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.
- Вырабатываемую нашей промышленностью карамель можно разделить на две основные группы.
- 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.
Начинка (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
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 –
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.
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,
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.
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.
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.
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,
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 С6H12O6-Н2О.
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°.
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.
Рис. 10. Изменение поглощения растворами сахаров при нагревании
Продолжительность нагрева в часахРис. 9. Редуцирующая способность сахаров, подвергавшихся нагреванию.
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.
Останні коментарі