Индивидуальное задание по теме: «Получение глюкозо-фруктозных сиропов»
Глюкозно-фруктозный сироп (ГФС) – крахмалопродукт, используемый в пищевой промышленности в качестве заменителя сахара. Продукт состоит в основном из фруктозы и глюкозы, поэтому по сладости и питательной ценности равноценен сахарозе. Примерный состав глюкозно-фруктозного сиропа: сухие вещества, глюкоза 53%, фруктоза 42-45%, полисахариды менее 1,0% Ю-псикоза менее 0,3%, зола менее 0,05%; рН сиропа 4,0-4,5. Высоко фруктозные сиропы содержат 60-90% фруктозы.
Сфера применения глюкозно-фруктозных сиропов определяется их свойствами: низкой вязкостью, легкой сбраживаемостью дрожжами, стабильностью цветности и т. д. Высокая гигроскопичность сиропов способствует сохранению влаги и предотвращает высыхание глазури, помадки, зефира, пастилы, мягких конфет и жевательной резинки. Высокое осмотическое давление сиропов обусловливает быстрое проникновение Сахаров в ткани консервируемых продуктов.
Добавление сиропов устраняет кристаллизацию продуктов кондитерского и консервного производства. Все виды безалкогольных напитков, соков и джемов, приготовленные на глюкозно-фруктозных сиропах, сохраняют аромат ягод и фруктов и их натуральную окраску.
Рис. 1 Глюкоза — (1); фруктоза — (2)
Основным сырьем для производства глюкозо-фруктозных сиропов является крахмал (например, кукурузный и картофельный крахмалы), который содержит молекулы двух типов, состоящих из остатков глюкозы: линейные (амилоза) и разветвленные (амилопектин) и преобразуются в глюкозу посредством кислого или ферментативного гидролиза. В пищевой промыщленности ГФС, получают при ферментативном гидролизе крахмалсодержащего сырья с последующей частичной изомеризацией глюкозы во фруктозу с помощью глюкозоизомеразы (ГИ). Химический метод не используют в промышленности.
Биотехнологический метод
Ферментативная обработка крахмала начинается с действия α-амилазы с целью его разжижения. Этот процесс осуществляется при температуре 80—110 °С, рН 6,5—6,7 в присутствии ионов кальция, которые активизируют и стабилизируют α-амилазу (продуцент — Bacillus subtilis). На следующей стадии ферментативной обработки крахмала производится осахаривание (трансформации в глюкозу) с помощью глюкоамилазы(продуцент – гриб Аspergillus niger), которая представляет собой типичную экзогидролазу. В результате ферментативных превращений крахмала при действии глюкозоизомеразы полученная глюкоза обратимо изомеризуется во фруктозу с получением глюкозо-фруктозного сиропа.
Рис. 5 Технологическая схема производства глюкозно-фруктозного сиропа из крахмала
Глюкозоизомераза является внутриклеточным ферментом и должна использоваться в иммобилизованной форме ( т. е. искусственно связанно с нерастворимым носителем, но сохраняющее свои каталитические свойства). Лучшим способом иммобилизации является адсорбция фермента на различных носителях после разрушения клеток или включения его в гель с последующей сшивкой. Суспензию подвергают желатинизации при температуре около 60 °С и рН 6,0—6,5. Затем добавляют термостабильную α-амилазу и процесс разжижения крахмала осуществляют при температуре 90—105 °С.
После этого суспензию охлаждают до 60 °С и понижают рН до 4,5. В дальнейшем в реакционную среду добавляют глюкоамилазу и процесс осахаривания проводят при температуре 55 °С и рН 4,5, при этом получают сироп, в котором глюкозы 94—96 %, а сухих веществ 30 %. В связи с тем, что глюкозоизомераза ингибируется ионами кальция, которые добавляли на стадии разжижения для активирования α-амилазы, глюкозный сироп перед изомеризацией тщательно очищают.
При этом удаляются и другие примеси. Очистка включает фильтрование, очистку активированным углем, повторное фильтрование, ионообменную очистку на катионитах и анионитах. Так как растворенный в глюкозном сиропе воздух ингибирует глюкозоизомеразу, в дальнейшем проводят процесс деаэрации. После этого в сироп добавляют активатор глюкозоизомеразы — ионы магния (сернокислый магний) и рН доводят до 7,5—8,2. После повторного фильтрования глюкозный сироп направляют на изомеризацию, которую проводят при температуре 60 °С, рН в полученном продукте, содержащем 42 % фруктозы, доводят до 4,0. Затем с помощью активированного угля сироп обесцвечивают, фильтруют, подвергают ионообменной очистке и снова рН доводят до 4,0.
Рис. 6 Катализируемая глюкоизомеразой реакция
После повторного фильтрования глюкозо-фруктозный сироп упаривают до содержания сухих веществ 71 %, что обеспечивает его длительное хранение.
1. Преобразование крахмала в глюкозу возможно посредством кислого гидролиза. Далее провести частичную изомеризацию глюкозы во фруктозу химическим способом трудно, но возможно при действии фермента (глюкозоизомеразы).
Гидролиз крахмала до молекул глюкозы:
2. Кислотный гидролиз сахарозы
В этом методе получают равную смесь глюкозы и фруктозы, но необходим ГФС составом: глюкоза 53%, фруктоза 42-45%. Следовательно далее нужно либо добавить в смесь глюкозу (что более оправдано, т.к. чистую глюкозу можно получить кислотным гидролизом крахмала), либо уменьшением содержания фруктозы.
К преимуществам химического метода получения ГФС можно отнести:
- точное знание содержания продуктов реакции в получаемой смеси;
- недорогие реагенты и катализаторы;
Источник
Глюкозно фруктозные сиропы применение
Когда речь идет о замене глюкозно-фруктозным сиропом искусственных подсластителей или сахарозы в напитках, имеют в виду, что, кроме непосредственного сохранения профиля сладости напитка, почти всегда происходит получение добавленных свойств, которые улучшают аромат, вкус и влияют на продление срока хранения готовой продукции.
Положительное влияние, которое оказывает сироп на безалкогольный напиток, основывается на его составе и технологии производства. Сироп представляет собой смесь моносахаров глюкозы и фруктозы, получаемую в результате ферментативного разложения крахмала, который, как известно, представляет собой связанную глюкозу, часть из которой превращается во фруктозу (максимально до 45%). Таким образом, сироп представляет собой аналог инвертного сахара со 100%-й инверсией. Однако в производственных условиях сахар кислотой инвертируется в лучшем случае на 70%.
При расчете рецептур сухих веществ напитков с сахарозой технологи задаются двумя величинами — начальными СВ (сухими веществами) и конечными СВ после полной инверсии, так как разложение сахарозы добавляет 5,26% к сухим веществам. Однако изменение СВ в процессе хранения оказывает непосредственное влияние на органолептические показатели (цвет, вкус, аромат), особенно такие изменения характерны для напитков с низкой кислотностью. Поэтому использование ГФС позволяет сохранить сенсорные показатели продукта неизменными в течение всего задекларированного срока хранения только благодаря тому, что сироп не претерпевает никаких изменений, связанных с кислотностью (активной кислотностью), влиянием солнечного света, резким изменением температуры. Кроме этого, “свободная” фруктоза усиливает аромат напитка, полученный от натуральных или идентичных натуральным ароматизаторов.
Практически все сухие вещества натуральных напитков — это привносимые углеводы, и, как правило, это сахароза. Поэтому качество сахара играет первостепенную роль в формировании вкуса напитка, в особенности для напитков премиум-класса. К сожалению, с каждым годом качество сахара ухудшается по таким показателям, как цветность, содержание примесей, сернистого ангидрида. Оттого многим производителям приходится переходить на рафинированный сахар, цена которого значительно выше.
Поэтому преимуществом использования ГФС является исключительная чистота сиропа, обусловленная многоступенчатой очисткой. Глюкозно-фруктозный сироп проходит очистку при помощи ионообменных смол. Смолы позволяют убрать из сиропа белки, соли, получить цветность до 10 (ICUMSA). ДСТУ на сахар предусматривает величину 104 (ICUMSA). Также благодаря глубокой очистке сироп получают с низким, в 15 раз меньше, чем в сахаре, содержанием сернистого ангидрида (SO2) — 1,0 мг/кг.
Одной из проблем, влияющих на стойкость напитков в процессе хранения, является наличие микроорганизмов, способных активно размножаться в напитке. Поэтому очень важно обрабатывать полупродукты для исключения или снижения микробиологической обсемененности, что обязательно происходит при использовании сахара. Сироп фильтруют и пастеризуют и таким образом увеличивают затраты на получение полупродукта. Так как преимуществом ГФС является использование его в производстве без предварительной подготовки, то перед отгрузкой потребителю ГФС-42 фильтруют через бактерицидный фильтр с размером пор 0,45 мкм. Это позволяет получать продукт практически стерильным. Исследования сиропа в действительности показали, что живые микроорганизмы в сиропе отсутствовали полностью. Поэтому использование сиропа в сочетании с другими способами консервации позволит не только поддерживать, но и увеличить срок хранения готового напитка.
Однако наиболее интересным свойством, полученным благодаря наличию “свободной” фруктозы, является усиление ароматов различных ароматизаторов, что с успехом может использоваться с целью уменьшения их дозировки.
Если попробовать суммировать эффекты от использования сиропа, то это, с одной стороны, сокращение внутрицеховых затрат на обработку сахара для получения из него сиропа с нормативными качественными показателями, а, с другой стороны, повышение стойкости без изменений органолептических характеристик готового напитка.
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка глюкозно-фруктовых сиропов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков « Рынок глюкозно-фруктовых сиропов в России ».
Егор Богданов
Источник