьевых ресурсов является весьма актуальной, поэтому необходимо разработать и реализовать комплекс мер, направленных на создание и внедрение до 2026 года конкурентоспособных отечественных технологий, основанных на новейших достижениях науки. Спиртовое производство ежегодно перерабатывает порядка 2,0 млн т зерна (пшеницы, кукурузы), а при увеличении объема выработки топливного биоэтанола потребность в зерновом сырье резко возрастет, поэтому поиск новых видов сырья представляет из себя актуальное и перспективное направление.
Топинамбур является высокоурожайной сельскохозяйственной культурой, обладающей высоким потенциалом применения на пищевые, медицинские, технические цели, но эффективные технологии комплексной переработки топинамбура на спирт и специализированные продукты, в т.ч. и для животноводства, практически отсутствуют. В составе топинамбура преобладающим является содержание доступных для сбраживания углеводов: инулин, олигосахариды, фруктоза. В нем содержится достаточное количество азотистых веществ, микро- и макроэлементов, клетчатки. Все компоненты топинамбура имеют высокие потребительские свойства. По количеству получаемых углеводов с единицы площади он в 2-3 раза превышает зерновые культуры.
В мировом земледелии топинамбур занимает 2,5 млн. гектар. В России селекционированы высокопродуктивные сорта топинамбура. Объем его производства в ряде регионов увеличивается, но сдерживающим фактором является отсутствие промышленных технологий его переработки.
С учетом этого для эффективной переработки топинамбура целесообразна комплексная, безотходная технология с получением этилового спирта и продуктов с высокой добавленной стоимостью, например: пищевых ингредиентов, экструдированных продуктов, обогащенных пищевыми волокнами, концентрированных белково-углеводных минерализованных сиропов и напитков, кормовых продуктов.
В реализации проекта будут установлены наиболее продуктивные сорта топинамбура, отвечающие требованиям их комплексной переработки, определен перечень получаемых товарных продуктов и разработаны аппаратурные решения для их производства.
Наиболее перспективным является производство на основе топинамбура специализированных продуктов, обогащенных пищевыми волокнами и инулином, из нерастворимой части, составляющей в массовом измерении 25%. Другая, растворимая часть, составляющая 75% от массы, является высокотехнологичным субстратом для получения этилового спирта. В процессе ферментации дрожжевая биомасса синтезирует широкий спектр витаминов, аминокислот, микроэлементов. Их последующее концентрирование и сушка существенно повышает потребительские свойства получаемых пищевых и кормовых продуктов.
Научная новизна проекта обусловлена получением новых экспериментальных данных по комплексной переработке топинамбура в специализированные продукты и этиловый спирт, включая основные технологические показатели полупродуктов и целевой продукции с оценкой их биохимического состава, пищевой и энергетической ценности.
В результате выполнения проекта будет разработана технология комплексной переработки топинамбура и научно-техническая документация для расширения ассортимента отечественной конкурентоспособной продукции специализированного назначения и организации экологически безопасного производства.
Это должно инициировать расширение производства топинамбура и его переработки на пищевые, кормовые и технические цели.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Абрамова И.М., Туршатов М.В., Соловьев А.О., Кононенко В.В., Никитенко В.Д. Research of topinambur water-heat and enzymatic processing modes for ethyl alcohol producing IOP CONFERENCE SERIES: EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCE (год публикации - 2022)
2.
Абрамова И.М., Туршатов М.В., Кривченко В.А., Соловьев А.О., Никитенко В.Д.
Исследование биохимического состава топинамбура и получаемых на его основе этилового спирта и пищевых функциональных продуктов
Биотехнология, №4, т. 38, с. 56-61 (год публикации - 2022)
10.56304/S0234275822040020
3. Туршатов М.В., Соловьев А.О., Никитенко В.Д. Исследование технологических особенностей получения этилового спирта из топинамбура Материалы V школы молодых ученых "Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» с международным участием, с. 96-97 (год публикации - 2022)
4. Туршатов М.В., Кононенко В.В., Соловьев А.О. Погоржельская Н.С., Павленко С.В. Исследование по переработке клубней топинамбура в дистилляты для производства оригинальных спиртных напитков Индустрия питания, т. 7, № 4 (год публикации - 2022)
5.
Туршатов М.В., Абрамова И.М., Кривченко В.А., Соловьев А.О., Никитенко В.Д. Леденев В.П.
Исследование физико-химических свойств топинамбура с целью его переработки в спирт и пищевые функциональные продукты
Биотехнология: состояние и перспективы развития, вып. 20, с.197-198 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-197-199
6. Абрамова И.М., Соловьев А.О.*, Кононенко В.В., Погоржельская Н.С., Юраскина Т.В. Анализ вариантов комплексной переработки топинамбура на спирт, дистилляты и пищевую клетчатку Сборник трудов международной научно-практической конференции «Основные направления развития технологии глубокой переработки крахмалсодержащего и инулинсодержащего сырья» (год публикации - 2022)
7.
Туршатов М.В., Соловьев А.О., Абрамова И.М., Кононенко В.В., Никитенко В.Д., Крыщенко Ф.И., Шариков А.Ю.
Биотехнологические аспекты комплексной переработки топинамбура в этиловый спирт и пищевую клетчатку
Теоритические и практические аспекты развития спиртовой и ликероводочной промышленности, с. 101-108 (год публикации - 2022)
10.18334/9785912924460.101-108
Публикации
1.
А.Ю. Шариков, М.В. Туршатов, М.В. Амелякина, А.О. Соловьев, И.М. Абрамова
Применение высоковлажной дисперсной фракции топинамбура, образуемой при его переработке на спирт, в технологии пищевой экструзии
Аграрная наука Евро-Северо-Востока, Т. 24, № 4, с. 612-622. (год публикации - 2023)
10.30766/2072-9081.2023.24.4.612-622
2.
Соловьев А. О.
Изучение реологических свойств замеса при получении спирта из топинамбура
Пищевая промышленность, № 5. С. 39-41 (год публикации - 2023)
10.52653/PPI.2023.5.5.010
3. М.Э. Медриш, М.В. Туршатов, А.О. Соловьев, С.В. Павленко, Ф.И. Крыщенко, И.М. Абрамова Анализ технологий переработки топинамбура в дистилляты и алкогольные напитки на их основе Вестник КрасГАУ, №12 (год публикации - 2023)
4. А.О. Соловьев, М.В. Туршатов, И.М. Абрамова, В.В. Кононенко, В.П. Леденев, В.А. Кривченко, В.Д. Никитенко Исследование особенностей безотходной переработки топинамбура в этиловый спирт и пищевые волокна Материалы IV Международного конгресса "Наука, питание и здоровье". (год публикации - 2023)
5. Амелякина М.В., Иванов В.В, Поливановская Д.В., Шариков А.Ю., Абрамова И.М. Влияние дозировки клетчатки, продукта комплексной переработки топинамбура на этанол, на изменение свойств рисовых экструдатов Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий (год публикации - 2023)
6.
Абрамова И.М., Туршатов М.В., Кононенко В.В., Соловьев А.О., Никитенко В.Д.
Анализ состава дистиллятов из клубней топинамбура
Вопросы питания, Том 92, №5 (549) Приложение, с. 189 (год публикации - 2023)
10.33029/0042-8833-2023-92-5s-230
7. Абрамова И.М., Туршатов М.В., Кононенко В.В., Кривченко В.А., Соловьев А.О., Никитенко В.Д. Исследование режимов гидроферментативной обработки топинамбура при получении спирта Сборник материалов II Международного Симпозиума «Пищевые здоровьесберегающие технологии» (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. По результатам исследований 2022-2023 годов в 2024 году осуществлена разработка научно-практических основ по организации комплексной переработки топинамбура в этиловый спирт и/или дистиллят и пищевые ингредиенты на основе волокон топинамбура, включая аппаратурно-технологические схемы, спецификацию основного технологического оборудования с указанием технических характеристик, параметров, марки, расчет потребности в сырье, материалах и энергоресурсах, описание последовательного ведения технологических процессов, технохимического контроля, поддержания стерильности производства и безопасности.
Подбор оборудования и разработка аппаратурных решений осуществлялись исходя из суточной мощности по входящему сырью в количестве 100 т и гидромодуля 1 : 1. В результате разработаны аппаратурно-технологические схемы и спецификация основного технологического оборудования для каждого производственного этапа: участка подготовки топинамбура к переработке, отделения тепловой и ферментативной обработки, дрожжебродильного отделения, отделения брагоректификации и дистилляции, участка выделения и сушки пищевых волокон топинамбура.
Проведен расчет потребности в сырье, материалах, энергоресурсах для завода мощностью по топинамбуру 100 т в сутки. Часовой расход пара составляет 2,2 тонны, воды 9 м3 свежей и 130 м3 оборотной, электроэнергии 155 кВт.
Для обеспечения стабильной и бесперебойной работы производства разработан план технологического и технохимического контроля, который предусматривает периодичность мониторинга основных характеристик сырья, полупродуктов и готовой продукции, а также соблюдения режимов технологического процесса этапах производства.
2. Проведено исследование по адаптации разработанной технологии к оборудованию действующих спиртовых заводов, перерабатывающих зерновое сырье. Установлено, что для переработки 100 т в сутки топинамбура в наибольшей степени подходит оборудование спиртзавода мощностью 2000 декалитров в сутки, при условии дооснащения его линией приемки, мойки и очистки топинамбура.
Адаптация разработанной технологии к спиртовым заводам мощностью 3000 дал в сутки и выше возможна при совместной переработке зернового сырья и топинамбура.
3. В соответствии с разработанной технологией в лабораторных условиях проведена наработка опытных образцов товарной продукции из топинамбура:
- Спирт этиловый ректификованный в объеме 2 литра;
- Пищевые волокна топинамбура с высоким содержанием инулина, фруктозы, белка – по 500 г;
- Образцы каши быстрого приготовления с пищевыми волокнами топинамбура в количестве 6 и 9 % - по 250 г.
Полученный спирт соответствует требованиям ГОСТ 5962 «Спирт Этиловый из пищевого сырья. Технические условия» Разработаны рецептура и технологическая инструкция по производству настойки горькой «Самокаточка на топинамбуре» на основе полученного образца этилового спирта. По физико-химическим и органолептическим показателям горькая настойка соответствует ГОСТ 7190-2013.
4. Проведены исследования по разработке технологических основ и рецептур каш быстрого приготовления на основе экструдатов рисовой крупы (сечки) и ингредиента ПВТ. Процессуальная схема получения каш быстрого приготовления с использованием пищевых волокон топинамбура включает стадии экструзии, сушки и измельчения экструдатов, смешивание каш быстрого приготовления в соответствии с рецептурой и упаковку.
Исследованы реологические и технологические показатели модельных каш быстрого приготовления с пищевыми волокнами топинамбура. Установлено, что изменение содержания пищевых волокон в экструдатах с 0 до 6% не оказывает значимого влияния на насыпную плотность смесей каш до заваривания и их набухаемость в холодной воде.
Разработаны рецептуры каш быстрого приготовления с добавлением пищевых волокон топинамбура и проведена оценка их пищевой ценности. В соответствии с классификацией диетических продуктов по химическому составу, разработанные каши относятся к специализированным диетическим продуктам с высоким содержанием пищевых волокон.
5. По результатам проведенных НИР и экспериментальных испытаний разработана следующая научно-техническая документация:
- Производственно-технологический регламент по комплексной переработке топинамбура в объеме 100 тонн в сутки с получением этилового ректификованного спирта и/или дистиллята и пищевого ингредиента на основе волокон топинамбура (ПВТ) Регламент включает характеристику продукции, сырья, материалов, и энергоресурсов, описание всех этапов технологического процесса, описание режимов стерилизации, дезинфекции технологического оборудования, материальный баланс, нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов, план технического контроля, схемы производства, спецификацию оборудования.
- ТУ 11.01.10.690-001-00334586-2024 «Дистиллят из топинамбура Технические условия»;
- ТУ 10.89.1-002-00334586-2024 «Пищевые волокна топинамбура Технические условия»;
- Рецептура настойки горькой РЦ 01897222-042-2024 «Самокаточка на топинамбуре»;
- Технологическая инструкция ТИ 01897222-042-2024 по производству настойки горькой «Самокаточка на топинамбуре»;
- ТУ 10.89.19.110-136-00334586-2024 «Каши быстрого приготовления с пищевыми волокнами топинамбура»;
- Технологическая инструкция (включая рецептуры) ТИ 57-00334586-2024 по производству пищевой продукции «Каши быстрого приготовления с пищевыми волокнами топинамбура».
По теме исследования под руководством Абрамовой И.М. подготовлена и прошла защиту магистерская диссертация «Исследование процесса приготовления спирта этилового ректификованного из топинамбура и разработка спиртного напитка на его основе» на кафедре технологии бродильных производств и виноделия РОСБИОТЕХа.
По теме исследования Соловьевым А.О. подготовлена кандидатская диссертация «Разработка ресурсосберегающей биотехнологии протеиновых кормопродуктов на основе вторичных сырьевых ресурсов зерноперерабатывающих производств и топинамбура». Защита состоится 19.12.2024 г. в диссертационном совете на базе РОСБИОТЕХа.
По результатам исследования опубликована монография «Технологические основы комплексной переработки топинамбура» коллективом авторов из числа исполнителей гранта: Абрамова И. М., Туршатов М. В., Соловьев А. О., Шариков А. Ю.
Публикации
1.
А.Ю. Шариков, Д.В. Поливановская, М.В. Амелякина, М.В. Туршатов, А.О. Соловьев, И.М. Абрамова
Разработка технологии каш быстрого приготовления на основе экструдатов дробленого риса и барды топинамбура
Пищевая промышленность, Разработка технологии каш быстрого приготовления на основе экструдатов дробленого риса и барды топинамбура / А. Ю. Шариков, Д. В. Поливановская, М. В. Амелякина [и др.] // Пищевая промышленность. – 2024. – № 10. – С. 58-63. – DOI 10.52653/PPI.2024.10.10.011. (год публикации - 2024)
10.52653/PPI.2024.10.10.011
2.
И. М. Абрамова, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев, В. П. Леденев, В. В. Кононенко, В. А. Кривченко, В. Д. Никитенко, Н. А. Вакуловская
Комплексная переработка топинамбура с получением спирта и вторичной продукции для пищевых и кормовых целей
Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков: Материалы Международной научно-практической конференции «Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков» (Москва, 29-31 октября 2024 г.) / Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи; под редакцией И.М. Абрамовой, Е.М. Сербы. – Москва : Первое экономическое издательство, Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков: Материалы Международной научно-практической конференции «Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков» (Москва, 29-31 октября 2024 г.) / Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи; под редакцией И.М. Абрамовой, Е.М. Сербы. – Москва : Первое экономическое издательство, 2024. – с. 7-13 (год публикации - 2024)
10.18334/9785912925252.7-13
3. Н. А. Вакуловская, Г. Н. Дубцова, А. О. Соловьев, М.В. Туршатов, В.Д. Никитенко Исследование состава пищевых Волокон топинамбура, полученных при его переработке в этиловый спирт Сборник материалов XI Международной научно-практической конференции "ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: НАУЧНОЕ, КАДРОВОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ" (год публикации - 2024)
4.
И. М. Абрамова, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев, В. П. Леденев, В. В. Кононенко, В. Д. Никитенко
Направленное брожение, как способ повышения пищевой ценности продукции на основе волокон топинамбура
Достижения науки и техники АПК, Направленное брожение, как способ повышения пищевой ценности продукции на основе волокон топинамбура / И. М. Абрамова, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев [и др.] // Достижения науки и техники АПК. – 2024. – Т. 38, № 8. – С. 75-80. – DOI 10.53859/02352451_2024_38_8_75. (год публикации - 2024)
10.53859/02352451_2024_38_8_75
5.
Шариков А.Ю.
Получение продуктов экструзионной технологии с использованием вторичных сырьевых ресурсов спиртового производства, перерабатывающего нетрадиционное растительное сырье
Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков: Материалы Международной научно-практической конференции «Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков» (Москва, 29-31 октября 2024 г.) / Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи; под редакцией И.М. Абрамовой, Е.М. Сербы. – Москва : Первое экономическое издательство, Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков: Материалы Международной научно-практической конференции «Наука и практика в области производства спирта и спиртных напитков» (Москва, 29-31 октября 2024 г.) / Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи; под редакцией И.М. Абрамовой, Е.М. Сербы. – Москва : Первое экономическое издательство, 2024. – с. 50-55 (год публикации - 2024)
10.18334/9785912925252.50-55
6.
Абрамова, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев, А. Ю. Шариков
Технологические основы комплексной переработки топинамбура
Москва : Первое экономическое издательство, Москва : Первое экономическое издательство, 2024. – 100 с. (год публикации - 2024)
10.18334/9785912925245
7.
И.М. Абрамова, М.В. Туршатов, В.В. Кононенко, В.П. Леденев, А.О. Соловьев, В.Д. Никитенко, Н.А. Вакуловская.
Аппаратурно-технологические решения при комплексной переработке топинамбура на спирт, дистилляты и пищевые волокна
Пиво и напитки, Аппаратурно-технологические решения при комплексной переработке топинамбура на спирт, дистилляты и пищевые волокна / И. М. Абрамова, М. В. Туршатов, В. В. Кононенко [и др.] // Пиво и напитки. – 2024. – № 2. – С. 14-20. – DOI 10.52653/PIN.2024.02.06. (год публикации - 2024)
10.52653/PIN.2024.02.06
8. М.В. Туршатов, Н.А. Вакуловская, А.О. Соловьев, В.Д. Никитенко, И.М. Абрамова Перспективы расширения применения топинамбура в различных областях пищевой промышленности Наука, питание и здоровье: сборник научных трудов, Наука, питание и здоровье : сб. науч. тр. / Над. акад. наук Беларуси, Науч.-практ. центр по продовольствию; под общ. ред. 3. В. Ловкиса. - Минск : Беларуская навука, 2024. - с. 96-101 (год публикации - 2024)
9. А. Ю. Шариков, М. В. Амелякина, В. В. Иванов, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев, И. М. Абрамова Влияние влагосодержания на качественные показатели экструдатов в технологии переработки смеси рисовой крупы с продуктами биоконверсии топинамбура Ползуновский вестник (год публикации - 2024)
10.
И.М. Абрамова, М.В. Туршатов, А.О. Соловьев, В.В. Кононенко, В.Д. Никитенко, Т.В. Юраскина, А.Ю. Шариков
Исследование химического состава пищевых ингредиентов, получаемых при переработке топинамбура на спирт
Пищевая промышленность, Исследование химического состава пищевых ингредиентов, получаемых при переработке топинамбура на спирт / И. М. Абрамова, М. В. Туршатов, А. О. Соловьев [и др.] // Пищевая промышленность. – 2024. – № 3. – С. 47-51. – DOI 10.52653/PPI.2024.3.3.009. (год публикации - 2024)
10.52653/PPI.2024.3.3.009
Возможность практического использования результатов
Результаты работы имеют реальную перспективу использования в экономической сфере. Практическое использование результатов НИР заключается во внедрении разработанной технологии в производство. Это обеспечит расширение сферы применения и способов переработки топинамбура, позволит наладить выпуск новой продукции: пищевого ингредиента с функциональными свойствами для применения в продуктах диетического и профилактического питания, а также спирта и дистиллятов для обеспечения импортозамещения натуральных оригинальных спиртных напитков из нетрадиционного растительного сырья.