vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-1-77-85vguit-3598Research ArticleПищевые системыFood systemsРазработка технологии переработки топинамбура на олигофруктозный и фруктозно-глюкозный сиропыDevelopment of technology for processing jerusalem artichoke into oligofructose and fructose-glucose syrupshttps://orcid.org/0000-0002-2142-1897ЛукинН. Д.LukinN. D.

д.т.н., профессор, заместитель директора по научной работе, ул. Некрасова, 11, дп. Красково, г.о. Люберцы, Московская обл., 140051, Россия

Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Director for Scientific Work, Nekrasov St., 11, Korenevo microdistrict, Lyubertsy urban district, Moscow region, Russia

vniik@arrisp.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7657-6730ПучковаТ. С.PuchkovaT. S.

к.т.н., ведущий научный сотрудник, ул. Некрасова, 11, дп. Красково, г.о. Люберцы, Московская обл., 140051, Россия

Cand. Sci. (Engin.), Leading Researcher, Nekrasov St., 11, Korenevo microdistrict, Lyubertsy urban district, Moscow region, Russia

puchkovats@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6597-2327КазарцевД. А.KazartsevD. A.

д.т.н., доцент, заведующий кафедрой технологии виноделия, бродильных производств и химии имени Г.Г. Агабальянца, ул. Земляной вал, 73, г. Москва, 109004, Россия

Doctor of Technical Sciences, Associate professor, Head of the Department of Winemaking Technology, Fermentation Production and Chemistry named after G.G. Agabalyantsa, Zemlyanoy Val st., 73, Moscow, 109004, Russia

kda_79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8161-0040КлючниковА. И.KlyuchnikovA. I.

д.т.н., доцент, кафедра технологии виноделия, бродильных производств и химии имени Г.Г. Агабальянца, ул. Земляной вал, 73, г. Москва, 109004, Россия

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Winemaking Technology, Fermentation Production and Chemistry named after G.G. Agabalyantsa, Zemlyanoy Val st., 73, Moscow, 109004, Russia

kaivanov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0262-8841СлавянскийА. А.SlavyanskiyA. A.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных технологий продуктов из растительного сырья, ул. Земляной вал, 73, г. Москва, 109004, Россия

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Innovative Technologies of Vegetable Products, Zemlyanoy Val st., 73, Moscow, 109004, Russia

a.slavyanskiy@mgutm.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5079-8132ГрибковаВ. А.GribkovaV. A.

к.т.н., доцент, и.о. заведующего кафедрой биотехнологий продуктов питания из растительного и животного сырья, ул. Земляной вал, 73, г. Москва, 109004, Россия

Cand. Sci. (Engin.), Acting Head of the Department of Biotechnology of Food products from plant and animal raw materials, Zemlyanoy Val st., 73, Moscow, 109004, Russia

vera_gribkova@list.ruВсероссийский научно-исследовательский институт крахмала и переработки крахмалсодержащего сырья – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр картофеля имени А.Г. Лорха»All-Russian Research Institute of Starch and Processing of Starch-Containing Raw Materials – branch of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «A. G. Lorkh Federal Research Center of Potatoes»Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ)K.G. Razumovsky Moscow State University of technologies and management (FCU)Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ)K.G. Razumovsky Moscow State University of technologies and management (FCU)2025030620258717785Copyright © Лукин Н.Д., Пучкова Т.С., Казарцев Д.А., Ключников А.И., Славянский А.А., Грибкова В.А., 20252025Лукин Н.Д., Пучкова Т.С., Казарцев Д.А., Ключников А.И., Славянский А.А., Грибкова В.А.Lukin N.D., Puchkova T.S., Kazartsev D.A., Klyuchnikov A.I., Slavyanskiy A.A., Gribkova V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3598

На сегодняшний день объем мирового производства сахара остается значительным, превышая 180 млн. т в 2022/2023 гг. Избыточное потребление сахара связано с развитием таких заболеваний, как ожирение и сахарный диабет. Во многих странах, включая Европу, разрабатываются стратегии по снижению потребления добавленного сахара. Исследования показывают, что дети потребляют сахара больше, чем взрослые, и этот уровень значительно превышает рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), согласно которым свободные сахара не должны составлять более 10 % от общей суточной калорийности. Таким образом, важной задачей является регулирование потребления сахара и поиск безопасных и эффективных заменителей сахара в продуктах питания. В настоящей работе рассматриваются вопросы получения олигофруктозного и фруктозо-глюкозного сиропов из клубней топинамбура и их применения в пищевой промышленности в качестве полифункционального ингредиента. Изложены оптимальные параметры технологического процесса переработки клубней топинамбура в сиропы, а также представлены процессуально-технологическая схема и характеристики получаемых сиропов по предлагаемой технологии. Существенными отличительными признаками разработанной технологии являются наличие процессов двухступенчатой мойки клубней топинамбура с обязательной рекуперацией отработанной воды, измельчения клубней с возможностью регулировки фракционного состава стружки, конвективной сушки стружки топинамбура и ее хранения с последующей переработкой, многостадийной очистки экстракта и сиропа, коагуляции, адсорбционной очистки, катионообменной и анионообменной обработки, ультрафильтрации. Несмотря на повышенное начальное содержание красящих, минеральных веществ и протеина в сиропах из топинамбура результаты исследований показали, что при совокупности вышеперечисленных процессов удается значительно сократить содержание этих примесей и получить сиропы с низкой калорийностью, представляющих собой натуральные подсластители с полезным углеводным профилем и пребиотическими свойствами. Очевидно, что с дальнейшим развитием биотехнологии пребиотические ингредиенты и натуральные сиропы из топинамбура будут все более востребованы в производстве продуктов питания и напитков.

To date, global sugar production remains significant, exceeding 180 million tons in 2022/2023. Excessive sugar consumption is associated with the development of diseases such as obesity and diabetes mellitus. In many countries, including Europe, strategies are being developed to reduce the consumption of added sugar. Studies show that children consume more sugar than adults, and this level significantly exceeds the recommendations of the World Health Organization (WHO), according to which free sugars should not account for more than 10% of the total daily calorie intake. Thus, an important task is to regulate sugar consumption and find safe and effective sugar substitutes in food. This paper discusses the production of oligofructose and fructose-glucose syrups from jerusalem artichoke tubers and their use in the food industry as a multifunctional ingredient. The optimal parameters of the technological process of processing jerusalem artichoke tubers into syrups are described, as well as the procedural and technological scheme and characteristics of the syrups obtained using the proposed technology are presented. The essential distinguishing features of the developed technology are the presence of two-stage jerusalem artichoke tubers washing with mandatory waste water recovery, crushing tubers with the ability to adjust the fractional composition of the chips, convective drying of jerusalem artichoke chips and their storage with subsequent processing, multi-stage purification of extract and syrup, coagulation, adsorption purification, cation and anion exchange treatment, ultrafiltration. Despite the increased initial content of coloring, minerals and protein in jerusalem artichoke syrups, the research results have shown that using the combination of the above processes, it is possible to significantly reduce the content of these impurities and obtain low-calorie syrups, which are natural sweeteners with a beneficial carbohydrate profile and prebiotic properties. It is obvious that with the further development of biotechnology, prebiotic ingredients and natural jerusalem artichoke syrups will be increasingly in demand in the food and beverage industry.

сироп олигофруктозыфруктозо-глюкозный сироптопинамбуртехнология переработки топинамбурааппаратурное оформлениеoligofructose syrupfructose-glucose syrupJerusalem artichokeJerusalem artichoke processing technologyequipment designReferencesПучкова Т.С., Бызов В.А., Пихало Д.М., Карасева О.М. Технологическая оценка и требования к качественным показателям топинамбура и цикория для переработки на инулин и его производные // Пищевая промышленность. 2021. № 10. С. 86–91.Puchkova T.S., Byzov V.A., Pikhalo D.M., Karaseva O.M. Technological assessment and quality requirements for Jerusalem artichoke and chicory for processing into inulin and its derivatives. Food Industry. 2021. no. 10. pp. 86–91. (in Russian)Жарков А.В., Патласов О.Ю. Формирование агропромышленного биоэнергетического кластера по селекции, выращиванию и глубокой переработке топинамбура // Наука о человеке: гуманитарные исследования. 2014. № 2(16). С. 83–89.Zharkov A.V., Patlasov O.Yu. Formation of an agro-industrial bioenergy cluster for the selection, cultivation, and processing of Jerusalem artichoke. Human Science: Humanities Research. 2014. no. 2(16). pp. 83–89. (in Russian)Старовойтов В.И., Старовойтова О.А., Звягинцев П.С., Лазунин Ю.Т. Топинамбур – культура многоцелевого использования // Пищевая промышленность. 2013. № 4. С. 22–25.Starovoytov V.I., Starovoytova O.A., Zvyagintsev P.S., Lazunin Yu.T. Jerusalem artichoke as a multi-purpose crop. Food Industry. 2013. no. 4. pp. 22–25. (in Russian)Бызов В.А. Системный анализ состояния и перспективы развития производства инулина (обзор) // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022. № 6. С. 757–776.Byzov V.A. Systems analysis of the state and development prospects of inulin production: review. Agrarian Science of the Euro-North-East. 2022. no. 6. pp. 757–776. (in Russian)Титов Л.М., Алексанян И.Ю. Технология инулина: основные тенденции развития отрасли и спорные вопросы // Пищевая промышленность. 2016. № 1. С. 46–51.Titov L.M., Aleksanyan I.Yu. Inulin technology: key industry development trends and controversial issues. Food Industry. 2016. no. 1. pp. 46–51. (in Russian)Филатов С.Л., Михайличенко М.С., Петров С.М., Подгорнова Н.М. Натуральные сиропы из топинамбура с пребиотическими свойствами // Пищевая промышленность. 2021. № 11. С. 15–21.Filatov S.L., Mikhailichenko M.S., Petrov S.M., Podgornova N.M. Natural Jerusalem artichoke syrups with prebiotic properties. Food Industry. 2021. no. 11. pp. 15–21. (in Russian)Barkhatova T.V., Nazarenko M.N., Kozhukhova M.A., Khripko I.A. Obtaining and Identification of Inulin from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus) Tubers // Foods and Raw Materials. 2015. Vol. 3, No. 2. P. 13–22. doi: 10.12737/13115.Barkhatova T.V., Nazarenko M.N., Kozhukhova M.A., Khripko I.A. Obtaining and Identification of Inulin from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus) Tubers // Foods and Raw Materials. 2015. vol. 3, no. 2. pp. 13–22. doi: 10.12737/13115.Зелепукин Ю.И., Яньшин В.П., Швецов Н.Н., Зелепукин С.Ю. Производство сахарсодержащих сиропов // Сахар. 2022. № 1. С. 32–36.Zelepukin Yu.I., Yanshin V.P., Shvetsov N.N., Zelepukin S.Yu. Production of sugar-containing syrups. Sugar. 2022. no. 1. pp. 32–36. (in Russian)Гулюк Н.Г., Лукин Н.Д., Пучкова Т.С., Пихало Д.М., Гулакова В.А. Переработка инулинсодержащего сырья на инулин и его производные // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 3. С. 76–79.Gulyuk N.G., Lukin N.D., Puchkova T.S., Pikhalo D.M., Gulakova V.A. Processing inulin-containing raw materials into inulin and its derivatives. Achievements of Science and Technology of the Agro-Industrial Complex. 2017. vol. 31. no. 3. pp. 76–79. (in Russian)Кисиева М.Т., Зяблицева Н.С., Компанцев В.А., Белоусова А.Л., Васина Т.М. Совершенствование способа получения сиропа, содержащего фруктозу, из клубней топинамбура // БМЖ. 2012. № 2. С. 102–103.Kisieva M.T., Zyablitseva N.S., Kompantsev V.A., Belousova A.L., Vasina T.M. Improving the method for producing fructose-containing syrup from Jerusalem artichoke tubers. BMZh. 2012. no. 2. pp. 102–103. (in Russian)Khripko I.A. et al. Inulin from Jerusalem Artichoke: Biosynthesis and Application in Functional Foods // Journal of Functional Foods. 2015. Vol. 12. P. 123–130. doi: 10.1016/j.jff.2014.10.008.Khripko I.A. et al. Inulin from Jerusalem Artichoke: Biosynthesis and Application in Functional Foods // Journal of Functional Foods. 2015. Vol. 12. P. 123–130. doi: 10.1016/j.jff.2014.10.008.Бараненко Д.А., Борисова И.И. Обоснование технологических параметров производства стабильных при хранении функциональных ингредиентов из топинамбура // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2014. № 4. С. 13–20.Baranenko D.A., Borisova I.I. Justification of technological parameters for the production of stable functional ingredients from Jerusalem artichoke. Scientific Journal of NRU ITMO. Series: Processes and Equipment of Food Production. 2014. no. 4. pp. 13–20. (in Russian)Гулюк Н.Г., Лукин Н.Д., Пучкова Т.С., Пихало Д.М., Гулакова В.А. Об очистке экстракта из инулинсодержащего сырья // Пищевая промышленность. 2017. № 2. С. 24–26.Gulyuk N.G., Lukin N.D., Puchkova T.S., Pikhalo D.M., Gulakova V.A. On the purification of extract from inulin-containing raw materials. Food Industry. 2017. no. 2. pp. 24–26. (in Russian)Пучкова Т.С., Пихало Д.М., Варицев П.Ю. Использование ионообменных смол для очистки инулинсодержащих сиропов из топинамбура // Пищевая промышленность. 2018. № 12. С. 38–42.Puchkova T.S., Pikhalo D.M., Varitsev P.Yu. Use of ion-exchange resins for purification of inulin-containing syrups from Jerusalem artichoke. Food Industry. 2018. no. 12. pp. 38–42. (in Russian)Rubel I.A., Iraporda C., Manrique G.D., Genovese D.B., Abraham A.G. Inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.): from its biosynthesis to its application as bioactive ingredient. Biology. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre. 2021. V. 26. Article 100281. doi: 0.1016/j.bcdf.2021.100281.Rubel I.A., Iraporda C., Manrique G.D., Genovese D.B., Abraham A.G. Inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.): from its biosynthesis to its application as bioactive ingredient. Biology. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre. 2021. vol. 26. Article 100281. doi: 0.1016/j.bcdf.2021.100281.Shao T., Yuan P., Dou D., Liu C., Han J., Chen K., Wang G., Zhang W., Wang F., Hao C. Preparation and characterization of sulfated inulin-type fructans from Jerusalem artichoke tubers and their antitumor activity. Carbohydrate Research. 2021. V. 509. Article 108422. doi: 0.1016/j.carres.2021.108422.Shao T., Yuan P., Dou D., Liu C., Han J., Chen K., Wang G., Zhang W., Wang F., Hao C. Preparation and characterization of sulfated inulin-type fructans from Jerusalem artichoke tubers and their antitumor activity. Carbohydrate Research. 2021. vol. 509. Article 108422. doi: 0.1016/j.carres.2021.108422.Rubel I.A., Iraporda C., Novosad R., Genovese D.B., Manrique G.D. Inulin-rich carbohydrates extraction from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers and application of different drying methods. Food Research International. 2018. V. 103. P. 226–233. doi: 10.1016/j.foodres.2017.10.041.Rubel I.A., Iraporda C., Novosad R., Genovese D.B., Manrique G.D. Inulin-rich carbohydrates extraction from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers and application of different drying methods. Food Research International. 2018. vol. 103. pp. 226–233. doi: 10.1016/j.foodres.2017.10.041.Singh R.S., Singh T. Enzymatic Approaches for the Synthesis of High Fructose Syrup // Biotechnological Production of Bioactive Compounds. Springer. 2018. P. 167–186. doi: 10.1007/978-981-10-4732-9_10.Singh R.S., Singh T. Enzymatic Approaches for the Synthesis of High Fructose Syrup // Biotechnological Production of Bioactive Compounds. Springer. 2018. P. 167–186. doi: 10.1007/978-981-10-4732-9_10.Cabrera F. et al. Inulin-Rich Carbohydrates Extraction from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) Tubers and Application of Different Drying Methods // Food Research International. 2018. Vol. 105. P. 1–9. doi: 10.1016/j.foodres.2017.10.026.Cabrera F. et al. Inulin-Rich Carbohydrates Extraction from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) Tubers and Application of Different Drying Methods // Food Research International. 2018. Vol. 105. P. 1–9. doi: 10.1016/j.foodres.2017.10.026.Zokirov B.U., Ismoilova M.R., Ravshanov S.S. Production of Crystalline Fructose from Jerusalem Artichoke Tubers // Universum: Chemistry and Biology. 2021. No. 7 (85). P. 45–50. doi: 10.32743/UniChemBio.2021.85.7.45.Zokirov B.U., Ismoilova M.R., Ravshanov S.S. Production of Crystalline Fructose from Jerusalem Artichoke Tubers // Universum: Chemistry and Biology. 2021. No. 7 (85). P. 45–50. doi: 10.32743/UniChemBio.2021.85.7.45.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.