Влияние технологических факторов на растворимость и кристаллизацию сахара. Качество карамели и сиропа, свойства помады

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РАСТВОРИМОСТЬ САХАРОЗЫ

1.1 Теоретическая часть

сахар сироп карамель помада

Сахараза хорошо растворима в воде, а с увеличением температуры растворимость ее быстро увеличивается (зависимость линейная), т.е. с повышением температуры растворимость ее увеличивается.

Сахароза обладает свойствами образовывать насыщенные растворы, т.е. растворы, находящиеся в равновесии с избытком растворимого вещества при заданной температуре.

Растворимость веществ в чистом растворителе при определенной температуре зависит от размера частиц, так как от этого зависит продолжительность растворения сахаров в смеси, расход тепла и т.д.

Взаиморастворимость это одно из важнейших свойств, т.к. от нее зависит концентрация сиропов, температура их кипения, кристаллов сахарозы в перенасыщенных растворах.

Основным показателем растворимости сахарозы в многокомпонентных растворах является коэффициент насыщенности(Ь). Это отношение коэффициента растворимости (Н), в данном растворе, к коэффициенту растворимости (Н₀) сахарозы в чистой воде при данной температуре:

б=Н/ Н₀

б-показывает во сколько раз больше или меньше сахароза растворима в данном исследуемом растворе, чем в чистой воде.

Взаиморастворимость очень важна, установлено, что в присутствии патоки, глюкозы, фруктозы, мальтозы, растворимость сахарозы уменьшается. Т.к. температура плавления вышеназванного вещества меньше чем у сахарозы. Инвертный сироп так же понижает растворимость сахарозы (глюкозы и фруктозы).

Декстрины входящие в состав патоки резко понижают растворимость сахарозы, даже при незначительных количествах, вот поэтому патоку всегда подогревают, чтобы снизить вязкость и влияние декстринов. Можно добавить, чем ниже содержание растворимых веществ в патоке, тем больше оно понижает растворимость сахарозы, из-за высокого содержания декстринов (tплавленого сахара - 180 -188 ⁰С, t плавленой глюкозы -148 ⁰С, t плавленой фруктозы-104 ⁰С).

Но сахароза так же влияет на растворимость других сахаров:

сахароза-фруктоза - растворимость повышается до 7,3 г на 1г воды;

сахароза - фруктоза - глюкоза - растворимость повыш до 8,8г на 1г воды.

Повышение концентрации сахаров до 9г на 1г воды невозможна.

1.2 Порядок выполнения работы

1.2.1 Цель работы

Выявить зависимость растворимости сахара от температуры, размера кристаллов сахара, присутствия различных сырьевых компонентов и природы растворителя.

1.2.2 Задачи работы

1. Исследовать скорость растворения сахара в зависимости от температуры в интервале от 10 до 90⁰С с шагом 10⁰С.

2. Исследовать скорость растворения сахара в зависимости от размера частиц сахара песка при температуре 20⁰С.

3. Исследовать скорость растворения сахара в зависимости от присутствия других сахаров (глюкозы, фруктозы, меда и патоки) при температуре 40-45 ⁰С.

4. Исследовать скорость растворения сахара в зависимости от природы растворителя: вода, молоко, яичный белок, яблочное пюре при температуре 20⁰С.

5. Сделать вывод о влияние технологических факторов на растворимость сахарозы по результатам анализа экспериментальных данных установить рациональные параметры растворения сахара.

6. По результатам анализа экспериментальных данных, графических зависимостей сделать вывод о влияние технологических факторов на растворимость сахарозы и установить рациональные параметры растворения сахара песка.

1.3 Методы исследования

1.3.1 Определение оптической плотности

Для этого 20 г раствора наливают в кювету толщиной 10 мм и определяют оптическую плотность на ФЭК при светофильтре с длинной волны 430 нм. Показатель оптической плотности используют для расчета цветности (К, ед. цветности), рассчитывают по формуле:

где D - оптическая плотность раствора;

с - концентрация раствора, в процентах (концентрация раствора расчитывается по формуле 1:

с = СВ_сиропа·20/120,

d - толщина кюветы, мм.

1.3.2 Определение времени растворения

Для этого сахар песок в количестве 20 г помещают в химический стакан на 50 мл и при заданных вариантом условиях постоянно перемешивая, полностью растворяют. Растворение считается законченным, если в стакане не остается кристалликов сахара песка пери проекции на осветительный прибор.

Результаты исследований представляют в виде таблицы 1 и строят графические зависимости изменения скорости растворения и цветности раствора от технологических факторов и по ним делают вывод по изменению этих показателей во времени в зависимости от состава и соотношения компонентов в рецептурной смеси и температуры растворения. Полученные результаты исследований сводят в таблицу 1.

Показатели	Вариант
	Сахар : вода
	Температура, 0С
	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Цветность раствора
Время растворения, мин
Размер частиц, мкм
Показатели	150	200	250
Цветность раствора
Время растворения, мин
Сахара другой природы
Показатели	Глюкоза	Фруктоза	Мед	Потока
Цветность раствора
Время растворения, мин
Тип растворителя
Показатели	Вода	Молоко	Яичный белок	Яблочное пюре
Цветность раствора
Время растворения, мин

Вопросы для самопроверки

1. Растворимость сахарозы, гидратация в растворах сахаров.

2. Влияние других веществ на растворимость сахарозы.

3. Химические взаимопревращения в растворах сахаров.

4. Коэффициент насыщения, его изменение в многокомпонентных растворах.

5. Перенасыщенные растворов сахаров, их свойства и влияние различных факторов на величину предельного перенасыщения.

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА СИРОПОВ В ЗАВИСИМОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

2.1 Теоретическая часть

Приготовление кондитерских масс сопряжено с воздействием высоких температур и очень важно знать, как поведут себя жиры, углеводы, белки, при воздействии на них высоких температур. При тепловой обработки сырье и его компоненты могут либо ухудшать, либо улучшать качество готовой продукции. Основные химические превращения в сырье кондитерского производства катализируются ионами Н⁺ и ОН^-

Различные сахара имеют различную температуру плавления, и поэтому имеют различную интенсивность цветности, количества растворенных веществ, степень гигроскопичности.

В расплавленном состоянии гигроскопичность сахарозы и глюкозы резко увеличивается. Мальтоза увеличивается не значительно, а гигроскопичность фруктозы уменьшается.

С изменением гигроскопичности происходит нарастание цветности и редуцирующих веществ. Так цветность сахарозы, глюкозы и фруктозы меняется, в зависимости от интенсивности воздействия температуры и в расплавленном состоянии резко увеличивается, а у глюкозы - цветность изменяется не значительно (при использовании высокоосахаренной патоки изделия получаются светлыми).

В процессе нагревания происходит увеличение восстанавливающей функции сахарозы, за счет отщепления молекулы воды и образования ангидридов. Глюкоза и мальтоза восстановительные функции изменяют незначительно, а у фруктозы они уменьшаются.

Разложение сахарозы происходит под действием гидролиза, в котором ионы водорода, выступают в качестве катализатора, и более интенсивный процесс распада происходит в водных растворах. Разложение водных растворов сахаров происходит по схеме автокаталитических реакций и в несколько этапов.

Первый этап: при гидролизе сахарозы образуется лишь глюкоза и фруктоза;

Второй этап: за счет разложения моносахаров, появляются продукты конденсации, которые являются катализаторами реакций, за счет увеличения скорости реакции и снижения рН среды.

Третий этап: характеризуется замедлением реакции, т.к. концентрация сахарозы уменьшается.

Разложение глюкозы и фруктозы начинается с отщепления молекул воды от двух гидроксилов сахарозы и образуются ангидриды сахаров или гликозаны - они обладают повышенной реакционной способностью и реагируют в двух направлениях, т.е. дальнейшая ангридизация с образованием продуктов глубокого разложения или участвовать в риверсии, т.е. соединяются сами ангидрыды.

Эти два процесса проходят одновременно, но с разной скоростью, которая зависит от концентрации, рН-среды, t раствора, времени и строения ангидридов. С повышением t и снижения рН среды разбавленных растворов сахаров, реакция смещается в сторону образования продуктов глубокого разложения. И при отщеплении от гексоз трех молекул воды, образуется производная фурана - оксиметилфурфурол - гетероциклический альдегид. Второй от пентозы образует фурфурол, вместе они могут распадаться на более простые вещества - муравьиную кислоту, левулиновую кислоту, а соединяясь между собой - красящие и гуминовые вещества.

В кислой среде распад сахарозы катализируется протоном (ион - Н)

В щелочной среде ионами гидроксила.

С повышением температуры на каждые 10 ⁰С, скорость реакции разложения увеличивается в 2-3 раза. При увеличении кислотности, увеличивается скорость разложения на каждую единицу рН в 10 раз, а при увеличении щелочности на каждую единицу рН, скорость увеличивается в 3,7 раза.

Моносахара обладают свойствами муторатации, которая наиболее эффективна в щелочной среде (ионы гидроксила), чем в кислой среде (ионы Н+). Вот почему надо стремиться создать условия для приготовления сиропов - среда либо нейтральная либо щелочная, так как в щелочной среде при повышенной температуре будет происходить процесс муторатации, а не разложения моносахаридов в кислой среде (переход L-Д глюкозы в в -Д глюкозу)

А скорость разложения глюкозы и фруктозы от рН среды, температуры.

В сильнощелочной среде устойчивость моносахаридов резко снижается и происходит их разложение с образованием альдегидов, пировиноградной и молочной кислот.

С повышением температуры растворов рН уменьшается, а скорость разложения моносахаридов резко возрастает (причем скорость разложения фруктозы выше, скорости разложения глюкозы). С увеличением протонов происходит дегидратация и образуются ОМФ затем красящие вещества. А с увеличением гидроксила происходит разложение с образованием молочной, уксусной и др. кислот.

Цветность сахарных растворов находится в зависимости от температуры и времени воздействия.

Красящие вещества не только ухудшают вкусовые качества продукта, но и затрудняют технологическую обработку кондитерских масс (повышается гигроскопичность, а следовательно затрудняется формование).

2.2 Порядок выполнения работы

2.2.1 Цель работы

Исследовать физико-химические изменения качества сиропов в зависимости технологических факторов их производства

2.2.2 Задачи работы

1. Приготовить образцы сахарно-паточного при различных рецептурах и технологических параметрах (табл. 2).

2. Определить степень изменения массовой доли сухих и редуцирующих веществ, активной кислотности и цветности сиропа в процессе уваривания.

3. Сделать вывод о влиянии технологических параметров на физико-химические изменения сахарно-паточного сиропа; по результатам анализа экспериментальных данных установить рациональные параметры уваривания сиропа.

4. По результатам анализа экспериментальных данных, графических зависимостей сделать вывод о влиянии технологических параметров на физико-химические показатели качества сахарно-паточного сиропа и установить рациональные параметры уваривания сиропов.

1. Приготовление сахарно-паточного сиропа. В металлическую миску засыпают 100 г сахара, заливают 20 Ї 30 см³ водопроводной воды (температура 90 ^оС), растворяют при нагревании и постоянном перемешивании, следят, что бы на стенках сосуда не оставались кристаллики сахара (при необходимости снять их мокрой тряпочкой). После полного растворения сахара вводят патоку, предварительно подогретую до температуры 45-50 ^оС или инвертный сироп по варианту, заданному преподавателем (таблица 2). В процессе уваривания из полученного сахаропаточного сиропа производят отбор проб в интервале температур, указанном в таблице 2, при этом засекают время достижения указанной температуры. Отбирают первый образец, охлаждают до 20 °С и определяют в нем массовую долю сухих веществ (по рефрактометру), редуцирующих веществ фелинговым методом, активную кислотность, оптическую плотность.

Таблица 2. - Параметры приготовления и исследования карамельного сиропа

Вариант выполнения работы	Соотношение массовой доли	Температура нагревания проб сиропа, 0С
	Сахара и патоки	рН-среды	1-й	2-й	3-й	4-й
1	2		4	5	6	7
1	100:50	7,0	100	110	120	130
2	100:40	7,0	100	110	120	130
3	100:50	5,5	100	110	120	130
4	100:50	8,5	100	110	120	130

2.3 Методы исследования

2.3.1 Определение влажности рефрактометрическим методом

Для приготовления 50%-ного раствора взвесить на технохимических весах 5 г сиропа в бюксе с палочкой и крышкой или стаканчике, добавить 5 г дистиллированной воды, растворить навеску при подогревании на водяной бане (температура не выше 70 °С). После охлаждения раствора бюксу взвесить и добавить необходимое количество воды (пока раствор не будет весить 10 г). После этого каплю раствора, нанести стеклянной палочкой на призму рефрактометра и по шкале определить в процентах содержание сухих веществ в растворе. Призму рефрактометра предварительно выдержать при температуре 20 °С.

Массовую долю сухих веществ в сиропе (без учета поправок на температуру, углеводы патоки и инвертного сиропа) рассчитать по формуле:

Х = nb/g,

где n - показания процентной шкалы рефрактометра при температуре 20 °C;

b - масса раствора навески;

g - навеска карамели, г.

Коэффициент преломления растворов веществ зависит от температуры, поэтому в случае отклонения температуры раствора от 20 °C необходимо ввести температурную поправку, определив ее по таблице 3. При температуре выше 20 °С величину поправки следует прибавить, а при температуре ниже 20 °С вычесть из найденного количества СВ.

Таблица 3 - Температурные поправки, рассчитанные на 20 °С

Температура, °С	Количество сухих веществ, в процентах
	30	40	50	60	70	75
От процента сухих веществ отнять
15	0,35	0,37	0,38	0,39	0,40	0,41
16	0,28	0,30	0,30	0,31	0,31	0,32
17	0,21	0,22	0,23	0,24	0,24	0,24
18	0,14	0,15	0,15	0,16	0,16	0,16
19	0,07	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
К проценту сухих веществ прибавить
21	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
22	0,15	0,15	0,16	0,16	0,16	0,16
23	0,23	0,23	0,24	0,24	0,24	0,24
24	0,31	0,31	0,31	0,32	0,32	0,32
25	0,39	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40
26	0,47	0,48	0,48	0,48	0,48	0,48
27	0,55	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56
28	0,63	0,64	0,64	0,64	0,64	0,64
29	0,72	0,73	0,73	0,73	0,73	0,73
30	0,80	0,81	0,81	0,81	0,81	0,81

2.3.2 Определение оптической плотности

Для этого 20 г сиропа разводят в 100 см³ дистиллированной воды. Раствор наливают в кювету толщиной 10 мм и определяют оптическую плотность на ФЭК при светофильтре с длинной волны 430 нм. Показатель оптической плотности используют для расчета цветности (К, ед. цветности), рассчитывают по формуле:

где D - оптическая плотность раствора;

с - концентрация раствора, в процентах (концентрация раствора расчитывается по формуле 1:

с = СВ_сиропа·20/120,

d - толщина кюветы, мм.

2.3.3 Определение редуцирующих веществ

Ряд методов определения редуцирующих сахаров основан на применении щелочного раствора меди, который получается при взаимодействии щелочного раствора сегнетовой соли с сульфатом меди (медным купоросом). Например фелинговый метод (метод горячего титрования).

Раствор сульфата меди носит название Фелинг I, щелочной раствор сегнетовой соли -- Фелинг II.

В первый момент при смешивании щелочного раствора сегнетовой соли и медного купороса образуется голубой осадок гидроксида меди.

CuSO₄+ 2NaOН =Сu (ОН)₂ + Na ₂SO₄.

При взаимодействии Сu(ОН)₂ с сегнетовой солью осадок растворяется, образуется медный комплекс, и раствор окрашивается в густой синий цвет.

Редуцирующие сахара, воздействуя на образовавшийся медный комплекс, восстанавливают медь до закиси.

При количественном определении редуцирующих сахаров пользуются таблицами, составленными на основании экспериментальных данных при определенных условиях опыта, которые необходимо соблюдать. При изменении длительности нагревания или степени щелочности раствора получаются неверные результаты. При определении общего сахара предварительно проводят инверсию сахарозы.

Методов количественного определения редуцирующих веществ и общего сахара с применением щелочных растворов меди довольно много: йодометрический, перманганатный, феррицианидный, фотоколориметрический (с использованием фотоэлектроколориметра ФЭК-56 или ФЭК-М), поляриметрический, фелинговый и биологический. Некоторые из них основаны на определении содержания сахара по количеству выделившейся закиси меди (йодометрический), другие -- по количеству израсходованного инвертного сахара на восстановление точно отмеренного объема щелочного раствора меди (методы Соксле, Лейна, Эйнона).

1. Определение содержания редуцирующих веществ методом титрования щелочного раствора меди раствором инвертного сиропа.

Метод предложен Лейном и Эйноном. В качестве индикатора в конце реакции используют метиленовый синий. Редуцирующий сахар придает темно-синюю окраску фелинговой жидкости. При нагревании инвертный сахар вступает в реакцию с фелинговой жидкостью, постепенно обесцвечивает ее с выделением закиси меди ярко-красного цвета. Окраска закиси меди затрудняет установление конца реакции, поэтому используют метиленовый синий. Инвертный сахар после восстановления фелинговой жидкости восстанавливает метиленовый синий до образования бесцветного лейкосоединения и обесцвечивания раствора.

Для приготовления стандартного раствора инвертного сахара навеску химически чистой сахарозы или сахара-рафинада, выдержанных в эксикаторе в течение трех суток, в количестве 1,9 г растворяют в воде, переносят в мерную колбу на 200 мл. Количество воды, затраченное на растворение и перенесение навески, должно быть около 100 мл.

К раствору прибавляют 7-8 мл концентрированной соляной кислоты (плотн. 1,19). Погрузив термометр в колбу, ставят ее на водяную баню, нагретую приблизительно до 80 °С. В течение двух или трех мин температуру жидкости доводят до 67-70 °С и при этой температуре выдерживают раствор ровно пять мин, после чего содержимое колбы немедленно охлаждают под струей холодной воды до комнатной температуры и нейтрализуют раствором щелочи (25--30%-ной концентрации), прибавив от одной до двух каплей метилового оранжевого (зона перехода окраски рН - 3,1-4,4). После этого раствор в колбе разбавляют водой до метки и взбалтывают. В одном мл приготовленного стандартного раствора содержится 0,01 г инвертного сахара.

При установлении титра фелинговой жидкости (контрольное титрование - количество редуцирующих веществ в стандартном растворе) в коническую колбу на 100-200 см³ отмеривают пипетками по 10 см³ жидкости Фелинг I и Фелинг II, прибавляют пипеткой 10 см³ воды, нагревают до кипения, кипятят ровно одну мин. Не прерывая кипячения, вносят три капли метиленового синего и титруют тем же раствором инвертного сахара до исчезновения синей окраски и появления красного осадка. Величину навески сиропа g определить по формуле:

g=aV*100/p,

где а -- допустимое содержание определяемого сахара в 100 мл приготовленного раствора (0,032), г;

V -- объем мерной колбы, взятой для приготовления раствора навески, мл (если навеску необходимо растворить);

р -- предполагаемое содержание редуцирующих веществ в исследуемом продукте, в процентах (в карамельном сиропе 12-14 %).

В коническую колбу на 100-150 мл пипетками отмеривают по 10 см³ жидкости Фелинг I, Фелинг II, дистиллированной воды и расчетное количество сиропа (взвешенного на фильтровальной бумаге).

Если сироп имеет водонерастворимые вещества (белки и жиры), то перед проведением опыта навеску подвергают растворению дистиллированной водой в мерной колбе на 100 см³: колбу заполняют наполовину водой, вводят навеску и помещают на водяную баню, температура которой не выше 60 ^оС. При этой температуре, периодически взбалтывая, выдерживают в течение 15 мин. Охладив раствор до комнатной температуры, осаждают несахара раствором ZnSO₄·7H₂О, взятого в количестве 10 см³, тщательно взбалтывают и вводят 10 см³ гидроксида натрия или калия. Осветлив жидкость, объем мерной колбы доводят до метки, взбалтывают и через две мин отфильтровывают. Для определения редуцирующих веществ берут 10 см³ приготовленного раствора, но из метода, описанного выше, исключают 10 см³ воды.

Коническую колбу с исследуемым раствором нагревают при взбалтывании до кипения, кипятят одну мин (время отмечают по песочным часам). Не прерывая кипячения, прибавляют три капли метиленового синего и дотитровывают из бюретки стандартным раствором инвертного сахара до исчезновения синего окрашивания и выпадения красного осадка.

Количество редуцирующих веществ X (в %) определить по формуле:

где n - объем стандартного раствора инвертного сахара, затраченный на 20 мл щелочного раствора меди, см³;

m - количество стандартного раствора инвертного сахара, затраченного при дотитровывании, см³;

g - навеска продукта, г.

2.3.4 Определение активной кислотности потенциометрическим методом

Метод основан на измерении концентрации водородных ионов в испытуемом растворе.

5 г исследуемого продукта смешивают в стакане с 50 см³ дистиллированной воды, ускоряя, если требуется, растворение нагреванием до температуры не выше 70 ^оС, охлаждают до температуры (20 ± 2) ⁰С.

Электроды потенциометра погружают в исследуемый раствор и, не обращая внимания на осадок, после того, как показания прибора примут установившиеся значение, отсчитывают величину рН по шкале прибора. Результаты исследований представляют в виде таблицы 4 и строят графические зависимости изменения массовой доли сухих веществ, редуцирующих веществ, активной кислотности и цветности сиропов от продолжительности температурного воздействия; по ним делают вывод по изменению этих показателей во времени в зависимости от состава и соотношения компонентов в рецептурной смеси и температуры уваривания. Полученные результаты исследований сводят в таблицу 4.

Таблица 4. - Результаты исследований

Показатели	Вариант	Продолжительность нагревания, мин.
		0	15	30	45
Массовая доля, в процентах сухих веществ
Массовая доля, %в процентах редуцирующих веществ
Активная кислотность, ед. прибора
Цветность раствора

Вопросы для самопроверки

Гидролиз сахарозы в зависимости от концентрации ионов водорода, гидроксила и температуры.

Какие изменения происходят с сахарозой при термическом воздействии?

Химические изменения при нагревании сахаро-паточных, сахаро-инвертных и сахаро-молочных сиропов.?

Какими методами можно определить изменения, происходящие в сахаропаточных сиропах при нагревании?

Назовите технологические параметры, при которых происходит

уваривание сахаропаточных и сахароинвертных сиропов?

Какими методами можно определить массовую долю сухих и редуцирующих веществ в объектах кондитерского производства?

3. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРОВ

3.1 Теоретическая часть

В кондитерском производстве работают с перенасыщенными растворами, т.к. такие растворы не устойчивы, то очень важно знать, при каких условиях они переходят из неравновесного состояния в равновесное, которое сопровождается кристаллизацией избытка растворенного вещества. Нужно добиться метастабильной области - т.е. области перенасыщений, в которой не происходит спонтанной кристаллизации- это: а) концентрация коэффициента перенасыщения - б=1,0 - 1,3 количество растворенного вещества относительно количеству растворенного вещества в насыщенном растворе.

Но это при условии чистого раствора, но при воздействии активных примесей - минеральные вещества, органические пыли. Чем крупнее активная частица и кристаллическая решетка, как у сахарозы, происходит кристаллизация. Но при добавлении к сахарозе растворимых веществ, метастабильная зона увеличивается.

На устойчивость перенасыщенных растворов влияет температура, механическое воздействие, что мы видим на примере производства помадных масс.

Изменение температуры, механического и физического воздействия приводят к уменьшению метастабильной зоны, как следствие к кристаллизации.

В кондитерском производстве процесс кристаллизации проходит в сумме: процесс замораживания кристаллов и их рост протекающей со временем.

Исследованиями установлено, что процесс кристаллизации протекает постепенно, на первом этапе концентрация перенасыщного раствора, даже при механическом воздействии остается постоянной в течении определенного времени - латентного периода ( это когда кристаллизация не происходит). чем меньше латентный период, тем быстрее происходит процесс кристаллизации.

Латентный период зависит от :

1) перенасыщения;

2) вязкости;

3) температуры;

4) массовой доли перемешивания и др.;

1) С увеличением начальной концентрации раствора, при постоянной температуре, растет перенасыщение и скорость кристаллизации примерно пропорционально концентрации раствора. Но образование центральных кристаллов возможно только при определенной концентрации, т.к. если раствор насыщен, т.е. процесс равен процессу кристаллизации зародыша, центр кристаллов не возможен.

2) Влияние температуры на процесс кристаллизации очень важен. В связи с тем, что при увеличении температуры растворимость сахарозы увеличивается, величина коэффициента перенасыщения уменьшается, так при температуре 40 ⁰С - Ь=1,82; при 70 ⁰С Ь=1,3. следовательно, с увеличением температуры, скорость броуновского движения молекул и скорость образования центров кристаллизации увеличивается. А рост готовых кристаллов возможен при любой концентрации, даже не значительной.

Влияние вязкости, которая зависит от Ь, температуры, % несахаров и их состава. При введении в раствор чистой сахарозы растворов других сахаров вязкость увеличивается, но при введении мальтозы или крахмальной патоки, латентный период увеличивается, т.к. на границе зародыша повышается концентрация низкомолекулярных сахаров, и снижается скорость броуновского движения молекул сахарозы. Процесс кристаллизации протекает в два этапа:

1) образование центров кристалла из перенасыщенных растворов;

2) рост образующихся кристаллов;

В перенасыщенных растворах зародыши присоединяются одиночно, или группами молекул, и достигают критических размеров, устойчивости и самостоятельному росту. Образующиеся центры продолжают расти из-за присоединения к решетки новых молекул.

Процесс кристаллизации самопроизвольный, т.к. сопровождается уменьшением свободной энергии системы.

3.2 Порядок выполнения работы

3.2.1 Цель работы

Исследовать технологических факторов на скорость кристаллизации сахаров.

3.2.2 Задачи работы

1. Приготовить образцы сахарного и сахарно-паточного сиропов с массовой долей сухих веществ от 60 до 80% с шагом 10%.

2. Определить скорость кристаллизации сиропов в зависимости от присутствия кристаллического сахара.

3. Определить скорость кристаллизации сиропов в зависимости от длительности перемешивания.

4. Сделать вывод о влиянии технологических параметров на физико-химические изменения кристаллизации сахаров, по результатам анализа экспериментальных данных установить рациональные параметры повышения стойкости сахаров к кристаллизации.

Сиропы готовят, как описано в п.п. 2.2. В подготовленные образцы сиропов вводят сахарный песок в количестве от 10 до 20% к массе сухих веществ с шагом 10%. При температуре 20⁰С перемешивают до кристаллизации сиропа.

3.3 Методы исследования

3.3.1 Определение процесса кристаллизации сиропов

О степени кристаллизации сиропов судят по оптической плотности. Оптическую плотность сиропа определяют по п.п. 1.3.1.

Результаты исследований представляют в виде таблицы 5 и строят графические зависимости скорости кристаллизации сиропа от массовой доли сухих веществ сиропа, количества центров кристаллизации, от продолжительности перемешивания по ним делают вывод по изменению этих показателей во времени.

Таблица 5. - Результаты исследований

Показатели	Сироп сахарный, СВ %	Сироп сахаро-поточный, СВ %
	60	70	80	60	70	80
10% сахара песка
Оптическая плотность
10% сахара песка
Оптическая плотность

Вопросы для самопроверки

1. Механизм процесса кристаллизации сахаров.

2. Теоретические основы образования центров кристаллизации.

3. Диффузионная и физико-химическая теории роста кристаллов сахарозы.

4. Кинетика суммарного процесса кристаллизации.

5. «Факторы» влияющие на кинетику процесса кристаллизации.

6. Факторы, влияющие на скорость кристаллизации сахаров, и при производстве каких кондитерских масс используется это свойство.

4. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО КАРАМЕЛИ

4.1 Теоретическая часть

Карамель - кондитерское изделие, в котором сахар находится в аморфном состоянии. В зависимости от рецептуры и способа приготовления карамель подразделяется на следующие виды: леденцовая; леденцовая с начинками; молочная; мягкая и полутвердая; витаминизированная и лечебная;

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.

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 при изменении рН-среды изменяется незначительно. В связи с этим при производстве карамели необходимо помнить, что чем больше в ее составе глюкозы, редуцирующих веществ и выше влажность, тем выше ее гигроскопичность и адгезионная способность.

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.

Сахароза в карамельной массе (которая является расплавом) с содержанием сухих веществ 96-99 % при температуре 110-140 ^оС находится в перенасыщенном, переохлажденном состоянии, то есть, созданы условия для процесса кристаллизации, движущей силой которого является перенасыщение, а также температура, механическое воздействие, наличие центров кристаллизации и концентрация сухих веществ. Этим и объясняется способность карамельной массы к кристаллизации сахарозы. Таким образом, для того что бы повысить устойчивость карамельной массы к кристаллизации необходимо соблюдать следующие требования к ее качеству: содержание сухих веществ - не ниже 96 %, редуцирующих веществ - не ниже 20 % (лучше если они будут представлены мальтозой и декстринами), температура при охлаждении карамельной массы - 90 ^оС, относительная влажность воздуха - не выше 75 %.

Сущность технологического процесса получения карамельной массы заключается в переводе сахара из твердого кристаллического состояния в аморфное. Для сохранения аморфного состояния сахарозы используют антикристаллизаторы. В качестве антикристаллизатора используют крахмальную патоку (карамельную и карамельную низкоосахаренную) 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.

Действие патоки и инвертного сиропа как антикристаллизаторов объясняется следующим:

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

- увеличением вязкости насыщенных сахаропаточных и сахароинвертных 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 принято следующее соотношение сахара и патоки в рецептуре карамельной массы: на 100 частей сахара - 50 частей патоки. При этом редуцирующих веществ в карамельном сиропе 14-16 %, в неподкисленной карамельной массе -- не более 20 %, в карамельной массе с введением кислоты до 0,6 % -- не более 22 %, с введением кислоты более 0,6 % и при работе на установках безвакуумного уваривания - не более 23 %.

Если патоку частично или полностью заменяют инвертным сиропом, то его добавляют из такого расчета, чтобы в карамельном сиропе было 16 % редуцирующих сахаров (глюкоза, мальтоза, инвертный сахар), а в карамельной массе -- 22 %. Указанное содержание редуцирующих веществ обеспечивает получение карамельной массы аморфной структуры.

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 обусловлена:

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

- ростом гигроскопичности сахарозы при переходе в процессе приготовления карамели из кристаллического в аморфное состояние;

- 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.

При хранении карамели, особенно в условиях повышенной относительной влажности (выше 75 %), наблюдается поглощение влаги из окружающего воздуха. Это сопровождается увлажнением карамели, она становится липкой, мутной и теряет товарный вид. Карамель, приготовленная на патоке, более стойка, нежели карамель, полученная на инвертном сиропе, так как содержит меньше инвертного сахара (глюкозы).

На гигроскопичность карамели, приготовленной на патоке, влияют: углеводный состав сухих веществ, содержание редуцирующих веществ и активная кислотность патоки, в зависимости от которой в процессе приготовления карамельной массы образуется большее или меньшее количество инвертного сахара и других продуктов разложения, обладающих высокой гигроскопичностью. С увеличением содержания редуцирующих веществ в патоке, а особенно глюкозы, повышается гигроскопичность карамели.

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 обусловлен присутствием темноокрашенных продуктов распада сахаров (красящие и гуминовые вещества). Образование их происходит одновременно с образованием гигроскопичных продуктов распада сахара, поэтому цвет карамели является косвенным показателем ее гигроскопичности. Чем темнее цвет, тем выше гигроскопичность карамели.

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.

4.2 Порядок выполнения работы

4.2.1 Цель работы

исследование влияния различных антикристаллизаторов на физико-химические показатели качества карамели.

2.2.2 Задачи работы

Приготовить образцы карамельной массы по заданным рецептуре и технологическим параметрам.

Определить органолептические и физико-химические показатели качества карамели - массовую долю сухих и редуцирующих веществ, оптическую плотность, активную кислотность.

Сделать выводы о влиянии технологических факторов на качество карамели.

Приготовление карамельной массы осуществляется в соответствии с рецептурой и технологическими режимами, приведенными в таблице 6.

Взвешивают необходимое по рецептуре количество компонентов. Растворяют 100 г сахара-песка в 25-30 см³ 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.

Таблица 6. - Параметры приготовления карамельной массы

Наименование	Вариант
параметров	1	2	3	4
Массовая доля патоки, в процентах к сахару по СВ	25	50	50	50
Температура уваривания карамельной массы, °С:	135	135	120	135

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.

4.3 Методы исследования

4.3.1 Органолептическая оценка

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

Вкус и аромат - явно выраженные, соответствующие данному наименованию, без посторонних привкуса и запаха. Цвет - свойственный данной карамели. Поверхность - сухая, без трещин, вкраплений и заусенцев. Форма - правильная, соответствующая данному виду изделий; монпансье должно быть четко отформовано.

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

4.3.2 Коэфициент растекаемости карамельной массы

Является косвенной характеристикой ее вязкости и зависит от рецептуры карамели. Вязкость влияет на стойкость карамельной массы к засахариванию и на технологический процесс ее обработки. Карамельная патока, особенно низкоосахаренная, вследствие высокого содержания декстринов сообщает высокую вязкость карамельной массе, которая, будучи приготовлена на инвертном сиропе, при той же влажности обладает меньшей вязкостью и большей растекаемостью.

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

К = S/p

где К--коэффициент растекания, см²/г;

S -- площадь, занимаемая пластом карамельной массы (площадь круга), вылитой на плиту при температуре 108 °С, см²;

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.

4.3.3 Определение влажности рефрактометрическим методом

Для приготовления 50%-ного раствора взвесить на технохимических весах 5 г сиропа в бюксе с палочкой и крышкой или стаканчике, добавить 5 г дистиллированной воды, растворить навеску при подогревании на водяной бане (температура не выше 70 °С). После охлаждения раствора бюксу взвесить и добавить необходимое количество воды (пока раствор не будет весить 10 г). После этого каплю раствора, нанести стеклянной палочкой на призму рефрактометра и по шкале определить в процентах содержание сухих веществ в растворе. Призму рефрактометра предварительно выдержать при температуре 20 °С.

Массовую долю сухих веществ в сиропе (без учета поправок на температуру, углеводы патоки и инвертного сиропа) рассчитать по формуле :

Х = nb/g

где n - показания процентной шкалы рефрактометра при температуре 20 °C;

b - масса раствора навески;

g - навеска карамели, г.

Коэффициент преломления растворов веществ зависит от температуры, поэтому в случае отклонения температуры раствора от 20 °C необходимо ввести температурную поправку, определив ее по таблице 3. При температуре выше 20 °С величину поправки следует прибавить, а при температуре ниже 20 °С вычесть из найденного количества СВ.

Таблица 7 - Температурные поправки, рассчитанные на 20 °С

Температура, °С	Количество сухих веществ, в процентах
	30	40	50	60	70	75
От процента сухих веществ отнять
15	0,35	0,37	0,38	0,39	0,40	0,41
16	0,28	0,30	0,30	0,31	0,31	0,32
17	0,21	0,22	0,23	0,24	0,24	0,24
18	0,14	0,15	0,15	0,16	0,16	0,16
19	0,07	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
К проценту сухих веществ прибавить
21	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
22	0,15	0,15	0,16	0,16	0,16	0,16
23	0,23	0,23	0,24	0,24	0,24	0,24
24	0,31	0,31	0,31	0,32	0,32	0,32
25	0,39	0,40	0,40	0,40	0,40	0,40
26	0,47	0,48	0,48	0,48	0,48	0,48
27	0,55	0,56	0,56	0,56	0,56	0,56
28	0,63	0,64	0,64	0,64	0,64	0,64
29	0,72	0,73	0,73	0,73	0,73	0,73
30	0,80	0,81	0,81	0,81	0,81	0,81

4.3.4 Определение оптической плотности

Для этого 20 г сиропа разводят в 100 см³ дистиллированной воды. Раствор наливают в кювету толщиной 10 мм и определяют оптическую плотность на ФЭК при светофильтре с длинной волны 430 нм. Показатель оптической плотности используют для расчета цветности (К, ед. цветности), рассчитывают по формуле:

где D - оптическая плотность раствора;

с - концентрация раствора, в процентах (концентрация раствора расчитывается по формуле 1:

с = СВ_сиропа·20/120,

d - толщина кюветы, мм.

4.3.5 Определение редуцирующих веществ

Ряд методов определения редуцирующих сахаров основан на применении щелочного раствора меди, который получается при взаимодействии щелочного раствора сегнетовой соли с сульфатом меди (медным купоросом). Например фелинговый метод (метод горячего титрования).

Раствор сульфата меди носит название Фелинг I, щелочной раствор сегнетовой соли -- Фелинг II.

В первый момент при смешивании щелочного раствора сегнетовой соли и медного купороса образуется голубой осадок гидроксида меди.

CuSO₄+ 2NaOН =Сu (ОН)₂ + Na ₂SO₄.

При взаимодействии Сu(ОН)₂ с сегнетовой солью осадок растворяется, образуется медный комплекс, и раствор окрашивается в густой синий цвет.

Редуцирующие сахара, воздействуя на образовавшийся медный комплекс, восстанавливают медь до закиси.

При количественном определении редуцирующих сахаров пользуются таблицами, составленными на основании экспериментальных данных при определенных условиях опыта, которые необходимо соблюдать. При изменении длительности нагревания или степени щелочности раствора получаются неверные результаты. При определении общего сахара предварительно проводят инверсию сахарозы.

Методов количественного определения редуцирующих веществ и общего сахара с применением щелочных растворов меди довольно много: йодометрический, перманганатный, феррицианидный, фотоколориметрический (с использованием фотоэлектроколориметра ФЭК-56 или ФЭК-М), поляриметрический, фелинговый и биологический. Некоторые из них основаны на определении содержания сахара по количеству выделившейся закиси меди (йодометрический), другие -- по количеству израсходованного инвертного сахара на восстановление точно отмеренного объема щелочного раствора меди (методы Соксле, Лейна, Эйнона).

1. Определение содержания редуцирующих веществ методом титрования щелочного раствора меди раствором инвертного сиропа.

Метод предложен Лейном и Эйноном. В качестве индикатора в конце реакции используют метиленовый синий. Редуцирующий сахар придает темно-синюю окраску фелинговой жидкости. При нагревании инвертный сахар вступает в реакцию с фелинговой жидкостью, постепенно обесцвечивает ее с выделением закиси меди ярко-красного цвета. Окраска закиси меди затрудняет установление конца реакции, поэтому используют метиленовый синий. Инвертный сахар после восстановления фелинговой жидкости восстанавливает метиленовый синий до образования бесцветного лейкосоединения и обесцвечивания раствора.

Для приготовления стандартного раствора инвертного сахара навеску химически чистой сахарозы или сахара-рафинада, выдержанных в эксикаторе в течение трех суток, в количестве 1,9 г растворяют в воде, переносят в мерную колбу на 200 мл. Количество воды, затраченное на растворение и перенесение навески, должно быть около 100 мл.

К раствору прибавляют 7-8 мл концентрированной соляной кислоты (плотн. 1,19). Погрузив термометр в колбу, ставят ее на водяную баню, нагретую приблизительно до 80 °С. В течение двух или трех мин температуру жидкости доводят до 67-70 °С и при этой температуре выдерживают раствор ровно пять мин, после чего содержимое колбы немедленно охлаждают под струей холодной воды до комнатной температуры и нейтрализуют раствором щелочи (25--30%-ной концентрации), прибавив от одной до двух каплей метилового оранжевого (зона перехода окраски рН - 3,1-4,4). После этого раствор в колбе разбавляют водой до метки и взбалтывают. В одном мл приготовленного стандартного раствора содержится 0,01 г инвертного сахара.

При установлении титра фелинговой жидкости (контрольное титрование - количество редуцирующих веществ в стандартном растворе) в коническую колбу на 100-200 см³ отмеривают пипетками по 10 см³ жидкости Фелинг I и Фелинг II, прибавляют пипеткой 10 см³ воды, нагревают до кипения, кипятят ровно одну мин. Не прерывая кипячения, вносят три капли метиленового синего и титруют тем же раствором инвертного сахара до исчезновения синей окраски и появления красного осадка. Величину навески сиропа g определить по формуле :

g=aV*100/p,

где а -- допустимое содержание определяемого сахара в 100 мл приготовленного раствора (0,032), г;

V -- объем мерной колбы, взятой для приготовления раствора навески, мл (если навеску необходимо раст...