СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИРОПА ИНВЕРТНОГО САХАРА Российский патент 1997 года по МПК C13K3/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности. Полученный сироп может быть использован в безалкогольной, ликеро-водочной, консервной, хлебопекарной промышленности.

Известен способ получения сиропа инвертного сахара, содержащего 50 55% инвертированного сахара (к массе сахара), предусматривающий растворение в воде сахара-песка при температуре 40 50^oC, нагревание его до кипения и кипячение не менее 30 мин, фильтрование, охлаждение до 70^oC, добавление в сироп 50%-ного водного раствора лимонной кислоты из расчета 0,75 кг кислоты на 100 кг сухих веществ сахара, либо 100%-ной молочной кислоты в количестве 1,68 кг кислоты на 100 кг сухих веществ сахара, инвертирование сахарозы при температуре 70^oC в течение 2 ч, внесение за 10 мин до окончания процесса инверсии активного угля в количестве 0,1% фильтрование и охлаждение до 18 - 20^oC [1]
В данном способе получают частично (на 50 55%) инвертированный сироп концентрацией 64 66% сухих веществ. Недостатком способа является то, что для его приготовления расходуют качественный товарный сахар-песок и значительное количество пищевых кислот. Прирост сухих веществ составляет всего лишь 2,6% к массе сахара-песка, а не 5,26% как при полной инверсии сахарозы, а продукты распада кислот, реагируя с примесями сахара-песка, образуют специфический неприятный привкус. При длительном кипячении и нагревании требуются большие технологические емкости для приготовления сиропа. В результате такой технологии получают жидкий сиропа с содержанием 34 36% воды, что удорожает его перевозку, хранение и затрудняет длительную его сохранность без потерь сахара.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сиропа инвертного сахара, предусматривающий приготовление раствора сахара, гидролиз сахарозы кислотой и ее нейтрализацию в момент достижения нужной степени инверсии, которую фиксируют по максимальному значению температура и определяют расчетным путем [2]
Недостатком данного способа является то, что инверсия проводится соляной кислотой, продукты нейтрализации которой после окончания реакции остаются в сиропе, ухудшая его качество (придают солоноватый вкус), что ограничивает его применение в некоторых отраслях промышленности производстве напитков, мороженого. Для контроля за повышением температуры требуются высокоточные приборы. Кроме того, инверсия проводится в концентрированных сиропах, вязкость которых высока и составляет 16 114 мПа•с, поэтому катализатор (кислота) не может равномерно распределяться по всему объему, и реакция инверсии происходит крайне медленно из-за высокой вязкости и неравномерного распределения кислоты.

Цель изобретения снижение себестоимости сиропа инвертного сахара, предотвращение разложения моносахаридов при его получении, повышение его органолептических качеств и биологической ценности.

Для этого в предложенном способе получения сиропа инвертного сахара, предусматривающем приготовление раствора сахара, гидролиз сахарозы кислотой и нейтрализацию, для приготовления раствора сахара используют сахар-сырец и готовят раствор с содержанием сухих веществ 45 55% после чего в раствор вводят активный уголь в количестве 0,05 0,15% к массе сахара, а гидролиз осуществляют серной кислотой и процесс проводят при pH 2,0 3,5 и температуре 85 98^oC до полного разложения сахарозы, причем нейтрализацию осуществляют введением в гидролизат порошка CaCO₃ с последующим фильтрованием для удаления осадка и осветлением путем пропускания через слой оксида магния толщиной 10 20 мм со скоростью потока 2 3 м³/м²•ч, при этом в осветляемый сироп вводят сахар-песок до достижения СВ 74 76% целесообразно в готовый сироп добавлять ортофосфорную кислоту в количестве 0,008 0,012% к массе сахара для осаждения коллоидов и центрифугировать, после чего в сироп следует вносить щелочь до достижения pH 5,5 6,9.

Предложенный способ заключается в следующем. Готовят раствор сахара, для чего неочищенный тростниковый или свекловичный сахар-сырец растворяют в умягченной воде при температуре 60 90^oC до содержания 45 55% сухих веществ, добавляя одновременно с сахаром порошковый активный уголь в количестве 0,05 0,15% к массе сахара. Вводят серную кислоту для создания сильнокислой среды, установленная pH 2,0 3,5. Затем смесь нагревают до высокой температуры 85 98^oC и проводят практически полное 90 98%-ное инвертирование сахарозы в течение времени, вычисленного по заданным значениям pH и температуры.

Использование сахара-сырца вместо сахара-песка в предлагаемом изобретении становится возможным потому, что режим инверсии сахарозы проводят в изокаталитической для моносахаридов зоне (pH 2,0 3,5), когда скорость инверсии достаточно высокая, а разложения образующихся при инверсии и содержащихся в сырце моносахаридов близко к нулю. В сильнокислой среде большинство несахаров находится в изоэлектрическом состоянии, в результате чего они легко осаждаются. Жесткий режим инверсии (низкое значение pH и высокая температура) являются благоприятным для подавления жизнедеятельности микроорганизмов, стерилизации среды, что дает возможность получать бактериологически чистый прозрачный продукт без обязательного кипячения сиропа.

Продолжительность реакции, необходимую для практически полной инверсии сахарозы вычисляют по экспериментальному уравнению, задаваясь параметрами процесса (pH и температура), что позволяет не подвергать сахарный сироп излишнему нагреву, а пониженная концентрация сахара в сиропе (45 55%) обеспечивает интенсивное перемещение продукта, исключает его пригорание к стенкам сосуда, а также дает возможность использовать высокопроизводительные трубчатые или пластинчатые теплообменники. Кроме того, концентрация сахара-сырца рекомендуется невысокая, так как вязкость при температуре реакции и предлагаемых концентрациях составляет 1,7 -3,7 мПа•с, а в обычно применяемых сиропах реакция протекает медленно и неравномерно с вязкостью среды 17-114 мПа•с при аналогичной температуре. Поэтому целесообразно повысить концентрацию сиропа до требуемой по окончании обработки сырца добавлением сахара-песка.

Внесение активного угля в сироп перед инверсией сахарозы позволяет эффективно удалять тонкодисперсные частицы красящих веществ сахара-сырца и соли кальция в самом начале процесса, когда концентрация сухих веществ небольшая, а красящих веществ и солей кальция максимальная.

Нейтрализацию кислоты осуществляют введением в гидролизат порошка CaCO₃, в результате чего полностью осаждаются ионы SO₄ ^2-, что повышает качество сиропа.

Полученный осадок удаляют. Таким образом, сироп отделяется от скоагулировавших в сильнокислой среде полисахаридов и веществ коллоидной степени дисперсности. Фильтрование раствора осуществляют, пропуская его через слой оксида магния толщиной 10 20 мм со скоростью потока 2 3 м³/м², при этом в результате адсорбции удаляется оставшаяся часть несахаров.

В полученный инвертированный сироп вводят сахар-песок до достижения концентрации сухих веществ 74 76% что на 2 4 ниже концентрации насыщения сахарозно-инвертированных сиропов. Это обусловлено тем, что в насыщенных сахарозно-инвертированных сиропах при соотношении сахарозы и инвертированного сахара (60 70) (40 30) и температуре 70^oC концентрация сухих веществ достигает 78 79,5% тогда как в насыщенных сахарозных или глюкозно-фруктозных сиропах содержание СВ значительно ниже.

С растворившимся при концентрации сиропа сахаром-песком вносится некоторое количество несахаров, создающих опалесценцию, поэтому целесообразно в готовый сироп добавлять ортофосфорную кислоту в количестве 0,008 0,012% к массе сахара для осаждения коллоидов, что при повышенных температурах способствует их осаждению. Сироп центрифугируют, осветляя его в поле центробежных сил с фактором разделения 500 1800. После центрифугирования в сироп вносят щелочь до достижения pH 5,5 6,8. Последующее повышение pH сиропа и охлаждение до 15 25^oC дает возможность хранить его практически без нарастания цветности и ухудшения качественных показателей.

Пример 1. В небольшом количестве умягченной воды при температуре 90^oC растворяют 50 г тростникового сахара-сырца с показателями: 98,3% сахарозы, 0,52% редуцирующих веществ, влажность 0,8% зольность 0,34% цветность 34 усл. ед добавляют 0,025 г активного угля, вносят 1,4 мл 10%-ной H₂SO₄. Объем смеси доводят до 100 мл, измеряют pH. Он составляет 3,0. Задаваясь температурой процесса 90^oC и степенью инверсии 95% определяют по формуле время нагревания. Оно составило 122 мин. Проводят процесс инверсии в течение указанного времени. Затем осуществляют нейтрализацию сиропа введением порошка CaCO₃ в количестве 0,15 г перемешивает, выдерживают 5 мин, фильтруют через слой MgO толщиной 10 мм со скоростью потока 2 м³/м²•ч. Определяют содержание редуцирующих сахаров. Оно составляет 49,5 г/100 мл (по теоретическим расчетам должно быть 49,28 г/100 мл и в дополнение сохраняется инверт исходного сырья). Оптическая плотность D раствора до пропускания через слой оксида магния составила (0,40 λ 540 нм, l 1 см), после D 0,24, содержание коллоидов снизилось в 2 раза. В осветленный сироп вводят 26 г сахара-песка, перемешивают до полного растворения. Получения сироп прозрачный светло-желтого цвета, имеет концентрацию CB 76% D₅₄₀ 0,28, содержание редуцирующих сахаров 69,2% от CB. Продолжительность процесса 150 мин.

Пример 2. Осуществляют как в примере 1, только вводят в 45%-ный раствор сахара-сырца серную кислоту до pH 2,5, активного угля 0,045 г. Определяют по формуле требуемое время нагревания при 98^oC для достижения 90%-ной степени инверсии (15 мин), проводят гидролиз. Нейтрализацию кислоты осуществляют введением 0,5 г порошка CaCO₃, перемешивают, выдерживают 5 мин, фильтруют через слой MgO толщиной 20 мм со скоростью потока 3 м³/м²•ч. Добавляют 0,007 г ортофосфорной кислоты, перемешивают, центрифугируют, вносят щелочь до pH 6,7. Содержание инвертного сахара составило 42,8 г/100 мл, оптическая плотность до осветления 0,30, после 0,14. Содержание коллоидов снизилось в 3 раза. В осветленный сироп вносят 30 г сахара-песка, перемешивают до полного растворения. Полученный сироп имеет содержание CB 72,8 г/100 мл. Содержание редуцирующих сахаров в сиропе 58,8% Продолжительность процесса 60 мин.

Пример 3. (по прототипу). 40 г сахара-песка растворяют в 100 мл воды при температуре 109^oC, охлаждают до 89^oC, вливают 1,2 мл 10%-ного раствора, выдерживают 3 ч, нейтрализуют, охлаждают до температуры окружающей среды. Оптическая плотность сиропа составила 0,5. Содержание CB в сиропе 80% редуцирующих сахаров 72% Цвет сиропа темный из-за продолжительного нагревания и высокой температуры процесса. Продолжительность процесса 200 мин.

Сиропы, полученные по известному и предлагаемому способам, прозрачные.

Приготовленный по известному способу сироп инвертного сахара не содержит полезных для здоровья веществ, а сироп по предлагаемому способу обогащен микроэлементами и другими биологически активными веществами, что определяет его сверхкалорийные качества, поэтому замена части белого сахара сырцом, особенно тростниковым, позволит повысить биологическую ценность изготовленных при его применении продуктов. Вкус сиропов мягкий, чистый, сладкий, а по известному способу солоноватый. Из приведенных данных видно, что качество полученных сиропов не хуже, чем из белого сахара, а биологическая ценность выше.

Кроме того, процесс проведения инверсии ускоряется по сравнению с известным способом, так как вязкость сиропов, подлежащих инверсии, в 30 35 раз ниже. Высокая вязкость сиропов инвертного сахара в известном способе затрудняет процесс инверсии, которая происходит медленно и неравномерно по всему объему из-за плохого перемешивания.

На приготовление сиропа инвертного сахара с практически одинаковыми физико-химическими показателями в предлагаемом способе затрачено в 3 раза меньше сахара-песка, чем в известном, так 2/3 его заменено сахаром-сырцом. При стоимости сырца 270 тыс. руб. за 1 т, а белого сахара 340 тыс. руб. за 1 т, стоимость сиропа по извертному способу составляет 376 тыс. руб. за 1 т, а предлагаемому 320-330 тыс. руб. за 1 т, что на 12 15% ниже.

Использование: в безалкогольной, ликеро-водочной, консервной и хлебопекарной промышленности. Сущность изобретения: из сахара-сырца готовят раствор с содержанием сухих веществ 45 - 55%, после чего в раствор вводят активированный уголь в количестве 0,05 - 0,15% к массе сахара, гидролиз осуществляют серной кислотой, при этом процесс проводят при pH 2,0 - 3,5 и температуре 85 - 98^oC до полного разложения сахарозы, причем нейтрализацию осуществляют с введением в гидролизат порошка CaCO₃ с последующим фильтрованием для удаления осадка и осветлением путем пропускания через слой оксида магния толщиной 10 - 20 мм со скоростью потока 2 - 3 м³/м², при этом в осветленный сироп вводят сахар-сырец до достижения CB 74 - 76%. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения сиропа инвертного сахара, предусматривающий приготовление раствора сахара, гидролиз сахарозы кислотой и нейтрализацию, отличающийся тем, что для приготовления раствора сахара используют сахар-сырец и готовят раствор с содержанием сухих веществ 45 55% после чего в раствор вводят активированный уголь в количестве 0,05 0,15% к массе сахара, а гидролиз осуществляют серной кислотой и процесс проводят при pH 2,0 3,5 и 85 98^oС до полного разложения сахарозы, причем нейтрализацию осуществляют с введением в гидролизат порошка CaCO₃ с последующим фильтрованием для удаления осадка и осветлением путем пропускания через слой оксида магния толщиной 10 20 мм со скоростью потока 2 3 м³/м² • ч, при этом в осветленный сироп вводят сахар-песок до достижения СВ 74 76%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в готовый сироп добавляют ортофосфорную кислоту в количестве 0,008 0,012% к массе сахара для осаждения коллоидов и центрифугируют, после чего в сироп вносят щелочь до достижения pH 5,5 6,9.