Сахар, мед, заменители сахара

Сахар - пищевой продукт, состоящий из сахарозы высокой степени, чистоты,. В нем строго ограничены примеси других веществ и влаги.

Сахароза имеет приятный сладкий вкус. В водных растворах сладость сахарозы ощущается при концентрации около 0,4 %. Растворы, содержащие свыше 30 % сахарозы, приторно-сладкие.

Сахароза быстро и легко усваивается. Расщепляясь (на глюкозу и фруктозу) под действием ферментов, она используется организмом человека как источник энергии и как материал для образования гликогена, жира, белково-углеродных соединений.

Энергетическая ценность 100 г сахара при окислении в организме составляет 1565 кДж (374 ккал). Ощущение сладкого вкуса сахара возбуждающе действует на центральную нервную систему, способствует обострению зрения, слуха. Однако избыток сахара в питании оказывает неблагоприятное действие на организм. Физиологическая норма потребления сахара составляет около 100 г в сутки, но ее следует дифференцировать в зависимости от возраста и образа жизни.

Сахар вырабатывают из сахарного тростника, произрастающего в районах с тропическим и субтропическим климатом, и из сахарной свеклы (около 45 %). У нас в стране сахар получают из сахарной свеклы. Тростниковый сахар ввозят в виде полуфабриката - сахара-сырца, который перерабатывают в товарный белый сахар..

Сахар выпускают двух основных видов: свекловичный сахар-песок и дополнительнод очищенный сахар-рафинад. В последние годы начато производство жидкого сахара для отраслей пищевой промышленности.

Сахар-песок

Сырье свеклосахарного производства. Сахар получают из веретенообразных белого цвета корнеплодов сахарной свеклы. На выход сахара и его качество наиболее значительно влияет химический состав свеклы, зависящий от сорта, почвенно-климатических условий, периода уборки, длительности и условий

В свекле содержится 25-28 % сухих веществ, из них в среднем 17,5% составляет сахароза. Сахаристость свеклы лучших селекционных сортов составляет 20-22 %. Остальную часть сухих веществ, включая моно- и олигосахариды. условно называют несахарами. Сахароза растворена в cоке заполняющем вакуоли клеток. В клеточном соке, помимо сахарозы, находятся несахара - до 2,5 % массы свеклы. Клеточный сок свеклы имеет кислую реакцию - рН 6,2-6,7. Чистоту, или доброкачественность, сока определяют по содержанию сахарозы в 100 частях сухих веществ сока. Несахара свеклы - азотсодержащие (1,1 %) и безазотистые органические вещества (0,9 %), а также минеральные вещества 40,5 %

Среди азотсодержащих соединений особое значение имеют аминокислоты, бетаин, пуриновые основания, которые осложняют кристаллизацию сахарозы, участвуют в образовании красящих и ароматических соединений. Безазотистые вещества: углеводы редуцирующие (в основном глюкоза и фруктоза), пектиновые вещества, рафиноза, кестоза и др.; органические кислоты - щавелевая, лимонная, яблочная и др.; сапонины; жир и жироподобные вещества.

Редуцирующие вещества относят к вредным несахарам, так как в процессе производства происходят сложные их превращения: при нагревании образуется оксиметилфурфурол, в щелочной среде они способны осмоляться с образованием сахарумовой, глициновой и других кислот, темноокрашенных гуминовых веществ. При взаимодействии редуцирующих веществ с аминокислотами накапливаются меланоидины коричневого цвета. Продукты щелочного разложения редуцирующих веществ и меланоидины являются основными компонентами красящих веществ, содержащихся в кристаллах готового сахара.

Рафиноза, присутствующая в растворах, способствует образованию кристаллов сахара неправильной формы. Пектиновые вещества затрудняют очистку сока, продукты их распада ухудшают качество сахара. Сапонины (гетерогликозиды) отличаются высокой поверхностной активностью, вызывают ценообразование в растворах даже при концентрации 0,0005 %. В свекле сапонины содержатся в количестве от 0,1 до 0,8 %, частично остаются в очищенном соке и попадают на поверхность кристаллов сахара.

Из минеральных веществ свеклы наибольшее значение имеют катионы калия и натрия, анионы соляной и азотной кислот, не удаляемые при очистке сока. Минеральные вещества свеклы определяют в основном состав золы сахара. Нерастворимая часть тканей свеклы - мякоть - состоит из клетчатки, гемицеллюлозы, пектиновых веществ, белков, сапонина, минеральных веществ. С ухудшением качества свеклы вещества мякоти частично могут переходить в раствор. В свекле загнившей, подмороженной, длительно хранившейся содержание несахаров возрастает, а сахарозы - уменьшается. При переработке такой свеклы снижается выход сахара, а качество его ухудшается.

Физико-химические свойства сахарозы. При получении сахара из свеклы, его хранении и использовании важное значение имеют свойства сахарозы, ее устойчивость к воздействию различных факторов.

Сахароза -- дисахарид, в котором первый углеродный атом a-D-глюкопиранозы связан со вторым углеродным атомом P-D-фруктофуранозы. Она не обладает редуцирующими свойствами, так как не содержит легкоокисляемых альдегидных или кетонных групп. В водных растворах сахароза легко подвергается гидролизу под действием кислот с образованием эквимолекулярных количеств глюкозы и фруктозы:

Скорость гидролиза сахарозы при снижении рН среды и повышении температуры возрастает. Сахароза имеет свойства слабой кислоты и наиболее устойчива в слабощелочных растворах (рН-8). С гидратами окисей металлов сахароза дает сахараты - соединения типа алкоголятов.

Кристаллы чистой сахарозы бесцветны, имеют плотность около 1,5 г/см³, плавятся при температуре 185-186 °С. При нагревании сухой сахарозы до температуры свыше 160-170 °С происходит ее дегидратация - карамелизация. При этом образуется сложная смесь ангидридов горького вкуса, бурой окраски, получивших название карамелана при потере массы до 10 %, кара-мелена- 15 и карамелина - 20%. Продукты карамелизации сахарозы - поверхностно-активные вещества, обладающие высокой красящей способностью. Гуминовые кислоты, входящие в их состав, дают коллоидные растворы.

Сахароза оптически активна. Ее водные растворы вращают плоскость поляризации светового луча вправо +66,50°. Это свойство используется для определения содержания сахарозы в сахаре поляриметрическим методом. Относительная плотность растворов сахарозы и их коэффициенты преломления являются основой дензиметрических и рефрактометрических методов анализа продуктов, содержащих сахар.

В сухом виде сахароза кристаллогидратов не образует, малогигроскопична. При растворении в воде образуются гидраты сахарозы. Растворимость ее в воде высокая, с повышением температуры возрастает. Насыщенные водные растворы содержат при 20 °С -64,18% сахарозы, при 100 °С - 82,87 %. При охлаждении насыщенные растворы становятся пересыщенными и из них выкристаллизовывается избыток растворенной сахарозы.

Растворимость сахарозы изменяется в присутствии других веществ, например инвертного сахара. Несахара, способствующие увеличению растворимости сахарозы, затрудняют извлечение ее из растворов в кристаллическом виде. Добавление антикристаллизаторов в растворы позволяет получать кондитерские аморфные массы (карамельную и др.) при высокой концентрации сахарозы.

Производство сахара. Основные стадии производства: переработка свеклы - удаление примесей, мойка и изрезывание в стружку - в узкие тонкие пластины; получение диффузионного сока; очистка сока от механических примесей и несахаров; сгущение сока выпариванием; кристаллизация сахара из сиропа, отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости; сушка, охлаждение и освобождение кристаллов от ферромагнитных примесей и комков сахара.

Сахар из свекловичной стружки извлекают диффузионным способом. Для денатурации протоплазмы клеток стружку нагревают до 70-75 °С и направляют в аппараты, в которых сахар и другие вещества клеточного сока диффундируют в воду и образуют диффузионный сок. Стружка перемещается в аппарате в направлении, противоположном движению воды. С одного конца аппарата выходит диффузионный сок, близкий по составу к клеточному соку свеклы, с другого - обессахаренная стружка - жом, используемый в животноводстве. Диффузионный сок пенится, имеет кислую реакцию, характерный запах и почти черный цвет, обусловленный продуктами окисления тирозина и пирокатехина свеклы. В нем содержится около 17 % сухих веществ, состоящих из сахарозы (80-90 %) и несахаров.

Из диффузионного сока удаляют механические примеси и обрабатывают вначале известковым молоком (водной суспензией оксида кальция), а затем диоксидом углерода (СО2). Первый процесс получил название дефекации, второй - сатурации. Под действием известкового молока нейтрализуются кислоты, осаждаются соли алюминия, магния, железа, коагулируют белки, сапонины, красящие вещества. В процессе дефекации также протекают реакции разложения пектиновых веществ, азотсодержащих соединений с выделением аммиака, редуцирующих сахаров с образованием окрашенных веществ. После добавления известкового молока сок становится щелочным, светло-желтым, содержит хлопьевидный осадок. При последующем насыщении сока диоксидом углерода избыток извести осаждается в виде мелкокристаллического углекислого кальция, на поверхности частиц которого адсорбируются несахара. После первой сатурации сок фильтруют, вторично сатурируют для полного удаления ионов кальция и снова фильтруют. В результате очистки содержание несахаров в соке уменьшается на 35-45 %.

Для предотвращения увеличения количества красящих веществ на дальнейших стадиях производства сок сульфитируют, дополнительно очищают активным углем или ионитами. Сульфитация заключается в обработке сахарных растворов (сока, сиропа) диоксидом серы (S0₂). При этом бисульфит и сульфат-ионы присоединяются к альдегидным и кетонным группам редуцирующих сахаров и предотвращают их участие в образовании красящих веществ. Иониты - искусственно полученные смолы, нерастворимые в воде, способные к обмену связанных с их поверхностью ионов на другие одноименно заряженные ионы. С помощью ионитов очищают сок от значительного количества коллоидных и красящих веществ.

Сок содержит около 85 % воды и является ненасыщенным раствором сахарозы и оставшихся после очистки несахаров. Чтобы получить сахар в кристаллическом виде, сок сгущают выпариванием воды. На качество сахара - его цвет и состав - влияют условия выпаривания. При высокой температуре в концентрированном растворе протекают реакции разложения сахаров, в нем увеличивается содержание красящих веществ и других несахаров.

Воду удаляют из сока в два этапа. Вначале на выпарных установках из сока получают сироп. Его обрабатывают адсорбентами, фильтруют, дополнительно сульфитируют, так как сироп, поступающий на кристаллизацию, должен быть прозрачным и низкой цветности. Затем в вакуум-аппаратах при пониженной температуре сироп сгущают до пересыщенного состояния и осуществляют кристаллизацию сахара.

Для ускорения образования кристаллов в сироп вводят немного тонкоизмельченной сахарной пудры - затравки, частички которой служат центрами кристаллизации. Их количество регулируют в зависимости от величины кристаллов готового сахара: чем крупнее должны быть кристаллы сахара, тем меньше оставляют центров кристаллизации. После заводки кристаллы наращивают. Для этого в вакуум-аппарат вводят новые порции сиропа при одновременном интенсивном испарении влаги.

В результате кристаллизации сахара из сиропа в вакуум-аппарате образуется утфель I (первой кристаллизации) - вязкая масса, состоящая из кристаллов сахарозы и межкристальной жидкости - патоки. Патока содержит растворенный сахар и несахара, имеет темный зеленовато-коричневый цвет, специфический запах. Сахар отделяют от патоки на центрифугах, в которых он задерживается на ситчатой поверхности вращающего барабана. На поверхности кристаллов остается еще тонкая пленка патоки. Для более полного ее удаления сахар в центрифугах пробеливают - промывают водой, пропаривают. При этом растворяется и часть сахара, образуется белая патока.

Сахар выгружают из центрифуг. В сушильно-охладительных установках снижают его влажность до нормативной (0,05- 0,14 %), а температуру до 25 °С. После сушки сахар пропускают через магнитный улавливатель. На сортировочном транспортере удаляют комочки непробеленного или слипшегося сахара. Кристаллы сахара имеют плоские грани с отражательной способностью. При нарушении их целостности утрачивается блеск кристаллов и ухудшается внешний вид, увеличивается гигроскопичность сахара.

При транспортировании и сушке кристаллы не должны истираться. На современных установках степень истирания кристаллов достигает 14-23 %. Обломки кристаллов размером до 0,2- 0,3 мм образуют сахарную пыль. Часть ее удерживает на поверхности кристаллов оставшаяся тонкая пленка патоки, поэтому необходимо обеспечивать обеспыливание кристаллов на сушильно-охладительных установках.

Зеленая и белая патоки являются насыщенными растворами сахарозы. Из них в вакуум-аппаратах получают утфель II. Патоки содержат больше несахаров, чем сироп, поэтому сахар, выделяемый из утфеля II, имеет желтый цвет. Его растворяют, дополнительно очищают и направляют в сироп, из которого получают белый сахар. Выпускают также желтый товарный сахар. Его используют в основном в хлебопечении. Если содержание сахара в патоке утфеля II достаточно высокое, то из него получают утфель III. Сахар снова возвращают на переработку, а патока (меласса) является отходом производства. В состав мелассы входят сахара (свыше 50 % к массе), азотсодержащие и минеральные вещества. Используют ее для получения этилового спирта, лимонной и молочной кислот, аминокислот, при производстве хлебопекарских дрожжей и для других целей.