Основы технологии сахаристых продуктов

Билет № 7.

7.1 Основные задачи, стоящие перед крахмало-паточной отраслью пищевой про­мышленности.

С начала 70-х годов XX в. мировая потребность в сахаре в зна­чительной мере удовлетворяется за счет сахаристых продуктов из крахмала, производство которых в развитых странах существенно превышает производство сахарозы. Различные виды сахаристых продуктов получают ферментативными методами, используя в ка­честве сырья крахмал, зерно злаков, инулинсодержащее сырье, молочную сыворотку. Особенно важны для пищевой промышлен­ности продукты ферментации крахмала — глюкозно-фруктозный сироп и различные виды патоки.

Крахмалопродукты обладают высокими пищевыми качествами и специфичными физико химическими свойствами : клеящая способность декстрина и крахмала, адсорбционные свойства крахмала, «антикристаллизационная» способность патоки и ее свойство образовывать карамель. Продукция крахмало-паточной промышленности находит разнообразное применение для пищевых и технических целей в различных отраслях народного хозяйства: в кондитерском производстве (патока), в текстильной промышленности (крахмал), в литейном производстве (декстрин) и др.

Основы технологии сахаристых продуктов.

Технология сахаристых продуктов из крахмала имеет единую принципиальную схему:

1. Клейстеризация и разжижение крахмала

2. осахаривание

3. инверсия глюкозы

Отдельные продукты получают, используя или только первую или первую и вторую, или все три стадии. Индивидуальные ха­рактеристики получаемых продуктов определяются свойствами применяемых ферментных препаратов и режимом ферментации сырья.

Раньше для процесса разжижения и осахаривания крахмала использовали кислотный гидролиз, но при обработке крахмала кислотами не замисимо от времени обработки получался один и тот же набор продуктов гидролиза. При этом часть сахаров разрушалась и сами сахарные растворы получались загрязненными за счет гидролиза другими полимерами сырья. Позднее с этой целью стали использовать а-амилазу и глюкоамилазу. Ферментативная конверсия крахмала в сахара не имеет недо­статков, характерных для применявшегося ранее кислотного гид­ролиза. Были разработаны технологии целого ряда продуктов, которые применяются в пищевой промышленности и для диетического питания.

7.3 Технология глюкозы, получаемой ферментативным способом с описанием прин­ципиальной технологической схемы.

При кислотном гидролизе крахмала практически нет возмож­ности регулировать углеводный состав гидролизатов, так как кис­лота не проявляет специфичности к гликозидным связям в крах­мале и поэтому происходит беспорядочное расщепление молекул крахмала, а продуктами гидролиза служат глюкоза и ее полимеры различной степени полимеризации.

Сотрудниками ВНИИК и МГУПП разработана технология глюкозы, получаемой ферментативным способом. Использование ферментных препаратов позволяет вырабатывать глюкозу без от­деления межкристального оттека при высоком ее качестве. При этом выход глюкозы выше (106—109 % по крахмалу), чем при вы­работке кристаллической глюкозы (70 %). Значительно сокраща­ется длительность кристаллизации — с 5—10 сут при существую­щей технологии кислотного гидролиза крахмала до нескольких часов при ферментативном способе.

Способ производства глюкозы с применением ферментов неза­висимо от вида сырья, источника ферментов, имеющегося оборудования и других условии включает стадии разжижения крахма­ла и осахаривания, осуществляемые последовательно и с исполь­зованием различных ферментов.

В ферментативных процессах одним из решающих факторов гид­ролиза крахмала является его атакуемость. В клейстеризованном раз­жиженном виде он гораздо легче поддается глубокому расщеплению.

В качестве а-амилазы по данной схеме используется Амилосубтилин 0,1-0,2 % к массе сухих веществ. С целью равномерного гидролиза и плавного увелечения вязкости обработку суспензии крахмала ведут ферментами с паузами по 30 мин при 60,65,67,70 С . Затем при 75,77,80,85С с выдержкой по 10 минут. Ступенчатый нагрев суспензии крахмала обеспечивает сглаживание резкого повыше­ния вязкости, и она не достигает больших значений; более рав­номерный прогрев массы; снижение количества неосахаренного крахмала; хорошую фильтрационную способность; высокую сте­пень последующего осахаривания. При этом достигается степень разжижения 16—23 % при дозировке ос-амилазы 0,1—0,2 % СВ крахмала.

После чего нагревают до 100С и даже кипятят для инактивации ферментов. В качестве глюкоамилаз используется Глюкозин в концентрации0,4-0,5 % к сухим веществам при этом длительность процесса составляет 3 суток. На стадии разжижения крахмала более эффективным считается применение препарата Термамила, который позволяет плавно увеличивать температуру без продолжительных пауз как это требует применение ферментного препарата Амилосубтилин. Из сахаристых продуктов широко используются мальтодекстрины полученные из кристаллизованного и разжиженного кукурузного крахмала.

Получение глюкозы:

Крахмал Приготовление суспензии крахмала Вода

Препарат Фермнетативное Кислотное Кислота

α-амилазы разжижение крахмала разжижение крахмала

Кипячение или обработка под р Нейтрализация кислоты нейтрализующий агент

Охлаждение охлаждение

Ферментативное осахаривание крахмала Препарат глюкоамилазы

Инактивация ферментов

Фильтрация

Очистка активированным углём Отработанный

активированный уголь

Выпаривание

Очистка активированным углём активированный уголь

Упаривание сиропа

Кристаллизация с затвердением

Кристаллизация Измельчение Кристаллизация при кипячении

Центрефугирование Сушка и рассев Центрефугирование

Сушка и рассев Очистка оттека Сушка и рассев Очистка оттека

7.4 Применение ферментных препаратов для получения различных видов сахари­стых продуктов из крахмала (мальтодекстринов, мальтозы, высокомальтозной патоки, высокоосахаренной патоки).

В основе технологам всех видов сахаристых продуктов из крах­мала лежит регулируемая декстринизация (разжижение) клейсте-ризованного крахмала. В качестве сырья обычно используют ку­курузный или картофельный крахмал в виде водных суспензий концентрацией 35 — 38 %. Для разжижения крахмала применяют препараты а-амилазы. Их вносят в начальной стадии процесса, поскольку клейстеризация концентрированной крахмальной сус­пензии возможна только при условии ее одновременного разжи­жения. Полная желатинизация крахмальных гранул происходит при температуре выше 120 °С. Поэтому при использовании препа­ратов а-амилазы низкой термостабильности, таких, как Амило-субтилин или БАН (его аналог), процесс разжижения проводят в две стадии, с промежуточной термообработкой. Амилосубтилин про­являет максимальную разжижающую способность при рН 6—6,2 в течение 40 мин при температуре 84...86°С. Содержание редуцирующих Сахаров составляет по окончании процесса — 18—20% массы крахмала (в пересчете на глюкозу). Продукт охлаждают до 58...60 °С и подкисляют до рН 4,5—4,7.

Применение термостабильной а-амилазы сокращает длитель­ность процесса клейстеризации-разжижения и расход энергии, значительно упрощает аппаратурное обеспечение процесса, кото­рый может быть проведен в одном реакторе.

С помощью препаратов термостабильной а-амилазы, таких, как Термамил, крахмал клейстеризуют и разжижают в одну ста­дию при непрерывном повышении температуры до 105...110С.

При сопоставлении разжижающей способности различных препаратов а-амилазы, взя­тых в дозировке 0,1 ед/г крахмала, выявлено, что российский пре­парат Амилолихетерм превосходит зарубежные препараты. Расход Амилолихетерма (жидкая форма) составляет 0,45 ед/г крахмала, что в 1,56 раза ниже, чем при разжижении Амилосубтилином.

Технология ферментативного разжижения крахмала в различ­ных модификациях используется для получения мальтодекстринов. Это новый класс низкоосахаренных крах­мальных гидролизатов с глюкозным эквивалентом (ГЭ) от 5 до 27 %.

Мальтодекстрины получили широкое распространение благо­даря своим полезным свойствам, таким, как низкие сладость (ма­лое содержание глюкозы) и гигроскопичность, высокая вязкость, способность препятствовать кристаллизации, сохранение аромата, стабильность при высоких температурах и химических воздей­ствиях.

Мальтодекстрины входят в рецептуры быстрорастворимых продуктов, специй, растворимого кофе, кондитерских и хлебобу­лочных изделий, детского питания, молочных продуктов, соусов, приправ, диетического питания, сухих супов, мясными колбасных изделий.

Мальтодекстрины с РВ до 25 % получают по двухстадийной схеме разжижения крахмала с промежуточной термообработкой, используя препарат Амилосубтилин Г10Х. Мальтодекстрины со степенью полимеризации 150-200, что соответствует степени Расщепления крахмала 5—27 %, используют как углеводный ком­понент питания детей грудного возраста.

Сахаристые продукты с более высокой степенью расщепления полисахаридов получают путем обработки ферментативно- или кислотно-разжиженного крахмала амилазами экзотипа или их комплексами с эндоамилазами.

Особое место среди мальтодекстринов занимает мальтин (ГЭ — 5—8 %), имеющий среднюю молекулярную массу 69 700 и среднюю степень полимеризации 430, обладающий свойством образовывать термореверсивные гели, подобно жирам. Мальтин можно использовать при производстве низкокалорийных майо­незов вместо части яичного порошка и подсолнечного масла, заменяя им часть сливочного масла (до 10 %) и снижая дози­ровку сахара на 7 %; его можно вводить в состав специальных смесей для зондового питания в качестве основного источника углеводов.

Мальтин получают путем декстринизации картофельного или кукурузного крахмала в одну стадию. При использовании Амилосубтилина Г10Х процесс проводят при 85 °С с последующей термо­обработкой при 110...115 С. Используя Амилолихетерм (0,45 ед/г крахмала), гелеобразующая способность которого на 30 % выше, чем у Амилосубтилина, суспензию крахмала нагревают до 105 'С, затем охлаждают до 95 С. Достаточная степень гидролиза достига­ется за 5—7 мин.

Мальтоза — умеренно сладкий дисахарид пролонгирован­ного действия, характеризуется специфическими физиологичес­кими свойствами при метаболизме в организме человека, которые не обеспечивает сахароза.

Мальтоза характеризуется высокими антисептическим эффек­том и термостабильностью, низкими гигроскопичностью и вяз­костью в растворе. Мальтозная патока даже с содержанием сухих веществ 50 % отличается устойчивостью к спонтанной кристалли­зации при обычных условиях хранения. Поэтому мальтозная пато­ка с малым содержанием глюкозы рекомендуется для получения твердой карамели.

Процесс разжижения крахмала можно осуществлять фермента-тивным способом с применением либо бактериальной а-амилазы по двухстадийной схеме, либо термостабильной а-амилазы по од­ностадийной схеме.

Ферментативное осахаривание разжиженного крахмала ведется грибной а-амилазой или бактериальной В-амилазой.

В результате действия этих биопрепаратов полученные про­дукты несколько различаются: В-амилаза образует много мальто­зы и незначительное количество глюкозы, не образует мальтотриозы. Гидролизат обладает пониженной фильтрационной способностью из-за наличия повышенного количества предельных

При применении грибной а-амилазы образуется больше маль-тотриозы, но увеличивается скорость фильтрования гидролизатов из-за меньшего количества декстринов.

Высокомальтозная патока — продукт разжиженного а-амилазой 30—35%-го крахмала. Разжиженный крахмал с РВ 12—18% осахаривают бактериальной В-амилазой, например из B.polymyxa, при рН 6,5—6,6, температуре 50 С, длительности гидролиза 48 ч, дозировка фермента 1—1,5 ед/г крахмала. В гидро-лизате содержится 6—8 % глюкозы, 45—47 % мальтозы. Общее содержание сбраживаемых Сахаров 70—75%, РВ 48—49%. При использовании а-1,6-глюкозидазы на стадии осахаривания коли­чество мальтозы в гидролизате повышается на 2—9 %.

Разрыв а-1,6-гликозидных связей в точках ветвления амилопектина увеличивает количество субстрата, доступного действию В-амилазы.

Мальтозную патоку используют вместо сахарозы при произ­водстве леденцовой карамели и мороженого.

Высокоосахаренная патока может содержать от 49 до 70 % РВ. При РВ 55—60 % в ней содержится 34—40 % глюкозы, 24 % мальтозы, не более 13 % мальтотриозы, незначительные ко­личества высших олигосахаридов. Применяется при производстве хлебобулочных, кондитерских изделий, молочных и фруктовых консервов, столовых сиропов, пива.

Высокоосахаренную патоку получают путем кислотно-фермен­тативного или двойного ферментативного гидролиза, применяя в обоих случаях для осахаривания разжиженного крахмала препарат Глюкаваморин Г20Х. Патока устойчива к кристаллизации при концентрации глюкозы не выше 40 %. В рамках принятой техно­логии это соответствует содержанию редуцирующих веществ не более 58—60%, что не обеспечивает микробиологической ста­бильности продукта. С целью повышения сладости патоки и кон­центрации в ней сбраживаемых Сахаров при условии сохранения некристаллизуемости глюкозы изменяют соотношение форм Саха­ров в продукте за счет повышения доли мальтозы. Для этого на стадии осахаривания возможно использование комплекса препа­ратов, состоящего из Амилоризина и Глюкаваморина.

7.5 Получение глюкозно-фруктозных сиропов (ГФС) из крахмалосодержащего сы­рья.

ГФС - универсальный заменитель сахарозы. Его применяют при производстве соков, безалкогольных напитков, вина, лике ров, хлебобулочных изделий, фруктовых и молочных консервов, мороженого.

По данным отечественной статистики, потребность в новых сахаристых продуктах глюкозно-фруктозных сиропах (ГФС) составляет примерно 850 тыс. т/год. При этом основные потребите ли ГФС - безалкогольная, хлебопекарная и консервная промыш­ленности.

В основе производства ГФС лежит ферментативный гидролиз крахмалосодержащего сырья с последующей изомеризацией глюко­зы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы (ГлИ), основными источниками которой служат микроорганизмы.

В МГУПП выделен активный штамм Streptomyces albogriseolus 28-3 и на его основе раз­работана технологическая схема получения ГлИ в гомогенном со­стоянии с температурным оптимумом 80 °С, оптимум рН — 8.

При производстве ГФС глюкозный сироп, очищенный фильт­рацией через кизельгур, активированный уголь и ионообменные смолы, концентрируют упариванием при 60 °С до содержания СВ 45 %

Концентрированный продукт является субстра­том для изомеризации.

Изомеризацию глюкозы во фруктозу проводят с помощью им­мобилизованных препаратов глюкозоизомеразы в колонных реак­торах. Степень конверсии глюкозы зависит от скорости пропуска­ния ее раствора через реактор, рН и температуры, концентрации солей магния и кобальта. Используют препараты с достаточно высокой термостабильностью, поскольку процесс изомеризации проводят при 58...60°С во избежание инфицирования продукта. При температуре выше 60 °С, особенно в щелочной среде, увели­чивается количество кетосахаров за счет химической изомериза­ции, а также темноокрашенных продуктов деградации сахаров.

Процесс изомеризации проводят при рН 7,8. Раствор глюкозы пропускают через слой иммобилизованной глюкозоизомеразы, а из. реактора вытекает смесь фруктозы и глюкозы. Продукт после изомеризации обрабатывают углем для деколоризации

освобож-Дают от примесей в ионообменных колонках, затем упаривают до 71%-го содержания СВ (50 % глюкозы и 42 % фруктозы). Приме­нение иммобилизованной глюкозоизомеразы позволило сокра-тить расход фермента в 10 раз, затраты труда — в 3 раза.

В ГФС с содержанием фруктозы 42 % в процессе хранения кристаллизуется глюкоза. Поэтому предпочтительно вырабатывать ГФС с содержанием фруктозы 55 %.

12