Производство глюкозно-фруктозного сиропа

До числа країн з швидким зростанням виробництва відноситься Південна Корея. Незважаючи на те, що вона не має власної сировинної бази і є великим імпортером кукурудзи і цукру, в ряд країн, враховуючи потреби швидко розвиваючоїся харчової промисловості, протягом 80-х років стимулювало допомогою податкової системи розвиток промисловості по вологому помолу кукурудзи. В результаті виробництво КСВСФ в 80-х роках збільшилася в 10 разів і досягло в 1989 р. 150 тис. т, а частка Південної Кореї в світовому споживанні цього товару склала 2%. [6,c.211]

Наявність хорошої сировинної бази і попит з боку промисловості створюють сприятливі умови для виробництва КСВСФ в Аргентині. Однак на вимогу продуцентів цукрової тростини тут введена квота на випуск цих підсолоджувальних речовин, що обмежує їх виробництво до 86 тис. тонн.

Слід відзначити також зростання споживання КСВСФ в Угорщині, Югославії, Китаї, Індонезії. В Уругваї випуском КСВСФ займається лише одна фірма - «Ла Сьєра», що належить монополії «Кока-кола».

Крім дієтичних особливостей визначальним моментом в процесі заміщення цукру КСВСФ є більш низький рівень цін на цей товар.

Є широкий асортимент заснованих на крохмалі калорійних підсолоджувачів, включаючи глюкозу, декстрозу, мальтозу і фруктозні сиропи. Не всі їх можна повністю вважати замінниками цукру, оскільки їх використовують частково завдяки іншим характеристикам, крім солодощів (наприклад, як наповнювачі, для уникнення кристалізації, для підтримки вмісту вологи). Серед цих крохмальних підсолоджувачів (іноді званих крохмальними цукрами і крохмальними сиропами) в центрі уваги знаходиться тільки глюкозно-фруктозний сироп (ГФС) з високим вмістом фруктози (СВСФ), який може безпосередньо замінювати цукор в декількох категоріях напоїв і продуктів харчування. Глюкозно-фруктозний сироп складається в основному з фруктози і глюкози, тому по солодощі та поживної цінності рівноцінний сахарозі. [7,c.105]

На рисунку 1 показана хімічна структура фруктози (ліворуч) і глюкози (праворуч), основні компоненти ГФС:

 

Рисунок – 1. Хімічна структура фруктози і глюкози

 

ГФС виробляються на основі природного зернової сировини - кукурудзи, з якої виділяється крохмальна фракція, що проходить потім стадію ферментного або кислотного оцукрювання. Процес оцукрювання можна контролювати і направляти, досягаючи бажаного вуглеводного складу готового продукту. При виробництві ГФС вдається досягти співвідношення моносахаридів 58-66% глюкози, 42-44% фруктози. За рівнем солодкості та смаковим профілем ГФС порівнюють з цукром. [8,c.42]

Застосовується ГФС замість цукру при виробленні безалкогольних напоїв, соків, високоякісних хлібобулочних виробів і багатьох інших продуктів. Велика кількість глюкозно-фруктозних сиропів споживається в безалкогольному виробництві. Вони використовуються для вироблення

 фруктових  напоїв та цукрових сиропів. У  виробництві джемів і консервів  використання глюкозно-фруктозних  сиропів дозволяє підвищити бактеріальну  стабільність і посилити аромат  фруктів. [26, c.75]

Шляхом ферментативного гідролізу крохмаль в крохмалевмісній сировині (картопля, кукурудза, пшениця, сорго, ячмінь, рис і т.д.) постадійно перетворюється спочатку в глюкозу, а потім в суміш глюкози і фруктози. Процес може бути припинений на різних стадіях і тому можна отримувати глюкозно-фруктозні сиропи з різним співвідношенням глюкози і фруктози. При вмісті в сиропі 42% фруктози - виходить звичайний ГФС (ГФС 1-го покоління), при підвищенні вмісту фруктози до 55-60% - збагачений, або ОГФС (сироп 2-го покоління), високофруктозний сироп 3-го покоління містить 90 - 95% фруктози. [9,c. 23]

Глюкозно-фруктозний сироп по солодкості, в'язкості і осмотичного тиску близький до інвертного сиропу, одержуваному шляхом кислотного гідролізу сахарози, але практично не містить продуктів розпаду Сахаров. Можливе отримання кукурудзяних сиропів з високим вмістом фруктози (КСВСФ), в яких міститься до 90% фруктози у перерахунку на суху речовину.

Зберігання глюкозно-фруктозного сиропу має свої особливості. При температурі нижче 25°С глюкоза кристалізується. При температурі вище 30°С поступово наростає кольоровість сиропу внаслідок термічного розкладання cахарів та їх взаємодії з амінокислотами. Глюкозно-фруктозні сиропи слід зберігати при температурі 25-30°С в резервуарах з нержавіючої сталі з обігрівом або ємності з сиропом розміщують в приміщенні з температурою 34-35°С. У таких умовах можливо зберігати глюкозно-фруктозний сироп тривалий час. [10,c.111]

В останнє десятиліття існує, стурбованість споживачів у зв'язку з можливим зв'язком між споживанням КСВСФ і ожирінням, серцево-судинними захворюваннями, діабетом і неалкогольні ожирінням печінки, яка призвела до того, що деякі виробники продуктів харчування і напоїв переключилися з КСВСФ на цукор в рецептурі своєї продукції, починаючи з 2009 р. За даними компанії з дослідження ринку Packaged Facts, в той час як число запусків нових продуктів, що містять КСВСФ, майже подвоїлася між 2009р. і 2010р., спостерігалося аналогічне збільшення числа нових продуктів, які прагнуть завоювати ринок, оголошуючи, що вони «не містять КСВСФ». У 2010р. під подібної рубрикою з'явилося 150 продуктів в 55 категоріях, серед яких трьома основними категоріями були хлібобулочні вироби, функціональні напої та інші закуски.

Єдину думку з питання КСВСФ і його небезпеки для здоров'я порівняно з цукром відсутня. Є дослідження, які демонструють, що КСВСФ більш шкідливий, і інші дослідження, що демонструють, що він не шкідливіший. Серед науковців існує консенсус щодо необхідності подальших досліджень в області дії КСВСФ на людський організм і того, чи є він більш небезпечним, ніж інші типи підсолоджувачів.

Існує також думка про те що, оскільки виробництво КСВСФ вимагає довгої серії механічних процесів і хімічних реакцій, включаючи використання трьох різних ензимів, щоб викликати молекулярні перегрупування, КСВСФ не можна вважати натуральним продуктом харчування. [27, c.202]

 

2. Обгрунтування цілей та завдань курсового проекту

 

Глюкозо-фруктозний сироп, один із найперспективніших продуктів у харчовій технології. Тому, саме крохмало-патокове виробництво потребує масових інвестицій. На користь цього говорять такі характеристики ринку, як:

1. Значна потенційна ємність. Потенційна потреба харчової індустрії в глюкозно-фруктозних сиропах в найбільш привабливих сегментах досягає 5 млн. тон. Споживання ГФС має великий потенціал для зростання, що пов'язано, головним чином, з перевагами його використання:

– зниження калорійності продукту за рахунок заміни цукру;

– поліпшення споживчих властивостей кінцевого продукту (аромату, смаку, консистенції);

– підвищення терміну зберігання кінцевого продукту;

– зниження витрат на підсолоджувачі за рахунок більш високого показника солодощі (при порівнянності цін на цукор). 

2) Інтерес виробників продуктів  харчування до ГФС при створенні  адекватних умов споживання:

– ціна;

– час транспортування

У ході інтерв'ю з виробниками продуктів харчування було виявлено кілька факторів, що стримують розвиток ринку ГФС в Україні:

1. Вкрай нерозвинене пропозицію. Відсутність виробників у місцях зосередження великих споживачів - головний фактор, який не дозволяє ринку сформуватися. Зниження якості сиропу при транспортуванні на відстані понад 500 км сильно обмежує потенційний попит.

Відсутність виробників призводить і до інших негативних факторів, а саме низький рівень інформованості споживачів про властивості та технології використання глюкозно-фруктозних сиропів. Знизити вплив даного чинника можливе лише зусиллями самих виробників.

2. Висока ціна на ГФС. Історія американського ринку ГФС показує, що основоположною передумовою становлення та розвитку галузі служать високі ціни на цукор. Тільки при високих і зростаючих цінах на цукор ринок глюкозно-фруктозних отримає стимул до розвитку. У Росії ринок цукру захищається державою, внаслідок чого ціни завжди були відносно доступні. На сьогоднішній день ціна кілограма цукру в 1,9 разів нижче кілограма глюкозно-фруктозного сиропу в перерахунку на суху речовину.

Разом з тим, сформоване співвідношення в середньостроковій перспективі може змінитися на користь ринку ГФС. На це можуть вплинути дві тенденції: з одного боку, організація нових виробництв, з іншого боку зростання світових цін на цукор-сирець. [11,c. 10]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологічна частина

 

2.1 Характеристика готового продукту (ГФС-42)

 

Глюкозно-фруктозний сироп марки ГФС-42 характеризується декстрозним еквівалентом 97, показником заломлення (20°С) - 14632-14656, кольоровістю (од. ЯБи) не більше початкова 25, після 30 діб (1 30°С) - 50. Він містить 70,5-71,5 % сухих речовин, до 0,6 мг/кг Б02, золи до 0,1. За органолептичними показниками ГФС-42 являє собою в'язку рідину, солодку без присмаку і запаху. У розрахунку на суху речовину сироп містить 42-43 % фруктози, 50-54 % глюкози, 2-3 % мальтози, 2 % мальтотриози і 1 % вищих цукрів. Готовий сироп являє собою слабков'язку безбарвну рідину, без запаху із солодким, властивим і за солодкістю повністю відповідає цукровому розчину.

Заміна цукру глюкозно-фруктозним сиропом можлива по всій групі хлібобулочних і кондитерських виробів. ГФС-42 є аналогом інвертного цукру і може використовуватися для заміни патоки, інверту, штучного меду, цукру, а додавання сиропу відбувається на тій же стадії, що і цукру, і не вимагає додаткового обладнання та технологічних операцій.

Тривале зберігання сиропу здійснюється в ізольованих місткостях з нержавіючої сталі з підігрівом за температури 28-35°С. [11,c.11]

За всіма показниками глюкозно-фруктозний сироп повинен відповідати вимогам, вказаним у таблиці 2.1.

 

Таблиця 2.1 – Характеристики та властивості глюкозно-фруктозного сиропу ГФС-42

Фізико-хімічні властивості
Декстрозний еквівалент		97
Продовження таблиці 2.1
Показник заломлення 20ºС)		1,4632 ... 1,4656
Щільність, кг/дм3 (20ºС)		1,3454 ... 1,3515
В'язкість (40ºС)		95 ... 105
Кольоровість (од. RBU), не більше		25
Сухі речовини		70,5 ... 71,5
Масова частка SO2, мг/кг		0,6
рН		4,0 ... 6,0
Масова частка золи, %, не більше		0,1
Калорійність/100г		287
Органолептичні характеристики
Зовнішній вигляд в'язка рідина
Смак солодкий , без присмаку
Запах без запаху
Солодкість (сахароза - 100 %) 89 ... 99 %
Характерний вуглеводний склад (% на суху речовину)
Фруктоза		40 ... 44
Глюкоза		50 ... 54
Мальтоза		2 ... 3
Мальтотріоза		2
Вищі цукри		1
Мікробіологічні показники
МАФАМ в 1 г , не більше	1 × 103
Продовження таблиці 2.1
Цвіль в 1 г , не більше	10
Дріжджі в 1 г , не більше	10

 

 

2.2 Характеристика біологічного агента, сировини та допоміжних речовин.

 

На крохмале - патоковому виробництві в якості сировини використовують кукурудзяне зерно. Кукурудза має 13% вологості, що полегшує її зберігання в більшій мірі, чім  коеню, який має наюагто больший процент вологості.Зерно кукурудзи складається з оболонки - 6-8,5 %, алейронового шару - 6-8 %, зародку - 10-14 % і ендосперму - 70-75 %. Середній хімічний склад зрілої кукурудзи (%) - крохмаль - 68-72, азотні органічні речовини - 10-13, жири - 4-6, цукри - 2,5-3,5, клітковина - 2-3, пентозани - 4-6, мінеральні речовини 1-2. Кращим для переробки на крохмаль є зерно кукурудзи зубоподібної і напівзубоподібної. Білки кремнистої кукурудзи міцніше зв'язують клітини з крохмалем і перешкоджають його вимиванню. [14,c.23]

Створено гібриди кукурудзи з крохмалем амілопектинового і амілазного типів. Зразки крохмалю амілопектинового типу відрізняються підвищеною чутливістю до ферментативного гідролізу, пониженою температурою клейстеризації і формують в'язкі, прозорі клейстери. Вони стійкі до ретроградапії та придатні для отримання натуральних харчових згущувачів. Отримують ряд цінних за своїм складом побічних продуктів, основними компонентами яких є крохмаль, білок, клітковина, жир, До таких продуктам відносяться: при виробленні сирого крохмалю - екстракт, глютен, мезга; при виробництві патоки та глюкози - фільтраційні опади з допоміжним фільтруючим матеріалом і відпрацьованим вугіллям.

Основний напрямок утилізації зазначених побічних продуктів - приготування змішаного сухого кукурудзяного корму. Крім цих продуктів

у виробництві сухого корму можуть бути використані відходи, отримуємі при очищенні зерна і обмелові качанів кукурудзи: зерновий відхід(подрібнене зерно, що проходить через сито з отворами 2,5 мм), подрібнені-стрижні качанів. [15, c.329]

В останні роки для поліпшення фільтрації патокових і глюкозних сиропів використовують допоміжний матеріал перліт, що складається з дрібних твердих склоподібних частинок з гострими краями. Отримується в цьому випадку фільтраційний осад не можна застосовувати в якості одного з компонентів сировини для приготування кормів.

 

3. Опис біотехнологічного процесу за стадіями

 

Технологічна схема одержання ГФС

Оцукрювання розрідженого крохмалю проводять за допомогою глюкоамілаз (глюконигрін Г20х, глюкоаваморін Г20х) з рН 4,5 і температурою 60°С у місткостях, де розчин перемішується і підігрівається протягом 48-72 год. Процес оцукрювання закінчують після того як ГЕ становитиме 97-98 %, тобто 96-97 % глюкози на суху речовину.

Нерозчинні домішки (білки, клітковину тощо) відфільтровують з нанесенням на фільтрувальну поверхню фільтрувального порошку (перліт, кізельгур тощо). Розчинні домішки (азотні речовини, різні органічні і неорганічні сполуки) видаляють послідовним обробітком сиропу активованим вугіллям і іонообміном. Сироп послідовно пропускають крізь іонообмінні колони, які містять катіоніт-аніоніт-катіоніт-аніоніт. [16, c.285]