WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование технологии кристаллического сахара повышенной чистоты, сохраняемости и функциональности

На правах рукописи

ЭРГАШЕВА Евгения Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО

САХАРА ПОВЫШЕННОЙ ЧИСТОТЫ, СОХРАНЯЕМОСТИ

И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ

Специальность 05.18.05 – Технология сахара и сахаристых продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Сапронова Людмила Алексеевна

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Лукин Николай Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент

Мойсеяк Марина Борисовна

Ведущая организация - ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара им. А.Л. Мазлумова РАСХН»

Защита состоится 18 декабря 2008 г. в 10-00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.01 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.11, ауд. 53ВК.

Автореферат размещен на сайте www.mgupp.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан « » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

Совета Д 212.148.01

кандидат технических наук, профессор М.С. Жигалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время особое значение приобретает производство пищевых продуктов высокого качества, обладающих профилактическими свойствами, так как от этого в значительной степени зависит здоровье людей. Сахар является не только продуктом питания высокой пищевой и энергетической ценности, но и сырьем для многих отраслей. На современном этапе развития пищевой промышленности акцент делается на совершенствовании контроля качества и безопасности продуктов питания. Улучшение физико-химических и микробиологических показателей сахара, обогащение биологически активным компонентом повышает его качество, функциональность и способность к хранению; дает возможность использовать в производстве продуктов детского питания и профилактического назначения, в биофармацевтической промышленности.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы явилось проведение комплексных исследований для изучения возможности получения сахара, обогащенного пектином; безопасного способа повышения физико-химической, микробиологической чистоты и сохраняемости кристаллического сахара.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- исследовать качество сахара-песка, вырабатываемого отечественными заводам;

- изучить качественный и количественный состав микроорганизмов сахара;

- предложить безопасный способ и обосновать технологию повышения чистоты и безопасности сахара-песка;

- изучить возможность и разработать технологию равномерного нанесения различных видов пектина на поверхность кристаллов сахара для получения продукта, обладающего функциональными свойствами;

- исследовать гигроскопичность различных видов сахара и нового продукта - сахара, обогащенного пектином.

Научная новизна работы. На основе комплексных физико-химических и микробиологических исследований сахара-песка разработана технология повышения качества и стерильности сахара, состоящая в обработке кристаллов спиртсодержащим раствором при центрифугировании утфеля. Применение технологии дает возможность сократить возвраты сахара в производство, повысить качество сахара до стандартных значений, а высокая микробиологическая чистота позволяет использовать его для производства продуктов детского питания и в биофармацевтической промышленности.

Установлена возможность равномерного нанесения пектина на кристаллы сахара. Изучены способы растворения и виды пектина для обогащения сахара. Предложена технология получения нового функционального продукта повседневного спроса - сахара, обогащенного пектином. Определены качественные характеристики и экономическая эффективность производства пектинового сахара.

Изучено влияние условий хранения различных видов сахара на гигроскопичность, в том числе сахара, обработанного спиртсодержащим раствором, и сахара, обогащенного пектином. Построены и статистически обработаны полиномиальные зависимости адсорбции и десорбции влаги. Определена активность сорбированной влаги и проведена аппроксимация ЯМР спектров сахарозы по программе LINESIM.

Практическая значимость работы. На основе проведенных исследований предложена и научно обоснована технология повышения качества сахара путем промывания кристаллов спиртсодержащим раствором, позволяющая довести показатели сахара-песка до показателей сахара-рафинада, а некондиционного сахара - до значений стандартного сахара. Технология позволяет сделать сахар практически стерильным, содержание микроорганизмов в котором незначительно. Спирт с поверхности кристаллов легко испаряется на воздухе, поэтому отпадает необходимость конвективной сушки сахара. При данном способе возвраты сахара в производство с оттеками сокращаются, и сахар дополнительно выводится в виде товарного продукта. Отработанный спиртсодержащий раствор, с невысоким содержанием сахара, может быть реализован на других предприятиях. Рассчитана экономическая эффективность внедрения данного способа в производство.



Впервые получен сахар, обогащенный пектином в количестве, позволяющем использовать его в качестве функционального продукта. В зависимости от концентрации и степени этерификации пектина продукт проявляет желирующие, комплексообразующие, радиопротекторные свойства, и может быть рекомендован для детского, функционального, лечебно-профилактического питания. Разработана технология получения пектинового сахара и определена экономическая эффективность.

Изучены гигроскопические свойства обычного сахара разной чистоты, цветности, размера гранул, а также желирующего сахара; сахара, обработанного спиртом; сахара, обогащенного пектином. Определено, что сахар-песок может храниться, не адсорбируя влагу, при относительной влажности воздуха не выше 75 %. Окрашенные сахара требуют более жестких условий хранения по сравнению с сахаром-песком. С увеличением размера кристаллов гигроскопичность снижается, но при определенном размере крупнокристаллический сахар начинает проявлять повышенную адсорбционную активность. Пектин в сахаре повышает гигроскопичность, но в присутствии пектина часть влаги переходит в связанное состояние и повышает его способность к хранению.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались в МГУПП на ежегодных научно-практических конференциях «Сахар. Повышение эффективности и работы свеклосахарного комплекса», в 2004 – 2008 гг., на межотраслевых конференциях: «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров», «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в журнале «Сахар», рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы по теме диссертации (гл. 1), методы исследования, применявшиеся в работе (гл. 2), результаты научных исследований (гл. 3, 4, 5), расчеты экономической эффективности (гл. 6), выводы и рекомендации промышленности, список литературы. Работа изложена на 145 страницах, содержит 23 рисунка и 36 таблиц. Список литературы включает 150 источника российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ диссертационной РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, решаемые для достижения научных и практических результатов, сформулирована научная новизна и отражена практическая значимость работы.

В первой главе проведен аналитический обзор отечественных и зарубежных литературных источников, обобщены научные данные, посвященные качеству сахара-песка, исследован ассортимент сахаров, в том очищенных или обогащенных различными компонентами, способы нанесения добавок на сахар-песок, получение сахаров функционального назначения.

Рассмотрены вопросы свойств пектиновых соединений, роль пектиновых веществ в лечебно-профилактическом питании. Проанализированы данные по микробиологической чистоте сахара-песка, приведен количественный и качественный состав микроорганизмов в сахаре-песке, регламентированный в стандартах разных стран. Изучены антисептики, применяемые в сахарной промышленности. Обобщены научные данные по проблемам сохраняемости и гигроскопичности сахара-песка.

В результате анализа данных, имеющихся в научно-технической литературе, определены цель и задачи исследования, предусматривающие повышение физико-химической и микробиологической чистоты сахара-песка, его способности к хранению и обогащения сахара функциональными компонентами.

Во второй главе описаны методы исследования органолептических, физико-химических и микробиологических показателей сахара-песка, применявшиеся в диссертации.

В третьей главе изложены данные по определению органолептических и физико-химических показателей сахара-песка, выработанного, в соответствии с маркировкой, по ГОСТ 21-94 «Сахар-песок. Технические условия».

Результаты органолептической оценки показали, что по запаху и вкусу стандарту соответствуют 8 образцов, по сыпучести 9, и по цвету 5.

Для оценки органолептических свойств была разработана 5-ти балловая шкала оценки качества сахара-песка (табл. 1). При разработке шкалы были использованы требования ГОСТ 21, результаты сенсорного анализа и экспертной оценки большого количества образцов сахара-песка. Для каждого показателя предложены коэффициенты весомости. Исходя из количества баллов и с учетом коэффициентов весомости, получена общая оценка органолептических показателей. Из 10 проанализированных образцов сахара-песка 1 имел отличное качество, 7 – хорошее и 2 – среднее.

При определении физико-химических показателей сахара-песка отклонения от стандартных значений были по цветности, содержанию сахарозы и кристаллов размером менее 0,2 мм. Результаты анализа образцов сахара-песка показаны в табл. 2.

Таблица 2 - Соответствие (+) и несоответствие (-) показателей сахара-песка требованиям ГОСТ 21

Показатель Образцы сахара-песка
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Физико-химические показатели
Массовая доля влаги + + + + + + + + + +
Массовая доля сахарозы + + + + + + +
Цветность + + +
Показатели рассева
Гранулометрический состав + + + + + + + + +
Органолептические показатели
Вкус и запах + + + + + + + +
Сыпучесть + + + + + + + + +
Цвет + + + + +
Чистота раствора + + + + + + + + + +




Таким образом, по исследованным показателям (табл. 2) только 2 образца сахара-песка полностью соответствовали требованиям стандарта. Наиболее часто встречающимся отклонением было повышенное значение цветности сахара.

Таблица 1 – Балловая шкала для отображения органолептических свойств сахара-песка

Оцен- ка, балл Запах и вкус Сыпучесть Цвет Чистота раствора Общая оценка качества Средняя оценка по единичным показателям, не ниже
5 Сладкий, без посторонних привкуса и запаха Сыпучий, без наличия комков Белый с блеском Раствор прозрачный, без осадка и примесей; без опалесценции Отличное 5,0
4 Сладкий, без посторонних привкуса и запаха Сыпучий, допускается наличие разваливающихся при легком нажатии комков Белый Раствор прозрачный, без осадка и примесей; слабо опалесцирующий Хорошее 4,0
3 Сладкий, с еле уловимым карамельным привкусом и запахом Сыпучий, с наличием разваливающихся при легком нажатии комков Белый с желтоватым оттенком Раствор без осадка, опалесцирующий Среднее 3,0
2 Сладкий, с карамельным привкусом и запахом Комковатый, с наличием большого количества разваливающихся при легком нажатии комков Белый с желтоватым оттенком Раствор без осадка, опалесцирующий Плохое (приемлемое) 2,0
1 Сладкий, с карамельным и посторонним привкусом и запахом Комковатый, с наличием комков, не неразваливающихся при легком нажатии Светло-желтый Раствор мутный, с нерастворимым осадком и примесями; опалесцирующий Очень плохое (неприемлемое) 1,0

Для улучшения качества и возможности повышения показателей нестандартного сахара-песка до стандартных значений применяли промывание кристаллов сахара концентрированным раствором этилового спирта, учитывая, что сахароза растворима в воде и не растворима в этиловом спирте. Кристаллы сахара-песка повышенной цветности промывали этиловым спиртом, разбавленным водой до концентрации 85-86 % об. Такая концентрация водно-спиртовой смеси дает лучший эффект очистки сахара по сравнению с неразбавленным спиртом. Положительный результат снижения цветности сахара обусловлен тем, что в сиропной пленке на поверхности кристаллов сосредоточено до 90 % несахаров, в том числе красящих веществ. После высушивания сахара в заводских условиях пленка прочно связана с кристаллом, и для ее растворения и удаления необходимо присутствие в спирте некоторого количества воды.

Из 10, исследованных ранее образцов сахара-песка, 4 образца в течение 5 мин перемешивали с неразбавленным (96 % об.) и разбавленным (85 % об.) раствором этилового спирта. Промытые, таким образом, кристаллы сахара отделяли фильтрованием, сушили на воздухе до постоянной массы и определяли содержание сахарозы и цветность (табл. 3), а также массовую долю влаги. Контролем служил необработанный сахар-песок. Влажность образцов сахара, обработанных спиртом и высушенных на воздухе, имела нормативное значение, то есть не превышала 0,14 %.

Таблица 3 – Влияние обработки водно-спиртовой смесью на качество сахара-песка

№ об- разца Массовая доля сахарозы, % Цветность, ед. ICUMSA
контроль после промывания в спирте концентрацией, % об. контроль после промывания в спирте концентрацией, % об.
96 85 96 % 85 %
1 99,75 99,75 99,85 109,4 108,2 74,8
6 99,75 99,75 99,85 104,9 103,7 71,5
7 99,72 99,72 99,81 111,7 110,3 73,6
8 99,80 99,80 99,85 113,1 111,0 80,1

Полученные данные показали, что обработка этиловым спиртом без его разбавления практически не повлияла на показатели качества. При промывании кристаллов сахара разбавленным 85 %-ным спиртом содержание сахарозы в сухих веществах, повысилось незначительно. Цветности при этом снизилась на 30-34 %, и во всех опытах соответствовало требованиям ГОСТ 21.

Обработка сахара-песка разбавленным этиловым спиртом возможна в промышленных условиях на стадии центрифугирования утфеля I кристаллизации после отделения первого оттека. Для промывания кристаллов предложено использовать вместо горячей воды 85 – 86 %-ный раствор этилового спирта в количестве 10-12 дм3 на одну загрузку центрифуги (600 кг утфеля, содержащего около 300 кг кристаллов сахара).

Таким образом, из цикла центрифугирования исключается расход 3 % воды к массе утфеля, или 600*3/100=18 дм3. В этих 18 дм3 промывной воды (70 С) при растворимости сахара 3,25 кг на 1 кг воды на одну загрузку центрифуги растворится 3,25*18=58,5 кг сахара. В водно-спиртовом растворе (вместо горячей воды), при промывании кристаллов растворится всего лишь 3,5 кг сахара. Таким образом, снижение возврата сахара в производство и вывод его в качестве товарного сахара составит на загрузку центрифуги 58,5–3,5=55 кг, или 15-20 % от массы кристаллов в одной загрузке утфеля. Водно-спиртовая смесь, полученная после промывания кристаллов, с 20-25 % сахара, растворенного в ней, может быть использована на других предприятиях или на сахарном заводе повторно, после простейшей перегонки в брагоперегонной колонне.

Кроме снижения цветности и уменьшения возвратов растворяемого сахара-песка в производство, обработка спиртсодержащим раствором стерилизует сахар-песок (табл. 4).

В исходных образцах сахара дрожжей, термоустойчивых кислотообразующих и слизеобразующих бактерий не обнаружено. Воздействие этилового спирта снизило общее количество микроорганизмов в сахаре-песке. После обработки 96 %-ным спиртом в опытном образце сахара № 1 остались бактерии рода Pediococcus и мицелиальные грибы рода Rhizopus, в образце № 2 - бактерии рода Streptococcus.

Таблица 4 – Микробиологические показатели сахара до и после обработки этиловым спиртом

Образец сахара Количество микроорганизмов, КОЕ/г
МАФАнМ мицелиальные грибы
всего кислото- и слизеобразующие бактерии
контроль опыт контроль контроль опыт
96 %-ный спирт
№ 1 5·10 3·10 Нет 3·10 1·10
№ 2 2·10 1·10 Нет 1·10 Нет
85 %-ный спирт
№ 1 5·10 1·10 Нет 3·10 нет
№ 2 2·10 нет Нет 1·10 Нет

При обработке 85 %-ным раствором спирта в образце сахара № 1 сохранились бактерии рода Pediococcus, в образце № 2 микроорганизмов не обнаружено. Таким образом, лучшие результаты получены по удалению спиртом мицелиальных грибов, а обработка 85 %-ным раствором этилового спирта значительно снижала или полностью уничтожала микроорганизмы сахара.

При микробиологическом анализе сахара-сырца и сахара-песка с показателями качества ниже стандартных значений были найдены термоустойчивые кислотообразующие и слизеобразующие бактерии, наносящие значительный вред производству. Наиболее эффективно спирт воздействовал не только на мицелиальные грибы, но и на слизеобразующие и кислотообразующие бактерии.

Сахар-песок, промытый разбавленным спиртом, легко высушивается на воздухе до стандартной влажности. Следовательно, появляется возможность исключить из технологической схемы конвективную сушку сахара и потери сахара при высушивании (в виде сахарной пыли).

Таким образом, обработка кристаллического сахара при центрифугировании разбавленным 85-86 % этиловым спиртом вместо горячей воды дает возможность повысить качество некондиционного сахара-песка до показателей, соответствующих ГОСТ 21; снизить возврат сахара с оттеком на 15–20 %, а выводить его в виде товарного и повысить микробиологическую чистоту сахара до требований ГОСТ 21 к сахару-песку, предназначенному для производства молочных консервов, продуктов детского питания и биофармацевтической промышленности.

В четвертой главе приведены результаты исследований и выбора способа получения раствора пектина; изучения возможности равномерного нанесения пектина на поверхность кристаллов сахара-песка для получения продукта с высокими качественными свойствами, обогащенного различными видами пектина разной степени этерификации.

Для этого использовали сахар-песок, соответствующий ГОСТ 21 по влажности и содержанию сахарозы, и три образца пектина различной природы и степени этерификации: низкоэтерифицированный частично амидированный яблочный пектин марки Unipectine ОВ 763; низкоэтерифицированный частично амидированный цитрусовый пектин марки GENU pectin LM-102AS и высокоэтерифицированный цитрусовый пектин марки Unipectine PG DS.

Пектин наносили на кристаллы сахара в виде водного раствора концентрацией 0,5; 1; 1,5 и 2 %. Вязкость растворов пектина концентрацией более 2 % была столь высокой, что отделение избытка его от кристаллов при центрифугировании было затруднено.

Пектин плохо растворяется в воде, поэтому для повышения растворимости применяли два способа: растворения пектина в воде с использованием высокоскоростной мешалки и растворение смеси пектина с пятикратным количеством сахара при перемешивании. Таким образом, получилось 24 образца растворов пектина, в которых были представлены три вида пектина четырех концентраций, с добавлением и без добавления сахара.

Сахар-песок быстро, чтобы избежать растворения, смешивали при комнатной температуре с раствором пектина и смесь центрифугировали при частоте 1000 мин-1 для отделения оттека. Влажные кристаллы сахара с нанесенной пленкой пектина вначале во избежание слипания кристаллов подсушивали струей горячего воздуха и досушивали при 105 С до постоянной массы.

Полученные образцы сахара, обогащенного пектином, по органолептическим показателям соответствовали требованиям ГОСТ 21. Отличительная особенность сахара при высокой концентрации пектина – присутствие легкого фруктового аромата. Массовая доля влаги всех образцов сахара не превышала 0,14. Цветность сахара, обогащенного высокоэтерифицированным (ВЭ) и низкоэтерифицированным (НЭ) пектином разной концентрации, растворенным без сахара (б/с) или в присутствии пятикратного количества сахара (с/с), приведена в табл. 5.

Таблица 5 – Цветность сахара, обогащенного пектином

Сахар с пектином Цветность (ед. ICUMSA) сахара, обогащенного раствором пектина концентрацией, %
0,5 1,0 1,5 2,0
с/с б/с с/с б/с с/с б/с с/с б/с
НЭ яблочным 110,96 99,65 114,13 94,30 91,04 85,18 89,87 78,81
НЭ цитрусовым 83,20 90,79 77,22 87,58 72,08 81,76 75,52 72,87
ВЭ цитрусовым 44,10 48,31 43,33 52,94 40,18 52,87 31,36 36,07

Из данных табл. 5 видно, что цветность сахара с яблочным пектином была выше, чем с цитрусовым, причем самым светлым оказался сахар с высокоэтерифицированным цитрусовым пектином. Цветность сахара с обоими видами цитрусовых пектинов оказалась ниже цветности исходного сахара, что объясняется аффинацией кристаллов сахара-песка, то есть заменой сиропной пленки на кристаллах сахара-песка более светлым раствором пектина или пектина с сахаром.

Результаты поляриметрического анализа показали, что сахар-песок, обогащенный пектином, значительно меньше содержит сахарозы по сравнению с исходным образцом (табл. 6).

Таблица 6 – Чистота сахара, обогащенного пектином

Сахар с пектином Массовая доля сахарозы (%, к массе СВ) в сахаре, обогащенном раствором пектина концентрацией, %
0,5 1,0 1,5 2,0
с/с б/с с/с б/с с/с б/с с/с б/с
НЭ яблочным 92,67 93,84 90,56 92,10 90,02 92,90 89,16 88,93
НЭ цитрусовым 93,59 94,97 94,48 94,78 91,74 92,94 89,98 91,56
ВЭ цитрусовым 93,22 94,18 89,92 93,60 91,02 92,18 89,24 91,34

Максимальное количество пектина было в сахаре с низкоэтерифицированным яблочным пектином Unipectinе ОВ 763, а минимальное – в сахаре с низкоэтерифицированным цитрусовым пектином GENU pectin LM-102AS. Средние позиции занимал сахар с высокоэтерифицированным пектином Unipectinе PG DS (табл. 7).

Таблица 7 – Содержание пектина в обогащенном сахаре

Сахар с пектином Массовая доля пектина (%) в сахаре, обогащенном раствором пектина концентрацией, %
0,5 1,5 2
с/с б/с с/с б/с с/с б/с
НЭ яблочным 8,3 6,5 10,8 8,1 11,5 11,2
НЭ цитрусовым 7,5 5,6 8,9 7,1 10,8 8,7
ВЭ цитрусовым 7,9 5,9 9,7 8,5 11,2 9,6

Данные в табл. 7 показывают, что содержание пектина в сахаре выше при использовании обогащающего раствора, содержащего сахар.

Далее определяли вязкость пектиновых растворов (табл. 8) и изучили, влияет ли вязкость на количество осажденного на кристаллах сахара пектина.

Таблица 8 – Вязкость растворов пектина

Раствор пектина Вязкость (мПа·с) растворов пектина концентрацией, %
0,5 1,0 1,5 2,0
с/с б/с с/с б/с с/с б/с с/с б/с
НЭ яблочный 0,31 0,30 0,61 0,59 4,88 4,76 10,01 6,73
НЭ цитрусовый 0,23 0,22 0,54 0,44 3,48 2,45 6,64 4,27
ВЭ цитрусовый 0,26 0,25 0,57 0,47 3,74 2,88 7,83 4,92

По полученным данным (табл. 8) видно, что зависимость вязкости от вида и концентрации пектина в растворе коррелирует с массовой долей пектина в сахаре при тех же показателях.

Таким образом, доказана возможность равномерного нанесения пектина на сахар. С повышением вязкости раствора пектина увеличивается и количество пектина в сахаре. Максимальной в обогащающем растворе является концентрация пектина 2 %. Присутствие сахара в обогащающем растворе приводит к увеличению содержания пектина на кристаллах сахара. В наших исследованиях вязкость растворов пектина и соответствующие им массовые доли его в сахаре располагаются в ряд: НЭ яблочный > ВЭ цитрусовый > НЭ цитрусовый.

Предпочтительным является способ растворения пектина с пятикратным количеством сахара, так как не требуется установки высокоскоростной мешалки. Органолептические показатели и влажность сахара, обогащенного пектином, не превышают действующих стандартных требований к сахару-песку. Отличительная особенность продукта – присутствие легкого фруктового аромата. При нанесении пектина на сахар цветность может оставаться прежней (яблочный пектин) или значительно снижается (цитрусовый пектин). Сахар с высокоэтерифицированным цитрусовым пектином является наиболее сладким и светлым, а его раствор – прозрачным.

Сахар, обогащенный низкоэтерифицированным яблочным пектином, оказался наименее сладким, а цвет - более темным, но не выше цветности исходного сахара-песка. Низкоэтерифицированный пектин, содержащийся в сахаре, обладает комплексообразующими свойствами по отношению к солям тяжелых металлов и радионуклидам. По совокупности свойств сахар с этим пектином обладает бльшими функциональными и профилактическими свойствами. Содержание пектина в сахаре позволяет отнести пектиновый сахар к продуктам функционального назначения.

В пятой главе исследованы гигроскопические свойства кристаллического сахара в зависимости от относительной влажности среды, в которой хранился сахар, от размера кристаллов сахара и от его чистоты. В эксперименте использовался тензиметрический метод анализа, основанный на помещении проб сахаров в воздушную среду с постоянным значением относительной влажности () и гравиметрическим определением количества поглощенной с течением времени влаги.

Исследовали сахар-песок стандартного и нестандартного качества, сахар-рафинад, сахар-сырец и их фракции. Результаты показали, что при =75 % масса сахара-песка, сахара-рафинада и сахара-сырца с высокой чистотой оставалась неизменной, увлажнялся только сахар-сырец и сахар-песок низкого качества. При =86 % увлажнение сахара-рафинада не произошло, остальные образцы изменяли свою влажность. В процессе адсорбции влаги значение влажности достигало значения, соответствующего значению равновесной влажности. Скорость адсорбции влаги на сахаре-сырце низкого качества была примерно в 1,5 раза выше по сравнению с чистыми сахарами.

По результатам исследований установлено, что стандартный сахар-песок и сахар-сырец повышенного качества можно без изменений хранить при =75 %, а сахар-рафинад – при =86 %, вместо рекомендуемых в нормативной документации значений 70 и 75 % соответственно. Снижение чистоты сахара увеличивает его гигроскопичность.

В связи с тем, что в последнее время расширен ассортимент сахарной продукции, представляло интерес исследовать ее гигроскопичность. Были выбраны 3 разновидности сахара-песка: коричневый крупнокристаллический (Sugar Crystals, производство Великобритания), золотистый (Golden Granulated sugar, производство Великобритания) и желирующий сахар (Usporny-Zelirovace cukr, производство Чехия), а также их фракции. Для коричневого крупнокристаллического сахара выделялись еще две более крупные фракции: 1,5-2,5 мм и более 2,5 мм.

Полученные данные показывают, что при относительной влажности воздуха, равной 75 %, которая является допустимой для хранения стандартного сахара, проявили гигроскопичность все образцы. Мелкие кристаллы поглощают больше влаги, чем средние и крупные. Наибольший прирост влаги наблюдали в коричневом сахаре, но с увеличением размера кристаллов их гигроскопичность сначала снижалась, а на двух самых крупных фракциях увеличивалась.

Изучение поведения сахара в средах с высокой влажностью (90 и 99 %) показало, что повышенная влажность приводит к растворению поверхностной пленки кристаллов. Кристаллы визуально становятся более светлыми. Появление в пробе сиропа значительно повышает скорость адсорбции влаги. Этим можно объяснить аномалию гигроскопичности фракций коричневого сахара. Между крупными кристаллами увеличивается площадь соприкосновения, и накопление в этих местах влаги интенсифицирует адсорбцию.

Желирующий сахар представляет собой смесь чистого сахара-песка с кусочками яблочного пектина и частицами лимонной кислоты. Характер адсорбции влаги отличен от других сахаров, так как в сахаре пектин в данном случае ведет себя как капиллярно-пористое тело. При 75% влажности желирующий сахар проявляют некоторую гигроскопичность. По сравнению с другими сахарами он сначала набирает влагу интенсивнее, но с течением времени скорость адсорбции снижается.

По результатам изучения гигроскопичности различных видов сахаров были построены средствами Excel и статистически обработаны кривые адсорбции, представляющие собой полиномиальные зависимости второй степени, описывающие изучаемые процессы с достаточной точностью, о чем говорит величина аппроксимации не ниже 0,98 для всех образцов. В качестве примера на рис. 1 представлены расчетные кривые для различных фракций коричневого крупнокристаллического сахара и их уравнения при =90 %.

 Кривая адсорбции фракций коричневого сахара Для изучения десорбции-0

Рис. 1. Кривая адсорбции фракций коричневого сахара

Для изучения десорбции образцы сахара кратковременно помещали в среду с =99 % и затем переносились в среды с низкой влажностью. Оказалось, что десорбция не возвращает исходную влажность, и часть сорбированной влаги остается на кристаллах.

В ходе эксперимента была проведена сравнительная характеристика гигроскопичности сахара-песка и сахара-песка, омытого спиртом. Оказалось, что обработка спиртом снижает влажность сахара. Скорость адсорбции влаги сахара, обработанного спиртом, была значительно меньше по сравнению с необработанным сахаром. Для сорбции образцы помешали в среду с =86 %, а для десорбции – в среду с =63 %. Часть сорбированной влаги на обычном сахаре-песке осталась на сахаре после десорбции (рис. 2, 3), а влажность сахара, обработанного 85 %-ным спиртом, снизилась до нормативных значений (рис. 4, 5).

С помощью метода ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) была определена массовая доля и степень связанности влаги образцов сахара. Запись спектров Н-1 образцов сахара проводилась на спектрометре ЯМР Bruker AC-200 по обычной одноимпульсной программе. В процентах указана интегральная интенсивность подвижных протонов при суммарной интегральной интенсивности, равной 100%.

 Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка Обзорный спектр ЯМР 1Н-1

Рис. 2. Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка

 Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка после адсорбции и последующей-2

Рис. 3. Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка после адсорбции и

последующей десорбции влаги

Рис. 4. Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка, обработанного 85 %-ным спиртом

Рис. 5. Обзорный спектр ЯМР 1Н сахара-песка, обработанного 85 %-ным

спиртом, после адсорбции и последующей десорбции

Положительный эффект обработки спиртом объясняется тем, что спирт смывает пленку, которая придает основные гигроскопические свойства кристаллам сахара-песка. Влага в образцах сахара находится только в свободном состоянии, о чем свидетельствует наличие одного пика на спектрах ЯМР.

На рис. 6 представлен растянутая центральная часть спектра ЯМР для желирующего сахара, который имеет отличный характер зависимости от рассмотренных ранее сахаров. Адсорбция влаги происходит на кристаллах сахара и на кусочках пектина.

На растянутом спектре ЯМР желирующего сахара показаны два пика, характеризующие две формы связанности влаги: свободную и связанную.

Затем была изучена гигроскопичность полученного нами сахара-песка, обогащенного пектином. При =63 % и =75 %, когда влажность стандартного сахара-песка оставалась неизменной, образцы пектинового сахара адсорбировали влагу до значения равновесной влажности.

 Спектр ЯМР 1Н желирующего сахара: пик 1 (свободная вода) --5

Рис. 6. Спектр ЯМР 1Н желирующего сахара: пик 1 (свободная вода) - относительная интегральная интенсивность 50 %, химический сдвиг =7,1 м.д.; пик 2 (связанная вода) - относительная интегральная интенсивность 50 %, химический сдвиг =3,5 м.д.

Характер поведения пектиновых сахаров в более влажных средах представлен на рис. 7. Расположение кривых показывает, что гигроскопичность тем выше, чем выше содержание пектина в пектиновом сахаре. Гигроскопичность сахаров с низкоэтерифицированным яблочным пектином максимальна, минимальна – в сахаре с низкоэтерифицированным цитрусовым пектином. Добавление сахара при растворении пектина приводит к повышению концентрации пектина в готовом продукте и снижению его гигроскопичности. Кривая адсорбции стандартного сахара-песка без добавок расположилась ниже всех зависимостей, что говорит о том, что нанесение пектина на кристаллы приводит к повышению их гигроскопичности.

 Кривые адсорбции пектиновых сахаров при =90 % При изучении спектров-6

Рис. 7. Кривые адсорбции пектиновых сахаров при =90 %

При изучении спектров ЯМР образцов пектинового сахара выявила 2 степени связанности воды, которым соответствуют 2 пика, и по известным относительным интегральным интенсивностям и химическим сдвигам рассчитано количество свободной и связанной влаги во всех образцах сахаров.

На рис. 8 и 9 приведена растянутая центральная часть спектров ЯМР для низкоэтерифицированного яблочного пектина и высокоэтерифицированного цитрусового пектина с концентрацией пектина в обогащающем растворе 2 %.

 Спектр ЯМР 1Н сахара, обогащенного низкоэтерифицированным яблочным-7

Рис. 8. Спектр ЯМР 1Н сахара, обогащенного низкоэтерифицированным яблочным пектином: пик 1 (свободная вода) - относительная интегральная интенсивность 55 %, химический сдвиг =6,8 м.д.; пик 2 (связанная вода) - относительная интегральная интенсивность 45 %, химический сдвиг =1,5 м.д.

 Спектр ЯМР 1Н сахара, обогащенного высокоэтерифицированным цитрусовым-8

Рис. 9. Спектр ЯМР 1Н сахара, обогащенного высокоэтерифицированным цитрусовым пектином: пик 1 (свободная вода) - относительная интегральная интенсивность 57 %, химический сдвиг =6,2 м.д.; пик 2 (связанная вода) - относительная интегральная интенсивность 43 %, химический сдвиг =2,5 м.д.

Таким образом, влажность сахара, обогащенного пектином, не превышает стандартных значений. Благодаря присутствию пектина сахар более гигроскопичен по сравнению с чистым сахаром-песком, однако влага находится не только в свободном, но и в связанном состоянии, что благоприятно влияет на сохраняемость пектинового сахара.

В шестой главе приведены расчеты экономической эффективности способов получения сахара, обработанного водно-спиртовой смесью, и сахара, обогащенного пектином.

общие выводы и рекомендации промышленности

1. Исследованы показатели образцов сахара-песка и предложена технология повышения качества и микробиологической безопасности сахара путем обработки спиртсодержащим раствором. Такая обработка кристаллического сахара при центрифугировании 85-86 % раствором этилового спирта дает возможность повысить качество сахара-песка до показателей, соответствующих ГОСТ 21; снизить возврат сахара с оттеком на 15–20 %. Определена возможность использования очищенного таким образом сахара для производства продуктов детского питания и в биофармацевтической промышленности. Рассчитана экономическая эффективность производства сахара повышенного качества.

2. Разработана технология нового продукта функционального назначения - сахара, обогащенного пектином. Исследованы способы равномерного нанесения пектина на кристаллы сахара, влияние их на основные показатели качества обогащенного сахара. Изучена максимальная концентрация пектина в обогащающем растворе. Доказано, что присутствие сахара в обогащающем растворе приводит к увеличению содержания пектина на кристаллах сахара. Определена экономическая эффективность выработки обогащенного сахара.

3. Изучено влияние условий хранения различных видов сахаров, выпускаемых промышленностью, и сахара, обогащенного пектином. Доказана возможность повышения способности сахара к хранению после обработки спиртсодержащим раствором. Методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) исследована активность влаги, содержащейся в сахаре-песке.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Эргашева, Е.Н. Влияние качественных показателей на сохраняемость сахара-песка и обогащенного сахара [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова // Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции «Товароведение и экспертиза товаров: состояние, проблемы и перспективы развития». – Уфа.- 2006. - С. - 213-216.

2. Эргашева, Е.Н. Обогащение кристаллического сахара [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова // Сборник докладов IV международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средств для их реализации». Часть III. – М.: МГУПП - 2006. – С. 16-18.

3. Эргашева, Е.Н. Желирующий сахар – обогащающая добавка в питании [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова // Сборник научных трудов VI ежегодной международной конференции «Сахар – 2006. Повышение эффективности работы сахарной промышленности». – М.: МГУПП.- 2006. – С. 186-189.

4. Эргашева, Е.Н. Некоторые аспекты микробиологической загрязненности сахара-песка [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. Н. Шабурова, Л. А. Сапронова // Сборник научных трудов VII ежегодной международной научно-практической конференции Сахар 2007. «Энерго- и ресурсосберегающие технологии сахарного производства». – М.: МГУПП. - 2007. – С. 174-177.

5. Эргашева, Е. Н. О путях повышения качества сахара [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова // IV Международная научно-практическая конференция: «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг». – Орел. Орел ГТУ. - 2007. – С. 50 – 53.

6. Эргашева, Е.Н. Повышение пищевой ценности и микробиологической чистоты сахара [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. Н. Шабурова, Л. А. Сапронова // V Юбилейная школа-конференция: «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». – М.: МГУПП. - 2007. - С. 145 – 147.

7. Эргашева, Е. Н. Гигроскопичность различных видов сахара [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова, Яо Бру Лазар // Сборник научных трудов. «Сахар – 2008. Совершенствование технологии переработки сырья для сахарной промышленности, освоение новых видов оборудования и компьютеризация производства, повышение качества. Часть 2». – М.: МГУПП. - 2008. – С. 46-50.

8. Сапронова, Л. А. Товароведная оценка сахара и изучение возможности его обогащения [Текст] / Л. А. Сапронова, Н. В. Коржова, Л. И. Панькова, Е. Н. Эргашева// Сборник докладов I Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров». – М.: МГУПП. - 2008. – С. 259-262.

9. Эргашева, Е. Н. Получение и свойства сахара, обогащенного пектином. [Текст] / Е. Н. Эргашева, Л. А. Сапронова // Сборник докладов VI Международная научно-практическая конференция и выставка. «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты. Часть 1». – М.: МГУПП. - 2008. – С. 68 – 72.

10. Эргашева, Е. Н. Повышение микробиологической чистоты кристаллического сахара [Текст] /Е. Н. Эргашева, Л. Н. Шабурова, Л. А. Сапронова // Сахар. – 2008. - № 8. – С. 61 – 63.

11. Сапронова, Л. А. Сахар, обогащенный пектином [Текст] /Сапронова Л. А., Эргашева Е. Н., Коржова Н. В.// Сахар. – 2008. - № 9. – С. 54 – 56.

12. Сапронова, Л.А. О повышении качества сахара-песка [Текст] /Л. А. Сапронова, Е. Н. Эргашева, Л. И. Панькова // Сахар. – 2008. - № 10. – С. 59 – 61.



 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.