CC BY
42М
УДК 664.141.8
Разработка и обоснование способа получения сахара с биологически активными добавками
Н.Г. КУЛЬНЕВА, д-р техн. наук, проф. кафедры ТБСП ВГУИТ(e-mail: ngkulneva@yandex.ru),
A.C. ГУБИН, канд. хим. наук, доцент кафедры органического синтеза и высокомолекулярных соединений;
Г.Э. БИРАРО, аспирант кафедры технологии бродильных и сахаристых производств
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»
Введение. Выработка Сахаров с пониженным содержанием сахарозы представляет трудную задачу, так как в процессе кристаллизации в состав кристаллов включаются находящиеся в растворе несахара [1]. По этой причине российские сахарные заводы не выпускают жёлтый сахар как товарный продукт.
Цель исследования — разработка технологии получения сахарсодер-жащих продуктов с биологически активными добавками (БАД) из аффинированного жёлтого сахара свеклосахарного производства. Преимущества жёлтого сахара:
— содержит природные минеральные и органические вещества;
— содержит меньшее количество сахарозы, чем белый сахар;
— не содержит вредных веществ;
— имеет небольшой размер кристаллов, что облегчает формование;
— увеличивается суммарный выход готовой продукции.
Результаты исследования и их обсуждение. Для получения формового сахара использовали аффинированный жёлтый сахар и сироп из белого сахара. Концентрацию сиропа подбирали от 50 до 75 % содержания сухих веществ. Экспериментально установили, что лучшими свойствами для формирования кубика сахара обладает сироп концентрацией 70—75 % [2].
Сироп готовили из сахара категорий ТС2 и «Экстра». При выборе
сахарного сиропа предположили, что главным критерием его качества является способность связывания кристаллов при формовании сахара. Цветность формового сахара определяется главным образом содержанием красящих веществ в используемом для его приготовления аффинированном сахаре и вводимых добавках, поэтому цветность сахарного сиропа не является определяющим фактором [3].
По структурным свойствам и цветности получаемых образцов сахара установили, что заметной разницы в образцах, приготовлен-
ных из двух разных видов сиропа, нет. Поэтому далее получение формового сахара осуществляли с использованием сиропа из сахара категории ТС2 (табл. 1).
Формовой сахар получали прессованием смеси из аффинированного жёлтого сахара и сахарного сиропа с разным его расходом. В качестве критерия оценки использовали цветность, мутность раствора продукта и продолжительность его растворения (табл. 2) [4].
Время растворения увеличивается с повышением расхода добавляемого сахарного сиропа,
Таблица 1. Качественные показатели сахара-аффинада
и сахарного сиропа
Показатель Сахар-аффинад Сахарный сироп
Содержание сухих веществ, % 99,40 70,00
Содержание сахарозы, % 98,30 69,86
Чистота, % 98,89 99,8
Цветность, ед. опт. плот., до фильтрования 333,56 46,14
Цветность, ед. опт. плот., после фильтрования 264,90 43,35
Мутность, ед. опт. плот. 68,66 2,79
Таблица 2. Показатели формового сахара в зависимости от расхода
сахарного сиропа
Показатель Расход сахарного сиропа, %
10 15 20 25
Время растворения, мин 3 6 7 8
Цветность, ед. опт. пл., до фильтрования 297,52 246,99 223,32 200,13
Цветность, ед. опт. пл., после фильтрования 226,19 181,33 162,65 145,66
Мутность, ед. опт. пл. 71,33 65,66 60,67 54,47
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАКОДОК
в то же время цветность и мутность снижаются. По результатам опытов рациональный расход сахарного сиропа составляет 15—20 %: образцы хорошо сохраняют форму и обладают необходимыми параметрами качества.
Использование принципов пищевой комбинаторики позволяет проектировать новые продукты здорового питания путём введения добавок, содержащих пищевые волокна, микронутриенты и моносахарида:. При этом продукт приобретает новые органо-лептические свойства, позволяющие расширить сферу его применения [1].
В качестве добавки был выбран шиповник, измельчённый до порошкообразного состояния. Плоды шиповника содержат витамины, макро- и микроэлементы, что оказывает общеукрепляющее и тонизирующее действие на организм человека.
Для приготовления формового сахара использовали 20 % сахарного сиропа к массе аффинированного жёлтого сахара и измельчённый шиповник в количестве 1-5 % (табл. 3).
Время растворения образца сахара увеличивалось пропорционально количеству добавки. Это обусловлено тем, что пищевые во-
локна придают дополнительную прочность образцу сахара. Цветность и мутность раствора обусловлены красящими веществами и полисахаридами, входящими в состав шиповника, и увеличиваются с повышением его расхода. Рациональное количество добавки - до 3 % [5].
В образцах формового сахара, полученных с 20%-ным расходом сахарного сиропа и различным количеством добавки шиповника, определили активность воды на гигрометре Rotronik модификации HygroPalm AW.
По значению активности воды можно прогнозировать способность продукта к хранению и подобрать оптимальные его условия. Наибольшая активность воды наблюдается в образце сахара без добавления шиповника. С увеличением количества добавки активность снижается, что увеличивает срок хранения готового продукта.
Значения активности воды исходных образцов сахара и после хранения в течение одного месяца представлены на рис. 1.
В процессе хранения образцов сахара наблюдается незначительное повышение активности воды, но с увеличением количества добавки активность воды сни-
жается. Это позволяет сделать вывод, что формовой сахар с добавкой шиповника пригоден для длительного хранения без изменения структурных и вкусовых свойств [6].
Анализ образцов белого, жёлтого, аффинированного сахара и аффинированного жёлтого сахара с добавкой шиповника осуществляли с применением метода ИК-Фурье-спектроскопии на спектрометре ИнфраЛЮМ ФТ-08 с приставкой МНПВО Pike Technologies™. Спектр поглощения и обработку результатов проводили с применением программы «СпектраЛЮМ®». С целью получения оптимального значения сигнал/шум оптимизировали время накопления и количество сканов. При заданных условиях анализа оптимальной является следующая схема измерений: время накопления — 90 с, количество сканов — 93. Границы спектрального диапазона — от 630 до 5 000 см-1, разрешение спектра 1 см-1. Идентификацию функциональных групп осуществляли согласно работе [7].
Спектры сахарозы, белого сахара и аффинированного жёлтого сахара не имеют значимых отличий, так как содержание сопутствующих соединений незначительно
Показатель Расход порошка шиповника, %
Без добавки 1 3 5
Время растворения, мин 6,20 11,00 15,40 19,30
Цветность, ед. опт. плот., до фильтрования 221,00 978,47 2 017,09 3 659,42
Цветность, ед. опт. плот., после фильтрования 160,72 331,87 647,01 928,98
Мутность, ед. опт. плот. 60,28 646,60 1 370,08 2 730,44
' Исходные образцы
■ Образцы после хранения
Рис. 1. Активность воды в исходных образцах сахара с добавкой шиповника и после их хранения: 1 — без добавки, 2 - 1 %, 3 - 3 %, 4 - 5%_
Таблица 3. Качественные показатели формового сахара с разным количеством порошка шиповника
(рис. 2). На них отчётливо видны пики, типичные для сахарозы [8].
Спектр жёлтого сахара также мало отличается от спектра сахарозы. Несмотря на присутствие несахаров, содержание каждого из них достаточно мало и практически не проявляется в спектре, так как величина менее 0,3—0,5 % недоступна для ИК-спектроскопии (рис. 3).
На рис. 3 видны дополнительные слабые пики в области 1595-1643 см-1 и 3290-3570 см-1, характерные для азотсодержащих соединений и аминов. Наиболее вероятно эти пики можно отнести к меланоидинам. Другие пики примесей не идентифицированы.
Спектр аффинированного жёлтого сахара с добавкой шиповника содержит пики в области 1700-1740 см-1, характерные для карбоновых кислот, альдегидов и кетонов.
Для уточнения состава жёлтого и аффинированного жёлтого сахара с добавкой шиповника провели экстракцию примесей из сахара с применением тетрахлорметана. Это экстрагент, не содержащий атомы водорода. В его составе есть колебания связи С-С1, проявляющиеся до 850 см-1, в остальной части спектра колебания практически отсутствуют. Снимали спектры по алгоритму, изложенному выше.
В спектре экстракта, полученного из жёлтого сахара, чётко видны колебания в области 1600-1640 см-1 и 3290-3550 см-1, соответствующие аминам и гетероциклическим соединениям. Имеются плохо выраженные колебания в области 1700-1740 см-1, которые соответствуют альдегидам, кетонам и карбоновым кислотам (рис. 4).
Спектр аффинированного жёлтого сахара с добавкой шиповника более сложен: имеются колебания в областях 880-900 см-1 свидетельствующие о наличии непредельных связей; 1150-1200 см-1,
соответствующие группе ОНи сложноэфирным группам; 1310-1400 см-1 - колебания ОН-группы в соединениях фенольной природы; 1410 см-1 - колебания связи С-Н при кратных связях; полосы 1450 см-1, 1465 см-1 можно
отнести к колебаниям СН3-групп или ароматических колец; полосы 1525, 1575-1600 см-1 также можно отнести к колебаниям ароматических колец (рис. 5).
Полосы 1700-1750 см-1 соответствуют колебаниям альдеги-
Рис. 2. ИК-спектр аффинированного жёлтого сахара
Рис. 3. ИК-спектр жёлтого сахара
Рис. 4. ИК-спектр жёлтого сахара
КОМПЛЕКСНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ САХАРНЫХ ЗАЯОДОЯ
ft.
1310 -uöo
880-900 1 MW , те 2975
' i Пф-иоорщ 1 ,/1575-1609 то-зш
/ / Г w то-то N 3400
I 1 < К ' i А /
Щи л j Ч
800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 Волновое число, см'1
Рис. 5. ИК-спектр аффинированного жёлтого сахара с добавкой шиповника
дов, кетонов и карбоновых кислот. В области 2850—2975 см-1 имеются выраженные колебания СН3-и СН2-групп; 3030-3080 см-1 -колебания связи С-Н в ароматических соединениях. Пик около 3400 см-1 соответствует колебаниям связи О-Н.
В целом можно сделать вывод о наличии непредельных соединений (вероятно, каротиноидов), ароматических спиртов (вероятно, полифенолов) и небольшой примеси карбоновых кислот, альдегидов и кетонов. В среднем плоды шиповника содержат 71,93-82,14 % воды, 0,96-8,12 % сахаров, 2,75 % крахмала, 0,98-3,52 % кислот, 0,12-4,69 % дубильных и красящих веществ, 1,17-4,83 % азотистых веществ. Все эти группы соединений идентифицированы на ИК-спектрах.
Заключение. Проведённые исследования позволяют сделать вывод о возможности получения сахарсодержащего продукта на основе аффинированного жёлтого сахара свеклосахарного производства. Получаемый продукт отличается пониженным содержанием сахарозы, но содержит больше моносахаров, минеральных соединений и азотистых веществ. Введение БАД в виде порошка шиповника обогащает продукт целым
рядом нутриентов для профилактического питания, увеличивает продолжительность его хранения.
Список литературы
1. Моделирование процесса гранулирования сахарозы / М.И. Егорова [и др.] // Сахар. - 2014. -№ 11. - С. 50-53.
2. Технология сахара с БАД на основе полупродуктов сахарного производства / Н.Г. Кульнева [и др.] // Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья: сб. научн. статей и докладов. - Воронеж : ВГУИТ, 2017. -С. 87-91.
3. Разработка технологии получения сахара с биологически активными добавками / Н.Г. Кульнева [и др.] // Системный анализ и моделирование процессов управ-
ления качеством в инновационном развитии агропромышленного комплекса [Текст]: Материалы III Междунар. научно-практ. конф. - Воронеж : ВГУИТ, 2017. -С. 64-68.
4. Технология получения сахаристого продукта с добавками биологически активных веществ / Н.Г. Кульнева [и др.] // Научн. конф. с международным участием «Развитие пищевой и перерабатывающей промышленности России: кадры и наука». — М. : МГУПП, 2017. - С. 80-81.
5. Технология сахара с добавкой порошка шиповника / Н.Г. Кульнева [и др.] // Пища. Экология. Качество: Труды XIV Международной научно-практич. конф. (г. Новосибирск, 8-10 ноября 2017 г.). - С. 340-343.
6. Определение стойкости при хранении формового сахара по активности воды / Н.Г. Кульнева [и др.] // Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья: сб. научн. статей и докладов. - Воронеж : ВГУИТ, 2017. - С. 92-94.
7. Тарасевич, Б.Н. ИК-спектры органических соединений. Справочные материалы. - М., 2012. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.chem.msu.su/ rus/teaching/tarasevich/Tarasevich_ IR_tables_29-02-2012.pdf.
8. Database of ATR-FT-IR spectra of various materials [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http:// lisa.chem.ut.ee/IR_spectra/paint/ binders/sucrose/.
Аннотация. Предложена технология получения формового сахара с биологически активными добавками (БАД) на основе аффинированного жёлтого сахара. Исследована способность к хранению продукта путём определения активности воды. Методом ИК-спектрометрии изучен состав исходного сырья и готового продукта.
Ключевые слова: жёлтый сахар, аффинация, биологически активные добавки (БАД). Summary. The proposed of technology of obtaining formable sugar with dietary supplements based on affinated yellow sugar. The ability to store the product by determining the water activity is investigated. The composition of the feedstock and the finished product was studied by the IR spectrometry method. Keywords: yellow sugar, affinity, dietary supplements (BAS).
