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
Получение глюкозо-фруктозных сиропов
Ферментные препараты, предназначенные для использования в пищевой промышленности или в медицинской практике, подлежат строгому контролю на токсичность для животных, мутагенную активность, канцерогенность, а также проверяются в различных фармакологических тестах.
Получение глюкозо-фруктозных сиропов
Фруктоза, или иначе фруктовый, плодовый или медовый сахар, широко распространен в природе. Она слаще на 60-70% чем сахароза. По сравнению с сахаром фруктоза обладает более приятным вкусом. Кроме того, фруктоза может употребляться людьми, больными диабетом, поскольку усвоение фруктозы не связано с превращением инсулина. Поэтому существует достаточно эффективный метод превращения глюкозы во фруктозу под действием иммобилизованного фермента глюкоизомеразы.
Фермент глюкоизомераза катализирует превращение глюкозы, получаемой при гидролизе крахмала (кукурузного или реже картофельного), в смесь глюкозы и фруктозы. Образующийся глюкозо-фруктозный сироп содержит 42-43% фруктозы, около 51% глюкозы и не более 6% олигосахаридов, по сладости соответствующих обычному сахару.
Для некоторых пищевых производств употребляют глюкозо-фруктозные сиропы с содержанием фруктозы 55 и 90%. Их в свою очередь изготавливают из обычных сиропов с использованием разделительных процессов, например, жидкостной хроматографии.
Крупномасштабный процесс производства фруктозных сиропов из кукурузного крахмала происходит следующим образом. Отделенные из зерен гранулы крахмала ресуспендируются в воде до концентрации 40% при рН 3,5–4,2. На стадии разжижения добавляется α-амилаза и крахмал желируется при рН 6,2–6,5 при прямом нагревании раствора паром. Начальная температура 105–107 °С поддерживается 5–8 минут, затем резко охлаждается до 95 °С и выдерживается 1–2 часа для дальнейшего гидролиза крахмала до размера олигосахаридов в 10–13 глюкозных остатков. Для осахаривания раствор разбавляют до концентрации 32–34% сухого вещества, рН доводят до значения 4,2–4,5, и глюкоза образуется при добавлении глюкоамилазы и пуллаланазы. Реакция проходит в реакторах при температуре 60 °С. Для изомеризации 95,5% раствор глюкозы доводят до рН 7–8 и пропускают через колонну с иммобилизованной глюкоизомеразой. Температура и скорость протока контролируются так, чтобы обеспечить на выходе примерно 42% фруктозный сироп.
^
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник