Использование жёлтого сахара при производстве продуктов с функциональными свойствами Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 664.14

doi.org/10.24412/2413-5518-2021-8-28-33

Использование жёлтого сахара при производстве продуктов с функциональными свойствами

Н.Г. КУЛЬНЕВА, д-р техн. наук, проф. кафедры технологии бродильных и сахаристых производств (е-mail: ngkulneva@yandex.ru) Н.А. МАТВИЕНКО, канд. техн. наук, доцент кафедры технологии бродильных и сахаристых производств (е-mail: natali25_81@mail.ru)

П.Ю. СУРИН, магистрант (е-mail: believe089@gmail.com)

А.В. ЛАЗАРЕНКО, магистрант (е-mail: lazarenko.anastasja@yandex.ru)

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ВГУИТ)

Введение

Сахарная промышленность играет чрезвычайно важную роль в экономике, поставляя стратегический продукт, обеспечивающий продовольственную безопасность России и являющийся основным сырьём для целой линейки пищевых производств и фармакологии [1]. Однако белый сахар в последние годы утрачивает спрос среди населения и производителей в связи с устойчивым трендом на продукты здорового питания, что создаёт проблемы экономического характера для сахарных заводов. В сложившихся условиях решением проблемы может стать комплексная переработка сырья и отходов (жома, мелассы), рациональное использование полупродуктов производства [2].

Одним из перспективных полупродуктов являются жёлтые сахара, внимание которым не уделялось в связи с большой востребованностью белого сахара. На сегодняшний день получение «полезного» сахара как альтернативы дорогостоящему импортному коричневому сахару является актуальным, в том числе производство сахара с добавками. В качестве добавок можно использовать экстракты растений, природные красители и ароматизаторы.

Несомненным достоинством жёлтых сахаров является кристаллическая основа из сахарозы с остаточным содержанием природных соединений свёклы, включающих аминокислоты, органические кислоты, витамины, минеральные компоненты.

На кафедре технологии бродильных и сахаристых производств ВГУИТ проведены исследования по оценке состава и безопасности жёлтых сахаров, разработаны некоторые решения по их использованию для производства функциональных пищевых продуктов.

Объекты и методы исследований

В работе использовали жёлтый сахар второй и третьей ступеней кристаллизации сахарных заводов Центрально-Чернозёмного региона.

В исследованиях применяли стандартные и инновационные методы: минеральный состав определяли прибором «Капель-105»; массовые доли меди, свинца, кадмия и цинка — на полярографе «Модуль ЕМ- 04»; содержание сернистого ангидрида — йодометрическим методом; качественный состав — методом ИК-Фурье-спектроскопии; микробиологические показатели — по ГОСТ 26968-86 [3].

Обсуждение результатов

После центрифуг на поверхности жёлтого сахара удерживается плёнка мелассы, содержащая значительное количество различных несахаров, формирующих высокую цветность и специфический запах [4]. Аффинационная очистка существенно снижает цветность и количество несахаров, повышает чистоту раствора (рис. 1).

Установлено, что наиболее эффективно проводить аффинацию жёлтого сахара клеровкой жёлтого сахара, так как при этом существенно снижается содержание основных несахаров: редуцирующих веществ на 68,4 %, а-аминного азота на 54,7 %, красящих веществ на 66,8 %, минеральных соединений на 92,6 %, чистота повышается на 3,3 %.

Для выбора оптимальных параметров проведения процесса аффинации использовали математические методы планирования эксперимента. Графическая интерпретация влияния входных факторов (Х: — массовой доли сухих веществ аффинирующего раствора, %; Х2 — температуры раствора, оС; Х3 — продолжи-

ь ^

Ф а

s ¡5

43 5

о 5 ^

о m

Ю 8 .ü CL

Ш S

28 САХАР № 8 • 2021

ПромАсептика Q

99

700

8 97

0

§ 96

1

•2 95

£ 94

93 г-

I

Вид аффинирующего раствора

Вид аффинирующего раствора

Рис. 1. Влияние вида аффинирующего раствора на качественные характеристики сахара-аффинада: 1 — исходный жёлтый сахар; аффинированный жёлтый сахар: 2 — 1 оттёком утфеля I, 3 — сиропом после выпарной установки; 4 — клеровкой жёлтого сахара

тельности центрифугирования, мин.) на качественные характеристики аффинированного сахара показана на рис. 2.

Анализируя графические зависимости, можно определить оптимальные параметры проведения аффинации: массовая доля сухих веществ аффинирующего раствора — 68 %, температура раствора — 70 оС, продолжительность центрифугирования 5 мин. Проведение аффинации при таких параметрах обеспечивает чистоту аффинированного жёлтого сахара выше 98,0 % и цветность ниже 130 ед. опт. плот. В нём по сравнению с белым сахаром более низкое содержание сахарозы, но присутствуют природные компоненты

сахарной свёклы: минеральные, азотистые, красящие вещества, моносахариды. Аффинированный таким образом жёлтый сахар, имеющий маленький размер кристаллов, может служить основным сырьём для производства различных функциональных продуктов.

На основе метода ИК-спектрометрии исследованы спектры жёлтого сахара исходного и после аффина-ционной очистки. Данные спектры по своей конфигурации соответствуют ИК-спектру сахарозы, но обнаружены дополнительные слабые пики, характерные для азотсодержащих соединений, аминов, альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. Полученные

Рис. 2. Влияние параметров процесса аффинации на качественные показатели сахара-аффинада: а — чистоту, %; б — цветность, ед. опт. плот.

№ 8 • 2021 САХАР

29

результаты свидетельствуют о более разнообразном химическом составе жёлтого сахара по сравнению с сахарозой и белым сахаром.

Проведённый термогравиметрический анализ подтверждает достаточную термостабильность жёлтого сахара: процесс фазового перехода с последующим распадом его компонентов наблюдается при температурах выше 188 и 207 оС соответственно, что близко к определённым нами значениям для белого сахара (190 и 212 оС) (рис. 3).

Удаление части несахаров позволяет использовать жёлтый сахар после аффинации в качестве альтернативы белому сахару в целом ряде производств при

условии, что он соответствует требованиям по показателям безопасности и микробиологическим характеристикам. Для оценки возможности использования аффинированного сахара в пищевых производствах исследовали его минеральный состав и показатели безопасности в сравнении с белым и исходным жёлтым сахаром.

В соответствии с требованиями международных стандартов содержание диоксида серы ^02) в сахаре не должно превышать 20 мг/кг. Экспериментально установлено, что содержание SO2 в исходном жёлтом сахара 0,16 мг/кг, в аффинированном — 0,10 мг/кг, что приближается к показателям белого

ТГ/% [1.3]

100 -

80 -

60 -

40 -

20 -

0

ДСК/(мВт/мг) [1.3]

4

Пик 191,21 оС, 0,5531 мВт/мг

Пик 190,54°С, 0,4397мВт/мг \ Пик194,57оС, 0,5516мВт/мг Пик 191,44оС, 0,5375мВт/мг

- 3

-2

- 1

- 0

--1

140 160

Главное 2017-06-20 12:15 Пользователь ст

180 200 Температура/оС

220

240

[1.3] 19.06.2017_Белый сахар_2_250_А1 + диск + крышка_N2_60.ngb-ds3

--ДСК

--ТГ

[2.3] 19.06.2017_Жёлтый сахар_2_250_А1 + диск + кръшка ^2_60.щЬ^3

--ДСК

--ТГ

[3.3] 19.06.2017_Аффинированный сахар_2_250_А1 + диск + крышка_N2_60.ngb-ds3

--ДСК

--ТГ

[4.3] 19.06.2017_Аффинированный сахар_с_добавкой_2_250_А1 + диск + крышка_N2_60.ngb-ds3 ■ - ДСК - ТГ

Рис. 3. Термогравиметрические и калориметрические характеристики сахаров

30 САХАР № 8 • 2021

ПромАсептика @

Таблица 1. Содержание минеральных компонентов

в сахаре

Таблица 3. Содержание различных групп микроорганизмов в жёлтом сахаре

Минеральные соединения, мг/100 г Вид сахара Эффективность аффинации, %

Белый Жёлтый Аффинированный

Калий 1,041 2781 159,8 94,25

Натрий 12,88 1564 669,3 57,21

Магний 1,077 25,48 8,906 65,05

Кальций 77,05 278,41 219,1 21,30

Вид сахара Группы микроорганизмов (КОЕ/г сахара)

КМА-ФАнМ Слизеоб-разующие Термофильные Плесневые грибы Дрожжи

Жёлтый сахар 0,97x105 0,8x104 0,4x10 0,1x104 0,3x104

Сахар-аффинад 0,62x104 Не обнаружены Не обнаружены Не обнаружены Не обнаружены

сахара (0,09 мг/кг). В процессе аффинации удаляется 38 % SO2.

Минеральный состав определяли количественным определением компонентов методом КЭ с косвенным детектированием при длине волны 254 нм после минерализации отобранной пробы сахара (табл. 1).

По результатам анализа можно сделать заключение о значительном удалении в процессе аффинации некоторых катионов, содержащихся в плёнке межкристального раствора. Остаточное их количество значительно выше, чем в белом сахаре, что позволяет обогащать готовую продукцию при использовании в качестве сырья аффинированного жёлтого сахара для обеспечения организма человека минеральными соединениями [5].

Важным показателем безопасности пищевой продукции является нормативное содержание тяжёлых металлов. Результаты их определения приведены в табл. 2.

Проведённые исследования свидетельствуют о значительном вкладе процесса аффинации в удаление токсичных элементов.

Результаты определения микробиологических показателей представлены в табл. 3.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что в жёлтом сахаре содержится значительное количество микроорганизмов с преобладанием слизеобра-зующей микрофлоры. В процессе аффинационной очистки вместе с поверхностной плёнкой полностью удаляются дрожжи, плесневые грибы, слизеобразую-щие и термофильные микроорганизмы, существенно снижается общее микробное число.

Аффинированный жёлтый сахар можно использовать в технологиях, где предусмотрена высокотемпературная обработка полупродуктов, способствующая подавлению микрофлоры, например при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий.

Проведена опытная выпечка по рецептуре сдобного печенья «Детская забава» с заменой белого сахара жёлтым аффинированным сахаром (табл. 4, рис. 4) [6]. Экспериментально установлено, что печенье с заменой белого сахара жёлтым имеет привлекательный внешний вид, по качественным характеристикам соответствует требования ГОСТа, а по показателю

Вид сахара Эффект аффинации, %

Определяемый элемент Допустимое значение Жёлтый Аффинированный

Свинец, мг/кг 1,0 0,178 0,014 92,13

Кадмий, мг/кг 0,05 0,029 0,005 82,75

Медь, мг/кг 1,0 2,57 1,68 34,63

Таблица 4. Сравнительная характеристика показателей качества печенья «Детская забава»

Образцы печенья Требования ГОСТ 24901-2014

Показатели Контрольный образец Образец с жёлтым сахаром

Массовая доля влаги, % 4,1 4,5 Не более 16,0

Щёлочность, град. 1,6 1,6 Не более 2,0

Намокаемость, % 142,7 152,38 Не менее 150

Таблица 2. Содержание токсичных элементов

в пробах сахара

№ 8 • 2021 САХАР

31

Контроль Образец с жёлтым сахаром

Рис. 4. Образцы сдобного печенья в результате замены белого сахара жёлтым сахаром-аффинадом

намокаемости превосходит контрольный образец в связи с повышенным содержанием редуцирующих веществ.

Одно из перспективных направлений использования аффинированного жёлтого сахара — получение сахаристых продуктов, обогащённых биологически активными веществами. Жёлтый сахар имеет существенные преимущества перед белым:

— содержит природные компоненты свёклы;

— содержит меньшее количество сахарозы;

— по показателям безопасности соответствует нормативам;

— отличается мелким размером кристаллов, что не требует дополнительного измельчения перед формованием изделий.

В качестве обогатителя при производстве сахаристых продуктов можно использовать порошки, экстракты, соки плодов и овощей, что придаст изделиям функциональные свойства [7].

Разработана технология получения функционального сахаристого продукта на основе аффинированного жёлтого сахара и порошка шиповника. Плоды шиповника отличаются богатым химическим составом и содержат минеральные вещества, витамины (С, А, Е, К, Р, группа В), кислоты (лимонная, олеиновая, яблочная, линолевая и др.), сахара, фитонциды, дубильные вещества. Высокомолекулярные полисахариды (клетчатка и пектиновые вещества) обладают гидрофильными свойствами и придают дополнительную прочность продукту, флавоноиды и каротинои-ды формируют цвет, эфирные и жирные масла — аромат готовой продукции [8].

С увеличением расхода порошка шиповника цветность образцов увеличивается, поэтому количество добавки не должно превышать 3 % (рис. 5).

Предложена технология производства сахаристых изделий на основе аффинированного жёлтого сахара и пищевых волокон из свекловичного жома. Технология получения пищевых свекловичных волокон разработана в Северо-Кавказском НИИ сахарной свёклы и сахара. Пищевые волокна прошли экспертную оценку и санитарно-химические исследования в институте питания РАМН, получено разрешение на их использование [9].

Изделия изготавливали по рецептуре помадных конфет с уменьшенным расходом карамельной патоки и содержанием пищевых волокон до 5 %. Образцы имеют светло-коричневый цвет, гармоничные вкус и аромат с привкусом карамели без использования дополнительного сырья, устойчивую форму и консистенцию, свойственную помадным конфетам (рис. 6).

Выводы

Проведённые исследования позволяют сделать вывод, что жёлтый сахар является перспективным сырьём для производства продуктов с функциональными свойствами. Аффинация раствором по-

а б в г

Рис. 5. Влияние количества добавки порошка шиповника, % к массе сахара, на внешний вид образцов сахаристого продукта: а — без добавки; б — 1; в — 3; г — 5

32 САХАР № 8 • 2021

ПромАсептика @

Рис. 6. Образцы сахаристых изделий на основе аффинированного жёлтого сахара и пищевых волокон из свекловичного жома

вышенной чистоты позволяет по показателям безопасности привести его к стандартным значениям, снизить содержание сульфитов на 38 % и значительно уменьшить микробную обсеменённость. Аффинированный жёлтый сахар отличается богатым минеральным составом, в нём не выявлено патогенной микрофлоры.

Предлагаем изготавливать функциональные продукты на основе аффинированного жёлтого сахара с добавлением БАВ.

Применение аффинированного жёлтого сахара в условиях кондитерского производства обеспечит высокие качественные характеристики готовой продукции и обогатит её природными компонентами свёклы.

Список литературы

1. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации: утв. Указом Президента РФ от 21 января 2020 г. № 20.

2. Разработка и обоснование способа получения сахара с биологически активными добавками / Н.Г. Кульнева, А.С. Губин, Г.Э. Бираро // Сахар. — 2018. - № 5. - С. 10-13.

3. Оценка качества и безопасности жёлтого сахара как основы для создания функциональных продуктов [Электронный ресурс] // Плодоводство и виноградарство Юга России. - 2020. - № 63(3). - С. 336348.

4. Кульнева, Н.Г. Получение функционального продукта из сахарной свёклы / Н.Г. Кульнева, Т.В. Свиридова, М.В. Копылов // Инженерные технологии в сельском и лесном хозяйстве : Матер. Всероссийской национальной научно-практич. конф. - Тю-

мень : ГАУ Северного Зауралья, 21—22 мая 2020 г. — С. 201-206.

5. Гигиенические показатели аффинированного жёлтого сахара / Н.Г. Кульнева, Т.В. Свиридова, А.В. Никулина, Е.С. Вялкина // Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф., посв. 90-летию технологического факультета ВГУИТ. — Воронеж : ВГУИТ, 2019. — С. 435—438.

6. Использование полупродуктов сахарного производства при изготовлении мучных кондитерских изделий / Н.Г. Кульнева, Т.А. Шевякова, С.А. Носко-ва, А.В. Герасимова, М.П. Демяник // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств [Электронный ресурс] : Матер. XX Междунар. научно-практич. конф. 14—15 марта 2019 г. / АлтГТУ им. И.И. Ползунова. — С. 204—207.

7. Патент РФ № 2 647 507 Способ производства сахара МПК C13B 30/14 (2011.01) / Н.Г. Кульнева, Г.Э. Бираро, Ю.С. Куценко, Е.Н. Астапова // За-явл. 07.11.2016; № 2016143510; Опубл. 16.03.2018; Бюл. № 8.

8. К вопросу разработки сахаристых продуктов, обогащённых биологически активными веществами / Н.Г. Кульнева, П.Ю. Сурин, А.В. Герасимова, С.А. Носкова // Пищевые ингредиенты и биологически активные добавки в технологиях продуктов питания и парфюмерно-косметических средств: сб. матер. конф. — М. : МГУПП, 2019. — С.106—111.

9. Пищевые волокна: производство и использование [Электронный ресурс]. — URL: http://www.agroyug.ru/ page/item/_id-539 / (Дата обращения: 28.07.2021)

Аннотация. Рассмотрена возможность получения продуктов с функциональными свойствами на основе полупродуктов свеклосахарного производства - жёлтых сахаров и пищевых волокон из свекловичного жома. Предложен способ очистки жёлтых сахаров методом аффинации. С использованием современных методов исследованы химический состав и показатели безопасности жёлтого сахара. Ключевые слова: свеклосахарное производство, функциональные пищевые продукты, жёлтые сахара, аффинация, показатели безопасности. Summary. The possibility of obtaining products with functional properties based on intermediate products of beet sugar production - yellow sugars and dietary fiber from beet pulp is considered. A method for the purification of yellow sugars by the affination method is proposed. The chemical composition and safety indicators of yellow sugar have been studied using modern methods.

Keywords: sugar beet production, functional foods, yellow sugars, affinity, safety indicators.

№ 8 • 2021 САХАР

33