agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2023.24.4.612-622agronauka-1412Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: STORAGE AND PROCESSING OF AGRICULTURAL PRODUCTIONПрименение высоковлажной дисперсной фракции топинамбура, образуемой при его переработке на спирт, в технологии пищевой экструзииThe use of high humidity disperse fraction of jerusalem artichoke developed by its processing into alcohol in the food extrusion technologyhttps://orcid.org/0000-0001-9483-5209ШариковА. Ю.SharikovA. Yu.

Антон Юрьевич Шариков, кандидат техн. наук, зав. отделом

отдел оборудования пищевых производств и мембранных технологий

111033

ул. Самокатная, 4Б

Москва

Anton Yu. Sharikov, PhD in Engineering, Head of the Department

Department of Food Production Equipment and Membrane Technologies

111033

Samokatnaya Str., 4B

Moscow

4953624495@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1277-5498ТуршатовМ. В.TurshatovM. V.

Михаил Владимирович Туршатов, кандидат техн. наук, зав. отделом

отдел технологии спирта и комплексной переработки сырья

111033

ул. Самокатная, 4Б

Москва

Mikhail V. Turshatov, PhD in Engineering, Head of the Department

Department of Alcohol Technology and Complex Processing of Raw Materials

111033

Samokatnaya Str., 4B

Moscow

4953624495@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5138-6746АмелякинаМ. В.AmelyakinaM. V.

Мария Валентиновна Амелякина, кандидат техн. наук, науч. сотрудник

отдел оборудования пищевых производств и мембранных технологий

111033

ул. Самокатная, 4Б

Москва

e-mail: masha.am@mail.ru

Maria V. Amelyakina, PhD in Engineering, researcher

Department of Food Production Equipment and Membrane Technologies

111033

Samokatnaya Str., 4B

Moscow

e-mail: masha.am@mail.ru

4953624495@mail.ruСоловьевА. О.SolovyevA. O.

Александр Олегович Соловьев, научный сотрудник

отдел технологии спирта и комплексной переработки сырья

111033

ул. Самокатная, 4Б

Москва

Alexander О. Solovyev, researcher

Department of Alcohol Technology and Complex Processing of Raw Materials

Moscow

4953624495@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9297-0554АбрамоваИ. М.AbramovaI. M.

Ирина Михайловна Абрамова, доктор техн. наук, директор

111033

ул. Самокатная, 4Б

Москва

Irina M. Abramova, DSc in Engineering, Director

111033

Samokatnaya Str., 4B

Moscow

4953624495@mail.ruВсероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал ФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи»РоссияAll-Russian Research Institute of Food Biotechnology – branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food SafetyRussian Federation202330082023244612622Copyright © Шариков А.Ю., Туршатов М.В., Амелякина М.В., Соловьев А.О., Абрамова И.М., 20232023Шариков А.Ю., Туршатов М.В., Амелякина М.В., Соловьев А.О., Абрамова И.М.Sharikov A.Y., Turshatov M.V., Amelyakina M.V., Solovyev A.O., Abramova I.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1412

   Химический состав и агротехнические характеристики топинамбура (Helianthus tuberosus L.) определяют широкие перспективы его использования в различных отраслях перерабатывающей промышленности, в том числе в пищевой биотехнологии.

   Целью исследования являлось изучение возможности применения продуктов переработки топинамбура, отобранных на различных стадиях спиртового производства, в нативной форме без дополнительной сушки в технологии экструдированных продуктов и оценка влияния этапа отбора сырья на режимы экструзии и показатели качества готового продукта.

   В процессе экспериментальной работы проводили переработку клубней топинамбура на спирт, с разных стадий процесса отбирали образцы высоковлажной дисперсной фракции топинамбура, которые вносили в количестве 15 % без предварительной подсушки в смеси для экструдирования на основе рисовой крупы. Полученные экструдаты подсушивали и определяли их структурно-механические, цветовые характеристики и пищевую ценность. Контрольным являлся образец без внесения добавок топинамбура. Установлено, что при экструзии опытных образцов по сравнению с контролем показатели коэффициента взрыва и количества микроразломов значимо снижаются, что свидетельствует о том, что с добавлением фракций топинамбура образцы становятся менее пористыми, снижается их хрусткость. Коэффициент взрыва всех экспериментальных образцов снизился на 42-49 %. Максимальная твердость 22,9 Н, что на 56 % выше значения контроля, отмечена для образца с фракцией, отобранной после стадии брожения. Использование пищевых добавок топинамбура со стадий гидромеханической переработки и после сбраживания, вносимых в количестве 15 % к экструдируемой смеси, значимо, на 52-61 %, повышало содержание пищевых волокон. Более перспективным является использование в качестве ингредиента пищевой добавки топинамбура после полного цикла его переработки на спирт, что позволяет обогатить продукт микробиологическим белком биомассы спиртовых дрожжей и повысить общее содержание белка.

   The chemical composition and agrotechnical characteristics of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) determine the wide prospects for its use in various branches of the processing industry, including food biotechnology.

   The aim of the study was to determine the possibility to use Jerusalem artichoke processed products from various stages of alcohol production in native form without drying in the technology of extruded products and to assess the impact of the raw material selection stage on extrusion modes and quality indicators of the finished product.

   In the course of the experimental work, Jerusalem artichoke tubers were processed into alcohol, samples of the high-moisture dispersed fraction of Jerusalem artichoke were taken from different stages of the process. These fractions were added in an amount of 15 % without pre-drying into the mixture for extrusion based on rice groats. The obtained extrudates were dried and their structural-mechanical, color characteristics and nutritional value were determined. The control sample was without the addition of Jerusalem artichoke additives. It has been established that during the extrusion of test samples, compared with the control, the expansion index and the number of microfractures significantly decrease. These data show that with the addition of Jerusalem artichoke fractions, the samples become less porous, their crispness decreases. The expansion index of all experimental samples decreased by 42-49 %. The maximum hardness of 22.9 N, which is 56 % higher than the control value, was noted for a sample with a fraction taken after the fermentation stage. The use of food additives of Jerusalem artichoke from the stages of hydromechanical processing and after fermentation, added in the amount of 15 % to the mixture for extrusion, significantly, by 52-61 %, increased the content of dietary fiber. More promising is the use of Jerusalem artichoke as an ingredient after a full cycle of its processing into alcohol, which makes it possible to enrich the product with microbiological protein of alcohol yeast biomass and increase the total protein content.

Helianthus tuberosus L.ферментэтанолкомплексная переработкаэкструдатпищевая ценностьструктурно-механические свойстваHelianthus tuberosus L.enzymeethanolcomprehensive processingextrudatenutritional valuestructural and mechanical propertiesИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-16-00159, https://rscf.ru/project/22-16-00159/The study was supported by the Russian Science Foundation Grant No. 22-16-00159, https://rscf.ru/project/22-16-00159/ReferencesМузычук А. С., Лапин А. А., Пасько Н. М., Федосеева Г. П., Багаутдинова Р. И., Зеленков В. Н. Топинамбур – ценная культура. Картофель и овощи. 2008;(6):28-29.Muzychuk A. S., Lapin A. A., Pasko N. M., Fedoseeva G. P., Ba-gautdinova R. I., Zelenkov V. N. Jerusalem artichoke is a valuable crop. Kartofel' i ovoshchi = Potato and Vegetables. 2008;(6):28-29. (In Russ.).Старовойтов В. И., Старовойтова О. А., Звягинцев П. С., Лазунин Ю. Т. Топинамбур – культура многоцелевого использования. Пищевая промышленность. 2013;(4):22-25.Starovoytov V. I., Starovoytova O. A., Zvyagintsev P. S., Lazunin Yu. T. Jerusalem artichokes - the culture of multipurpose use. Pishchevaya promyshlennost' = Food Industry. 2013;(4):22-25. (In Russ.).Slimestad R., Seljaasen R., Meijer K., Skar S. L. Norwegian-grown Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.): morphology and content of sugars and fructo-oligosaccharides in stems and tubers. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2010;90(6):956-964. doi: 10.1002/jsfa.3903Slimestad R., Seljaasen R., Meijer K., Skar S. L. Norwegian-grown Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.): morphology and content of sugars and fructo-oligosaccharides in stems and tubers. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2010;90(6):956-964. doi: 10.1002/jsfa.3903Sawicka B., Skiba D., Pszczółkowski P., Aslan I., Sharifi-Rad J., Krochmal-Marczak B. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) as a medicinal plant and its natural products. Cellular and molecular biology Noisy-le-Grand. 2020;66(4):160-177. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32583794/Sawicka B., Skiba D., Pszczółkowski P., Aslan I., Sharifi-Rad J., Krochmal-Marczak B. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) as a medicinal plant and its natural products. Cellular and molecular biology Noisy-le-Grand. 2020;66(4):160-177. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32583794/Pan L., Sinden M. R., Kennedy A. H., Chai H., Watson L. E., Graham T. L., Kinghorn A. D. Bioactive constituents of Helianthus tuberosus (Jerusalem artichoke). Phytochemistry Letters. 2009;2(1):15-18. doi: 10.1016/j.phytol.2008.10.003Pan L., Sinden M. R., Kennedy A. H., Chai H., Watson L. E., Graham T. L., Kinghorn A. D. Bioactive constituents of Helianthus tuberosus (Jerusalem artichoke). Phytochemistry Letters. 2009;2(1):15-18. doi: 10.1016/j.phytol.2008.10.003Ahmed M. S., El-Sakhawy F. S., Soliman S. N., Abou-Hussein D. M. R. Phytochemical and biological study of Helianthus tuberosus L. Egyptian Journal of Biomedical Sciences. 2005;(18):134-147.Ahmed M. S., El-Sakhawy F. S., Soliman S. N., Abou-Hussein D. M. R. Phytochemical and biological study of Helianthus tuberosus L. Egyptian Journal of Biomedical Sciences. 2005;(18):134-147.Кожухова М. А., Бархатова Т. В., Алтуньян М. К., Хрипко И. А., Рыльская Л. А. Разработка технологии продуктов функционального питания на основе топинамбура. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2005;(2-3(285-286)):21-23. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=14981865 EDN: MPWBFTKozhukhova M. A., Barkhatova T. V., Altunyan M. K., Khripko I. A., Rylskaya L. A. Development of technology for functional food products based on Jerusalem artichoke. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya = Izvestiya vuzov. Food Technology. 2005;(2-3(285-286)):21-23. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=14981865Ражина Е. В., Смирнова Е. С. Производство йогурта, обогащенного топинамбуром разных фракций. Молочнохозяйственный вестник. 2021;(3(43)):146-159. doi: 10.52231/2225-4269_2021_3_146 EDN: UMEFODRazhina E. V., Smirnova E. S. Production of yogurt enriched with topinambour (helianthus tuberosus) of different fractions. Molochnokhozyaystvennyy vestnik. 2021;(3(43)):146-159. (In Russ.). doi: 10.52231/2225-4269_2021_3_146Penksza P., Sárosi R., Juhász R., Manninger-kóczán K., Szabó-Nótin B., Szakács L., Barta J. Jerusalem artichoke powder as a food additive in dairy products and fat replacers. Acta Alimentaria. 2013;42(1):53-62. doi: 10.1556/aalim.42.2013.suppl.7Penksza P., Sárosi R., Juhász R., Manninger-kóczán K., Szabó-Nótin B., Szakács L., Barta J. Jerusalem artichoke powder as a food additive in dairy products and fat replacers. Acta Alimentaria. 2013;42(1):53-62. doi: 10.1556/aalim.42.2013.suppl.7Пономарева М., Крикунова Л., Юдина Т. Хлеб функционального назначения с использованием жмыха топинамбура. Хлебопродукты. 2009;(10):44-45. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=15116947 EDN: MSUXMJPonomareva M., Krikunova L., Yudina T. Functional bread with the use of Jerusalem artichoke cake. Khleboprodukty. 2009;(10):44-45. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15116947Ozgoren E., Isik F., Yapar A. Effect of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) supplementation on chemical and nutritional properties of crackers. Journal of Food Measurement and Characterization. 2019;(13):2812-2821. doi: 10.1007/s11694-019-00201-9Ozgoren E., Isik F., Yapar A. Effect of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) supplementation on chemical and nutritional properties of crackers. Journal of Food Measurement and Characterization. 2019;(13):2812-2821. doi: 10.1007/s11694-019-00201-9Устинова А. В., Дыдыкин А. С. Топинамбур и продукты его переработки в функциональных мясных продуктах. Мясная индустрия. 2012;(2):19-21. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=17691126 EDN: OXDNBFUstinova A. V., Dydykin A. S. Jerusalem artichoke and products of its processing in functional meat products. Myasnaya industriya = Meat Industry Journal. 2012;(2):19-21. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17691126Маликова А. В., Алтуньян М. К., Прудникова Т. Н., Некрасова М. В. Овощные ферментированные напитки на основе топинамбура. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2007;(5-6(300-301)):52-53. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=12138184 EDN: KFQCYHMalikova A. V., Altunyan M. K., Prudnikova T. N., Nekrasova M. V. Vegetable fermented drinks based on Jerusalem artichoke. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya = Izvestiya vuzov. Food Technology. 2007;(5-6(300-301)):52-53. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=12138184Kolida S., Tuohy K., Gibson G. R. Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 2002;87(S2);193-197. doi: 10.1079/BJN/2002537Kolida S., Tuohy K., Gibson G. R. Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 2002;87(S2);193-197. doi: 10.1079/BJN/2002537Roberfroit M., Gibson G. R., Hoyles L., McCartney A. L., Rastall R., Rowland I., Wolvers D., Watzl B., Szajewska H., Stahl B., Guarner F., Respondek F., Whelan K., Coxam V., Davicco M.-J., Léotoing L., Wittrant Y., Delzenne N. M., Cani P. D., Neyrinck A. M., Meheust A. Prebiotic effects: metabolic and health benefits. British Journal of Nutrition. 2010;104(S2):S1-S63. doi: 10.1017/S0007114510003363Roberfroit M., Gibson G. R., Hoyles L., McCartney A. L., Rastall R., Rowland I., Wolvers D., Watzl B., Szajewska H., Stahl B., Guarner F., Respondek F., Whelan K., Coxam V., Davicco M.-J., Léotoing L., Wittrant Y., Delzenne N. M., Cani P. D., Neyrinck A. M., Meheust A. Prebiotic effects: metabolic and health benefits. British Journal of Nutrition. 2010;104(S2):S1-S63. doi: 10.1017/S0007114510003363Qiu Y., Lei P., Zhang Y., Sha Yu., Zhan Yi., Xu Z., Li Sh., Xu H., Ouyang P. Recent advances in bio-based multiproducts of agricultural Jerusalem artichoke resources. Biotechnology Biofuels. 2018;(11):151. doi: 10.1186/s13068-018-1152-6Qiu Y., Lei P., Zhang Y., Sha Yu., Zhan Yi., Xu Z., Li Sh., Xu H., Ouyang P. Recent advances in bio-based multiproducts of agricultural Jerusalem artichoke resources. Biotechnology Biofuels. 2018;(11):151. doi: 10.1186/s13068-018-1152-6Bhagia S., Akinosho H., Ferreira J. F., Ragauskas A. J. Biofuel production from Jerusalem artichoke tuber inulins: a review. Biofuel Research Journal. 2017;4(2):587-599. doi: 10.18331/BRJ2017.4.2.4Bhagia S., Akinosho H., Ferreira J. F., Ragauskas A. J. Biofuel production from Jerusalem artichoke tuber inulins: a review. Biofuel Research Journal. 2017;4(2):587-599. doi: 10.18331/BRJ2017.4.2.4Li L., Li L., Wang Y., Du Y., Qin S. Biorefinery products from the inulin-containing crop Jerusalem artichoke. Biotechnology Letters. 2012;35:471-477. doi: 10.1007/s10529-012-1104-3Li L., Li L., Wang Y., Du Y., Qin S. Biorefinery products from the inulin-containing crop Jerusalem artichoke. Biotechnology Letters. 2012;35:471-477. doi: 10.1007/s10529-012-1104-3Абрамова 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. 2022;(38(4)):56-61. doi: 10.56304/S0234275822040020 EDN: DCDJRKAbramova I. M., Turshatov M. V., Krivchenko V. A., Soloviev A. O., Nikitenko V. D. Study of the biochemical composition of jerusalem artichoke, as well as ethyl alcohol and food functional products obtained on its basis. Biotekhnologiya = Biotechnology in Russia. 2022;(38(4)):56-61. (In Russ.). doi: 10.56304/S0234275822040020Аширова Ю., Цыганова Т. Технология ржаных полуфабрикатов с применением послеспиртовой барды из топинамбура. Хлебопродукты. 2009;(11):44-46. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=15116987 EDN: MSUYBTAshirova Yu., Tsyganova T. Technology of semi-finished rye products with the use of post-alcohol stillage from Jerusalem artichoke. Khleboprodukty. 2009;(11):44-46. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15116987Кривченко В. А, Туршатов М. В., Соловьев А. О., Абрамова И. М. Спиртовое производство − технологическая основа комплексной переработки зерна с получением пищевых продуктов. Пищевая промышленность. 2019;(4):53-54. doi: 10.24411/0235-2486-2019-10027 EDN: GLMUSHKrivchenko V. A, Turshatov M. V., Solovyev A. O., Abramova I. M. Ethanol production is a technological basis of grain complex processing with foodstuff producing. Pishchevaya promyshlennost' = Food Industry. 2019;(4):53-54. (In Russ.). doi: 10.24411/0235-2486-2019-10027Ainsworth P., Ibanoglu S., Plunkett A., Ibanoglu E., Stojceska V. Effect of brewers spent grain addition and screw speed on the selected physical and nutri-tional properties of an extruded snack. Journal of Food Engineering. 2007;81(4):702-709. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2007.01.004Ainsworth P., Ibanoglu S., Plunkett A., Ibanoglu E., Stojceska V. Effect of brewers spent grain addition and screw speed on the selected physical and nutri-tional properties of an extruded snack. Journal of Food Engineering. 2007;81(4):702-709. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2007.01.004Brennan M. A., Derbyshire E. J., Tiwari B. K., Brennan C. S. Ready‐to‐eat snack products: the role of extrusion technology in developing consumer acceptable and nutritious snacks. International Journal of Food Science and Technology. 2013;48(5):893-902. doi: 10.1111/ijfs.12055Brennan M. A., Derbyshire E. J., Tiwari B. K., Brennan C. S. Ready‐to‐eat snack products: the role of extrusion technology in developing consumer acceptable and nutritious snacks. International Journal of Food Science and Technology. 2013;48(5):893-902. doi: 10.1111/ijfs.12055Дерканосова Н. М., Шеламова С. А., Василенко О. А., Пальчикова С. С. Изучение потенциала продуктов переработки топинамбура как обогащающих пищевых ингредиентов. Технологии и товароведение сельскохозяйственной продукции. 2022;(1(18)):5-11. doi: 10.53914/issn2311-6870_2022_1_5 EDN: UDFQYTDerkanosova N. M., Shelamova S. A., Vasilenko O. A., Pal'chikova S. S. Studying the potential of jerusalem artichoke processing products as enriching food ingredients. Tekhnologii i tovarovedenie sel'skokhozyaystvennoy produktsii. 2022;(1(18)):5-11. (In Russ.). doi: 10.53914/issn2311-6870_2022_1_5Radovanovic A., Stojceska V., Plunkett A., Jancovic S., Milovanovic D., Cupara S. The use of dry Jerusalem artichoke as a functional nutrient in developing extruded food with low glycaemic index. Food Chemistry. 2015;177:81-88. doi: 10.1016/j.foodchem.2014.12.096Radovanovic A., Stojceska V., Plunkett A., Jancovic S., Milovanovic D., Cupara S. The use of dry Jerusalem artichoke as a functional nutrient in developing extruded food with low glycaemic index. Food Chemistry. 2015;177:81-88. doi: 10.1016/j.foodchem.2014.12.096Stojceska V., Plunkett A., Ibanoglu S. The recycling of brewer's processing by-product into ready-to-eat snacks using extrusion technology. Journal of Cereal Science. 2008;47(3):469-479. doi: 10.1016/j.jcs.2007.05.016Stojceska V., Plunkett A., Ibanoglu S. The recycling of brewer's processing by-product into ready-to-eat snacks using extrusion technology. Journal of Cereal Science. 2008;47(3):469-479. doi: 10.1016/j.jcs.2007.05.016Chevanan N., Rosentrater K., Muthukumarappan K. Effect of DDGS, Moisture Content, and Screw Speed on Physical Properties of Extrudates in Single-Screw Extrusion. Cereal Chemistry. 2008;85(2):132-139. doi: 10.1094/CCHEM-85-2-0132Chevanan N., Rosentrater K., Muthukumarappan K. Effect of DDGS, Moisture Content, and Screw Speed on Physical Properties of Extrudates in Single-Screw Extrusion. Cereal Chemistry. 2008;85(2):132-139. doi: 10.1094/CCHEM-85-2-0132

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