Использование инвертного сахара и сахарозы в спортивной медицине: что нужно знать

Инвертный сахар, содержащийся в инвертной сахарозе, обладает высокой усвояемостью, что делает его ценным источником энергии для спортсменов во время интенсивных тренировок. Он быстро усваивается организмом, что позволяет поддерживать уровень глюкозы в крови и предотвращает мышечные усталостные ощущения.

Кроме того, инвертный сахар улучшает восстановительные процессы после физических нагрузок благодаря своей способности увеличивать уровень инсулина. Это способствует более эффективному синтезу гликогена в мышцах, что положительно сказывается на спортивных результатах и общей выносливости атлетов.

Инвертирование сахарозы для приготовления сиропа в производстве безалкогольных напитков

Инверсия сахарозы происходит через гидролиз, который осуществляется в процессе нагрева с использованием слабых органических кислот.

Рекомендуется производить инвертный сахарный сироп следуя методологии, предложенной ВНИИПБП, которая обеспечивает минимальное образование оксиметилфурфурола в процессе инверсии сахарозы.

Технологическая схема приготовления инвертного сиропа представлена на рисунке 1. В подготовленный сироповарочный котел 1 заливают рассчитанное количество воды и доводят его до кипения. Затем, при продолжительной работе мешалки 2 добавляют сахар, дожидаясь его полного растворения. После этого раствор снова доводят до кипения и кипятят в течение полчаса. Сироп, содержание сахара в котором составляет 65—75 г на 100 г, пропускается через ловушку 3 и с помощью насоса 4 направляется через теплообменник 5, где он охлаждается до 70°С, в сборник для инверсии сахарозы 6. Этот сборник должен быть хорошо изолирован или иметь рубашку для поддержания температуры сиропа на уровне 70°С.

В сборник 6 вносят 50%-ный раствор лимонной кислоты из расчета 750 г на каждые 100 кг сахара и при непрерывном перемешивании выдерживают смесь 2 ч, затем останавливают мешалку и насосом 4 перекачивают сироп через противоточный теплообменник 5, где он охлаждается до 10—20° С, в сборник 7 на хранение. Полученный сироп должен содержать не более 55% инвертиого сахара от общего количества содержащегося в нем сахара.

В действующих рецептурах безалкогольных напитков, расход сахара для приготовления купажных сиропов напитков и сиропов, предназначенных для торговой сети, рассчитан на основании 45%-ной инверсии сахарозы. При подготовке напитков и сиропов, производимых методом горячей или полугорячей обработки (с использованием соков и вин), расход сахара основан на 29%-ной инверсии сахарозы.

Рис. 1. Технологическая схема получения инвертного сахарного сиропа.

При 100%-ной инверсии из 100 кг сахара образуется дополнительно 5,26 кг инвертного сахара.

Объем дополнительного инвертного сахара, образующегося при 29%-ной инверсии сахарозы в горячем и полугорячем процессах приготовления купажных сиропов, составит:

Если на 100 дал напитка требуется 80 кг сахара (79,89 кг сухих веществ), то прирост сухих веществ при 29%-ной инверсии будет составлять меньше:

При использовании сахарного сиропа с 29%-ной инверсией, фактический расход сахара для изготовления напитка составит уже не 80, а 79,89—1,19 = 78,7 кг сухих веществ, с учётом влажности сахара 0,14% это составит 78,8 кг.

Сахароза

Сахароза (тростниковый сахар, свекловичный сахар) – это резервный дисахарид – чрезвычайно широко распространена в растениях, особенно много ее в корнеплодах свеклы (от 14 до 20%), а В стеблях сахарного тростника (от 14 до 25%). Сахароза является транспортным сахаром, в виде которого углерод и энергия транспортируются по растению. Именно в виде сахарозы углеводы перемещаются из мест синтеза (листья) к месту, где они откладываются в запас (плоды, корнеплоды, семена).

Сахароза состоит из двух компонентов: a-Д-глюкопиранозы и b-Д-фруктофуранозы, соединённых между собой через g-1,2-гликозидные связи:

Сахароза не содержит свободного полуацетального гидроксила, поэтому она не способна к окси-оксо-таутомерии и является невосстанавливающим дисахаридом.

Под воздействием нагрева с кислотами или ферментов a-глюкозидазы и b-фруктофуранозидазы (инвертазы) сахароза подвергается гидролизу, в результате чего образуется смесь равных долей глюкозы и фруктозы, известная как инвертный сахар.

Дело в том, что раствор сахарозы имеет правое вращение (+65,5°), а образующаяся смесь Д-глюкозы и Д-фруктозы имеет левое вращение, благодаря превалирующему значению левого вращения Д-фруктозы (в равновесном состоянии +52,5° у Д-глюкозы и –92° у Д-фруктозы). Следовательно, по мере гидролиза сахарозы величина угла правого вращения постепенно уменьшается, проходит через нулевое значение, и в конце гидролиза раствор, содержащий равные количества глюкозы и фруктозы, приобретает устойчивое левое вращение. В связи с этим гидролизованную сахарозу называют инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией.

Фермент b-фруктофуранозидаза широко распространён в природе, особенно высока его активность в дрожжах. Этот фермент применяется в кондитерской промышленности, так как получаемый инвертный сахар предотвращает кристаллизацию сахарозы в различных кондитерских изделиях (например, в карамельной начинке).

Кислотный гидролиз сахарозы происходит, например, при варке варенья и джема, что также препятствует кристаллизации сахарозы.

При нагревании сахарозы при температурах 190-200°С и выше происходит дегидратация, что приводит к образованию различных окрашенных полимеров, получающих название «колер». Эти продукты используются в производстве коньяка для придания ему цвета.

Применение инвертированного сахара

Уникальные технологические свойства инвертированного сахара обуславливают его широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности.

В производстве кондитерских изделий инвертированный сахар применяется для:

• Изготовления карамели, шоколада и конфет для предотвращения кристаллизации сахара
• Создания помадки, зефира, мармелада для улучшения структуры
• Приготовления печенья, пряников и выпечки с целью увеличения срока хранения

В соковой промышленности инвертированный сахар применяют при производстве прохладительных напитков, соков, пива. Он придает им более насыщенный вкус и аромат.

Инвертированный сахар также используется:

• В мороженом и замороженных десертах для предупреждения образования кристаллов льда
• При варке варений, джемов и повидла для улучшения консистенции
• В хлебопечении для продления свежести выпечки

В кулинарии инвертированный сахар применяют для приготовления кремов, муссов, желе, пудингов, кексов. Он предотвращает расслаивание и выпадение влаги в готовых десертах.

Способы производства инвертированного сахара

На уровне промышленного производства инвертированный сахар получают двумя основными методами:

1. Кислотный гидролиз сахарозы
2. Ферментативный гидролиз с использованием инвертазы

При кислотном способе в качестве катализатора используют различные кислоты — серную, соляную, лимонную. Процесс проводят при температуре 60-80°C в течение 1-2 часов.

При ферментативном гидролизе используется инвертаза, получаемая из дрожжей или пчелиного меда. Этот процесс проходит в условиях более низкой температуры и длится от 2 до 24 часов.

Кислотный метод проще в реализации, но может приводить к побочным реакциям и образованию примесей. Ферментативный гидролиз дает более чистый продукт, но требует более дорогих ингредиентов.

Несмотря на различные подходы, оба метода имеют следующие ключевые стадии:

1. Приготовление сахарного сиропа нужной концентрации
2. Добавление кислоты или фермента и нагревание
3. Гидролиз сахарозы до глюкозы и фруктозы
4. Нейтрализация, фильтрация, очистка от загрязнений
5. Концентрирование инвертного сиропа
6. Упаковка и фасовка готовой продукции

На крупных предприятиях для этого используют специальные реакторы, нагревательное оборудование, фильтры-прессы, вакуум-выпарные установки и автоматические разливочные линии.

Таким образом, получается высококачественный инвертированный сахар, который находит широкое применение в пищевой индустрии.

Углеводы − заменители сахара

За последние десятилетия наблюдается наиболее интенсивный рост производства заменителей сахара углеводной группы, в частности, инвертированных и крахмальных сиропов. При общемировом объеме производства сахара около 130 млн т общая выработка заменителей сахара составляет до 15-20 млн т сахарного эквивалента. Это привело к относительному снижению потребления сахарозы в чистом виде.

Сахароза. Это ключевое природное подслащивающее вещество (ведущее среди натуральных подсластителей) – сахароза. Применяемые наименования – сахар, свекольный или тростниковый сахар. Сахароза является наиболее доступным и чистым органическим веществом с возможностью постоянного восп replenения запасов.

Сахарозу извлекают из очищенных, измельчённых стеблей сахарного тростника или корней сахарной свёклы, экстрагируя водой. Далее фильтраты очищают, удаляя примеси, и кристаллизуют, получая сахарный песок или рафинад.

За последнее столетие потребление сахарозы резко увеличилось, что негативно сказывается на здоровье людей, так как избыточное употребление сахарозы приводит к нарушениям обмена веществ, особенно углеводов, и может стать причиной сахарного диабета. Более того, излишек сахара связан с рядом других заболеваний, таких как ожирение, кариес, аллергические реакции.

Серьезные изъяны сахарозы как продукта питания и изменение мировоззрения потребителей, отдающих предпочтение нерафинированным продуктам, сохранившим в себе и обогащённым извне ценными микро- и макронутриентами, обусловили необходимость проведения исследований по поиску альтернативных натуральных и созданию новых синтетических заменителей сахара.

Сравним свойства сахарозы и других подсластителей.

Одно из главных потребительских свойств сахарозы — сладость. Существует единица измерения сладости – SES (sweetness equivalency of saccharose – сладость, эквивалентная сахарозе). Сахароза является стандартом в шкале степени сладости и эталоном чистоты сладости.

Сладость сахарозы принята за единицу. Среди 150 наиболее известных заменителей сахара около 50 имеют свой коэффициент сладости менее 1, около 40 — от 50 до 500 раз, более 30 — слаще в 500 раз и более (таблица 5).

Средняя сладость заменителей сахара (по отношению к сахарозе)

В последнее время, учитывая требования диетологии, активно развиваются технологии производства низкокалорийных продуктов, предназначенных для людей с рядом заболеваний (в первую очередь диабетом), что способствовало увеличению выпуска заменителей сахарозы как природного, так и синтетического происхождения, включая синтетические интенсивные подсластители. Они могут иметь ту же сладость или быть гораздо слаще сахарозы.

Высокий коэффициент сладости позволяет, применяя их, производить низкокалорийные, диетические продукты, полностью или частично лишенные легкоусвояемых углеводов. Низкая концентрация интенсивных подсластителей в готовой продукции, кстати, уменьшает риски их применения по показателям безопасности.

Однако стоит отметить, что исключение сахарозы из рецептур некоторых продуктов питания является сложной задачей с технологической точки зрения, так как сахароза не только выполняет функцию подсластителя, но и влияет на структурные и механические характеристики продукта.

Глюкоза. В медицине глюкоза применяется в различных препаратах, в том числе для производства витамина С, антибиотиков, для внутривенных вливаний. Техническая глюкоза представляет собой твёрдые куски неопределённой формы тёмно-коричневого цвета. Глюкоза находит применение в качестве восстановителя в кожевенном производстве, в текстильном при производстве вискозы, в качестве питательной среды при выращивании различных видов микроорганизмов, в медицинской и микробиологической промышленности.

Наиболее усовершенствованным и технически правильным способом производства глюкозы является ферментативный гидролиз крахмала и изделий на его основе. В результате этого процесса получается пищевая глюкоза в порошковой, кусочной или гранулированной форме, также используется медицинская глюкоза.

В последние десятилетия большое распространение получило производство глюкозно-фруктозных сиропов (ГФС). Получаемая при этом глюкоза частично превращается затем во фруктозу, при этом может достигаться разное соотношение глюкозы и фруктозы. Теоретически первоначальный выход глюкозы составляет 97 частей на 100 частей крахмала. Техническую глюкозу вырабатывают в небольших количествах кислотным гидролизом низкокачественного картофельного, кукурузного или другого зернового крахмала, предназначенного для технических целей. Брожение глюкозы, содержащейся в соке винограда и фруктов, − одна из стадий в производстве вина, а содержащейся в гидролизатах крахмала и древесины − в производстве этанола.

Глюкоза, получаемая из гидролиза крахмала с применением серной кислоты, имеет сладкий вкус с лёгкой горчинкой, в то время как при гидролизе с соляной кислотой глюкоза становится слегка солоноватой. Хранение такой глюкозы в сыром месте может привести к плесневению, а в сухом – к высыханию до 9-10% влажности. Более качественную пищевая глюкозу можно получить, используя при гидролизе щавелевую кислоту.

Глюкозу получают также одновременно с фруктозой путем гидролиза сахарозы, в результате чего образуется так называемый инвертный сахар, содержащий глюкозу и фруктозу в соотношении 1:1. Растворы сахарозы и глюкозы вращают плоскополяризованный свет вправо, а фруктоза более сильно – влево, в результате раствор инвертного сахара имеет левое вращение, т. е. наблюдается обращение (инверсия) угла вращения плоскополяризованного света.

Если взять раствор с содержанием сахарозы и глюкозы в соотношении 10:1, то путём его сгущения и последующего быстрого охлаждения можно получить белоснежную массу – помадный сахар. После высушивания этой массы получается порошковый помадный сахар, состоящий из мелких кристаллов сахарозы и инвертного сахара. При смешивании порошка с водой быстро образуется паста. Помадный сахар всё чаще используется в кондитерской сфере для производства шоколада, начинок для мягких конфет и других изделий.

В мире насчитывается более 50 специализированных предприятий по выработке глюкозы, 35 из которых расположены в Европе.

Фруктоза. Эта моносахарид, также известный как фруктовый сахар и левулёза, относится к категории кетогексоз. Эмпирическая формула — С6Н12О6, молекулярная масса составляет 180,16.

Она является самой сладкой из природных сахаров, сладость её составляет 1,73. Фруктоза хорошо растворяется в воде и этиловом спирте, плавится при температуре 102-105 °С, образует безводные кристаллы в виде игл.

Фруктоза, как и сахароза, служит источником энергии в процессе метаболизма человеческого организма. Она имеет одинаковую калорийность со сахарозой и хорошо усваивается, поэтому её можно использовать диабетиками в количестве 0,5–1 г на 1 кг массы тела, за исключением редких генетических нарушений. Включение фруктозы в рацион людей с сахарным диабетом способствует уменьшению необходимости в инсулине.

Благодаря повышенной по сравнению с сахарозой степенью сладости фруктозу используют в кондитерской промышленности, при приготовлении продуктов детского питания, при изготовлении ряда медицинских препаратов. Гигроскопичность фруктозы позволила рекомендовать её при изготовлении хлебобулочных изделий (предохраняет их от быстрого очерствения), при приготовлении соков, варенья, десертов, так как фруктоза лучше других сахаров способна подчеркивать собственный аромат плодов, фруктов и ягод. В отдельных случаях её присутствие может усилить горький вкус низкокачественного кофе, компонентов какао.

Однако, поскольку фруктоза обладает гигроскопичными свойствами, это предъявляет особые требования к упаковке продуктов, содержащих её.

Сладость растворов фруктозы зависит от концентрации раствора, его температуры, кислотности (рН), срока хранения. Например, сладость свежеприготовленного 5-процентного раствора фруктозы при комнатной температуре составляет примерно 1,45, а на следующий день — всего 1,25. Если при 15 о С сладость раствора фруктозы составляет примерно 1,3, то при 40 о С она равна сладости сахарозы. При охлаждении нагретых растворов фруктозы сладость их снова повышается.

Фруктоза также обладает синергетическим эффектом, когда смешивается с другими искусственными сахарозаменителями, что делает её более сладкой. Синергия — это взаимодействие веществ, при котором общая эффективность превышает сумму индивидуальных эффектов. Например, сочетание 99,7% фруктозы и 0,3% сахарина в 3-4 раза слаще сахарозы. Смесь, состоящая из одной трети фруктозы и двух третей сахарозы, обладает сладостью на уровне фруктозы, что позволяет снизить количество используемой сахарозы в различных рецептах.

На основе фруктозы получают различные патоки, искусственный мёд, начинки, напитки, мороженое, консервы. Создана смесь фруктозы и витамина С — фруктовит, 40 г которого заменяют почти 70 г сахарозы.

Сегодня в мире функционирует более 20 заводов по производству фруктозы, большинство из которых расположены в Европе и Китае. Глобальное производство кристаллической фруктозы достигает примерно 150 тысяч тонн в год.

Технологические свойства фруктозы несколько отличаются от сахара и предоставляют технологам возможность извлечь преимущества из более высокого сахарного эквивалента, синергизма с другими сахарозаменителями и интенсивными подсластителями и взаимодействия с другими ингредиентами пищевого продукта.

Применение фруктозы в качестве заменителя сахара обосновано такими характеристиками, как высокая сладость, синергия с другими подсластителями, взаимодействие с крахмалом, усиление вкусовой и ароматической составляющих, увлажняющая способность, отличная растворимость и повышенное осмотическое давление, что способствует лучшему всасыванию. Преимущества использования фруктозы включают снижение калорийности готовых изделий, гармоничный вкус, ускорение структурных процессов с крахмалом, повышение прочности геля, улучшение вкусовых качеств (например, акцентуация фруктовых, шоколадных или коричных оттенков), а также замедление активности воды, что увеличивает срок хранения и поддерживает желаемую влажность.

Ее целесообразно использовать при изготовлении сухих напитков, спортивных напитков и обогащенных фруктовых вод, начинок для выпечки, оболочек для зерновых продуктов; выпечек, йогуртов, пудингов и желе, кондитерских изделий и низкокалорийных продуктов и напитков.

Фруктоза способна усиливать вкус многих ароматизаторов и кислот, а также сглаживать горечи. Продукты с яблочной кислотой, например, приобретают более выраженный кислый оттенок, если заменить в них сахар фруктозой. Эта способность позволяет уменьшить количество ароматизаторов и кислоты в рецептуре.

Взаимодействие с крахмалом. Моносахариды, в частности фруктоза, заметно изменяют функциональные свойства крахмала, особенно температуры клейстеризации и вязкости конечного раствора. Это влияние часто сопоставляют с влиянием, оказываемым сахарозой. Но из упомянутых сахаров фруктоза проявляет наиболее выраженное влияние на крахмал.

Крахмал в присутствии фруктозы ведёт себя иначе благодаря уникальным физико-химическим свойствам фруктозы, которые влияют на молекулы крахмала и уровень влаги в пищевом продукте. В отличие от сахарозы и глюкозы, фруктоза при взаимодействии с крахмалом обеспечивает более низкие температуры при желировании. Преимущества этого взаимодействия заключаются в снижении температуры клейстеризации при выпечке, уменьшении временных затрат на структурирование, возможностью снизить рецептурное количество крахмала или использовать более дешевые его сорта, а В улучшении текстуры и вкусовых качеств.

Снижение активности воды. Фруктоза — один из наиболее эффективных моносахаридов, связывающих влагу. Растворимость фруктозы почти в 2 раза выше, чем сахарозы, при этом активность воды её насыщенного раствора самая низкая из всех сахаров и сахарозаменителей.

Сочетание функциональных особенностей фруктозы, таких как способность удерживать влагу, высокая растворимость и невысокая склонность к рекристаллизации, открывает новые горизонты в разработке продуктов с промежуточной влажностью (например, фруктовые кусочки для завтраков, фруктовые оболочки и батончики). Фруктоза помогает снижать активность воды, сохраняя нужный уровень влажности, что делает её особенно привлекательной в рецептах, где необходим сладкий влагоудерживающий компонент для продления срока годности.

Крахмал. Все более широкое распространение находят крахмальные патоки. Освоен широкий спектр отечественных крахмальных паток, получаемых путем ферментативного гидролиза крахмала (практически из любых крахмалсодержащих продуктов). Эти патоки прозрачны, почти бесцветны, обладают чистым сладким вкусом.

Мальтозная патока, благодаря низкому содержанию глюкозы, не кристаллизуется при хранении и обладает низкой гигроскопичностью, что важно в кондитерском производстве, так как это снижает потребность в добавлении сахара. Она отвечает требованиям заменителей сахара в производстве детского питания, поскольку сахароза и глюкоза могут вызывать аллергизацию. Низкоосахаренная патока широко используется в замороженных молочных продуктах и мармеладах, тогда как высокосахаренная патока применима в кондитерской и консервной промышленности.

Мальтозная и глюкозно-мальтозная патоки содержат большое количество сбраживаемых сахаров (соответственно до 65 % и свыше 70 %), что позволяет широко применять их в пивоварении, где они оказывают положительное влияние на вкус и вязкость пива.

Теоретическая часть

Карамель представляет собой сладкое изделие, в котором сахар находится в аморфном состоянии. В зависимости от состава и технологии приготовления существует несколько разновидностей карамели: леденцовая, леденцовая с начинками, молочная, мягкая и полутвердая, а Витаминизированная и лечебная.

По количеству начинок и их расположению карамель бывает с одной или несколькими начинками, а также с начинкой, переслоенной карамелью;

Методы обработки карамельной массы делят на тянутую, нетянутую, с жилками и с полосами.

По способу обработки поверхности карамель подразделяется на завернутую и открытую. Последняя в свою очередь делится на: глянцованную, дражерованную, обсыпанную, глазированную шоколадной глазурью, глазированную жировой глазурью.

Карамель классифицируется на простую (леденцовую) и сложную (с начинкой).

Карамель получают увариванием сахаропаточных или сахароинвертных (карамельных) сиропов до образования карамельной массы влажностью 1,5 ─ 3,5 % и последующим формованием при температуре 78 ─ 82 °С. При выработке карамели на карамелеформующе-заверточных машинах (КФЗ) для получения пластичной массы при температуре формования 65 ─ 70 °С влажность карамельной массы допускается до 4 %. Качество карамели зависит от свойств основного сырья (сахар, патока), точного соблюдения рецептуры и правильности проведения технологического процесса.

Состав карамельной массы, полученной на основе патоки, включает: сахарозу – 58%, декстрины – 20%, глюкозу – 10%, мальтозу – 7%, фруктозу – 3% и воду – 2%.

Карамельная масса, изготовленная с применением инвертного сиропа, содержит не только сахара, но и продукты глубокого распада: сахарозы – до 80 %, глюкозы и фруктозы от 18 до 20 %, вода – до 2 %.

Карамель может быть литой и тянущей. Литая карамельная масса имеет аморфную структуру, характеризуется хрупкостью и эластичностью, прозрачностью и высокой гигроскопичностью, что приводит к её способности к намоканию. Температура затвердевания этой массы составляет от 56 до 67°C, а плотность равна 1,54 кг/м³.

Тянутая карамельная масса – это аморфная, непрозрачная, капиллярно-пористая, с шелковистым блеском, вязкоупругая масса. Плотность тянутой карамельной массы ─ 1,25 кг/м 3 .

Тянутая карамель отличается от литой тем, что её гигроскопичность ниже, поскольку влага проникает внутрь благодаря капиллярно-пористой структуре, а кристаллическая корочка на поверхности препятствует намоканию.

Чистая сахароза в кристаллическом виде не гигроскопична, а в аморфном — гигроскопична. Глюкоза, фруктоза, мальтоза в кристаллическом и аморфном состояниях гигроскопичны. Глюкоза в кислой среде более гигроскопична, чем фруктоза. В щелочной среде фруктоза обладает большей гигроскопичностью и обладает повышенной цветностью.

Гигроскопичность сахарозы и мальтозы изменяется незначительно при изменении pH среды. Это подчеркивает важность учета того, что увеличение доли глюкозы и редуцирующих веществ в карамели, а также повышение влажности, усиливают её гигроскопичность и адгезивные свойства.

Чтобы получить качественную карамельную массу, надо использовать низкоосахаренную патоку, так как в ней содержится меньшее количество глюкозы. Поэтому гигроскопичность готовой карамельной массы снижается, а за счет высокого содержания мальтозы она получается прозрачная, бесцветная (светло-желтая), так как процесс гидролитического расщепления мальтозы происходит менее интенсивно, чем у глюкозы.

Технологический процесс производства карамельной массы заключается в преобразовании сахара из кристаллической формы в аморфное состояние. Для достижения этого используются антикристаллизаторы, такие как крахмальная патока (как обычная, так и низкоосахаренная) или инвертный сироп.

В процессе приготовления карамельного сиропа и карамельной массы патока и инвертный сироп задерживают кристаллизацию сахарозы. С патокой и инвертным сиропом вносят редуцирующие вещества — сахара (инвертный сахар, глюкоза, фруктоза, мальтоза, лактоза), восстанавливающие щелочные растворы меди и других поливалентных металлов.

Применение патоки и инвертного сиропа объясняется следующими факторами:

— повышением количества сухих веществ в насыщенном сахаропаточном и сахароинвертном растворах по сравнению с насыщенным раствором чистой сахарозы;

— увеличением вязкости насыщенных сахаросодержащих растворов по сравнению с раствором чистой сахарозы;

— образованием продуктов распада сахарозы, сахаров патоки и инвертного сахара, часть которых (ангидриды, продукты реверсии) способна задерживать кристаллизацию.

В карамельном производстве обычно применяется соотношение сахара и патоки: на 100 частей сахара берется 50 частей патоки. В этом случае содержание редуцирующих веществ в сиропе составляет 14–16%, не более 20% в неподкисленной карамельной массе, до 22% в карамели с добавлением кислоты до 0,6% и не более 23% при добавлении кислоты выше 0,6% и использовании установок безвакуумного уваривания.

Редуцирующие сахара влияют на гигроскопичность, а продукты их глубокого разложения — на цветность карамели. Повышение количества редуцирующих сахаров приводит к повышению гигроскопичности и цветности.

Гигроскопичность карамели определяется следующими факторами:

— повышением гигроскопичности сахарозы при добавлении к ней сахаров патоки или инвертного сиропа;

— увеличением гигроскопичности сахарозы в процессе перехода из кристаллической формы в аморфное состояние при приготовлении карамели;

— присутствием продуктов распада сахаров (оксиметилфурфурол), образовавшихся в результате температурного воздействия на сахарозу, сахара патоки и инвертного сахара. Образование этих продуктов ускоряется с повышением температуры и длительности теплового воздействия.

Во время хранения карамели, особенно при высокой относительной влажности (свыше 75%), наблюдается поглощение влаги из воздуха, что ведет к увлажнению карамели, её липкости и помутнению, тем самым ухудшая её товарный вид. Карамель, изготовленная на патоке, более устойчива к таким изменениям, чем карамель на инвертном сиропе из-за меньшего содержания инвертного сахара (глюкозы).

Лучшим видом антикристаллизатора в карамельном производстве является низкоосахаренная патока, содержащая 30—34 % редуцирующих веществ, в том числе 10—12 % глюкозы, рН-среды патоки не ниже 4,5.

Цвет карамели формируется за счёт наличия тёмных продуктов распада сахаров, таких как красящие и гуминовые вещества. Их образование происходит параллельно с образованием влагоаккумулирующих продуктов, что делает цвет карамели косвенным индикатором её гигроскопичности: тем более тёмный цвет указывает на большую гигроскопичность.

Наиболее важными показателями, определяющими правильное ведение технологического процесса производства карамели и качество готовой продукции, являются: влажность, количество редуцирующих (веществ) сахаров в карамельном сиропе и карамельной массе, цвет, растекаемость карамельной массы. Качество карамели с начинкой оценивается также соотношением карамельной массы и начинки.

2.2 Порядок выполнения работы

2.2.1 Цель работы: приобретение навыков и углубление знаний в области технологии приготовления карамельной массы и карамели с использованием различных антикристаллизаторов; изучение существующих технологических схем производства карамели, исследование их влияния на физико — химические показатели качества карамели, оценка качества продукции и соответствие ее требованиям нормативной документации.

2.2.2 Задачи работы:

Приготовить образцы карамельной массы по заданным рецептуре и технологическим параметрам.

Оценить органолептические и физико-химические характеристики качества карамели, такие как массовая доля сухих и редуцирующих веществ, оптическая плотность и активная кислотность.

Сделать выводы о влиянии физико-химических показателей на качество карамели и соответствии карамели требованиям ГОСТ 6478 – 88.

Приготовление карамельной массы выполняется согласно рецептуре и технологическим параметрам, указанным в таблице 5.

Взвешивают необходимое по рецептуре количество компонентов. Растворяют 100 г сахара-песка в 25─30 см 3 воды при нагревании до температуры 95 ─ 100 °С. В сахарный раствор после полного растворения сахара добавляют подогретую до температуры 45 °С патоку или необходимое количество инвертного сиропа. В процессе уваривания полученного сахаропаточного или сахароинвертного сиропа производят отбор проб в интервале температур 130 ─135 °С.

Горячую карамельную массу, так чтобы получился круг, вылить на мраморную плиту, предварительно смазанную растительным маслом во избежание прилипания. Замерить по линейке взаимно перпендикулярные диаметры полученного круга для определения коэффициента растекаемости. Затем вводят вкусовые и красящие вещества, охлаждаю массу без перемешивания до 90 °С. При дальнейшем охлаждении карамельной массы до температуры 60 -70 °С, формуют ее в виде жгутов и разрезают на отдельные изделия.

2.3 Методы исследования

2.3.1 Органолептическая оценка. При органолептической оценке карамели определяют вкус, аромат, цвет, вид поверхности и форму на основании требований, предусмотренных нормативной документацией.

Вкус и аромат явно выражены и соответствуют ожидаемым характеристикам без посторонних примесей. Цвет — типичный для данного вида карамели. Поверхность изделия должна быть сухой и ровной, без трещин, включений или заусенцев. Форма должна быть правильной, полностью соответствующей этому варианту изделий; монпансье должно быть аккуратно отформовано.

Следует сравнить органолептические показатели качества карамели, приготовленной с использованием различных антикристаллизаторов.

2.3.2 Коэффициент текучести карамельной массы. Это косвенный показатель ее вязкости, который зависит от состава карамели. Вязкость влияет на устойчивость массы к засахариванию и на технологические процессы ее обработки. Карамельная патока, особенно с низким содержанием сахара, благодаря высокому содержанию декстринов, обеспечивает значительную вязкость своей массы, которая, в свою очередь, при использовании инвертного сиропа с одинаковым уровнем влажности отличается меньшей вязкостью и большей растекаемостью.

Растекаемость карамельной массы характеризуется коэффициентом растекания, который рассчитывают по формуле:

где К — коэффициент растечения, см²/г;

S — площадь, занимаемая пластом карамельной массы (площадь круга), вылитой на плиту при температуре 108 °С, см 2 ;

р — масса порции карамельной массы, г.

Для подсчета величины растекаемости карамельной массы определяют диаметр как среднее значение двух взаимно перпендикулярных диаметров, рассчитывают площадь круга и массу порции отлитой на плиту карамельной массы. Для качественной карамельной массы на патоке коэффициент растекания равен 1,35; для массы, содержащей 20 % инвертного сиропа, — 1,60. С целью увеличения вязкости карамельной массы на инвертном сиропе снижают ее влажность.

Определение влажности с использованием рефрактометрического метода должно проводиться согласно описанию в пункте 1.3.1.

Показатель содержания сухих веществ сиропа ориентировочно можно контролировать непосредственно в процессе варки по температуре его кипения, которая представлена в таблице 1. Температуру кипения карамельного сиропа определяем как средневзвешенную величину их температуры кипения сиропов и патоки, указанных в таблице 1 и по формуле 1.

Например, температура кипения карамельного сиропа (°С), рассчитанная по формуле 1, с использованием рецепта: 40 кг патоки на 100 кг сахара, при массовой доле сухих веществ в сиропе 85% и патоке 80%, если предположить, что массовая доля сухих веществ сахара составляет 100%, составит:

Т = =112,0 0 С

Полученные данные заносятся в таблицу 6.

Таблица 6 ― Физико -химические показатели качества карамельной

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные стадии и параметры технологического процесса производства карамели.

2. Опишите химический состав патоки, используемой для производства карамели.

3. Какие изменения сахарозы происходят при термической обработке?

4. Органолептические и физико-химические параметры качества карамельной массы и готовой карамели в соответствии с нормативными документами.

5. Каковы методы определения массовой доли сухих и редуцирующих веществ в карамели? В чем сущность методов?

Учитывая, что инверсия сахарозы при приготовлении инвертированного сахарного сиропа по технологической инструкции, утвержденной Упрпиво Минпищепрома СССР 30.03.81, происходит на 45-55%, а инверсия сахарозы при приготовлении сиропов на соках и винах горячим и полугорячим способами зависит от кислотности сока, буферных веществ сока и других факторов, в результате чего она может происходить на 25-40%, расход сахара следует пересчитать по фактическому накоплению инвертного сахара.

Измерения инвертного сахара

Инвертный сахарный сироп, или просто инвертный сахар, представляет собой смесь глюкозы и фруктозы, образованную в результате расщепления сахарозы на две части. В целом, инвертный сахар с точки зрения вкуса намного слаще, чем сахароза, поэтому его активно используют в кондитерской промышленности.

Самый простой способ получить инвертный сахар – это добавить воду, лимонную кислоту и поставить кипятиться при температуре приблизительно 114°С. Соотношение сахарозы, воды и лимонной кислоты чаще всего составляет 100%:50%:0,1%. В качестве окислителя также может использоваться винная кислота (гидротартрат калия) или лимонный сок. Соотношения воды и сахарозы могут изменяться, что приведёт к получению более жидкого или густого инвертного сиропа.

Инвертный сахар обладает множеством преимуществ по сравнению с обычным сахаром: во-первых, его сладость, во-вторых, длительный срок хранения, который обычно составляет полгода, и, в-третьих, инвертный сахар дольше сохраняет жидкое состояние, удерживая влагу и медленно кристаллизуясь. Даже в кристаллизованном состоянии его можно легко восстановить в жидкую форму путем нагрева.

Само слово “инвертный” произошло из-за того, что концентрацию инвертного сахара принято измерять поляриметром. Проходя через раствор чистой сахарозы, поляризованный свет вращается в правую сторону. При переходе сахарозы в инвертный сахар (разложении на глюкозу и фруктозу) значение оптического вращения начинает уменьшаться, а затем переходит в отрицательную область.

По завершении процесса инверсии оптическое вращение изменяется с положительного (по часовой стрелке) на отрицательное (против часовой стрелки). Этот эффект стал причиной его наименования “инвертный”. В нашем ресурсе Вы можете ознакомиться с материалами о поляриметрии и использовании поляриметров в промышленности.

Давайте рассмотрим на примере. Чистая сахароза имеет вращение +66.5°, вода вращения не имеет. При инверсии сахароза раскладывается на глюкозу (+52.7°) и фруктозу (-92.0°). То есть оптическое вращение +66.5° переходит в -19.65° (половина сумма оптических вращений глюкозы и фруктозы).

Согласно предоставленному примеру, с помощью поляриметра можно без труда различить сахарозу и инвертный сахар, а также установить степень готовности инвертного сиропа в процессе инверсии (оптическое вращение будет меняться с положительного на отрицательное).

Компания ATAGO производит не только полноразмерные лабораторные поляриметры, но и компактную модель рефрактополяриметра RePo, которая позволяет определить оптическое вращение и, соответственно, концентрацию инвертного сахара, не отходя от рабочего места. Прибор прогрудаирован шкалами оптического вращения в ° и концентрации инвертного сахара в %. Дополнительного данный рефрактополяриметр позволяет измерить сухие вещества по шкале Brix. Незаменимая вещь для экспресс-измерений.

Рекомендуется в лаборатории использовать модель SAC-i, являющуюся самой современной в линейке поляриметров ATAGO. Это полноценный автоматический прибор с высокими техническими характеристиками.

Для выносливости сахароза эффективнее глюкозы

Выясняется, что ложка сахара может помочь предотвратить усталость у марафонцев и других спортсменов, занимающихся выносливостью, когда они сосредоточены на максимальных нагрузках.

В своем новом исследовании, опубликованном в ведущем международном журнале American Journal of Physiology — Endocrinology Metabolism исследователи из Медицинского университета Бата оценили влияние физических упражнений на выносливость на уровень гликогена в печени (запасы углеводов в организме) и изучили способы предотвращения усталости.

В ходе испытаний различных напитков на основе сахарозы и глюкозы ученые стремились выяснить, насколько эффективны разные углеводные источники. Их исследование, проведенное с участием длинных дистанционных велосипедистов, показало, что употребление углеводов в виде глюкозы или сахарозы помогает предотвратить истощение запасов гликогена в печени, что может снизить уровень усталости.

Как сахароза в виде столового сахара, так и глюкоза являются важными углеводами, которые часто называют «простыми сахарами». Основное различие между ними состоит в том, что каждая молекула сахарозы состоит из одной молекулы глюкозы и фруктозы. Похоже, что сочетание различных источников сахаров повышает скорость их всасывания из кишечника.

Запасы углеводов в нашей печени жизненно важны во время выполнения физических упражнений на выносливость, помогая нам поддерживать стабильный уровень сахара в крови. Однако, в то время как у нас есть относительно хорошее понимание изменений запасов углеводов в мышцах во время упражнений и питания, мы очень мало знаем об оптимизации запасов углеводов в печени во время и после тренировки.

Наше исследование продемонстрировало, что потребление углеводов во время физической активности может остановить истощение запасов углеводов не только в мышцах, но и в печени. Это может объяснять, почему углеводы увеличивают выносливость.

Мы также обнаружили, что физические упражнения переносятся легче, и велосипедисты испытывают меньше дискомфорта в кишечнике при потреблении сахарозы по сравнению с глюкозой. Следовательно, если вашей целью является максимизация углеводных запасов, сахароза, вероятно, более эффективный источник углеводов, чем глюкоза.

Выводы:

Таким образом, если вы хотите повысить свою эффективность во время тренировок продолжительностью более двух с половиной часов, исследователи рекомендуют употреблять до 90 г сахара в час, растворенного в пропорции 8 г сахара на 100 мл воды.

Опыт других людей

Анна, 28 лет, спортивная диетолог. «В своей практике я часто сталкиваюсь с вопросами о питательных веществах для спортсменов. Особенно интересует меня использование инвертного сахара, так как он легко усваивается и дает быстрый приток энергии. Неоднократно наблюдала, как наши атлеты, употребляя гели с инвертным сахаром в процессе соревнований, улучшали свои результаты в выносливых видах спорта. Например, на последних марафонских соревнованиях наши бегуны использовали такую продукцию, и это помогло им поддерживать высокий уровень энергии на протяжении всей дистанции.»

Дмитрий, 32 года, бегун-любитель. «Я долго искал оптимальные источники энергии для своих длинных тренировок и забегов. Решил попробовать инвертный сахар и был приятно удивлён. Например, во время марафона я использовал гели с инвертным сахаром и заметил, как моё самочувствие стало лучше, особенно на последних километрах. Теперь рекомендую этот продукт своим друзьям, так как он действительно помогает быстрее восстанавливаться и поддерживать нужный уровень энергии.»

Елена, 25 лет, фитнес-инструктор. «В своей тренировочной программе я внедряю различные диетические рекомендации, включая инвертный сахар. Многие из моих клиентов в процессе тренировок замечают, что им становится легче восстанавливаться после интенсивных нагрузок. Я часто добавляю инвертный сахар в протеиновые коктейли после тренировок, так как это позволяет быстрее восстановить запасы гликогена. Однажды одна из моих клиенток провела эксперимент с инвертным сахаром, и её результаты по улучшению выносливости после тренировок стали намного лучше.»

Вопросы по теме

Как инвертный сахар улучшает восстановление после физических нагрузок?

Инвертный сахар, состоящий из равных долей глюкозы и фруктозы, обладает высокой степень усвоения, что позволяет быстро пополнять запасы энергии после интенсивных тренировок или соревнований. Он способствует быстрому восстановлению мышечного гликогена, что особенно важно для спортсменов, работающих на выносливость. Кроме того, инвертный сахар помогает улучшить уровень гидратации, так как он способен удерживать воду в организме, что делает его идеальным дополнением к восстановительным напиткам.

Может ли инвертный сахар вызывать какие-либо побочные эффекты в спортивной медицине?

Хотя инвертный сахар является безопасным источником энергии для большинства людей, его чрезмерное потребление может привести к негативным последствиям, таким как увеличение массы тела из-за калорийности и возможные проблемы с обменом веществ. Также важно учитывать индивидуальную непереносимость или аллергию на фруктозу, которая может возникать у некоторых людей. В целом, гармоничное использование инвертного сахара в рамках сбалансированной диеты редко вызывает проблемы.

Каков оптимальный способ употребления инвертного сахара для спортсменов?

Оптимальный способ употребления инвертного сахара зависит от типа физической нагрузки и временной рамки тренировки. Спортсменам рекомендуется потреблять инвертный сахар за 30-60 минут до тренировки, чтобы обеспечить необходимый уровень энергии. Во время длительных нагрузок, таких как марафон, можно добавлять его в напитки или гели через каждые 30 минут. После тренировки употребление инвертного сахара вместе с протеином и электролитами поможет быстрее восстановить силы и запасы гликогена.