3.3: Технологія цукристих продуктів та харчо концентратів.
Світовий ринок цукру і ринок цукру в Україні. Проблеми енерго – та ресурсозбереження. Сахароза її основні фізичні та хімічні властивості.
Коротка характеристика найважливіших процесів (Екстрагування сахарози з бурякової стружки, очищення дифузійного соку від нецукрів, очищення соку шляхом адсорбції нецукрів на 1-му та -2-му ступені карбонізації вапна, згущення соку, кристалізація сахарози, принципова технологічна 
Характеристика виробництва крохмальної патоки, кристалічної глюкози та глюкозно – фруктозного сиропу.
Виробництво пектину.
Технологічна схема виробництва харчових концентратів перших. других і третіх обідніх страв. Підготовка сировини до виробництва. Вимоги, що ставляться до продуктів дитячого харчування (сухі суміші). Технологічна схема виробництва продуктів екструзійної технології. Особливості виробництва смажених і заморожених картоплепродуктів.
Найважливішим напрямом підвищення ефективності сучасного виробництва є створення мало – і безвідходних технологій та більш широке використання вторинних ресурсів сировини. Цим вимогам відповідає виробництво пектину і пектинопродуктів із бурякового жому, яблучних, виноградних і цитрусових вичавок.
На жаль, нині рівень використання вторинних ресурсів у харчовій промисловості становить 20…ЗО % від загальної їх кількості, а на виробництво пектину направляється лише 0,2…0,3 % бурякового жому та 2…З % яблучних вичавок.
Потреба в пектині значно перевищує обсяги його вітчизняного виробництва й закупок за кордоном.
Погіршання екологічних умов у багатьох регіонах України (особливо після Чорнобильської катастрофи), яке супроводжується забрудненням навколишнього середовища і харчових продуктів токсичними речовинами та радіонуклідами, вимагає проведення профілактичних заходів, що в першу чергу зумовлює потребу розширення виробництва пектину як природного детоксиканту.
Пектини взагалі мають багато корисних властивостей: вони нормалізують кількість холестерину в організмі (якщо його багато, — виводять з організму, якщо мало, — затримують), підвищують стійкість організму до алергії, допомагають відновити слизову оболонку всіх органів після запальних процесів, позитивно впливають на внутрішньоклітинне дихання та загальний обмін речовин в організмі.
Пектин — один із найпоширеніших поліцукридів, який міститься в достатній кількості в рослинній сировині (плодиягоди, овочі, коренеплоди, яблучні та цитрусові вичавки). В наш час рівень техніки й технології пектину настільки удосконалений, рентабельний і доступний, що його можна виробляти на кожному консервному й цукровому заводах, підприємствах виноробної та молочної промисловості.
Світове виробництво пектину нині становить понад 80 тис. т на рік. Основним виробником цитрусового пектину є американська фірма «Оегсиіев Іпс". Яблучний пектин виробляється в основному в Англії, Франції, Австрії, Швейцарії, Німеччині. Близько 40 т желатину з бурякового жому виробляють в Канаді. В Україні пектин виробляють у невеликій кількості на дослідних підприємствах.
Сучасна промислова технологія пектину ґрунтується на кислотно-термічному гідролізі і складається з чотирьох основних груп процесів:
Перша — підготовка сировини, гідролізне екстрагування пектину, очищення та концентрування пектинового екстракту;
Друга — вилучення пектину з рідинної фази у вигляді сухого продукту;
Третя — одержання пектину з різними властивостями, які характеризуються тонким очищенням пектинового екстракту й коагуляту при оптимальних технологічних параметрах до досягнення відповідної швидкості драгле – і комплексоутворення;
Четверта — об’єднання процесів регенерації етилового спирту, що застосовується в процесах другої групи, утилізація відходів виробництва та очищення стічних вод.
Основними структурними ознаками пектинових речовин є лінійні молекули полігалактуронової кислоти, в якій мо-номірні кільця сполучені 1,4-глікозидним зв’язком. Гетерополіцукридний характер пектину зумовлений присутністю трьох структурних одиниць: пектової кислоти, галактану та арабану.
Ученими встановлено, що початковою речовиною для біосинтезу пектину в рослинних клітинах є галактуронова та глюкуронова кислоти, які за допомогою ферментів і сонця переходять у розчинний пектин. Найкращим розчинником пектинових речовин є вода, в якій пектинові молекули мають форму спіралі, а карбоксильні групи містяться в сусідніх витках.
Розчинність пектину залежить від ступенів його полімеризації та етерифікації. Розчинність пектину у воді збільшується за підвищення ступеня етерифікації й зменшення молекулярної маси. Для одержання однорідного розчину потрібно порошок пектину попередньо перемішати з цукром (п’ять частин цукру на одну ча стину пектину) або змочити спиртом. Ефективним способом розчинення порошку пектину у воді є використання змішувача частотою обертання мішалки 20…ЗО хв1. Для повного розчинення пектину потрібно суспензію прокип’ятити протягом хвилини.
Характерними властивостями водних розчинів пектинових речовин є їх підвищена в’язкість. Таке явище пояснюється тим, що молекули пектину в розчині легко асоціюються як одна з одною, так і з молекула^ми інших речовин, що містяться в розчині. Пектини як високомолекулярні сполуки не дифундують із розчину через клітинні мембрани рослин. Ці властивості використовують для вилучення пектинових речовин із низькомолекулярних речовин у процесі дифузії бурякового цукру. Обмежена властивість до дифузії повинна бути використана у виробництві пектину.
В’язкість водних розчинів пектинів залежить від різних факторів: концентрації, довжини молекулярного ланцюга, ступеня етерифікації, присутності електролітів і температури.
Велике практичне значення має розщеплення пектинових речовин під дією ферментів. Воно широко використовується у процесі переробки цукрових буряків, а також освітлення соків і вин. У процесі ферментативного гідролізу утворюється фермент — субстратний комплекс, в якому проходить внутрішньо-молекулярне перегрупування під впливом активного центру ферменту. У процесі ферментативного гідролізу пектинових речовин беруть участь пектин-естераза, екзополігалактуроназа.
Надзвичайно важливими властивостями пектинових речовин є їх комплексоутворювальна здатність, яка ґрунтується на взаємодії молекул пектину з іонами важких і радіоактивних металін. Ці властивості дають повне право рекомендувати пектин для включення в раціон харчування осіб, що перебувають у зонах, забруднених радіонуклідами, і контактують із важкими металами.
Комплексоутворювальна властивість пектину залежить від рН середовища. За різних значень рН пектинові речовини мають різні значення комплексоутворення. Для пектину з бурякового жому висока комплексоутворювальна здатність досягається при рН 5 і рН 10. За таких значень буряковий пектин зв’язує до 68 % від загальної кількості введеного стронцію. Найбільшу комплексоутворювальну здатність має пектин із соняшника при рН 9, гарбуза — при рН 5, яблук — при рН 5, з виног радних вичавок — при рН 10.
Отже, завдяки комплексоутворювальним властивостям щодо важких металів пектин є незамінною речовиною у виробництві харчових продуктів лікувально-профілактичного призначення. Оптимальна профілактична доза пектину — 2 г на добу для осіб, що контактують із важкими металами, і не менше 15—16 г на добу — в умовах радіоактивного забруднення.
Не менш важливими властивостями пектинових речовин, які характеризують широкий спектр їх застосування в харчовій. промисловості, є драглеутворювальна здатність, яка залежить від молекулярної маси пектину, ступеня етерифікації його молекули й вмісту функціональних груп, концентрації цукру в розчині, кількості баластних речовин, температури та рН середовища.
Найбільш міцними драглі утворюються, коли в розчині присутня лимонна, винна і триоксигмурарова кислоти. Цукор у процесі драглеутворення виконує роль дегідратуючої речовини. Здатність до дегідратації у різних цукрів різна і характеризується їх впливом на в’язкість пектинових розчинів. Більш міцні драглі утворюються при додаванні цукрози, менш міцні — мальтози.
Для утворення міцних драглів у трикомпонентній системі пектин — цукор — кислота необхідне їх оптимальне співвідношення, яке залежить від виду пектину і його властивостей. У практиці оптимальним є співвідношення пектину, цукру і кислоти відповідної :60:1.
Як відомо, драглеутворення пектину залежить також від рН драглів і температури процесу. Для високоетерифікованих пектинів максимальна міцність драглів досягається при рН 3…3.3, для низькоетерифікованих — при рН 2,5…2,8.
Крім того, пектин є поверхнево-активною речовиною і має яскраво виражені емульгувальні та піноутворювальні властивості. Фізико-механічні та теплофізичні властивості глибоко вивчені, науково обґрунтовані та класифіковані доктором технічних наук, професором, академіком Л. В. Донченко.
Пектинові речовини зустрічаються в усіх частинах рослин: в корінні, стеблі, суцвітті, листі і головним чином в овочах і плодах. Пектиновмісна сировина поділяється на три основні групи: перша — овочі: бульбоплоди (картопля), коренеплоди (буряк, морква), листяні (капуста, цибуля), плодові (баклажани, помідори), кабачкові (кавуни, дині, гарбузи), бобові (горох, квасоля, соя);
Друга — насінні (яблука, айва, груша), кісточкові (вишня, черешня), ягоди (виноград, смородина, полуниця, суниця, малина), цитрусові (лимони, апельсини, мандарини, інжир, гранати); третя — інші види промислової сировини також з високим вмістом пектину: чай, тютюн, соняшник, бавовна, кора хвойних порід дерев (сосна, ялина, модрина) Найбільше пектинових речовин міститься в цукрових і кормових буряках (18…30 %), моркві (6,4…20 %), червоних буряках (18…15 %), кавунах(6,4…23,6 %), гарбузах (3… 17 %), яблуках (6…20 %), горобині (9…11 %), грушах (4…8 %), інжирі (6…16 %), гранатах (10…14 %), хурмі (9…12 %), цитрусових (9… 14%).
З цього можна зробити висновок про необхідність використання цих видів сировини для виробництва пектинових харчових виробів. Крім пектину, ці види сировини містять і ряд інших біологічно активних речовин, що мають лікувально-дієтичні властивості.
Якість кінцевого продукту — пектину залежить не тільки від фізико-хімічних властивостей пектиновмісної сировини, але й значною мірою від способів її зберігання, консервування, підготовки й переробки.
Пектиновмісна сировина являє собою рослинний матеріал із високою вологістю і біохімічною активністю, в якому проходять процеси, що залежать від хімічного складу, вологи, умов і терміну зберігання. Під час зберігання такої сировини відбувається розпад і окиснення поліцукридів, що призводить до гідролітичного розщеплення пектину.
Одним із способів консервування свіжовичавленої сировини є сульфітація. Антисептик — діоксид сірки — прекрасно зберігає пектиновмісну сировину від псування. Необхідна концентрація діоксиду сірки для обробки сировини становить 0,15 — 0,20 % при температурі 0 °С. При цьому термін зберігання сировини становить 9 місяців, а при 18 °С скорочується до 4 місяців.
Найбільш прогресивним і поширеним способом консервування пектиновмісної сировини є її сушіння. Для цього використовують конвективне підведення теплоти. Теплоносій (атмосферне повітря), підігрітий у парових або в електричних калориферах, подається в конвективні тунелі, конвеєрні або барабанні сушарки періодичної чи безперервної дії з протитечійним рухом матеріалу й теплоносія. Кінцева вологість яблучних вичавок повинна бути не вище 8 %, цитрусових — 10, бурякового жому — 14 %.
Важливе значення у виробництві пектину має попередня обробка пектиновмісної сировини. Це — сушіння сировини в оптимальних умовах, виділення відновлювальних цукрів, речовин білкового характеру та інших баластних сполук. Виходячи із загальних положень теорії масообміну в системі тверде тіло — рідина для прискорення процесу вилучення пектину із пектиновмісної сировини потрібно значно збільшити поверхню контакту двох фаз, тобто подрібнити сировину з урахуванням вимог технологічних процесів виробництва пектину (до розміру частинок 2…6 мм).
Для одержання пектину та пектинопродуктів із яблучних вичавок використовуються зрілі пізні й ранні сорти яблук.
Виробництво яблучного пектину
Особливості виробництва яблучного пектину такі. Сухі яблучні вичавки перед процесом гідролізного екстрагування пектинових речовин тричі промивають водою при температурі 30…35 °С. Для одержання пектину з низькою швидкістю драг-леутворення промивають сировину водою при температурі суміші 55…60 °С.
Гідролізне екстрагування пектину проводять водним розчином азотної кислоти при рН 1,5…2,0, температурі гідролізної суміші 70…80 °С, співвідношенні сировини й екстрагента 1 : 10 протягом З…3,5 год в екстракторі періодичної дії. Після закінчення процесу на спеціальних пресах відділяють А-екстракт. Відпресовані яблучні вичавки знову вивантажують в екстрактор, заливають водою температурою 45…50 °С у співвідношенні 1:13 і проводять повторне екстрагування пектинових речовин протягом 1,5 — 2 годин. Одержаний на пресах В-екстракт змішують з А-екстрактом і відстоюють протягом 2…4 год для відокремлення механічних домішок.. У відпресованих вичавках вміст пектину не повинен перевищувати 0,8 — 1,0 %. Середній вміст сухих речовин в екстракті 1,0…1,2 %, в тому числі пектинових речовин 0,3…0,4 %. Відстояний екстракт пропускають через сепаратори і фільтрують на кізельгуровому фільтрі. Концентрування екстракту проводять на двокорпусних вакуум-випарних установках безперервної дії. Температура продукту в першому корпусі не повинна перевищувати 70…75, у другому — 45 °С. Вміст сухих речовин у концентраті становить 6…7 %, концентрація осаджуваних спиртом пектинових речовин — 2,5…3,5 %, рН концентрату — 1,7…2,2.
Одержаний концентрат охолоджують до 25 °С на пластинчастих теплообмінниках. Осадження пектинових речовин проводять етиловим технічним або ректифікованим спиртом міцністю 90…95 % об. Об’ємна частка спирту на один об’єм пектинового концентрату становить три частини. Для запобігання осадженню разом з пектином мінеральних домішок процес проводять при рН 1,7…1,9. Одержана пектинова суспензія безперервно подається в центрифугу типу ОГШ-353К-09. Після центрифугування пектиновий коагулянт вологістю 70…75 % безперервно подається на промивання спиртом міцністю 70 %об. у співвідношенні 1:8. Суспензія першої промивки надходить самостійно в центрифугу такого самого типу. Друге промивання проводиться також спиртом міцністю 90…95 %об. у співвідношенні 1:8. Суспензія подається в центрифугу для відокремлення пектину, який подається на сушіння при температурі 55…60 °С протягом 2…З годин.
Виробництво яблучного пектину за технологією асоціації "Пектин" характеризується новими процесами, впровадженими в багатьох країнах світу. Яблучні вичавки надходять на переробку за допомогою стрічкових конвеєрів зразу після вичавлення соку. Підготовка сировини включає двостадійне промивання водою температурою 50…60 °С (з метою виділення водорозчинних речовин) в апаратах безперервної дії барабанного типу та віджимання залишків води на шнековому пресі типу ВПШ. Потім підготовлені вичавки вміщують у гідролізатори.
Гідроліз протопектину з вичавок проводиться в сталевих емальованих апаратах із мішалкою. Оптимальна температура процесу підтримується подаванням гарячої води або пари в сорочку гідролізатора.
Гідролізне екстрагування пектинових речовин проводиться при періодичному перемішуванні в присутності електроактивованої води. Після закінчення процесу гідролізну масу охолод жують, а потім додають відповідну кількість дифузійного соку, що утворився при промиванні свіжовіджатих яблучних вичавок.
Після відокремлення основної частини пектинового екстракту на відокремлювальних ситах маса подається в стікач. Відпрацьована сировина вивантажується на стрічковий конвеєр, потім подрібнюється, протирається, в результаті чого одержують драглеподібне пюре, яке містить 0,6 % пектинових речовин. Пектиновий екстракт із відокремлювального сита та стікача подається в збірник, де охолоджується до температури 18…20 °С. Від завислих частинок екстракт очищується на сепараторі і фільтраційних пресах.
Очищений пектиновий екстракт подається на розлив і сте рилізацію або на концентрування у ваккум-випарну установку, а потім на зберігання в сталевих емальованих апаратах. За технологією, розробленою фахівцями асоціації "Пектин", передбачається також одержання сухого пектинового екстракту й пектину. Сушіння пектинового екстракту проводять на розпилювальних сушарках. Вміст пектинових речовин в сухому продукті становить 50…60 %.
Для одержання пектину сухий екстракт обробляють етиловим спиртом згідно з технологічним регламентом та технологічними інструкціями. Одержаний чистий пектин має такі фізико-хімічні показники, %: зольність — 0,04, уронидна складова—86,0, вміст вільних карбоксильних груп — 4,8, метоксильна складова — 7,4. Драглеутворювальна здатність — 88 кПа, комплексоутворювальна — 144,8 мгРЬ2+/г.
Рекомендована література:
1. Стабников В. П., Остапчук Н. В. Общая технология пищевых продуктов. – Киев, Вища школа. 1990-707 с.
2. Технология пищевых производств /Под ред. Ковалевской Л. П. – М.: Колос, 1997.-707 с.
3. Мерко И. Т. Технология мукомольного и крупяного производства, М.: Агропромиздат, 1990. – 288 с.
4. Общая технология пищевых производств /Под ред. Ковалевской Л. П. – М.: Колос, 1993. -384с.
5. Стабников В. Н., Остапчук Н. В. Общая технология пищевых продуктов. – Киев, Вища школа. 1980. – 303 с.
6. Общая технология пищевых производств /Под ред. Назарова Н. И. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 360 с.
7. Технология кондитерских изделий./ Под ред. Маршалкина Г. А. – М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. – 447 с.
Реферати
Читати далі