Получение глюкозно-фруктозных и других сиропов, заменителей сахарозы

По данным отечественной статистики, потребность в новых сахаристых продуктах, глюкозно-фруктозных сиропах (ГФС) со­ставляет примерно 850 тыс. т/год. При этом основные потребите­ли ГФС — безалкогольная, хлебопекарная и консервная промыш­ленности.

В основе производства ГФС лежит ферментативный гидролиз крахмалосодержащего сырья с последующей изомеризацией глюко­зы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы (ГлИ), основными источниками которой служат микроорганизмы.

В МГУПП в результате скрининга продуцентов ГлИ выделен активный штамм Streptomyces albogriseolus 28-3 и на его основе раз­работана технологическая схема получения ГлИ в гомогенном со­стоянии с температурным оптимумом 80 °С, оптимум рН — 8.

При производстве ГФС глюкозный сироп, очищенный фильт­рацией через кизельгур, активированный уголь и ионообменные смолы, концентрируют упариванием при 60 °С до содержания СВ 45 % (рис. 10.2). Концентрированный продукт является субстра­том для изомеризации.

Изомеризацию глюкозы во фруктозу проводят с помощью им­мобилизованных препаратов глюкозоизомеразы в колонных реак­торах. Степень конверсии глюкозы зависит от скорости пропуска­ния ее раствора через реактор, рН и температуры, концентрации солей магния и кобальта. Используют препараты с достаточно высокой термостабильностью, поскольку процесс изомеризации проводят при 58...60°С во избежание инфицирования продукта. При температуре выше 60 °С, особенно в щелочной среде, увели­чивается количество кетосахаров за счет химической изомериза­ции, а также темноокрашенных продуктов деградации Сахаров.

Процесс изомеризации проводят при рН 7,8. Раствор глюкозы пропускают через слой иммобилизованной глюкозоизомеразы, а из реактора вытекает смесь фруктозы и глюкозы. Продукт после изомеризации обрабатывают углем для деколоризации, освобож­дают от примесей в ионообменных колонках, затем упаривают до 71%-го содержания СВ (50 % глюкозы и 42 % фруктозы). Приме­нение иммобилизованной глюкозоизомеразы позволило сокра­тить расход фермента в 10 раз, затраты труда — в 3 раза.

В ГФС с содержанием фруктозы 42 % в процессе хранения кристаллизуется глюкоза. Поэтому предпочтительно вырабаты­вать ГФС с содержанием фруктозы 55 %.

ГФС — универсальный заменитель сахарозы. Его применяют при производстве соков, безалкогольных напитков, вина, ликеров, хлебобулочных изделий, фруктовых и молочных консервов, мороженого.

Зерновой сироп. Сахаристые продукты могут быть получены непосредственно из зернового сырья, минуя стадию получения чистого крахмала. В качестве сырья пригодны кукуруза, пшеница, ячмень, сорго и рожь. При получении сиропа из ржи зерно из­мельчают, затем проводят операции клейстеризации-разжижения и осахаривания, гидролизат фильтруют и концентрируют, получая зерновой сироп. Твердую фракцию, отделенную на стадии фильт­рации гидролизата, используют как белковый корм.

При получении зернового сиропа применяют ферментные пре­параты с амилолитической и целлюлолитической активностями.

Состав получаемых сиропов с преобладанием мальтозы или с примерно равными концентрациями мальтозы и глюкозы зависит от состава используемого ферментативного комплекса. Во втором случае сироп не кристаллизуется при хранении (аналог глюкозно-мальтозной патоки). Пищевая ценность зернового сиропа повы­шается за счет биологически активных веществ ржи. Зерновой си­роп используют как сахарозаменитель, а также как пищевую добавку при производстве заварных сортов черного хлеба, особых ароматических сортов пива и продуктов детского питания.

Фруктозный сироп из инулинсодержащего сырья. Наиболее про­дуктивный вид растений, синтезирующих инулин, — топинамбур, в свежих клубнях которого содержание инулина составляет 18 — 25 %, в сухой массе — около 80 %. Для получения фруктозного си­ропа можно использовать как очищенный инулин, так и экстракт клубней, содержащий кроме инулина низкомолекулярные полифруктозаны, поэтому выход фруктозы из экстракта выше, чем из чистого инулина.

Инулин экстрагируют водой, подкисленной до рН 5,5, добав­ляя ее к измельченному сырью в соотношении 1:1—1:1,5. Про­должительность экстракции 30 мин при температуре 70...75°С. Для предотвращения потемнения экстракта в него вводят 0,1 % сернистого газа. В экстракте доводят рН до изоэлектрической точ­ки белка и удаляют осадок центрифугированием. Полученный раствору содержащий 10—12 % инулина и родственных сахаридов, обесцвечивают активированным углем и используют для получе­ния фруктозных сиропов.

Источником ферментного препарата инулиназы служат иммо­билизованные клетки дрожжей Kluyveromyces marxianus. Реакцию проводят при рН 4,5 и температуре 50 °С в колонке, заполненной ферментным препаратом, со скоростью 0,4 ч ^-1. Раствор сахаров, выходящий из колонки, обессоливают поочередно катеонитом и анионитом, обесцвечивают активированным углем и концентри­руют под вакуумом до 71%-го содержания СВ. В полученном си­ропе содержание фруктозы составляет 75 % СВ.

Сиропы гидролизованной лактозы (СГЛ). Их используют при производстве хлебобулочных изделий, пива, безалкогольных на­питков и молочных продуктов взамен сахарозы.

Сырьем для получения СГЛ являются фильтраты подсырной и творожной сыворотки. Ферментативный гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы повышает сладость, усваиваемость и раство­римость продукта, что позволяет получать стабильные концентри­рованные сиропы.

Разработана технология, согласно которой расщепление лакто­зы с помощью иммобилизованного препарата β-галактозидазы проводят в проточном реакторе при рН 4 и температуре 40 °С. Удельная эффективность процесса составляет около 1 г лактозы на 1 г ферментного препарата в 1 ч. Степень конверсии субстрата 70—80 %. Гидролизат концентрируют, деминерализуют и сгуща­ют. СГЛ имеет следующий состав, %: сухие вещества — 58—62, в том числе глюкоза — 19,4—22, лактоза — 11—12,8, азотистые ве­щества — 0,8—1,5, зольные элементы — 1—4. Титруемая кислот­ность 100...500Т.

Контрольные вопросы

1. Какие виды сахаристых продуктов получают из крахмалосодержащего сырья? 2. Каковы основные стадии получения сахаристых веществ из крахмалосодержа­щего сырья и крахмала? 3. Какие ферментные препараты используют на стадии разжижения крахмала? 4. Что характеризует глюкозный эквивалент (ГЭ)? 5. Како­вы основные свойства нового класса гидролизатов: мальтодекстринов и мальтинов? 6. Что представляют собой мальтозная и высокомальтозная патока? 7. Какие саха­ристые продукты получают при ферментативном гидролизе крахмала зернового сорго? 8. Как получить сахарные сиропы (глюкозные, глюкозно-фруктозные и па­точные)? 9. Какова потребность в России в глюкозно-фруктозных сиропах и что положено в основу их производства? 10. Какова технология получения зернового фруктозного сиропа и сиропа парализованной лактозы, как их используют?