Технологическая схема производства карамели

Карамель благодаря своим ценным пищевым свойствам, хорошему вкусу и аромату и красивому внешнему виду поль­зуется широким спросом у населения. Этими ценными свойст­вами карамели объясняется большой объем ее производства, составляющий 35—40% всех вырабатываемых в нашей стране кондитерских изделий.
Карамель получают увариванием са­харного раствора с патокой до содержания 97—99% сухих ве­ществ -и формованием охлажденной до 70° карамельной массы. Отформованную карамель охлаждают до 35—40°. При этой температуре карамель, оставаясь в аморфном состоянии, при­обретает твердость, что разрешает подвергать ее завертке, упа­ковке и транспортировке.
Отечественная промышленность вырабатывает широкий и разнообразный ассортимент карамели [27], который включает свыше 450 сортов.
  1. Вырабатываемую нашей промышленностью карамель мож­но разделить на две основные группы.
  2. Карамель леденцовая — 30 сортов, составляющая около 10% вырабатываемой карамели.
Карамель с начинкой — свыше 120 сортов, составляющая 90% вырабатываемой карамели.
Карамель леденцовая выпускается разных видов, отличаю­щихся между собой по вкусу и аромату, форме, размерам, цве­ту, обработке поверхности и упаковке.
Карамель с начинкой в зависимости от сырья, применяемо­го для приготовления начинок, делится на следующие основ­ные подгруппы.
Карамель с начинками:
  • а) фруктово-ягодными;
  • б) помадными
  • в) медовыми;
  • г) ликерными;
  • д) молочными;
  • е) орехово-шоколадными;
  • ж) марципановыми;
  • з) масляно-сахарными;
  • и) сбивными.
Большое распространение имеет карамель с фруктово-ягод­ными начинками, выработка которой составляет около 75% от всей выпускаемой карамели с начинкой. Широкое распростра­нение карамели с фруктово-ягодными начинками обусловлено применением для их приготовления натуральных фруктово- ягодных заготовок, придающих карамели вкус и аромат соот­ветствующих натуральных фруктов и ягод.
 Значительному росту производства карамели и повышению качества этих изделий, вырабатываемых на наших фабриках, способствовали выполненные в последние годы инженерно-тех­ническими и научными работниками кондитерской промышлен­ности и новаторами производства работы по усовершенствова­нию технологических процессов производства карамели. Сов­местной работой ВКНИИ и фабрики «Красный Октябрь» впер­вые в технике кондитерской промышленности созданы поточно- механизированные линии производства карамели [18, 34, 37], нашедшие широкое применение в промышленности.
В настоящее время на поточно-механизированных линиях вырабатывается свыше 30—35% всей изготовляемой промыш­ленностью карамели.
Достигнутая на поточных линиях механизация производствен­ных процессов позволила повысить производительность труда бо­лее чем в два с половиной раза, сократить длительность произ­водственного цикла приготовления карамели в 3—4 раза и со­здать необходимые условия для дальнейшего повышения качест­ва и стойкости карамели.
Все машины и аппараты поточно-механизированных линий, как и все другое оборудование для карамельного производства, изготовляются на заводах отечественного пищевого машиностро­ения. Успехи, достигнутые новаторами кондитерского производ­ства в освоении и усовершенствовании поточно-механизирован­ных линий производства карамели, позволили повысить выра­ботку, расширить ассортимент и улучшить качество карамели, вырабатываемой на поточных линиях.
На основе дальнейшего совершенствования технологии про­изводства и совершенствования поточно-механизированных ли­ний планом 1959—1965 гг. предусмотрено создание и внедрение автоматических линий и цехов производства карамели. Осущест­вление мероприятий по дальнейшему техническому прогрессу производства карамели позволит улучшить качество и повысить стойкость этих изделий.
           Технологическая схема производства карамели
Производство карамели включает следующие основные ста­дии:
  • приготовление карамельной массы;
  • охлаждение и обработку карамельной массы;
  • приготовление начинок;
  • формование и охлаждение карамели;
  • завертку, расфасовку и упаковку карамели.
Каждая из указанных стадий производства карамели состо­ит из ряда операций, которые отличаются между собой в зави­симости от уровня механизации фабрики, группы и сорта выра­батываемой карамели.
На рис. 1 приводим технологическую схему поточно-меха­низированного производства карамели с начинкой. Сахарный песок загружают в норию 1, которая подает его в просеиватель- ную машину 2, где от сахара отделяются посторонние примеси. Просеянный сахар непрерывно поступает в секционный раство­ритель 7. Из бачка-дозатора 3 в растворитель поступает подо­гретая вода в соотношении 1 : 0,25.
Сахар растворяется при нагревании в воде и смешивается в предпоследней секции растворителя с предварительно подогре­той патокой, поступающей из бака 4 через дозатор 5 и насос 6.
Сахаро-паточный сироп из растворителя подается насосом 8 для уваривания в вакуум-аппарат 9.
 Карамельная масса из вакуум-аппарата периодически вы­гружается в приемник охлаждающей машины 10. Проходя меж­ду валками и непрерывно продвигаясь в виде ленты по полой плите, карамельная масса охлаждается. В конце охлаждающей плиты в карамельную массу из дозаторов 11 вводится кислота, раствор красителя и эссенция.
 Карамельная масса продвигается далее по проминальному транспортеру 12 к тянульной машине 13, в которой добавленные в карамельную массу вещества равномерно распределяются, а карамельная масса насыщается воздухом и приобретает блестя­щую поверхность.
Из тянульной машины карамельная масса по ленточному транспортеру 19 передается в катальную машину 20, образуя в ней батон в форме конуса.
1Начинка (поступает из сборника 14 в темперирующую машину 15. Про- темлерированная начинка подается насосом начинконаполнителя 16 через фильтр 17 по трубопроводу 18 в‘вер­шину карамельного конуса.
Конец карамельного батона с на­чинкой непрерывно оттягивается кали- бруюице-вытягивающей машиной 21. Жгут карамельной массы, внутри кото­рого находится начинка, поступает не­прерывно в формующую машину 22.
Отформованная карамель в виде цепочки перемещается узким охлаж­дающим транспортером 24 к охлаж­дающему двухъярусному шкафу 26, в котором карамель охлаждается посту­пающим через воздуховод 23 воздухом.
Из охлаждающего шкафа карамель переходит на распределительный транспортер 25, который подает ее через питатели 27 в заверточные ма­шины 28 или в аппарат для глянцева­ния или обсыпки карамели 30.
Завернутая карамель транспорте­ром 29 подается в короба, устанавли­ваемые на весах 31, а глянцованная или обсыпанная сахаром карамель по­ступает в короба, установленные на весах. Короба с карамелью транспор­тером 32 подаются в экспедицию.
        Сырье для производства карамели
Основным сырьем для производства карамели являются сахароза и крах­мальная патока, которые составляют 90—95% всех сухих веществ основных видов карамели с начинкой и 99% су­хих веществ леденцовой карамели.
Такой удельный вес углеводов в балансе сырья, применяемого для изготовления карамели, делает необ­ходимым тщательное ознакомление всех работающих в этой области со свойствами основного сырья, условиями его хранения и подготовки к производству.
          Хранение и подготовка сырья к производству
                             Сахароза
Сахароза обычно поступает на кондитерские фабрики в виде сахара-песка и реже в виде сахара-рафинада. Сахарный пе­сок содержит не менее 99,75%, а сахар-рафинад не менее 99,9% сахарозы.
Водные растворы сахара-рафинада бесцветны, а растворы сахарного песка имеют едва заметный слабо-желтый оттенок из-за неполной очистки его от органических 'примесей. Зольность сахарного песка не должна быть более 0,03%. Зольность сооб­щает сахарному песку буферные свойства и повышенную цвет­ность сиропам и карамели. Сахарный песок в отличие от чистой сахарозы, имеющей слабокислую реакцию, имеет благодаря минеральным примесям нейтральную или слабощелочную реак­цию.
Для производства высококачественной бесцветной карамели необходимо применять сахарный песок со степенью очистки, принятой для сахара-рафинада, т. е. так называемый рафини­рованный сахарный песок.
Сахарный песок прибывает на фабрику в мешках весом 100 и 80 кг. Мешки с сахаром хранят в складах уложенными в шта­беля. Между штабелями, а также между штабелями и стенами склада необходимо оставлять проходы. Если в складе цемент­ные или асфальтированные полы, то мешки с сахаром следует укладывать на деревянные стеллажи, покрытые чистым брезен­том или другой тканью; брезент или мешковину можно подсти­лать непосредственно на пол, если он деревянный.
Склады для хранения сахара должны быть сухими и хорошо вентилируемыми. Относительная влажность воздуха в них не должна превышать 70%.
Сахар при поступлении в производство необходимо просеять через сита для удаления посторонних примесей и пропустить че­рез магнитный уловитель для освобождения от окалины и дру­гих случайно попавших металлических примесей.
  Сахарный песок, предназначенный для приготовления сиро­па, пропускают через сита с отверстиями не более 5 мм, а для приготовления сахарной пудры, обсыпки карамели и драже- ровки пропускают через сита с отверстиями не более 3 мм.
  Сахарные сиропы пропускают через металлические сита с размерами ячеек не более 1,5 мм.
За последние годы получает все более широкое распростра­нение бестарная перевозка и хранение сахарного песка. При этом способе сахар доставляется на фабрики в специальных емкостях и передается в специальные силосы, установленные в складских помещениях. Из силосов сахарный песок поступает в производ­ственные цеха по системе трубопроводов при помощи пневма­тики.
В зарубежной литературе имеются указания об использова­нии для производства карамели сахарных растворов 70%-ной концентрации, которые доставляют на кондитерские фабрики с сахарных заводов. Содержащаяся в этих сиропах проинвертировавшая сахароза (около 5%) предохраняет их от засахари­вания.
Такие растворы поступают на фабрики в специальных цис­тернах и перекачиваются насосами.
Группа работников сахарной промышленности предложила использовать для приготовления карамельной массы оттеки ра­финадного производства. В этом предложении предусматривает­ся строительство кондитерских фабрик с рафинадными це­хами.
  Анализ рафинадных оттеков, выполненный во ВКНИИ, пока­зал, что содержание в них сухих веществ в среднем составляет 60%, из них сахарозы около 99%. Содержание золы около 0,1% вместо 0,03 в сахарном песке, редуцирующих сахаров 0,3 вместо 0,05%, pH около 7.
Опыты, проведенные на Киевской кондитерской фабрике по получению карамели при замене сахарного песка оттеками ра­финадного производства, показали возможность получения ка­рамели, отвечающей требованиям стандарта.
           Патока
Патока является продуктом неполного гидролиза крахмала (кукурузного или картофельного). По данным работ, проведен­ных в Научно-исследовательском институте крахмало-паточной промышленности, патока, удовлетворяющая требованиям кара­мельного производства, может быть также получена из крахмала пшеницы и ржи. Для производства карамели применяют патоку высшего и первого сортов с содержанием 38—44% редуцирую­щих веществ. Содержание золы в пересчете на сухое вещество не более 0,4—0,45%; pH картофельной патоки не ниже 4,5, а кукурузной 4,6.
  Патока прибывает на кондитерские фабрики в цистернах по 25 и 50 т и в бочках весом 200—300 кг.
В цистернах патока доставляется при наличии у фабрики подъездных путей. Из цистерн при помощи сливных устройств
патока поступает в ба­ки, откуда насосом пе­рекачивается в произ­водственные цеха непосредственно,, для рабо­ты или в баки для дли­тельного хранения (рис. 2), изготовляе­мые обычно из желе­за и покрытые внутри лаком,            предохраняю -
2                                                             Рис. 2. Схема приемной паточной станции:
                                                    1—бак для патоки; 3—подогреватель; 3—насос.
щим железо от корро­зии.
Патоку при сливе из цистерн в баки, а также при перекачке ее в-цех к местам потреб­ления необходимо нагреть до 40—50°. При нагревании патоки достигается снижение ее вязкости (табл. 1), благодаря чему она легко перекачивается.
Таблица 1
Количество сухих веществ в патоке в % Вязкость патоки в пуазах при температуре в °С
15,6

26,7

37,8

48,9

60

79,35

1193,3

242,0

67,6

23,5

10

81,10

3288,0

572,4

159,6

50,7

19,4

82,8



2161,4

484,4

132,7

41,2

Прогрев патоки ведется паром через змеевики, расположен­ные обычно в нижней части цистерны. В связи с тем, что при нагревании патоки цветность ее повышается из-за разложе­ния сахаров, ее необходимо нагревать до температуры не вы­ше 60°.
В настоящее время предусматривается изготовление патоки для карамели с содержанием редуцирующих сахаров 31—34%; по данным ВКНИИ, карамель на такой патоке менее гигроско­пична.
Во избежание перегрева патоки в баках имеются камеры емкостью около 1 м3 с паровыми змеевиками. Камеры находятся внутри бака или связаны с ними сливными устройствами. Пере­
городки камеры, расположенной внутри бака у дна, имеют про­рези. Патока, разогреваясь пропускаемым через змеевики паром с давлением 1—2 атм, поднимается вверх, вытесняемая патокой, поступающей через прорези, и забирается насосом.
На некоторых фабриках баки для патоки, установленные на производстве у места выхода патоки в трубопровод, имеют не­большую (до 1 м) трубу для барботирования. При пропускании пара через трубу патока на ограниченном участке прогревается и одновременно за счет конденсирующегося пара слегка разжи­жается, что позволяет легко осуществлять перекачку ее к местам потребления. Существенным недостатком этого способа прогревания патоки является ее разжижение, вызывающее необ­ходимость дополнительного удаления влаги из сахаро-паточной смеси.
Если патока поступает на фабрики в бочках, то она хра­нится в складах уложенной в штабеля по 2—3 бочки. Темпера­тура склада, где хранятся бочки с патокой, не должна превы­шать 12—14°. При повышении температуры в складе патока мо­жет вытекать из щелей бочек, что создает большие потери. При отсутствии складских помещений бочки с патокой можно хра­нить зимой на открытых площадках, но в теплое время года та­кое хранение патоки недопустимо.
Бочки с патокой, поступающие на фабрики зимой, можно укладывать на настилы в штабеля и закрывать снегом или льдом и посыпать опилками. При этих условиях патоку можно сохра­нять без потерь и в теплое время года. При приготовлении ка­рамельного сиропа патоку необходимо предварительно про­фильтровать при помощи специальных устройств через сита с размером ячеек не более 1,5 мм.
           Вспомогательное сырье
Кислоты, красители, ароматические вещества и другие мате­риалы, прибывающие на фабрику в соответствующей предусмат­риваемой стандартом или техническими условиями упаковке, хранятся в складских помещениях отдельно от остального сырья при температуре около 20° и относительной влажности воздуха в помещении 65—75%. Характеристика фруктово-ягодного сырья, жирсодержащих ядер, молочных продуктов и других видов сырья, применяемых для приготовления карамельных на­чинок, и условия подготовки их к производству изложены в дру­гих разделах учебника.
Все сырье, поступающее в производство, по своим органолеп­тическим показателям, физическому состоянию и химическому составу должно соответствовать требованиям стандартов или технических условий. Все сыпучее сьгрье должно быть просеяно, а сырье в жидком или мазеобразном состоянии соответственно процежено или протерто через сита с отверстиями соответствую­щего диаметра.
                                                                                                        Диаметр
Наименование сырья                                                                 ячеек сита
                                                                                                        в мм
Сахарный песок           .          .           .           .                             2—3—5
Кислоты кристаллические,       порошок какао, тальк . .            1—2
Патока, мед, молоко сгущенное, жиры расплавлен­ные           1,5—2
Пюре фруктово-ягодное                                                              1—1,5
Эссенции, вина, кислота молочная                                            0,5
Раствор красителей                                                                  500 отвер­стий на 1 см2
            Физико-химические свойства углеводов карамели
                                 Сахароза
Свойства сахара, содержащего свыше 99% сахарозы, опре­деляются свойствами последней. Сахароза — бесцветное крис­таллическое вещество с температурой плавления от 165 до 180°. Водные растворы сахарозы вращают плоскость поляризации вправо, а удельное вращение их составляет 66,5°.
Растворы сахарозы способны преломлять световые лучи. По показателю преломления можно быстро определить количе­ства сахарозы в растворе.
Сахароза хорошо растворима в воде и растворимость ее быстро увеличивается с повышением температуры. Вязкость растворов сахарозы зависит от концентрации и температуры. В табл. 2 приведены некоторые данные по 'растворимости сахарозы и вязкости ее водных растворов.
Таблица 2


Показатели

Растворимость сахарозы при температуре в °С

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Содержание сахарозы в насыщенном растворе в %

67,09

68,70

70,42

72,25

74,18

76,22

78,36

80,61

82,97

Содержание сахарозы в 100 частях воды в г . .

203,8

219,5

238,1

260,0

288,1

320,4

362,0

415,7

487

Вязкость в пу­азах ....

2,24

1,63

1,26

1,02

0,90

0,82

0,85

0,90



Продолжение






Вязкость в пуазах при температуре в °1

с



Содержание саха­розы в %

20

30

40

50

60

70

80

90

100

40

0,062

0,044

0,0326

0,025

0,0198

0,0161

0,0134

0,0112

_

60

0,567

0,340

0,213

0,140

0,0987

0,0718

0,0542

0,0417



80





21,60

8,32

3,94

2,0

1,15





При добавлении к сахарозе других сахаров растворимость сахарозы уменьшается, а общее количество сахаров в 100 частях растворителя увеличивается. В табл. 3 приводим некоторые дан­ные нашей работы [40] но растворимости сахарозы в присутст­вии других сахаров и патоки.      Таблица           3
Сахарозы в %

Инвертного сахара в %

Сахарозы на 100 г воды в г

Инвертного саха­ра на 100 г воды в г

Общее количество сухих веществ на 100 г воды в г
Растворимость сахарозы в присутствии   инвертного  сахара при 50°
72,25

0

260,36



260,36

62,81

11,42

243,73

44,31

288,04

53,80

22,65

228,45

96,17

324,62

46,20

32,32

215,08

150,46

365,54

35,75

46,05

196,43

253,02

449,75

Растворимость сахарозы в присутствии патоки  при 50°
72,25

0

260,36



260,36

62,97

10,05

233,39

37,25

270,64

55,05

18,26

208,16

69,01

277,17

46,81

28,86

193,19

119,52

312,71

37,96

40,54

176,56

188,56

365,12

Растворимость сахарозы в присутствии глюкозы при 25°
67,89

0

211,4



211,4

63,62

5,21

204,1

16,7

220,8

59,20

10,34

199,13

34,88

234,01

53,87

19,50

202,29

73,23

275,52

Растворимость сахарозы в присутствии  мальтозы при 25°
67,89



211,4



211,4

63,46

5,33

203,33

17,08

220*41

59,31

10,54

196,7

35,00

231,7

51,97

18,54

176,23

62,87

239,1

Как видно из приведенных в табл. 3 данных, инвертный сахар и патока, добавленные в раствор сахарозы, повышают содер­жание сухих веществ в насыщенном растворе. С увеличением количества добавляемых к сахарному раствору патоки или ин­вертного сахара повышается количество сухих веществ, раство­римых в 100 частях растворителя — воды.
Мальтоза и глюкоза, добавленные к сахарозным растворам, также повышают, хотя и в меньшей степени, чем патока и ин­вертный сахар, содержание сухих веществ в насыщенном рас­творе.
Это свойство патоки и инвертного сахара повышать содер­жание сухих веществ в насыщенных сахаро-паточных и сахаро-инвертных растворах по сравнению с насыщенны­ми растворами одной сахарозы способствует сохранению сахаро-паточного сиропа и карамельной массы от кристал­лизации.
Сахароза практически не гигроскопична, она начинает по­глощать влагу из окружающего воздуха при относительной влажности выше 90%.
При добавлении к сахарозе других сахаров гигроскопичность смеси сахарозы с другими сахарами повышается. В табл. 4 при­водим данные, характеризующие гигроскопичность сахарозы в присутствии других сахаров.
Таблица 4


Наименование

Относительная влажность в % (при t=20°)

81,8

62,7

43,0

Сахароза

Не гигроскопична

Не гигроскопична

Не гигроскопична

Сахароза + 10% глюкозы

Гигроскопична, увлажняется че­рез 10 дней





Сахароза +10% мальтозы То же





Сахароза + 10% фруктозы

Гигроскопична, увлажняется че­рез 3 дня Гигроскопична



Сахароза + 10% инвертного са­хара

Гигроскопична, увлажняется че­рез 3 дня Гигроскопична, увлажняется че­рез 23 дня

Как видно из данных табл. 4, при добавлении к сахарозе 10% инвертного сахара или фруктозы способность поглощать влагу из окружающего воздуха наблюдается уже при относительной влажности 62,7%, а при повышении относительной влажности до 81,8% сахароза в смеси с инвертным сахаром или фруктозой увлажняется уже через три дня. Добавление к сахарозе 10% глюкозы или мальтозы также повышает гигроскопичность смеси по сравнению с чистой сахарозой, но в значительно меньшей сте­пени по сравнению с фруктозой и инвертным сахаром. Погло­щение (влаги сахарозой в смеси с мальтозой и глюкозой проис­ходит при относительной влажности 81,2%, а заметное увлажне­ние ее наблюдается после 10 дней хранения в указанных усло­виях.
Сахарозные растворы при продолжительном нагревании из-за кислой реакции сахарозы (константа электролитической диссоциации при 25° равна 3- 10“ 13) подвергаются инверсии, в результате которой часть сахарозы, присоединяя воду, переходит в инвертный сахар.
Если растворы сахарозы подвергать нагреванию в кислой среде, то процессы инверсии и образования инвертного сахара значительно ускоряются.
В карамельном производстве этим свойством сахарозных растворов пользуются для получения инвертного сахара.
Образующийся при нагревании сахарозы в кислой среде ин­вертный сахар, состоящий из равных количеств глюкозы и фруктозы, подвергается при нагревании дальнейшему разложе­нию с образованием различных продуктов.
Исследованиями ВНИИ кондитерской промышленности [13, 21, 40] установлено, что при нагревании сахарозы в кислой сре­де в числе продуктов разложения имеются первичные продукты, которые представляют собой ангидриды сахаров и их соединения, так называемые продукты конденсации, которые обладают зна­чительным поглощением при длинах волны λ=225—230 mμ.
Величина поглощения характеризуется коэффициентом экс- тйнкции е, выражаемым логарифмом отношения интенсивности света, прошедшего через слой раствора, к интенсивности падаю­щего света, взятой с обратным знаком и отнесенной к единице толщины поглощающего слоя. Кроме того, в сахарозных раство­рах имеются и продукты более глубокого разложения — оксиме- тилфурфурол, кислоты, красящие и гуминовые вещества, образо­вание которых характеризуется образованием максимума при λ = 282,5 mμ и повышенной цветностью в видимой части спектра.
Процессы разложения сахарозы при нагревании ускоряются с повышением температуры и продолжительности нагревания, а также с повышением кислотности среды.
При действии на сахарозу щелочей она обладает устойчиво­стью, так как не содержит свободных альдегидных и кетонных групп,
Сахароза и ее растворы устойчивы к действию на них высо­ких температур [15]. При нагревании раствора сахарозы до тем­пературы 100° процесс автогидролиза начинается только через
20 час. Понижение температуры нагревания до 80° значи­тельно увеличивает индукционный период, который при этих ус­ловиях составляет 43—55 час. Наши исследования изменений,

3                                  Рис. 3. Кривые поглощения:
                                           а—растворов сахарного песка при нагревании; б-сахаро-паточной смеси при нагревании.
                                  Е раствора     20 г в 100 Мл
происходящих при нагревании концентрированных сахарозных растворов до 145°, показали, что в этих условиях имеют место только незначительные химические изменения. Нагревание саха­розных растворов до 160° сопровождается образованием неко- тор ого количества инвертного сахара и изменениями активной и титруемой кислотности и цветности. Спектрофотометрические измерения в ультрафиолетовой части спектра показывают нали­чие максимума поглощения при λ = 282,5 mμ, что указывает на происходящие в этих условиях нагревания химические измене­ния сахарозы. На рис. 3уа приводим результаты наших иссле­дований об изменениях кривых поглощения сахарными раство­рами в ультрафиолетовой части спектра при длине волны λ = 230 и 282,5 mμ и различных температурах нагревания [40].
Добавление к сахарозе других сахаров понижает ее устой­чивость к нагреванию. Распад сахарозы с образованием инверт­ного сахара и других продуктов дальнейшего распада сахарозы при нагревании ее в смеси с другими сахарами начинается при более низких температурах. Так, при нагревании сахарных рас­творов, в которые добавлялась патока или инвертный сахар, распад сахарозы с образованием инвертного сахара и других продуктов разложения имеет место уже при 100°, с увеличением продолжительности нагревания распад сахарозы ускоряется. При нагревании сахаро-паточных растворов, в которых сахар и па­тока находятся в обычно принятых при приготовлении кара­мельной массы соотношениях (1 часть сахара и 0,5 части пато­ки), увеличение количества редуцирующих веществ (в пересче­те на инвертный сахар), по нашим исследованиям, начинается при 100°. С увеличением продолжительности нагревания содер­жание редуцирующих веществ постепенно повышается. С увели­чением температуры нагревания до 115—125° и продолжитель­ности нагревания до 60—90 мин. количество редуцирующих веществ в сахаро-паточном сиропе увеличивается почти на 50% и составляет от 13 до 17% .
Повышение температуры нагревания сахаро-паточной смеси до 145° ведет к росту редуцирующих веществ до 19—20%, а при повышении температуры до 160° и продолжительности нагрева­ния 30 мин. количество редуцирующих веществ резко увеличи­вается и составляет 52%. Это указывает на значительные химические изменения сахарозы и углеводного состава па­токи.
Если начало распада сахарозы при более низкой температуре в случае нагревания ее в присутствии патоки можно объяснить кислой средой патоки (pH около 5), то более сильный распад сахарозы при дальнейшем повышении температуры и продолжи­тельности нагревания сахаро-паточной смеси объясняется обра­зованием в этих условиях не только инвертного сахара, но и кислых продуктов, значительно ускоряющих процессы распада сахарозы.
На образование кислых продуктов и, в частности, левулиновой кислоты указывает снижение показателя pH и повышение титруемой кислотности.
Кроме того, более быстрое образование продуктов разложе­ния при нагревании сахаро-паточной смеси по сравнению с рас­творами одной сахарозы подтверждается спектрофотометриче­скими исследованиями в ультрафиолетовой части спектра в диапазоне длины волн от 200 до 400 тц. Начальные кривые поглощения патоки, растворов сахарозы, глюкозы и фруктозы имеют небольшой подъем в коротковолновой части спектра. По мере нагревания сахаро-паточной смеси постепенно образуются максимумы (рис. 3,6) при длинах волн 282,5 и 230 шц. Наличие максимумов поглощения при λ=230 и 282,5mμ указывает на появление продуктов химических изменений сахаро-паточ­ной смеси: ангидридов, продуктов реверсии, оксиметилфурфурола.
Цветность сахарочпаточной смеси в видимой части спектра при нагревании начинает заметно возрастать только в темпера­турном интервале 145—160° и при продолжительности нагрева­ния от 30 до 90 мин. Заметные изменения показателя поляриза­ции сахаро-паточной смеси наблюдаются также только при нагревании от 145 до 4600.
4                                      Рис. 4. Изменение величины поглощени я сахаро-инвертной смеси при нагревании.
При нагревании сахаро- инвертной смеси, содержавшей 16% инвертного сахара, до 160° и продолжительности нагревания от 30 до 90 мин. ха­рактер химических изменений такой же, как и при нагре­вании сахаро-паточной сме­си, но скорость этих измене­ний значительно выше. Максимумы, образующиеся на кривой поглощения нагревавшихся сахароинвертных сиропов при длинах волн 282,5 и 230 мм, больше (рис. 4), что указывает на более быстрый распад сахарозы в присутствии инверт­ного сахара.
(Приводим также некоторые тепловые характеристики саха­розы, необходимые при расче­тах:
теплопроводность раствора сахарозы 80%-ной концентра­ции 0,280 ккал/м час град., удельная теплоемкость при 15° равна 0,325 ккал/кг град, а сахарозы в растворе—0,43 ккал/кг град; температуропроводность при 15° равна 4,61 • 10-4 4 м21час.
          Крахмальная патока
Патока является продуктом неполного гидролиза крахмала минеральными кислотами.
Обычно патока содержит 78—82% сухих веществ и 18—22% влаги. Состав патоки принято определять соотношением содер­жащейся в ней глюкозы, мальтозы и декстринов.
Крахмальная патока за рубежом вырабатывается также в виде сухой патоки, которая получается сушкой обычной патоки до содержания около 94% сухих веществ. Соотношение между составными частями в сухой патоке и кислотность ее почти не отличаются от этих показателей для обычной патоки,
По уточненной методике определения составных частей пато­ки [32] в стандартной патоке содержится в среднем глюкозы 19—22%, мальтозы 18—20%, декстринов 55—60%.
По опубликованным в последнее время данным [66], кукурузные патоки, полученные кислотным гидролизом, имеют в своем составе наряду с глюкозой и мальтозой сахара с большим количеством глюкозных единиц. Соотношение между различ­ными сахарами в патоке зависит от степени гидролиза крахмала.
По этим данным, патока, содержащая 35—40% редуцирую­щих веществ, имеет следующий углеводный состав, установленный хроматографическим методом.
Количество глюкозных единиц в па­токе ....      Одна    Две      Три       ЧетыреПять     Шесть  Семь    Выше семи
Процентное          содержание                        13,4—   11,3—   10—     9,1—    7,8—    6,5—    5,5—    36,4—
                                                                           16,9         13,2      11,2      9.7        8,3        6,7        5,7        28,3
Количество редуцирующих веществ в патоке, вырабатывае­мой на наших паточных заводах для приготовления карамели, обычно колеблется в пределах 38—44%. По нашим исследова­ниям [42, 43], для приготовления карамели лучше применять патоку с содержанием 30—34% редуцирующих веществ.
Карамель, приготовленная на патоке с пониженным коли­чеством редуцирующих веществ, обладает меньшей гигроскопич­ностью и повышенной стойкостью при хранении.
Патока, предназначенная для приготовления карамели, долж­на (быть прозрачной, бесцветной или слабо-желтого цвета. Актив­ная кислотность патоки должна быть возможно более близкой к нейтральной.
При нагревании патоки образование продуктов разложения в связи с изменениями химического состава начинается уже при 100°. Начало химических изменений по изменению количества ре­дуцирующих веществ установить нельзя, так как при нагревании патоки происходит, с одной стороны, увеличение количества ре­дуцирующих веществ благодаря гидролизу мальтозы и других сахаров с большим количеством частиц глюкозы, а с другой стороны, количество редуцирующих сахаров благодаря разло­жению глюкозы уменьшается. Наличие химических изменений при нагревании патоки легко установить по появляющемуся максимуму поглощения подвергавшейся нагреванию патоки в ультрафиолетовой части спектра при λ,=230 и 282,5 mμ. Эти изменения патоки при повышении температуры нагревания зна­чительно ускоряются в связи с повышенной по сравнению с са­харозой кислой реакцией патоки.
На рис. 5 показаны кривые поглощения патоки в ультрафио­летовой части спектра в зависимости от температуры и продол­жительности нагревания.
5                                                               Рис. 5. Изменение величины поглощения патоки при нагре­вании.
Вязкость патоки весьма высока благодаря наличию в их со­ставе высокомолекулярных продуктов гидролиза крахмала; она колеблется в значительных пре­делах в зависимости от темпера­туры, количества сухих веществ и соотношения между состав­ными частями патоки (табл. 5а,56). Азотистых веществ в патоке содержится 0,1—0,2 %.
(Повышение количества азоти­стых веществ в патоке обуслов­ливает значительный рост цвет­ности и подгорание патоки при нагревании.
ВНИИ кондитерской промыш­ленности совместно с НИИ крах­малопаточной промышленности разработали способ получения патоки ферментативным гидролизом крахмала [4]. Состав пато­ки, (получаемой ферментативным гидролизом крахмала, отличается от патоки, получаемой кислот­ным гидролизом, меньшим содер­жанием глюкозы и более высо­ким количеством мальтозы и дру­гих сахаров с большим количеством глюкозных единиц. Карамель, приготовленная на ферментативной патоке, об­ладает в связи о этим повышенной стойкостью против намока-
                                         Таблица 5а                                                                           Таблица           5б
Сухих ве­ществ в % (при содержа­нии 42,3% ре­дуцирующих веществ) Вязкость паток в пуазах при температуре в °С Редуци
рую­щих веществ в %


Вязкость паток в пуазах при температуре в °С

55-56

60-60,5

70,5-71,2          СВ

17

49

82

84,2

45,79

33,21

15,8                  78

42

122 000

27,50

2,87

82,5

26,03

15,90

7,95                   78

55

67 200

16,00

1,67

80,5

15,08



5,00                   83

42

2000 000

33,00

17,30

78,0

7,36

5,15

2,67                  83

55

1 000 000

16,80

8,30



ния. Приводим некоторые тепловые характеристики патоки с удельным весом ɣ= 1,434 при 20°:
коэффициент температуропроводности при 15° α = 3,67 • 10-4 м2/час;
теплопроводность при 20° равна 0,315 ккал/м час град; удельная теплоемкость при 15° равна 0,6 ккал/ кг град.
Инвертный сахар
Инвертный сахар представляет собой смесь равных частей глюкозы и фруктозы.
Инвертный сахар вращает плоскость поляризации влево, удельное вращение его составляет
- (19,447 - 0,06068 р + 0,000221 р2), где р — весовой процент.
Инвертный сахар хорошо растворяется в воде. Вязкость ц растворов инвертного сахара значительно ниже, чем у патоки (табл. 6).
Таблица 6
Содержание сухих веществ в % Содержание инвертного сахара в % Вязкость  инвертного сахара t/ƞ
74,00

73,65

30

40,2

50

70,5

6,63

3,04

1,40

0,599

79,84

79,35

10,1

30,7

45,1

60

53,44

20,76

4,31

1,45

81,75

78,97

20,3

30,2

45,0

70

237,14

77,52

16,48

1,57

В карамельном производстве инвертный сахар применяется при отсутствии крахмальной патоки или при изготовлении кара­мели с пониженным количеством патоки. Кроме того, инвертный сахар образуется при нагревании сахарных и сахаро-паточных растворов в процессе приготовления карамельной массы и на­чинки.
Для производства карамели инвертный сахар готовят на кондитерских фабриках из сахара, который в присутствии кисло­ты присоединяет воду. При этом из одной молекулы сахарозы образуются две молекулы моносахаридов. Инвертный сироп, применяемый для приготовления карамели, содержит 70—78% инвертного сахара, 2—10% непроинвертированной сахарозы и
20% воды. Кроме того, в приготовленном инвертном сиропе содержатся незначительные количества продуктов разложения глюкозы и фруктозы. Приготовленный инвертный сахар обла­дает повышенной цветностью, обусловленной образовавшимися в процессе инверсии сахарозы продуктами разложения. Измене­ния физико-химических свойств инвертного сахара при нагре­вании протекают значительно быстрее, чем при нагревании са­харозы, благодаря на­личию в ее составе фруктозы, обладающей высокой чувствительно­стью к нагреванию.
6                                                              Рис. 6. Кривые поглощения инвертного сахара при нагревании.
Кислотность по по­казанию pH и числу миллилитров 0,1 N рас­твора NаОН начинает возрастать при нагре­вании инвертного саха­ра уже при 100°. С по­вышением температуры и продолжительности нагревания увели­чивается кислотность.
Значительное увеличе­ние кислотности среды объясняется образова­нием среди продуктов разложения инвертного сахара и особен­но фруктозы, продуктов глубокого распада — левулиновой и других кислот.
Уменьшение редуцирующей способности инвертного сахара при нагревании наблюдается лишь при температуре 115°. Увели­чение температуры и продолжительности нагревания вызывает уменьшение редуцирующей способности, которое становится зна­чительным только при нагревании до 145 и 160° в течение 60— 90 мин. Незначительные изменения редуцирующей способности инвертного сахара при нагревании в условиях 100—125° указы­вают на то, что образующиеся при этом продукты разложения также обладают редуцирующей способностью.
Начало распада инвертного сахара наблюдается по измере­нию поглощения его растворов в ультрафиолетовой части спект­ра при длинах волн λ, = 230 и 282,5 mμ уже в начале нагревания при 100°. С повышением температуры и продолжительности на­гревания максимум поглощения значительно повышается. Пока­затель разложения, выраженный через коэффициент экстинкции 6 при длине волны Х=282,5 mμ, также значительно растет с по­вышением температуры и продолжительности нагревания (рис.6), что указывает на более быстрое разложение инвертного са­хара.
Цветность растворов инвертного сахара © видимой части спектра при Х=430 тр, при нагревании начинает повышаться уже при 100—125° и значительно растет с повышением темпе­ратуры нагревания до 145—160° и увеличением продолжитель­ности до 60—90 мин. Быстрое повышение цветности в растворах инвертного сахара указывает на появление в них окрашенных продуктов глубокого разложения инвертного сахара и особенно фруктозы.
В щелочной среде разложение инвертного сахара протекает более интенсивно с образованием продуктов глубокого распада,
7                                                                      Рис. 7. Структурная формула глюкозы и фруктозы.
обладающих высокой цветно­стью В1/5].
Инвертный сахар весьма гигроскопичен, и это свойство ограничивает возможность его (Применения для производства карамели. При хранении ин­вертного сахара в помеще­нии при относительной влаж­ности воздуха 50% и темпера­туре 20° он поглощает влагу из окружающего воздуха. При повышении относительной влажности воздуха до 65— 70% инвертный сахар, погло­щая влагу, быстро расплывается. Инвертный сахар обла­дает способностью восстанавливать окись меди до закиси. По этой восстанавливающей способности растворов инвертного са­хара можно определять его количество в исследуемых растворах.
Составные части инвертного сахара — глюкоза и фруктоза, имея одинаковую химическую формулу С6H12O6, отличаются между собой по своим свойствам. Структурные формулы их имеют следующий вид (рис. 7).
Глюкоза
Глюкоза в карамельном производстве применяется как со­ставная часть патоки и инвертного сахара. Глюкоза образуется также при варке карамельной массы и начинок в связи с гидро­лизом сахарозы и составных частей патоки — декстринов и мальтозы.
Глюкоза является кристаллическим веществом и встречается в двух формах: безводная С6H12O6 и гидратная С6H12O62О.
Удельный вес глюкозы безводной 1,5384, а гидратной 1,5714. Молекулярный вес соответственно 180 и 198. Глюкоза имеет точку плавления 146°. В растворе глюкоза находится в виде α- и β-форм в состоянии равновесия, а выкристаллизовывается из раствора только б виде α-формы. Растворы глюкозы вращают
плоскость поляризации вправо, удельное вращение свежеприго­товленного раствора глюкозы 109,6°. После установления равно­весия и перехода части α-формы глюкозы в β-форму вращатель­ная способность составляет 52,5°.
Растворимость глюкозы в воде быстро увеличивается с по­вышением температуры (табл. 7). При температуре выше 60° растворимость глюкозы больше, чем сахарозы.
Таблица 7
Температура в °

20

30

40

50

60

70

80

90

Процентное со­держание глю­козы в насы­щенном рас­творе ..... 47,72

54,64

61,83

70,91

74,73

78,23

81,83

84,63

Содержание глю­козы в 100 час­тях воды . . . 91,60

120,46

162,14

243,8

295,0

359,94

436,31

552,77

Вязкость в пуа­зах      

0,183

0,187

0,224

0,509

0,662

0,784

1,04



Вязкость растворов глюкозы зависит от температуры и кон­центрации раствора. Гигроскопичность кристаллической глюко­зы незначительна, она начинает притягивать влагу из окружаю­щего воздуха при относительной влажности в помещении выше 85—90%. Гигроскопичность глюкозы в водных растворах, в которых она находится не только в α-, но и в β-форме, выше, чем кристаллической. Этим объясняется и увеличение гигроско­пичности патоки с повышением количества содержащейся в ней глюкозы.
Глюкоза способна восстанавливать окись меди до закиси. На этой реакции основано количественное определение глюкозы в ее водных растворах. При нагревании глюкозных растворов в кислой среде образуются различные продукты разложения, сре­ди которых наряду с ангидридами и продуктами конденсации имеются оксиметилфурфурол, красящие и гуминовые вещества [20, 30, 31]. При действии щелочных растворов на глюкозу она быстро разлагается с образованием сильно окрашенных продук­тов.
             Фруктоза
Фруктоза встречается в карамельном производстве как со­ставная часть инвертного сахара, добавляемого в рецептуру ка­рамели или образующегося в полуфабрикатах карамельного производства при их нагревании.
Молекулярный вес ее безводной формы 180, а температура плавления 104°. Фруктоза вращает плоскость поляризации влево, Удельное вращение ее
— (88,16 + 0,258 р), где р — весовой процент.
Если сладость сахарозы принять за 1, то сладость фруктозы составляет 1,5, а глюкозы 0,6.
Фруктоза хорошо растворяется в воде. Растворимость ее выше, чем сахарозы и глюкозы. Приводим данные о раствори­мости фруктозы при разных температурах.
Температура в °

20

30

40

50

Растворимость фруктозы в воде в %                 

78,94

81,64

84,34

86,90

Фруктоза обладает высокой гигроскопичностью. Даже при низкой относительной влажности воздуха 45—50% она притяги­вает влагу из окружающего воздуха. Фруктоза так же, как и глюкоза, восстанавливая окись меди до закиси, окисляется в соответствующие кислоты, и этим ее свойством пользуются для количественного определения фруктозы.
При нагревании фруктозы она подвергается разложению так же, как и глюкоза, но скорость разложения фруктозы значи­тельно выше. С повышением кислотности среды распад фруктозы ускоряется. При нагревании в щелочной среде образуются уже в начале нагревания темно-окрашенные вещества.
             Мальтоза
Мальтоза встречается в продуктах карамельного производст­ва как составная часть патоки. Некоторое количество' мальтозы образуется при варке карамельной массы и начинок в связи с гидролизом декстринов патоки.
Мальтоза является дисахаридом. При гидролизе мальтозы образуются две молекулы глюкозы.
Мальтоза кристаллизуется с содержанием одной молекулы воды (С12Н22О11 • Н20). Она легко растворима в воде. Удельное вращение +132°. Удельный вес мальтозы (гидрата) 1,5, молеку­лярный вес 360, температура плавления 108°.
В промышленности она получается путем осахаривания крах­мала ферментом амилазой или соляной кислотой.
10                                                                        Рис. 10. Изменение по­глощения растворами са­харов при нагревании
9                                                                  Продолжительность нагрева в часах
                                                       Рис. 9. Редуцирующая способность сахаров, подвергавшихся нагреванию.
8                                                                Рис. 8. Гигроскопичность саха­ров, подвергавшихся нагрева­нию.
Химические свойства мальтозы обусловлены наличием в ее молекуле альдегидной и гидроксильной групп.
Мальтоза восстанавливает фелингову жидкость. Восстанав­ливающая способность мальтозы по отношению к фелинговой жидкости составляет 59—61% от восстанавливающей способно­сти глюкозы.
Растворимость мальтозы изменяется с повышением темпера­туры:
Температура в °С .                           21  29,6      34,4      43,5 54,2 66,3 74,2 87,0 96,5
Растворимость маль­тозы в % ....    44,1 48,0     49,6      55,3 60,2 66,7 72,3 79,3 85,1
Вязкость насыщенных растворов мальтозы меньше, чем саха­розы. Сладость мальтозы по отношению к сладости сахарозы 0,3—0,4.
До появления первых молекул глюкозы мальтоза довольно стойко выдерживает воздействие высокой температуры. После появления глюкозы разложение под влиянием тепла происхо­дит значительно быстрее.
Крепкими растворами щелочей мальтоза разлагается с об­разованием молочной кислоты.
На рис. 8—10 приведены кривые, характеризующие измене­ния редуцирующей способности, гигроскопичности и поглощения в ультрафиолетовой части спектра при длине волны 282,5 mμ растворов сахарозы, патоки, инвертного сахара и их смесей.
Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы