Сырье кондитерского производства. (Ск)

Сахара По химическому составу сахара относятся к группе углеводов. Углеводы представляют собой органические соединения, сот­стоящие из углерода, водорода и кислорода, с общей формулой:  C_nH_2nO_n.

Углеводы подразделяются на две основные группы: полисаха­риды (полиозы) и моносахариды (монозы).

Монозы — это простые сахара, содержащие одну карбонильную и несколько гидроксильных групп.

По характеру карбонильной группы подразделяются на альдозы и кетозы.

Альдозы содержат радикал называемый альдегидной группой; в кетозах карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами и назы­вается кетогруппой.

По количеству содержащихся в молекуле атомов углерода монозы делятся на тетрозы, цепь которых состоит из четырех атомов углерода, пептозы — с пятью атомами углерода, гексозы — с шестью атомами углерода и т. д.

Полиозы — это сложные сахара, способные расщепляться до моноз. Полиозы в свою очередь подразделяется на дисахариды, дающие при гидролизе две молекулы моносахаридов, трисахариды, дающие при гидролизе три молекулы моносахаридов, и т. д.

К полисахаридам высшего порядка, содержащим сотни и тысячи остатков моносахаридов, относятся крахмал, целлюлоза, инулин.

Сахароза

Сахароза (С₁₂Н₂₂О₁₁) относится к дисахаридам и является ос­новным сырьем кондитерского производства. 70—80% сухих ве­ществ карамели, помадных конфет и мармелада приходится на долю сахарозы; около 50% ее входит в состав других видов кон­дитерских изделий (конфет, шоколада, ириса). Сахароза при изготовлении мучных кондитерских изделий добавляется в количе­стве от 8 до 25%, в зависимости от вида изделия.

Сахароза является не только вкусовым веществом, но и не­обходимым высококалорийным продуктом питания; кроме того, это хорошее консервирующее средство и потому применяется при при­готовлении фруктово-ягодных полуфабрикатов.

Сырьем для промышленного получения сахарозы в странах умеренного климата служит сахарная свекла, а в тропических и субтропических странах — сахарный тростник.

Сахароза состоит из двух молекул моноз (глюкозы и фрукто­зы), соединенных между собой карбонильными группами.

Физические и химические свойства сахарозы. Молекулярный вес сахарозы 342, удельный вес кристаллов 1,5879, скрытая теплота плавления 8,800 ккал. Температура плавления кристаллов сахарозы, выкристаллизованной из большей части растворителей, равна 184— 185°, а из метилового спирта 170—171°.

Обычно препараты сахарозы имеют температуру плавления от 160 до 185°, в зависимости от способа очистки. Сахароза хорошо растворяется в воде, в смесях воды и метанола, ацетона и глице­рина. В этиловом спирте (96%-ном) сахароза почти не раство­ряется.

При растворении сахарозы в воде происходит уменьшение объема раствора. Максимум сжатия наблюдается при содержании сахарозы в воде 62,6%; уменьшение объема при этом составляет 13,7 см на 1 л раствора.

Растворимость сахарозы с повышением температуры увеличи­вается (табл. 1).

В смеси с другими сахарами и с патокой растворимость саха­розы уменьшается (табл. 2, 3, 4), а общее количество сухих ве­ществ, растворяющееся в 100 частях воды, увеличивается. Исклю­чением является декстрин, который, уменьшая растворимость са­харозы в воде, уменьшает и общее количество сухих веществ в растворе. –

Вязкость насыщенных растворов сахарозы с повышением тем­пературы до 70° снижается, при дальнейшем повышении темпе­ратуры до 90° она несколько увеличивается.

Насыщенные растворы сахарозы в смеси с патокой или дру­гими сахарами имеют более высокую вязкость, чем растворы чистой сахарозы (табл. 5). Это является результатом повышения концент­рации сухих веществ в насыщенных растворах сахарозы в смеси с другими сахарами.

Сахароза обладает свойством кристаллизоваться из пересы­щенных водных растворов.

Таблица 3. Влияние инвертного сахара на растворимость сахарозы при различных температурах

Процесс кристаллизации состоит из двух фаз; первая фаза — первичное зарождение кристаллов, вторая фаза — рост кристаллов е определенной скоростью. Зарождение кристаллов ускоряется, если в растворе имеются пыль, пузырьки воздуха, твердые взве­шенные частицы, а также при механическом встряхивании.

Таблица 4. Растворимость сахарозы в присутствии глюкозы при 30°

Таблица 5. Растворимость сахарозы в воде и вязкость ее водных насыщенных растворов

Если в пересыщенный раствор не попадают посторонние примеси (пыль, кристаллики сахара) и нет энергичного перемешива­ния, то раствор сахарозы можно довести до высокого пересыщения без образования в нем кристаллов.

Скоростью кристаллизации называется количество выкристал­лизовавшегося сахара в миллиграммах в 1 минуту на 1 м2 поверх­ности.

Скорость кристаллизации возрастает с увеличением степени пересыщения сахара в растворе, но до определенного предела. При чрезмерно высоком пересыщении раствора повышается и вязкость его (ƞ), задерживающая рост кристаллов.

Скорость кристаллизации увеличивается с повышением темпе­ратуры; при повышении температуры чистых сахарных растворов на каждые 10° скорость кристаллизации увеличивается приблизи­тельно в 2 раза.

Температура кипения растворов сахарозы увеличивается с по­вышением концентрации (табл. 6) и давления (табл. 7).

Температуру кипения растворов сахарозы в зависимости от концентрации можно подсчитать по формуле

где: Р—количество сахарозы в растворе в %;

Е — количество воды в сахарном растворе в %;

Температура кипения растворов сахарозы в зависимости от концентрации

К — коэффициент, равный 2,33.

Таблица 6

Растворы сахарозы вращают плоскость поляризации светового луча вправо. Если в растворе нет других оптически действующих веществ, то, определяя угол вращения плоскости поляризации, мож­но установить и концентрацию сахарозы в растворе. Это определе­ние основано на том, что угол вращения плоскости поляризации почти пропорционален концентрации раствора.

Если водный раствор сахарозы, в котором на 1 мл раствора приходится 1 г сахарозы, поляризовать в трубке длиной 1 дм при 20°, то угол поворота плоскости поляризации по круговой шкале поляриметра будет равен 66,5. Эта величина называется удельным вращением и выражается так:

Удельное вращение зависит от рода растворителя. Зная удель­ное вращение сахарозы в воде, можно определить ее содержание в % по формуле

где: l — длина поляризационной трубки в дм; α — отсчет по шкале поляриметра.

Поляриметры с клиновой компенсацией, устроенные специаль­но для определения сахарозы, имеют так называемую шкалу Венцке.

Таблица 7. Повышение температуры кипения растворов сахарозы при различных давлениях (по Бухарову)

Шкала Венцке показывает непосредственно процент сахарозы, если взята нормальная навеска (26 г в 100 мл) и поляризация проведена в трубке длиной 200 мм при 20°.

Вращательная способность чистых сахарных растворов мало изменяется при изменении их концентрации и температуры. Если же в сахарном растворе присутствуют другие растворенные веще­ства, то вращательная способность такого раствора изменяется значительно.

Сахарозу количественно можно определить также по удельному весу (табл. 8 и 9), по показателю преломления — рефрактометри­чески (табл. 10 и 11), по восстановлению меднощелочной жидкости после инверсии сахарозы.

Таблица 8. Удельный вес сахарных растворов в зависимости от концентрации и температуры (по воде при 4 °С)

Таблица 9. Удельный вес сахарных растворов при 20° d 20/20

Таблица 11. Поправки к рефрактометрическим определениям сахарозы при отступлении от нормальной температуры (20° С)

Таблица 12. Гигроскопичность сахарозы в смеси с другими сахарами при различной относительной влажности воздуха

Сахароза в кристаллическом и расплавленном виде почти не проводит электрического тока. Диэлектрическая постоянная к для кристаллической сахарозы при 15° равна 4,19.

Для определения теплоемкости растворов, в состав которых входят сахаристые вещества, пользуются формулой

где: t — температура раствора в °С;

Вх—весовое содержание сахара в растворе в %.

При растворении сахара в воде удельная теплоемкость его значительно повышается. Удельная теплоемкость кристаллического сахара при 20° равна 0,3 ккал/кг • град, а удельная теплоемкость сахара в растворе—0,43.

Теплопроводность водных растворов чистой сахарозы вычис­ляется по формуле

K = K_ω(1 — 10^-5 α Bx;),

где: К — теплопроводность водного раствора сахарозы при 20°С в ккал/м • час • град;

К_ω— теплопроводность воды при той же температуре;

α —коэффициент; при 20° α=556;

Вх—весовой процент сахара.

Теплопроводность раствора сахарозы концентрацией 80% Равна 0,28 ккал/м • час • град.

Температуропроводность кристаллической сахарозы 4,93 * 10^-4 м²/час.

Чистая сахароза практически не гигроскопична. Только при относительной влажности воздуха больше 90% сахароза начи­нает поглощать влагу. В смеси с другими сахарами гигроскопич­ность сахарозы повышается.

В табл. 12 приводятся данные гигроскопичности сахарозы.

Растворы сахарозы имеют незначительную восстанавливающую способность, поэтому сахарозу относят к нередуцирующим саха­рам.

Восстанавливающая способность сахарозы объясняется про­явлением у нее в условиях нагревания свойств слабой кислоты (константа электролитической диссоциации сахарозы как кислоты при 25° равна 3 • 10“ ) и появлением редуцирующих сахаров в результате самоинверсии сахарозы.

При нагревании водных растворов сахарозы происходит инвер­сия ее с образованием двух молекул моноз (глюкозы и фруктозы)

C₁₂H₂₂O₁₁+Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + C₆H₁₂O₆.

Реакция идет с присоединением к молекуле сахарозы одной молекулы воды.

В присутствии кислоты инверсия сахарозы значительно уско­ряется, так как кислота в этом случае играет роль катализатора.