Углеводы и углеводные препараты

В связи с тем, что коровье молоко по содержанию углеводов уступает женскому, возникает необходимость корректировки углеводного состава. Для этого в продукты детского питания вносят углеводы (свекловичный и молочный сахар, глюкозу, крахмал) и углеводные препараты (солодовый экстракт, лактулозу, кукурузную или крахмальную патоку), которые повышают бифидогенные свойства продуктов.

Свекловичный сахар (ГОСТ 21-94).Вырабатывают из сахарной свеклы с содержанием сахарозы в зрелом корнеплоде 17,5-18%. В производстве продуктов детского питания применяют рафинированный сахар-песок – дополнительно очищенную сахарозу в виде отдельных кристаллов. Сахар, используемый при выработке сухих детских молочных смесей, предварительно измельчают на дробилке. Размер частиц сахарной пудры должен быть не более 0,1 мм.

Технологический процесс получения сахара-песка состоит из следующих операций: подача свеклы на завод, мойка и очистка от примесей, измельчение свеклы в стружку, получение из стружки диффузионного сока, получение из очищенного сока диффузионного сиропа и его осветление, получение из сиропа сахаро-песочного утфеля, выделение из утфеля кристаллов сахара, сушка и упаковка сахара-песка в джутовые мешки.

Сахар-песок – гигроскопический продукт, легко адсорбирует влагу из окружающей среды, при этом подвергается порче, связанной с разложением сахарозы. Помещение, в котором хранят сахар-песок, должно быть чистым и сухим (относительная влажность воздуха не более 70%). В этих условиях сроки хранения сахара не ограничены. В настоящее время получает распространение бестарное хранение сахара-песка (в бункерах). Сахар-песок, поступающий на бестарное хранение, должен иметь влажность 0,02-0,04%; влажность продукта более 0,06% не допускается. При этом температура хранения составляет 20-22⁰С, влажность воздуха 55-60%.

Требования, предъявляемые к рафинированному сахару-песку, приведены в табл. 20.

Молочный сахар (лактоза) (ТУ 10 РФ 10-90).Представляет собой порошок, вырабатываемый из свежей подсырной или творожной сыворотки. Рафинированный порошок молочного сахара находится в α-форме, тогда как растворенный молочный сахар в молоке – в α- и β-форме. Считается, что при создании молочных продуктов для грудных детей преимущественное значение имеет β-форма молочного сахара, так как в связи с медленным расщеплением в пищеварительном тракте она доходит до нижних отделов кишечника ребенка и стимулирует развитие в нем бифидобактерий.

Таблица 20

Требования к качеству рафинированного сахара-песка

Молочный сахар в 6,25 раза менее сладок, чем сахароза, при употреблении усваивается на 99,0-99,7%, общая растворимость молочного сахара при 20⁰С составляет 16,1%. В сухом виде сахар начинает карамелизоваться при 120⁰С. Молочный сахар можно выделить не только из молочной сыворотки, в которой его содержится 4,7-4,8%, но и из фильтрата, получаемого при ультрафильтрации обезжиренного молока и сыворотки при производстве молочно-белковых концентратов.

При ультрафильтрационной обработке обезжиренного молока и сыворотки в фильтрат переходит основная масса лактозы, которую можно выделить обработкой ультрафильтрата методом обратного осмоса. Полученный концентрат, содержит до 25% сухих веществ, в том числе 80% лактозы. Этот концентрат можно использовать для выделения чистой лактозы традиционным методом.

В процессе обратного осмоса концентрирование происходит с помощью фильтрации при давлении 3-5 МПа, в результате которого содержащаяся в молоке или сыворотке воды проходит через мембрану. Поскольку молекулы сухих веществ, содержащиеся в молоке или сыворотке, не могут пройти через мембрану, происходит их концентрирование. В отличие от ультрафильтрации при обратном осмосе используют мембраны с порами меньшего диаметра и процесс проводят при значительно большем давлении.

Рафинированный молочный сахар получают перекристаллизацией растворов молочного сахара-сырца с одновременной очисткой их от примесей. В специальном реакторе при 90⁰С сахар-сырец растворяют в воде до концентрации 55-60% и в раствор вносят осветлители (активированный уголь, диатомит и бланкит). Затем раствор фильтруют и охлаждают до 10-12⁰С в течение 7-10 ч. При этом выпадают кристаллы молочного сахара, которые отделяют на центрифуге и промывают холодной водой. Влажные кристаллы рафинированного молочного сахара высушивают до содержания воды 0,5-0,6%, размалывают и упаковывают. Рафинированный мелкокристаллический молочный сахар перед упаковкой просушивают и фасуют в полиэтиленовые мешки вместимостью 1 или 3 кг, которые затем укладывают в деревянные ящики. Ящики с молочным сахаром хранят в чистых сухих и вентилируемых помещениях при температуре не выше 20⁰С и относительной влажности воздуха не более 80%. Срок хранения молочного сахара не более 12 мес; гарантийный - 6 мес.

Требования, предъявляемые к молочному сахару, приведены в табл. 21.

Таблица 21

Требования к качеству молочного сахара

Глюкоза (ГОСТ 975-88). Глюкоза – продукт глубокого осахаривания крахмала.В зависимости от способа производства, глубины осахаривания и качества крахмала, из которого производят глюкозу, различают техническую и пищевую глюкозу. В растворах α- и β-формы глюкозы находятся в равновесном состоянии. В насыщенных растворах глюкозы содержание α-формы 36-37%, β-формы – 63-64%. Из водных растворов кристаллизуется только α-форма глюкозы. В зависимости от температуры и концентрации из α-формы образуются кристаллы ангидридной или гидратной глюкозы.

При производстве продуктов для детского и лечебного питания используют гидратную глюкозу, которая имеет нежный сладкий вкус и не изменяет естественного вкуса молочных смесей. Кристаллическую глюкозу получают глубоким гидролизом крахмала с последующим сгущением очищенных сиропов, кристаллизацией, центрифугированием и сушкой. Для производства такой глюкозы лучше использовать картофельный крахмал и серную кислоту, так как он содержит меньше примесей, а анионы серной кислоты легко удаляются при нейтрализации мелом.

В процессе высушивания глюкозы большое значение имеет температурный режим. Кристаллы гидратной глюкозы плавятся при 60⁰С. Поэтому температура влажного сахара в сушилке не должна превышать 45-50⁰С, а температура воздуха в однобарабанной сушилке – 45-50⁰С (в двухбарабанной 60-70⁰С). Глюкозу кристаллическую гидратную фасуют в тканевые мешки вместимостью 50 кг и в тканевые или бумажные пакеты (коробки) вместимостью 0,1-1 кг и хранят на деревянных стеллажах при относительной влажности воздуха не выше 75%. Срок хранения глюкозы 1 год.

Требования, предъявляемые к глюкозе кристаллической гидратной, приведены в табл. 22.

Крахмал кукурузный (ГОСТ 7697-82) и картофельный (ГОСТ 7699-78).В производстве продуктов детского питания применяют картофельный и кукурузный (маисовый) крахмал высшего сорта. Крахмал – углевод, полисахарид (С₆Н₁₀О₅)_n. По строению крахмальное зерно представляет собой комплекс радиально расположенных игольчатых микрокристаллов. Благодаря такому строению зерна крахмала пористые. Крахмал – неоднородное вещество. Он состоит из амилозы и амилопектина.

Каждому растению свойственны особая форма и размер крахмальных зерен, поэтому по строению и форме зерен можно различить происхождение крахмала. Картофельный крахмал имеет наиболее крупное зерно. Его размеры достигают 0,1 мм. Зерна кукурузного и рисового крахмала многогранные.

Под действие кислот крахмал гидролизуется с образованием глюкозы. При ферментативном гидролизе крахмала образуется также мальтоза. Это свойство используют при получении мальтазной патоки и солодовых экстрактов. При заваривании крахмала водой образуется крахмальный клейстер (гель), состоящий из коллоидного раствора амилозы, в котором распределены набухшие частицы амилопектина.

Таблица 22

Требования к качеству глюкозы кристаллической гидратной

Картофельный крахмал получают на картофелеперерабатывающих заводах. Картофель моют, измельчают на терочных машинах, отмывают полученную массу от мезги, отделяя при этом картофельное молочко (вода с зернами крахмала). Из крахмального молочка выделяют крахмал, который вновь многократно промывают водой. Промытый и обезвоженный крахмал с содержанием влаги 38-49% высушивают в специальных сушилках горячим воздухом до влажности 20%. Крахмал, предназначенный для пищевых целей, не должен давать хруста при разжевывании, в нем не допускается наличие свободных минеральных кислот и свободного хлора. Высушенный крахмал поступает на отделку – охлаждение, измельчение комочков, просеивание.

Кукурузный крахмал вырабатывают из крахмальных сортов кукурузы. Зерна крахмала в кукурузе довольно прочно склеены белковыми веществами. Поэтому кукурузный крахмал получить труднее, чем картофельный.

Семена кукурузы замачивают в горячем слабом растворе серной кислоты для ослабления связи между частями зерна, затем дробят и отделяют зародыши. После этого массу тщательно измельчают, протирают с водой для получения крахмального молочка, рафинируют на густых шелковых ситах, отделяя крахмал от глютина (нерастворимого кукурузного белка) и экстрактивных веществ на желобах или центробежных сепараторах. Затем крахмал промывают на вакуум-фильтрах. Все остальные операции осуществляют так же, как и при производстве картофельного крахмала. Сушат кукурузный крахмал до влажности 13%. Кукурузный крахмал очень хорошо усваивается организмом человека.

В настоящее время промышленность выпускает модифицированные крахмалы. Основной их особенностью является способность образовывать стойкие студни с холодной водой, поэтому они находят широкое применение в производстве концентратов киселей, желейных кремов в производстве продуктов детского питания и др.

Крахмал обладает высокой гигроскопичностью. Он поглощает влагу не только из воздуха, но и из соприкасающихся с ним продуктов. Крахмал хранят в сухих, чистых, хорошо вентилируемых помещениях.

Отсыревание крахмала – это основной процесс, способствующий порче продукта во время хранения. Крахмал быстро увлажняется (за сутки на 25-30%), в нем развиваются гнилостные бактерии, и продукт приобретает вначале затхлый, а затем гнилостный запах.

При хранении крахмала в складских помещениях относительная влажность воздуха должна быть не выше 70%, температура воздуха – 15-18⁰С.

Требования, предъявляемые к крахмалу высшего сорта, используемому в производстве продуктов детского питания, приведены в табл. 23.

Солодовые экстракты (ТУ 10-04.06.114-88).Их получают путем осолаживания кукурузы (кукурузно-солодовый экстракт) или ячменя (ячменно-солодовый экстракт). В процессе производства солодовых экстрактов накапливаются продукты частичного гидролиза крахмала: декстрины, мальтоза и глюкоза. Наиболее ценна для детского организма мальтоза, поэтому ее содержание в экстракте должно быть не ниже 60% в пересчете на сухое вещество.

Кукурузно-солодовый экстракт вырабатывают из темного (меланоидинового) и светлого кукурузного солода. Кукурузный солод в соотношении 9 частей светлого и 1 часть темного очищают, мелко дробят в несколько стадий и направляют в специальные заторные чаны из алюминия или нержавеющей стали. Чаны имеют термоизоляцию, снабжены паровым змеевиком, который выполняет двойную функцию – подогрев затора с помощью пара и охлаждение после клейстеризации водой или рассолом.

В результате затирания дробленого солода с водой определенной температуры получают солодовое сусло. Осветленную часть сусла после отстаивания перекачивают в новый заторный чан (ферментное сусло). Оставшуюся густую фракцию подвергают клейстеризации при температуре 90⁰С в течение 30 мин при непрерывном перемешивании. Затем массу охлаждают до температуры 45⁰С и смешивают с ферментной. Дальнейшее осахаривание ведут по ступенчатому графику: при температуре 45⁰С в течение 10 мин, 50⁰С – 10 мин, 63⁰С – 20 мин, затем затор нагревают до температуры 72⁰С и выдерживают 30 мин, далее при температуре 75⁰С – 10 мин, после чего перекачивают в центрифугу для фильтрования.

Таблица 23

Требования к качеству картофельного и кукурузного крахмала

Затем сусло осветляют в сепараторе или фильтр-прессе и направляют на сгущение в вакуум-аппарат. Сгущение проводят при температуре 55⁰С до массовой доли сухих веществ не менее 74%.

Ячменно-солодовый экстракт вырабатывают из светлого ячменного солода по аналогичной схеме, за исключением приготовления меланоидино-солодовой фракции и ступенчатого осахаривания сусла.

При оценке качества солодовых экстрактов, используемых при выработке детских молочных продуктов, необходимо учитывать их кислотность и наличие посторонних примесей. Кислотность не должна превышать 12⁰Т, при более высокой кислотности молочный белок под воздействием высоких температур может коагулировать. При наличии 0,3-0,9% посторонних примесей экстракты необходимо очищать на капроновых ситах.

Транспортируют солодовые экстракты по трубопроводам при температуре 50⁰С, при давлении на манометре насоса (1,9-2,9)10⁵ Па.

Солодовые экстракты фасуют во фляги, бочки, цистерны. Гарантийный срок их хранения – 3 мес.

Требования, предъявляемые к солодовым экстрактам (декстрин-мальтозе), приведены в табл. 24.

Таблица 24

Требования к качеству солодового экстракта

Лактулоза. Ее получают на предприятиях молочной промышленности из молочного сахара путем щелочной изомеризации лактозы в лактулозу. Лактулоза – белое кристаллическое вещество, гигроскопическое, хорошо растворимое в воде. Она слаще лактозы, но менее сладкая, чем сахароза.

Сироп лактулозы используют в производстве продуктов детского питания. Процесс получения сиропа включает следующие технологические операции: приготовление и рафинация раствора молочного сахара-сырца; изомеризация лактозы; сгущение раствора; кристаллизация и выделение кристаллов лактозы; расфасовка.

Для приготовления и рафинации раствора молочного сахара-сырца используют водопроводную питьевую воду. Готовность полученного раствора определяют по его плотности, которая при 70-75⁰С должна составлять 1045-1047 кг/м³. В раствор вносят 1,5-2,0% осветляющего угля марки «МД» и 1,0-1,5% кизельгура-диатомита (к массе молочного сахара-сырца). При непрерывном перемешивании раствор выдерживают 20-30 мин при температуре 70-75⁰С и направляют для фильтрации на аппараты типа фильтр-пресс. Целесообразно подачу сиропа на фильтр-пресс осуществлять давлением сжатого воздуха. Для этого растворение и рафинирование сахара-сырца проводят в герметических сосудах (реакторах). Рафинированный раствор молочного сахара (фильтрат) направляют на изомеризацию. Процесс изомеризации включает в себя известкование раствора лактозы, термостатирование и нейтрализацию. Он осуществляется в аппаратах, конструкция которых аналогична оборудованию, используемому для рафинации.

В рафинированный раствор молочного сахара, имеющий температуру 70⁰С, вносят предварительно подготовленный 20% раствор (суспензию) гидрата окиси кальция в количестве около 5 л на 1 м³ раствора и 20%-ный раствор едкого натра в количестве около 8,0 л на 1 м³ раствора. Затем раствор молочного сахара термостатируют при температуре 70⁰С в течение 15-20 мин, после чего нейтрализуют 20% раствором лимонной кислоты. Значение рН раствора после внесения гидрата окиси и едкого натра должно быть не менее 10,0. Нейтрализация раствора молочного сахара должна начинаться при значениях рН 8,8-9,0. Раствор молочного сахара нейтрализуется до значения рН 6,5-6,8. Количество раствора лимонной кислоты при этом должно составлять около 4,0 дм³ на 1 м³ перерабатываемого раствора молочного сахара. Нейтрализованный раствор подается на фильтрацию. Фильтрация также производится на фильтр-прессах. Очищенный раствор направляется на сгущение в вакуум-выпарных установках любой конструкции при температуре не выше 70⁰С. Готовность сгущенного раствора определяется по плотности, которая при температуре 70⁰С должна быть 1300 кг/ м³. Сгущенный раствор направляется на охлаждение и кристаллизацию.

Кристаллизация осуществляется в ваннах-кристаллизаторах, обеспечивающих охлаждение и перемешивание раствора. Режим кристаллизации лактозы следующий: раствор медленно (со средней скоростью 2-3⁰С в час) охлаждают при непрерывном перемешивании до температуры 5-10⁰С. По достижении указанной температуры раствор выдерживают в течение 1-2 ч.

Полученный кристаллизат направляют на центрифугирование для отделения кристаллов лактозы. Операция центрифугирования выполняется на центрифугах фильтрующегося или разделительного типов. Кристаллы лактозы, выделившиеся в процессе центрифугирования, направляются на повторное растворение.

Физико-химические и органолептические показатели сиропа лактулозы приведены в табл. 25.

Готовый сироп лактулозы расфасовывают в тару, плотно закрывают крышками и пломбируют. Хранить сироп можно при температуре 10-15⁰С не более 3 месяцев со дня выработки. В дальнейшем его используют в технологии молочных продуктов, напитков, в том числе алкогольных, соков, десертов, хлебобулочной и мясной продукции и т.д.

 Таблица 25

Физико-химические и органолептические показатели сиропа лактулозы

Кукурузная патока (ТУ 10-04-08-30-89).Ее вырабатывают главным образом из кукурузного крахмала. Она представляет собой сладкую, очень вязкую, бесцветную или желтоватую жидкость. Сладкий вкус патоке придают содержащиеся в ней глюкоза и мальтоза, а вязкость – декстрины. Кукурузную патоку выпускают в виде сиропа и сухого порошка. В производстве продуктов детского питания применяют сухую патоку.

Для получения патоки промытый и очищенный кукурузный крахмал смешивают с водой, подкисляют и в виде крахмального молочка подают в заварные чаны или автоклавы. Добавляют небольшое количество серной или соляной кислоты и подогревают раствор до кипения. Полученный кислый сироп нейтрализуют мелом (при гидролизе серной кислотой) или содой (при гидролизе соляной кислотой). Затем раствор фильтруют и осветляют с помощью активированного угля. Очищенный сироп упаривают в вакуум-аппаратах с промежуточной фильтрацией. После этого патоку охлаждают до 40-45⁰С, чтобы она не потемнела, сливают в бочки или цистерны либо сушат. Содержание сухих веществ в сухой патоке 94% (она гигроскопична). Хранить сухую патоку рекомендуется в мешках в сухих, чистых, хорошо вентилируемых помещениях.

Требования, предъявляемые к кукурузной патоки приведены в табл. 26.

Глюкозо-фруктозный сироп.Его вносят в продукты детского питания с целью полной или частичной замены свекловичного сахара. Глюкозо-фруктозный сироп – светло-желтая жидкость, получаемая из крахмала кукурузы, пшеницы и сорго.

Процесс получения сиропа включает: очистку зерна, помол и замачивание, просеивание, циклонную очистку с помощью фермента α-амилазы, осахаривание глюкоамилазой, изомеризацию части глюкозы во фруктозу, очистку и сгущение.

Таблица 26

Органолептические, физико-химические и микробиологические показатели кукурузной патоки

Требования, предъявляемые к глюкозо-фруктозному сиропу (ГФС), приведены в табл. 27.