ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИТЕРСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

ОСНОВНОЕ СЫРЬЕ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА

Сахар

Основным сырьем для производства карамели являются сахар песок и крахмальная патока, которые составляют 90-95 % сухих веществ основ­ных видов карамели с начинкой и 99 % сухих веществ леденцовой караме­ли.

Сахар песок, поступающий на кондитерские фабрики, должен отве­чать следующим требованиям:

массовая доля сахарозы (в пересчете на сухое вещество), %, не менее 99,75;

массовая доля редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество), %, не более 0,05; массовая доля влаги, %, не более 0,14;

массовая доля золы (в пересчете на сухое вещество), %, не более 0,03;

цветность, условных единиц, не более 0,80.

Таким образом, сахар песок является практически химически чистой сахарозой, и его свойства определяются свойствами последней.

Молекула сахарозы состоит из двух остатков моносахаридов: D-глюкозы и D-фруктозы, соединенных глюкозидными группами. Причем глюкоза находится в а-пиранозной, а фруктоза * в Р-фуранозной форме. Сахароза относится к группе дисахаридов, представляет собой а-, D-глю - копиранозил - Р, D-фруктофуранозид и имеет следующую формулу:

Кристаллы сахарозы относятся к моноклинной системе, имеют слож­ную многогранную призматическую форму. Относительная плотность кри­сталлов сахарозы р415 = 1,5879; молекулярная масса - 341,296. Температу­ра плавления сахарозы находится в пределах 180-188°С.

Сахароза хорошо растворима в воде. При растворении сахарозы по­глощается теплота: при 30°С - 10,5 Дж/моль, а при 57°С - 32,9 Дж/моль. При кристаллизации сахарозы из растворов или расплава выделяется со­ответствующее количество теплоты.

Благодаря присутствию в молекуле асимметричных атомов углерода сахароза вращает плоскость поляризации света, т. е. является оптически активным веществом. Водные ее растворы вращают плоскость вправо. Удельная вращательная способность мало зависит от концентрации и тем­пературы растворов. Поэтому сахарозу особенно удобно определять по­ляриметрическим методом. Удельное вращение «нормального» раствора сахарозы у0[2] = 66,52°.

Растворы сахарозы преломляют световые лучи. Показатель прелом­ления зависит от концентрации раствора. Это свойство сахарозы широко используется в промышленности для определения концентрации ее раство­ров.

Температура кипения растворов сахарозы растет с повышением кон­центрации и зависит от давления. К растворам сахарозы низкой и высокой концентрации применим экспериментальный закон Бабо, согласно кото­рому отношение упругости пара над раствором к упругости пара чистой воды при той же температуре есть величина постоянная (Рр/Рв = const) и при данной концентрации не зависит от температуры.

Растворимость сахарозы

Под растворимостью понимается количество килограммов сахара, способного раствориться в 1 кг воды при данной температуре. С повыше­нием температуры растворимость сахарозы резко возрастает (рис. Ill-1).

Растворы, используемые в кондитерском производстве, как правило, многокомпонентны. Преобладающим компонентом в этих растворах является сахароза, на растворимость которой оказывают влияние другие растворенные веще­ства - сахара и несахара.

Взаиморастворимость веществ - это важное свойство, от которого в значительной степени зависят концентрация сиропов, вязкость, темпе­ратура их кипения, кристаллизация сахарозы из пересыщенных сиропов, а также в карамельных, конфетных, ирисных и других массах.

Основным показателем растворимости саха­розы во многокомпонентных растворах является коэффициент насыщения а', под которым понимают отношение коэффици­ента растворимости Н, в данном растворе к коэффициенту растворимости Н сахарозы в чистой воде при той же температуре:

а' = Н,/Н0,

Коэффициент насыщения показывает, во сколько раз больше или мень­ше сахароза растворима в данном растворе, чем в чистой воде при той же температуре.

Вещества, температура плавления которых выше, чем у сахарозы, увеличивают ее растворимость в воде, а вещества с температурой плавле­ния ниже, чем у сахарозы, уменьшают растворимость последней. A. J1. Со­коловским показано, что в присутствии глюкозы, фруктозы, мальтозы и крахмальной патоки растворимость сахарозы уменьшается. Вытесняющее действие патоки зависит от ее состава. Чем меньше редуцирующих ве­ществ в патоке, тем больше она понижает растворимость сахарозы.
вается общее содержание сухих веществ, растворимых в 100 частях воды. Это свойство взаиморастворимости веществ имеет важное практическое значение в кондитерском производстве. Правильно составляя рецептур­ные смеси, можно получить концентрированные сиропы и уменьшить зат­раты тепловой энергии на их уваривание; кроме того, такие сиропы будут обладать повышенной устойчивостью против кристаллизации.

Таким образом, коэффициент насыщения сахарозы в сахаро-паточ - ных и сахаро-инвертных растворах всегда меньше единицы и резко убыва­ет с ростом отношения Н^В (несахар+редуцирующие вещества/вода); т. е. с увеличением массы сухих веществ патоки или инвертного сиропа при постоянной влажности или уваривании этих растворов. Большим вытес­няющим действием на сахарозу по сравнению с отдельными са­харами обладает патока, что объясняется присутствием в ней декстринов. Это наглядно вид­но на рис. III-2, где для сравне­ния показано влияние некото­рых веществ на растворимость сахарозы при температуре 30°С.

По влиянию на раствори­мость сахарозы вещества мож­но расположить в следующем порядке: декстрины, патока картофельная, патока кукуруз­ная, глюкоза, фруктоза, мальто­за.

Вытесняющее действие сахаров на растворимость сахарозы связано с образованием в растворе гидратов. Вода, входящая в гидратную оболоч­ку, теряет способность растворять вещества.

Влияние различных веществ на растворимость сахарозы зависит от структуры образовавшегося раствора. Вещества, молекулы которых мень­ше единичного межмолекулярного объема, независимо от взаимодействия с водой увеличивают растворимость сахарозы вследствие вытеснения сво­бодной воды из межмолекулярного объема, который зависит от величины молекул и их формы. Чем крупнее молекулы растворенного вещества, тем больше межмолекулярный объем. Если молекулы добавленного вещества не укладываются в межмолекулярный объем, то они дегидратируют моле­кулы сахарозы, понижая ее растворимость.

Крахмальная патока

Патока - продукт неполного гидролиза крахмала кислотами или фер­ментами. В результате гидролиза из крахмала образуются углеводы раз­личной молекулярной массы. Основную массу сухих веществ патоки со­ставляют декстрины, мальтоза и глюкоза. К группе декстринов обычно относятся также сахара с числом глюкозных единиц больше, чем у мальто­зы. Патока, применяемая в кондитерской промышленности, содержит 78- 80 % сухих веществ, из которых 38^2 % редуцирующих сахаров (в пере­счете на глюкозу). Соотношение глюкозы, мальтозы и декстринов в такой патоке составляет 1:1:3.

Патока содержит некоторое количество красящих, азотистых и мине­ральных веществ. Содержание белка в патоке не должно превышать 0,3 %, а минеральных веществ - 0,55 % в пересчете на СВ. Азотистые вещества вызывают потемнение патоки при ее нагревании. В зависимости от вида кислоты, используемой при гидролизе крахмала, патока может содержать в незначительных количествах NaCl, CaO, S03, FeO, CaS04. Кроме того, в золе патоки обычно присутствуют Р205, катионы Mg, Мп и др.

Кислотность патоки, присутствие солей и несахаров влияют на инвер­сионную способность патоки (по отношению к сахарозе). Поэтому pH па­токи должен быть не ниже 4,5.

Химический состав патоки, полученной ферментативным гидролизом крахмала, отличается от патоки, полученной кислотным гидролизом.

При изготовлении кондитерских изделий патока, являясь ценным пи­тательным продуктом, выполняет роль антикристаллизатора. Эти свой­ства обусловлены повышением вязкости сахарных растворов той же кон­центрации. Вязкость патоки зависит от температуры, содержания сухих веществ, соотношения углеводов различной молекулярной массы, а также других компонентов - белков, минеральных солей (табл. III-2).

Углеводный состав патоки влияет на качество и гигроскопичность кондитерских изделий при хранении. Потому для производства кондитер­ских изделий, которые после изготовления поглощают влагу из окружаю-

щего воздуха (например, карамель), требуется патока с пониженным со­держанием глюкозы, и, наоборот, для изделий, быстро высыхающих-при хранении (помадные, сбивные изделия), необходима патока с повышен­ным содержанием глюкозы.

За рубежом для нужд кондитерской промышленности вырабатывают патоку с декстрозным эквивалентом ДЕ (содержанием редуцирующих ве­ществ в пересчете на глюкозу) в пределах 28-70 %. Патоку с низкой степе­нью осахаривания получают частичным гидролизом крахмала кислотой. Для изготовления патоки широко используются ферменты. В зависимости от концентрации гидролизата и фермента получают патоку с заданным составом углеводов. Кроме того, при изготовлении патоки используется смешанный кислотно-ферментативный гидролиз крахмала.

Наиболее распространенными являются следующие сорта патоки: низкоосахаренная (ДЕ 28-38), обычная (ДЕ 38-48), средней степени оса­харивания (ДЕ 48-58) и высокоосахаренная (ДЕ 60). Изменение углевод­ного состава паток в зависимости от разной степени осахаривания крах­мала показано в табл. ІІІ-3.

Наряду с вышеприведенным составом углеводов при гидролизе крах­мала образуются продукты реверсии.

В зависимости от степени осахаривания крахмала изменяется не толь­ко углеводный состав паток, но и их свойства: вязкость, плотность, сла­дость и др. Низкоосахаренная патока наименее сладкая и наиболее вязкая по сравнению с другими сортами.

Таблица ІІІ-3. Углеводный состав патоки различной степени осахаривания, %

Высокоосахаренная патока наиболее сладкая. Ее получают частич­ным кислотным гидролизом крахмала, после чего гидролизат обрабаты­вают ферментами. Эта патока содержит меньше декстринов по сравнению с другими видами патоки и поэтому имеет наименьшую вязкость.

За рубежом производится также высокомальтозная патока. Ее полу­чают двойным кислотно-ферментативным гидролизом крахмала. Она со­держит в 3 раза больше мальтозы, чем обычная патока.

Углеводный состав высокомальтозных паток по сравнению с други­ми видами паток приведен в табл. III-4.

Высокомальтозная патока содержит значительно больше дисахари­дов и меньше сухих веществ промежуточной молекулярной массы, чем обычная кукурузная патока (ДЕ 42-43).

Вязкость такой патоки, как видно из таблицы ІІІ-5, такая же, как у обычной патоки.

При нагревании патоки ее составные части претерпевают изменения. Декстрины частично переходят в низкомолекулярные соединения, мальто­за гидролизуется до глюкозы, а последняя распадается с образованием многих новых химических веществ.

Инвертный сироп

При недостатке патоки в качестве антикристаллизатора в производ­стве карамели используют инвертный сироп. Он представляет собой вод­ный раствор смеси равных количеств глюкозы и фруктозы.

Готовят его на фабриках путем кислотного или ферментативного гид­ролиза сахарозы. При нагревании растворов, содержащих кислоту, саха­роза гидролизуется. Она присоединяет молекулу воды и расщепляется на D-глюкозу и D-фруктозу по уравнению:

с12н22оп + н2о = с6н12о6+с6н12о6. (ІІІ-1)

Полученная смесь моносахаридов вращает плоскость поляризации уже не вправо, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращающую смесь моносахаридов называется инверсией.

Равновесие между различными таутомерными формами моносахари­дов, которые образуются при инверсии, достигается медленно, поэтому вращение после инверсии не скоро становится постоянным.

Кинетика процесса взаимопревращения сахаров из одной в другие формы протекает по типу обратимых реакций первого порядка. В зависи­мости от концентрации вращение инвертного сиропа можно определить по формуле:

[у ] “ = -(19,447 - 0,07068С + 0,00022С2), (ІІІ-2)

где С - массовая доля сухих веществ инвертного сиропа, %.

188

Выражая скорость инверсии как функцию концентрации сахарозы, полу­чим:

dx/dx = k(a - х), (Ш-3)

где х - количество прореагировавшей сахарозы за время т, моль; К - констан­та скорости инверсии, мшг1; а - начальная молярная концентрация сахарозы, моль/л.

Измеряя вращение раствора в процессе гидролиза, величину К можно определить по уравнению:

К = 1 /т 1пО0 - vk)/( - vk), (III-4)

где |г0и |fk - соответственно начальное и конечное вращение; |гт - вращение в момент времени т.

Кислоты при гидролизе сахарозы действуют каталитически, поэтому кон­станта скорости инверсии зависит от температуры, pH сахарного раствора, природы используемой кислоты, концентрации сахарозы и других факторов. Зависимость К от температуры выражается уравнением:

dlnK/dT = Q/RT2, (IH-5)

где Т - абсолютная температура, К; Q - теплота превращения, Дж/(моль-К); R - газовая постоянная.

На продолжительность инверсии влияет pH сахара песка. При увеличе­нии pH процесс инверсии замедляется. Оптимальное время инверсии и каче­ственные показатели инвертного сиропа, полученного из сахара песка с раз­личными значениями pH, приведены в таблице III-6.

Для определения оптимального времени инверсии xoirr (в мин) можно вос­пользоваться формулой:

тшп = (5 РН20 - 30) / (0,0 It)9, (HI-6)

где рН2() - активная кислотность 50 %-ного раствора сахара при 20°С; t - тем­пература сахарного сиропа в момент введения соляной кислоты, °С.

Несахара, содержащиеся в сахаре песке в виде минеральных солей и других веществ, замедляют реакцию инверсии. На константу скорости инверсии слабое влияние оказывает также концентрация сахарного ра­створа. С увеличением концентрации сахарозы изменяется активность во­дородных ионов, скорость инверсии уменьшается. Кроме того, при инвер­сии сахарозы в концентрированных растворах наряду с глюкозой образу­ются вещества более сложного молекулярного состава.

Для приготовления инвертного сиропа, содержащего 76-78 % реду­цирующих сахаров, применяют 80 %-ный раствор сахара, а в качестве катализатора реакции - соляную или одну из органических кислот. Коли­чество добавляемой соляной кислоты в зависимости от качества сахара

изменяется в пределах 0,015-0,03 % от массы сахара. Так как константа инверсии органических кислот почти в 100 раз меньше, чем у соляной кис­лоты, то их расход увеличивается до 1 % (молочная кислота).

Кислоту добавляют в сахарный сироп при 90°С в виде 10 %-ного ра­створа. Инверсию для одного и того же сахарного сиропа при добавлении 0,03 % НС1 ведут 20 мин, а при добавлении 0,02 % НС1 - 30 мин.

По завершении процесса инверсии полученный сироп необходимо пе­рекачать в емкость, оборудованную мешалкой и змеевиками, в которых циркулирует холодная вода, быстро охладить до температуры 35-40°С и только затем нейтрализовать. Необходимо помнить, что константа скорос­ти распада глюкозы и фруктозы при pH 7 в 250 раз больше, чем при pH 3,5.

Нейтрализацию кислоты проводят 10 %-ным раствором двууглекислой соды (пищевой) при постоянном перемешивании охлажденного инвертного сиропа во избежание разложения глюкозы и фруктозы, которые весьма чув­ствительны к щелочным средам.

Инвертный сироп должен иметь слабокислую реакцию, поэтому коли­чество соды, необходимой для нейтрализации кислоты, взятой для инвер­сии, уменьшают на 10 %. Расчет ведут по уравнению химической реакции:

НС1 + NaHC03 = NaCI + Н20 + СОг

Химический состав инвертного сиропа непостоянен и зависит от усло­вий инверсии: качества сахара песка, природы и концентрации кислоты, pH среды, температуры, продолжительности реакции и других факторов.

В среднем, инвертный сироп имеет следующий состав (в %): редуциру­ющих сахаров (глюкоза + фруктоза) - 76-78, сахарозы -1-3, воды -19-20 и небольшое количество продуктов распада глюкозы и фруктозы.

Физико-химические свойства инвертного сиропа определяются в основ­ном свойствами входящих в его состав моносахаридов. Инвертный сироп обладает высокой гигроскопичностью, что ограничивает его использова­ние в производстве карамели. При нагревании сиропа дольше топт или хра­нении его горячим продолжительное время, содержащиеся в нем глюкоза и фруктоза быстро разлагаются с образованием новых химических веществ, в том числе повышенной цветности (красящих, гуминовых веществ).

Хранение и подготовка сырья к производству

В зависимости от объема переработки и наличия в данном районе близко расположенных сахарных заводов, сахар песок может доставляться на фаб­рики в мешках массой 50 кг или сахаровозах. В первом случае мешки с саха­ром укладывают на деревянные стеллажи, покрытые чистым брезентом или другой тканью, в штабеля высотой 8-10 мешков. Между штабелями, а так­же штабелями и стенами склада оставляют проходы шириной около 1 м.

Склады для хранения сахара должны быть сухими и хорошо вентили­руемыми. Относительная влажность воздуха в них не должна превышать 70 %. Сахар, в отличие от сахарозы, относится к гигроскопичным матери­ал ам. Гигроскопичность сахару придают примеси-несахара. Гигроскопич - ность зависит от влажности сахара, размеров кристаллов, относительной влажности и температуры воздуха.

Сахар песок влажностью 0,02-0,04 % и размерами кристаллов выше 0,4 мм хорошо сохраняет гигроскопическое равновесие с окружающей средой при температуре 20°С и относительной влажности воздуха 60 %.

Если сахар доставляется на фабрику в специальных контейнерах, же­лезнодорожных вагонах или сахаровозах бестарно, то его хранят в метал­лических силосах РЭ-ШС5-03.01. В силосы сахар песок подается механи­ческим транспортом, а из силосов на производство - механическим или пневмотранспортом.

При пневматическом транспортировании кристаллы сахара частич­но измельчаются, истираются вследствие их ударов о стенки материал о - проводов, питателей и разгрузителей. Степень измельчения по данным от­дельных кондитерских фабрик достигает 1,20-1,34 %.

В силосах для хранения сахара установлены сигнализаторы уровня, приборы для контроля температуры и относительной влажности воздуха, а также датчики для управления автоматикой.

Схема приема, бестарного хранения и транспортирования сахара пес­ка показана на рис. III-3.

Взвешенный на платформенных весах автосахаровоз 1 разгружает сахар песок в приемный бункер 2, из которого шнеками 3 и 5, норией 4 сахар подается в силосы 6 на хранение. Из силосов шнеками 7 и 8 сахар поступает в питатель 9 системы пневмотранспорта. Сжатый воздух пода­ется в шнековый питатель вентилятором 10 высокого давления или от об­щефабричной сети, номинальное давление (0,5-0,7 МПа) в которой созда­ется компрессором.

Смесь сахара с воздухом транспортируется по материалопроводу 11 в цеховой циклон-разгрузитель 12, в котором сахар осаждается, а воздух отво­дится через матерчатый фильтр. Шнеком 13 сахар подается в просеватель.

Для очистки сахара от примесей используются просеватели с плоски­ми или цилиндрическими ситами. К ним относятся просеватели А1-ХКМ, «Тарар», пирамидальный бурат ПБ-1,5 и «Пионер». Для отделения метал­лических примесей применяются магнитные уловители.

(^Патока поступает на фабрики в авто - или железнодорожных цистер­нах. Из цистерн патоку сливают в баки, откуда насосом перекачивают в большие металлические емкости для длительного хранения. Внутри емко­сти покрыты лаком, предохраняющим железо от коррозии. При низких тем­пературах, особенно в зимнее время года, патока отличается высокой вяз­костью. Чтобы обеспечить слив из цистерн, патоку подогревают до 40- 60°С. Подогрев патоки ведется паром через змеевики, расположенные в нижней части цистерны.

Емкости для длительного хранения патоки могут находиться на от­крытой площадке. Чтобы обеспечить местный подогрев патоки и ее пере­качивание на производство, в нижней части емкости оборудованы неболь­шие камеры с паровыми змеевиками. В змеевики подается пар давлением 100-200 кПа. В связи с тем, что при нагревании патоки цветность ее повы­шается из-за разложения глюкозы, ее необходимо нагревать до температу­ры не выше 60°С. Перед подачей в производственные баки патоку фильт­руют при помощи специальных устройств через сита с размером ячеек не более 1,5 мм.

Охлажденный и нейтрализованный до слабокислой реакции инверт­ный сироп хранят в баках при температуре не выше 30°С. Длительное хра­нение горячего инвертного сиропа недопустимо, так как в нем происходит глубокий распад моносахаридов, особенно фруктозы, с образованием тем - ноокрашенных соединений. Красящие и гуминовые вещества не только сильно повышают цветность инвертного сиропа, но и ухудшают его вкус.

Перед подачей на производство инвертный сироп пропускают через фильтр с диаметром ячеек не более 1,5 мм.

Кроме основного сырья для производства карамели используется вспо­могательное сырье. К нему относятся: органические кислоты, красители, ароматические вещества и другие материалы, поступающие на фабрики в соответствующей упаковке, предусмотренной стандартом или технически­ми условиями. Они хранятся в складских помещениях отдельно от основно­го сырья при температуре 20°С и относительной влажности воздуха 65-75 %.

Перед использованием кристаллические кислоты просеивают через сито с размером ячеек не более 1-2 мм. Молочную кислоту, эссенции, растворы красителей процеживают через сита, имеющие 500 отверстий на 1 см2.