CC BY
105
Переработка Сахаров при производстве напитков
А.В. Силаев
ООО «Дёлер НФиБИ» (Москва)
Углеводы — вещества, объединенные в единый термин «сахара», — играют первостепенную роль в качестве производимых продуктов питания, в том числе напитков. Расход сахаров находится на втором месте после воды в рецептуре напитков, на втором или третьем месте при производстве нектаров и является весьма значимым показателем при производстве остальных продуктов питания. Значительная доля сахаров в рецептуре любого напитка объясняет тот факт, что даже незначительные сенсорные, микробиологические или физико-химические дефекты сахара, идущего на производство, вызывают значительные, если ненеобратимые, изменения показателей готовой продукции.
Под термином «сахар» в индустрии напитков понимают сахарозу — углевод, являющийся дисахаридом, состоящим из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Кроме сахарозы в пищевой промышленности широкое распространение получило такое углеводное сырье, как глюкозо-фруктозный и мальтозный (патока) сиропы. В гораздо меньшей степени и в основном при производстве специализированных продуктов питания используют моносахариды: глюкозу, фруктозу, маннит, сорбит и др.
Основные источники для производства сахарозы (далее по тексту — са-
хар) — сахарный тростник и сахарная свекла. История технологии производства сахара сначала из сахарного тростника, а затем из сахарной свеклы начинается в глубокой древности и является одним из наиболее изученных технологических процессов. Еще 2300 лет назад Александр Великий (Македонский) сообщал о выращивании сахара-тростника в Индии. Но только в 1747 г. Роберт Маркграф, химик из Берлина, открыл присутствие сахарозы в соке сахарной свеклы.
С другой стороны, технология производства глюкозо-фруктозного сиропа из кукурузы и мальтозного сиропа из крахмала стала приобретать коммерческую значимость только во второй половине XX в.
Статистика мирового производства подслащивающих веществ углеводной природы показывает, что 65 % от общего объема приходится на тростниковый сахар, 30 % — на сахар, произведенный из сахарной свеклы, и оставшиеся 5 % — на глюкозо-фруктоз-ный и мальтозный сиропы, а также на другие виды сахаров.
Технология производства сахара на заводах по производству сахара-сырца и сахарорафинадных заводах предусматривает стадии извлечение сахарозы из измельченного сырья (сахарного тростника или свеклы) с последующим осветлением и очисткой ра-
створа сахарозы, его вакуум-концентрированием, отделением кристаллической сахарозы от пересыщенного маточного раствора, промывкой и сушкой отделенной сахарозы. В зависимости от технологии обработки, используемой на отдельных стадиях сахарного производства, завод по производству сахара получает как конечный продукт сахар-сырец, сахар-песок или сахар-рафинад.
Переработка сахарсодержащего сырья в готовую продукцию — непрерывный процесс, начинающийся с уборки урожая, доставки сырья на перерабатывающий завод и заканчивающийся полной переработкой поступившего сырья. Между сезонами поступления сырья, сахароперерабаты-вающие заводы останавливаются на профилактику или используют свои мощности для вторичной переработки сахара-сырца в сахарный песок или сахар-рафинад.
Качество одного и того же сорта производимого сахара может сильно варьировать для одного завода с течением времени во время сезона переработки. С момента начала сезона переработки качество производимого заводом сахара растет до определенной величины, затем остается достаточно стабильным в течение продолжительного промежутка времени и после этого стремительно ухудшается.
Данный факт обусловлен необходимостью вывода непрерывного технологического процесса в заданные пределы технологического контроля и требует продолжительного промежутка времени, связанного с накоплением промежуточных продуктов отдельных стадий технологического цикла.
Ухудшение качества производимого сахара на стадии завершения сезона переработки сахарсодержащего сырья вызвано постоянным ухудшением качества исходного сырья, хранящегося на заводе. С момента сбора сахарного тро-
Таблица 1
■ ■ * - ■ - : - - - ........
iifiJfit^aJia^it^CJIiffiiti
-ЗОНА УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНЫХ / НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНЫХ ДЕГУСТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
: й ;я; Й: ч; it; я;:»: -4 К в i
¡мдешжадяэмк* я*-.».*-*, «т*
■ -i»«*»» :8»*г*.»:*:вГ*;**:1К!*:!------ ""
I I I
20 40 60
Мутность сахара, ед. IU
100
Рис. 1. Качество сахара. Влияние показателей цветности и мутности на органолептику готового напитка (на примере свекловичного сахара)
Стандарт качества Стандарт качества
Показатель тростникового свекловичного
сахара сахара
Цветность, ед. ICUMSA, макс. 60 35
Мутность, ед. IU, (макс.) 70 20
Зольность, кондуктометрич., 0,035 0,015
мас.%, (макс.)
Содержание сахарозы, 99,7 99,7
поляриметрич., %, мин.
Влажность, мас.%, (макс.) 0,04 0,04
Нерастворимые примеси, мг/кг, (макс.) 10 10
Флокообразование Отсутствует
Микробиологич. тест на NAHRAGAR <200 KOE /10 г СВ <200 KOE /10 г СВ
Микробиологич. тест на OFS AGAR <20 KOE / 10 г СВ <20 KOE / 10 г СВ
Вкус, запах, внешний вид Без посторонних вкуса, запаха, без видимых загрязнений
ПИВО И НАЛИТСИ
5•2004
80
40
0
0
стника или сахарной свеклы и доставки данного сырья на сахароперерабаты-вающий завод исходные качественные показатели сырья непрерывно снижаются, а количество сахара, содержащегося в исходном сырье, непрерывно уменьшается из-за процессов микробиологической порчи и биохимического преобразования исходного сахара в продукты распада, конечные из которых — углекислый газ и вода.
Кроме того, необходимо отметить, что качество одной и той же партии сахара-песка или сахара-рафинада в процессе хранения будет непрерывно ухудшаться, пока не достигнет определенной постоянной величины. Поэтому не удивляйтесь, обнаружив, что качество сахара, поступившего к вам на завод, будет значительно отличаться от тех показателей, которые вы определили в процессе резервирования данной партии для своих нужд на са-хароперерабатывающем заводе. Данное ухудшение качества произведенного сахара объясняется окислением пленки, оставшейся на кристаллах сахара при проведении его заключительной мойки перед сушкой.
Качество сахара. Что стоит за критерием качества применительно для сахара, используемого для производства напитков? В нашей стране и сопредельных государствах в течение последних более чем 20 лет качество сахара оценивалось по ГОСТ 21 для сахара-песка и ГОСТ 22 для сахара-рафинада. Однако необходимо отметить, что с точки зрения завода, производящего напитки, критерии оценки качества, заложенные в вышеуказанных ГОСТах, практически бесполезны. Какими же критериями оценки качества сахара должны руководствоваться заводы, производящие напитки? Критерии оценки качества поступающего сахара на данных заводах напрямую связаны с оценкой тех дефектов, которые может привнести используемый сахар в готовый напиток. Перечислим эти дефекты в порядке уменьшения их встречаемости в сахаре:
посторонний запах (в подавляющем большинстве случаев — мелассный, в редких случаях — нефтяной, химический и т.п.), ухудшающий или полностью перебивающий вкусоароматическое направление производимого напитка;
посторонние включения в напитке (хлопья, ворсинки, тонкий осадок, крошки угля);
мутность или опалесценция готового напитка;
изменение цвета готового напитка; микробиологическая порча готовой продукции (изменение внешнего вида, выпадение осадка, изменение органо-лептических показателей);
низкое значение показателя Брикс у готового напитка;
изменение вкуса готового напитка.
Критичность перечисленных дефектов различна для различных видов разливаемых напитков. Некоторые из указанных дефектов (например, мелкие хлопья, опалесценция и т.п.) могут быть замаскированы самой структурой напитка (например, апельсиновый, непрозрачный напиток, нектар манго и т.д). Другие дефекты сахара могут быть исправлены его подработкой на заводе, производящем напитки. Это особенно важно учитывать в тех случаях, когда на рынке сахара отсутствует продукция требуемого качества.
Необходимо отметить, что некоторые из перечисленных дефектов готовых напитков требуют для своего развития определенного времени (от одного до 45 дней) и напиток, кажущийся безукоризненным в день розлива, может быть безвозвратно испорчен скрытыми дефектами сахара в течение непродолжительного периода времени и полностью потерять свою потребительскую ценность. Данным фактом обусловлена важность входного контроля сахара при его поступлении на предприятие.
По каким же критериям должна проводиться оценка качества сахара, поступающего на завод по производству напитков, и какие должны быть максимально допустимые лимиты данных показателей? Проведенные нами исследования показали, что существует четкая корреляционная зависимость между показателями «цветность», «мутность» и «зольность» сахара и его сенсорными характеристиками, отрицательно влияющими на органолептику готовых напитков. Данные исследования проводились на прозрачном, бесцветном напитке типа лимон-лайм, органолептика которого наиболее легко подвержена влиянию каких-либо дефектов исходного сырья. Готовый напиток оценивали опытные дегустаторы по критерию «приемлемо — неприемлемо» на основании сравнения с контрольным образцом напитка, приготовленного на сахарозе марки ЧДА (рис. 1).
В результате тестов установлено, что максимально допустимые значения показателей «цветность», «мутность» и «зольность» для сахара-тростника находятся значительно выше, чем максимально допустимые значения данных показателей для свекловичного сахара, при условии обеспечения одного и того же сенсорного профиля готового напитка. Максимально допустимые лимиты по каждому из критериев оценки качества сахара приведены в табл. 1.
Организация входного контроля и оценка качества поступающего на завод сахара по критериям и отношению к максимально допустимым значениям по каждому из вышеуказанных показателей — самодостаточны для вынесения объективного решения о приемлемости данного сахара для производства напитков (рис. 2).
Входной контроль качества сахара на заводе должен пройти по этапам:
получение сопроводительных документов: накладная, сертификат анализа (СОА1) и соответствия (СОС); проверка чистоты кузова грузового автомобиля; отбор презентативной пробы сахара для проведения лабораторных испытаний;проведение лабораторных испытаний; сравнение данных сертификата анализа с результатами лабораторных исследований; заполнение протокола входного контроля.
Завод-производитель напитков должен требовать от поставщика сахара сертификат анализа на каждую поставляемую партию сахара (так называемый сертификат СОА в соответствии с международной терминологией). В сертификате СОА должны быть указаны стандартные значения («Стандарт») на поступающий тип сахара (тростниковый или свекловичный), а также данные фактических промеров указанных показателей на отгружаемую партию сахара.
Сертификат анализа представляется изготовителем сахара; не заменяет собой критерии оценки исходного материала и критерии проверки на заводе безалкогольных напитков; проверяется при получении продукции; подписывается и датируется; результаты анализа соответствуют установленным требованиям.
Кроме того, отделом обеспечения качества завода, производящего напитки, должен быть проведен аудит завода-поставщика сахара на предмет изучения его действующей системы контроля качества выпускаемой продукции, стабильности технологических процессов, корректности и правильности ведения записей и т.д. Данная программа проверки и утверждения поставщиков, выполненная для каждого типа поступающего сырья, называется «Комплексной программой одобрения поставщиков»2 (КПОП). Более подробно на программах одобрения поставщиков для каждого типа поставляемого на завод по производству напитков сырья мы остановимся в наших последующих публикациях.
1 Certificate of Analysis.
2 Vendor Approving Program в соответствии с меж-
дународной терминалогией.
Рис. 2. Качество сахара. Входной контроль
Отобрать усредненную пробу сахара от поступившей партии и проверить:
вкус, запах и внешний вид; \
цветность; I Если результаты неприемлемы,
мутность; V нужно отказаться
зольность; от поступившей
флокообразование; I партии сахара
микробиологические показатели. /
При входном контроле отбирают по 200 г пробы сахара из количества мешков, соответствующего статистически значимому числу при заданном уровне отбора и величине поступившей партии.
Отработанные образцы перемешивают и для тестирования используют усредненную пробу.
Рис. 3. Качество сырья
Основные требования к сохранению качества сахара при хранении:
• хранить сахар в прохладном сухом месте (при температуре ниже 35 °С и относительной влажности не более 60 %);
• убедиться в том, что участок хранения защищен от грызунов и насекомых-вредителей;
• соблюдать принцип (FIFO) отпуска сахара на производство (принцип: «Первый вошел — первый вышел»).
■«■11VI
Если поставляемая на завод партия сахара сопровождается сертификатом СОА, а сам завод-поставщик «одобрен» в соответствии с требованиями КПОП, при входном контроле данная партия тестируется только по показателям «вкус», «запах» и «внешний вид», а проведение остальных тестов не является обязательным и осуществляется периодически с целью перепроверки данных поставщика сахара.
В случае, если сертификат СОА не может быть представлен с каждой поставкой сахара, при входном контроле должны быть проверены каждый из параметров, указанных в табл. 1, а переходящие запасы сахара на заводе по производству напитков должны удовлетворять потребность производства на срок не менее 10 дней (длительность теста проверки сахара на фло-кообразование) (рис.2).
При полном соответствии параметров качества сахара стандартным значениям технологическая схема переработки сахара складывается из следующих стадий: приемка; входной контроль; промежуточное хранение; растворение в воде; грубая фильтрация через фильтр-ловушки с диаметром отверстий 5 мм и затем 2 мм; флэш-пастеризация (120 °С, 2 с); тонкая фильтрация (фильтр с диаметром пор 30 мкм — максимум); проверка показателей Брикс и «объем (приве-
денного к 20 °С) белого сахарного сиропа»; корректировка значений показателей Брикс и «объем белого сахарного сиропа» (в случае необходимости); хранение белого сахарного сиропа; приготовление купажного сиропа (купажирование); проверка показателей Брикс и «объем (приведенного к 20 °С) купажного сиропа»; корректировка значений показателей Брикс и «объем купажного сиропа» (в случае необходимости); подача купажного сиропа на синхронно-смесительную установку блока розлива через сторожевой фильтр из нержавеющей стали с диаметром отверстий 0,25 мм — для обычных напитков, с диаметром отверстий 0,5 мм — для сокосодержа-щих напитков с гомогенизированной мякотью.
Промежуточное хранение поступившего сахара — очень ответственная задача, требующая особого внимания от всех сотрудников, задействованных во внутризаводском производственном цикле. Особую важность с точки зрения сохранения качества поступившего сахара играют параметры «влажность» и «температура хранения». Абсолютную критичность данные параметры приобретают при бестарном способе хранения сахара (рис. 3).
Растворение сахара можно осуществлять как периодическим, так и непрерывным методом. Ниже приведены
примеры технологического оборудования производства компании «Дёлер» (подразделение «Дёлер Инжиниринг»), используемого для растворения сахара периодическим и непрерывным методами соответственно и принципиальная технологическая схема данных устройств (рис. 4-7).
Фильтрацию белого сахарного сиропа осуществляют последовательно через сетчатые фильтр-ловушки из нержавеющей стали с диаметром отверстий 5 мм, а затем 2 мм и с последующей фильтрацией через (любая из перечисленных опций): рамный фильтр-пресс, намывной кизельгуровый фильтр-пресс, свечной или мешочный фильтр. Диаметр пор фильтра на заключительной стадии фильтрации не должен превышать 30 мкм. В отдельных случаях, при изготовлении прозрачных, бесцветных напитков преми-ум-класса, шампанских (игристых) вин, в качестве заключительной стадии фильтрации используют обеспложивающую фильтрацию через фильтр с абсолютным диаметром пор 0,45 мкм. Данная стадия фильтрации обязательна при производстве всех видов напитков экстра-класса и служит визитной карточкой технологии ведущих брэндов мира.
Производительность фильтров, используемых для фильтрации сиропа, зависит от: типа фильтра, производительности насоса, температуры
Рис. 5. Технологическая схема системы периодического растворения сахара
ПИ
шшитсиу 5 •
2004
Рис. 6. Система непрерывного растворения сахара компании «Дёлер» (подразделение «Дёлер Инжиниринг»)
Рис. 7. Принципиальная схема системы непрерывного растворения сахара
сиропа, значения показателя Брикс фильтруемого сиропа, количества взвешенных и коллоидных частиц в сиропе.
В некоторых случаях из-за большого количества коллоидов фильтрация белого сахарного сиропа возможна только через намывной фильтр-пресс с постоянной задачей в фильтруемый сироп вспомогательных средств фильтрации (кизельгура). Средняя скорость фильтрации белого сахарного сиропа составляет 1200 л/ч в расчете на 1 м2 рабочей (фильтруемой) поверхности фильтра. При использовании для фильтрации намывного (кизельгурового) фильтра толщина намывного слоя перед началом фильтрации должна составлять не менее 1,5 мм, а расход вспомогательного средства (кизельгура), подаваемого непосредственно в фильтруемый сахарный сироп, должен составлять от 0,1 до 0,25 % в расчете от массы сухих веществ сахара в сахарном сиропе (1-2,5 кг кизельгура в расчете на 1 т сухих веществ сахарного сиропа).
Если сахар по каким-либо параметрам не соответствует требованиям, указанным в таблице [т.е. обладает повышенной цветностью, мутностью, мелассным запахом и (или) значительной обсемененностью микрофлорой], проводят дополнительную обработку белого сахарного сиропа диатомитом (кизельгуром) или активированным
углем при комнатной или повышенной температуре. Выбор того или иного дополнительного способа обработки зависит от того, по каким качественным характеристикам поступивший на переработку сахар не отвечает стандарту, изложенному выше.
Обзор возможностей процессов обработки сахара показан в табл. 2.
Ниже изложен алгоритм проведения горячего метода растворения сахара с обработкой белого сахарного сиропа активированным углем и кизельгуром (рис. 8).
Данный метод универсален и исправляет как органолептические, так и микробиологические дефекты поступающего на переработку сахара.
1. В емкость для растворения сахара вносят расчетный объем холодной или подогретой до 40...60 °С воды.
2. При непрерывном перемешивании в емкость задают расчетную массу сахара; одновременно с внесением первой порции сахара в емкость для растворения при непрерывном перемешивании вносят активированный уголь (0,1-0,5 % от массы сухих веществ задаваемого сахара) и диатоми-товую землю (кизельгур) (0,1-0,5% от массы сухих веществ задаваемого сахара).
3. В раствор задают расчетное количество ортофосфорной кислоты для уменьшения рН раствора до значения рН 4,35±0,20.
4. После того как задан весь расчетный объем сахара,продолжая перемешивание, доводят температуру раствора до 85 °С и выдерживают при данной температуре в течение 15 мин.
5. Во время выдержки сахарного раствора (или перед данной операцией) проводят намывание кизельгура на фильтр-пресс горизонтального или намывной кизельгуровый фильтр вертикального типа. Намывной кизель-гуровый фильтр вертикального типа (см. рис. 9) наиболее предпочтителен, так как позволяет работать без опорного слоя фильтр-картона и проводить намыв кизельгура непосредственно на сетчатую основу фильтра. Намытый слой кизельгура должен быть толщиной ориентировочно 1,50 мм.
6. Горячий сахарный сироп отфильтровывают последовательно через фильтр-пресс и затем (в случае необходимости) через «сторожевой»: картрид-жный или мешочный фильтр с диаметром пор 0,45-1,0 мкм. Фильтрация через сторожевой фильтр используется только для выпуска высококачественных, прозрачных, бесцветных напитков. Во всех остальных случаях в отфильтрованном сахарном сиропе должны отсутствовать коллоидные частицы с диаметром более чем 30 мкм. Первые порции фильтрата, прошедшего через -намывной фильтр, зацикливают на вход фильтра до тех пор, пока проходящий
Таблица 2
Технологический процесс | Преимущества | Недостатки
Фильтрация:
простая Быстрая фильтрация Удаляет посторонние включения, частично мутность Практически не изменяет показатели «цветность» и «мутность», «запах» и микробиологические параметры
с использованием кизельгура при комнатной температуре Быстрая фильтрация Удаляет более мелкие коллоидные частицы Минимальное воздействие на цветность, мутность, запах и микробиологические параметры
с использованием кизельгура при температуре 60...85 °С Быстрая фильтрация Снижение количества микроорганизмов Минимальное воздействие на цветность, мутность, запах
Холодная обработка углем и кизельгуром Уменьшает цветность, мутность, улучшает сенсорные показатели, устраняет взвеси Медленная фильтрация Минимальное воздействие на количество микроорганизмов Может увеличить зольность
Горячая обработка углем и кизельгуром Уменьшает цветность, мутность, улучшает сенсорные показатели, устраняет взвеси Снижение количества микроорганизмов Быстрая фильтрация Может увеличить содержание золы
Кизельгур и активированный
уголь уголь
Рециркуляция сиропа через фильтр до достижения стандарта по показателю «мутность»
Танк для горячего растворения сахара
Намывной кизельгуровый фильтр
Теплообменник
Резервуар
для хранения сиропа
Рис. 8. Горячая обработка белого сахарного сиропа активированным углем и кизельгуром
Рис. 9. Фильтрация белого сахарного сиропа. Намывной кизельгуровый фильтр вертикального типа
раствор сахара не будет полностью прозрачным.
7. Сахарный раствор охлаждают на теплообменнике до температуры 25...35 °С и направляют на хранение в буферные емкости или непосредственно на приготовление купажного сиропа. Нагретую воду (как альтернатива),
Таблица 3
применяемую при охлаждении сиропа, направляют на приготовление следующих партий сахарного сиропа или на вход подогретой воды, используемой в системе горячего водоснабжения или С1Р.
Пример исправления показателей белого сахарного сиропа методом горя-
Визуальное сравнение результатов обработки
Сироп после обработки Сироп до обработки
Свекольный сахар
Показатель
Сироп Сироп
качества
до после
обработки обработки
Цветность, ед. К1ЖД 189,9 17,9
Мутность, 58 2,3
ед. К1ЖД
Сенсорные
показатели Неудовлетво- Приемлемые
готового рительные
напитка
<и#
А
Вода для сравнения
Рис. 10. Горячая обработка белого сахарного сиропа активированным углем и кизельгуром
Точки технологического контроля
Рис. 11. Горячая обработка белого сахарного сиропа активированным углем и кизельгуром
||Л||ткиг 5 •
2004
чей обработки активированным углем и кизельгуром представлен в табл. 3.
Наглядно результаты обработки сахарного сиропа видны на рис. 10.
Для обработки сахара были отобраны нижеперечисленные марки активированного угля и кизельгура:
активированные угли: Эркарбон БИ или Эркарбон ФА;
смесь Кизельгур FW 60 + Кизельгур FP4 + Кизельгур FP 1 для намывания фильтрующего слоя и составленная в соотношении 2+2+1 частей, указанных сортов кизельгура соответственно;
смесь (1 + 1) из Кизельгур FP4 + Кизельгур FP 1 для непосредственного внесения в раствор сахарозы.
Данные сорта кизельгура и активированного угля поставляют на рынок России и стран СНГ компания «Дёлер НФиБИ», а также ее дочерние представительства.
Белый сахарный сироп после проведения обработки должен полностью удовлетворять показателям качества на сахар, предназначенный для производства напитков (см. стандарт выше).
Полная карта технологического контроля процесса обработки белого сахарного сиропа представлена на рис. 11.
Компания «Дёлер» готова оказать весь необходимый технический сервис и разработать наиболее оптимальную методику обработки поступающего на ваш завод сахара, а также подобрать и изготовить все необходимое для этого технологическое оборудование.
Компания «Дёлер» также оказывает комплексные поставки всех вспомогательных материалов для улучшения качества сахара, пива, вина и других напитков.
В последующих публикациях мы подробно рассмотрим методики проведения аналитических тестов контроля качества сахара и белого сахарного сиропа. (Зъ?4
