Лекція 8-9. Технологія приготування цукрових сиропів

План лекції

1.Технологія приготування білого цукрового сиропу:

а) холодним способом;

б) гарячим способом;

в) рідкі цукрові сиропи.

2. Технологія приготування інвертного цукрового сиропу:

3.Розрахунки компонентів цукрових сиропів.

4. Матеріальний та тепловий баланси сироповарильного котла

1. Білий цукровий сироп (ЦС) – це концентрований водний розчин цукру, який використовують для приготування купажу напоїв, товарних сиропів і квасів. Високі концентрації сиропу попереджують його зброджування, але при цьому можлива кристалізація сахарози. Тому оптимальна концентрація сиропу на практиці складає 60-65 (66-72)% мас, і є дещо нижчою граничної концентрації, зумовленою його розчинністю при температурі зберігання.-Готують цукровий сироп гарячим і холодним способами.

а). Холодний спосіб прготування цукрового сиропу передбачає розчинення мікробіологічно чистого цукру у холодній підготованій воді в циліндричному апараті з мішалкою та сферичним днищем 1. У апарат задають розрахункову кількість води, і при включеній мішалці гвинтовим транспортером чи вдувним пристроєм подають цукор безпосередньо під поверхню води. Час розчинення залежить від потужності мішалки та температури води і становить від 2-2.5 до 6-ти годин. Після повного розчинення сироп перетікає у проміжну ємність, а надалі подається на фільтр 2 для видалення можливих механічних забруднень. Знезараження сиропу проводять у пластинчастих пастеризаторах 3 із наступним охолодженням, як правило, лише на потужних підприємствах, а на малих – пастеризацію не проводять. Цукровий сироп,з вмістом 60-65% сухих речовин інфікується слабо, але у ньому присутні мікроорганізми, що не гинуть, а лише знаходяться у стані споскою. Зберігають сироп у збірнику 4 (рис.1), які облаштовують бактерицидними лампами.

Цукор Вода

 

 

1 4

 

 

 

вода

2 вода

Рис 1. Технологічна хема приготування цукрового сиропу холодним способом

1 - сироповарильний котел; 2 - фільтр; 3 - пластинчастий пастеризатор;

4 - збірник цукрового сиропу

При зберіганні цукрового сиропу, виготовленого холодним способом, пектолітичні ферменти, незалежно від способу їх нагромадження у присутності живих чи мертвих мікроорганізмів, становлять велику загрозу для напоїв, оскільки можуть викликати осадження білків натуральних соків чи фруктів. Тому, сироп рекомендується піддавати пастеризації чи додавати до нього лимонну кислоту, знижуючи рН до 3-3.5, за якого розвиток сторонньої мікрофлори різко гальмується. Витрата лимонної кислоти становить 0.1 кг на 100 кг сиропу.

Вітчизняна промисловість виробництва безалкогольних напоїв не застосовує цей спосіб через недостатню мікробіологічну чистоту цукру.

б). Гарячий спосіб приготування цукрового сиропу передбачає швидке розчинення цукру з одночасним осадженням забруднень, оскільки при кипінні сиропу коагулюють білки і адсорбують механічні домішки. Цукровий сироп варять в оцинкованих, а з внутрішньої сторони мідних сироповарильних котлах циліндричної форми зі сферичним днищем (рис.2), або виготовлених з високоякісної нержавіючої сталі.

 

Рис 2. Сироповарильний котел

1 - резервуар сироповарильного котла; 2 - парова сорочка котла; 3 - верхній привід мішалки; 4 - якірна мішалка

Котли облаштованих мішалками та сорочками для нагріву та оходлодження. Нагрів може бути і відкритим вогнем. Емальовані котли використовують рідше, бо вони схильні до розтріскування.. Котел 1 оснащений паровою сорочкою 2 для підводу пари та відводу конденсату та якірною мішалкою 4 з верхнім приводом 3, яка здйснює перемішування зі швидкістю 47 об/хв. У кришці котла є люк з засувкою для завантаження цукру, штуцер для заливу води та витяжна труба для відведення водяних парів. Для спуску сиропу служить нижній патрубок. Спускний отвір закриваєтся клапаном, перемещується штурвалом, з’єднаний конічною передачею через тягу. Сироповарильні котли изготовляють об’ємом на на 1; 1,5; 2 и 3 т цукру.

Технологічний процес приготування цукрового сиропу гарячим способом включає наступні операції: розчинення цукру у воді, кип'ятіння водного розчину, фільтрування та охолодження готового цукрового сиропу. Якщо готують інвертований сироп, то до вказаних операцій дадається інвертування сахарози.

У попередньо вимитий котел наливають розраховану кількість води і нагрівають її 55-60 ⁰С. Не припиняючи нагрівання, при перемішуванні вносять необхідну порцію цукру. Після повного його розчинення розчинення дають закипіти (5-10 хв) і знімають піну, яка утворюється на його поверхні. Подальший нагрів розчину цукру проводять повільно при постійному перемішуванні з такого розрахунку, щоб цукор зрозчинився до початку кипіння.Чим нища температура розчинення, тим світлішим буде сироп. При високих температурах кристали нерозчинної сахарози прилипають до стінок апарату, плавляться карамелізуються, надаючи сиропу бурого, жовтого відтінку та гіркоти смаку.

Як тільки сироп закипить, мішалку виключають, даючи можливість піднятись на поверхню домішкам низькоякісного та дешевого цукру у вигляді піни. В першу чергу це стосується білків, які коагулюють і, одночасно, слугують адсорбентами та освітлювачами сиропу. Інколи для освітлення сиропу до нього штучно додають білок. Упродовж всього процесу кипіння з поверхні сиропу збирають піну у спеціальні збірники.

Розчин цукру кип'ятять при перемішуванні не менше 20-30 хв для знищення слизоутворюючих бактерій. Більш тривале кипінні може викликати частковий розклад сахарози. При кипінні сироп може помутніти внаслідок випадання солей твердості. При досягненні концентрації цукрового сиропу 60-65 % варіння припиняють і гарячим подають на фільтрування. Для цього використовують ситчасті чи рамні фільтри різних конструкцій періодичної та безперервної дії залежно від потужності виробництва. На заводах невеликої потужності для фільтрування ЦС використовують мішочні фільтри із фланелі, шинельного сукна, бельтінгу, шовкового чи капронового полотна. Тривалість приготування сиропу – 2 години.

Після фільтрування сироп направляють на охолодження для збереження ароматичних речовин, для уникнення повторного забруднення. Для цього використовують протитечій ні змієвикові, кожухотрубні та пластинчасті теплообмінники, а інколи, охолоджують у ємкостях із змієвиковими холодильниками.

Цукровий сироп, охолоджений до 10-20 ⁰С призначений для приготування купажних сиропів, охолоджують перекачують насосом у збірники для зберігання.

Тривалість приготування цукрового сиропу -2 години.

Білий цукровий сироп готують прогресивним безперервним способом

При безперервному способі цукор задають у завантажувальний бункер, звідки він самопливом поступає у дозатор. Дозу цукру засипають у безперервно діючий розчинювач, куди одночасно заливають із дозатора-підігрівача воду. Розчинювач це горизонтальний аппарат з напівциліндричним днищем, розділений вертикальними стінками на шість секцій, які з’єднані між собою отворами у перегородках.

Розчинювач цукру обладнаний паровою сорочкою для підігріву води та кип’ятіння сиропу,по йогодовжині встановлена лопастна мішалка. У першу секцію розчинювала із дозатора підігрівача подається вода, в із дозатора цукру – цукровий пісок. Лимонна кислота (Для приготування інвертних сиропів) подається із дозатора у третю секцію розчинювача. Готовий сироп виводиться із шостої секції апарату.Варка сиропу проходить наступним чином. Суміш цукру та води при неперервному перемішуванні заповнює перщу секцію розчинювала до рівня отворів у міжсекційній перегородці. Через ці отвори суміш переливається у другу секцію. Аналогічно заповнюється друга секція, далі третя, четверта, п’ята і шоста. У перших двох секціях сироп нагрівається до кипіння. У третій, четвертій та п’ятій сироп інвертується при 70⁰С чи кипятінні. У шостій секції збирається готовий сироп, із якого через ситчасту фільтр неперервно перекачується насосом на охолодження. аналогічно до періодичної схеми.

Рис. Технологічна схема приготування цукрового сиропу безперервним способом

1- апарат розчинення цукру; 2- дозатор-підігрівач води; 3-дозатор кукру; 4 –дозатор лимонної кислоти.

в). Прогресивним напрямком виробництва безалкогольних напоїв є використання рідкого цукру, який містить 64 % сухих речовин. Такий рідкий цукор може бути інвертованим розчином сахарози, що містить 3 % інвертного цукру. Рідкий цукор поступає на підприємства в цистернах, із яких його перекачують через сітчасті вловлювачіі та протитечійні теплообмінники у збірники для зберігання і використовують за потребою. При необхідності рідкий цукор пастеризують або стерилізують..

Для приготування безалкогольних напоїв використовують глюкозо-фруктозні, глюкозно-галактозні та фруктозі сиропи.

Глюкозо-фруктозний сироп готують ізомеризацією глюкози у фруктозу за участю ферменту глюкозоізомерази у розчинній та іммобілізованій формах. Процес конверсії глюкози у фруктозу можна здійснювати за участю мікроорганізмів.

Глюкозо-галактлозні сиропи одержують з молочної сироватки. Попередньо з неї шляхом термокислотної обробки видаляють білки, або гідролізують їх до амінокислот (депротеїнізація), демінералізують (демінералізація), а надалі гідролізують лактозу до глюкози та галактози. Термокислотна обробка сироватки дозволяє видалити до 53,5 % білка, а депротеїнізація з використанням мембранних ультрафільтрів – до 93 %.Повністю білок видалити з сироватки можна лише за допомогою протеолітичних ферментів.

Мінеральні речовини видаляють електродіалізом, а гідроліз проводять у присутності лактаз.

Фруктозі сиропи готують з інуліновмісної сировини – цикорію та земляної груші.Технологія їх приготування зводиться до екстрагування інуліну з сировини та гідролізу його ферментом інуліназою. Одержаний фруктозний сироп містить 80 % фруктози та 20 % глюкози.

 

2. Зменшити витрату цукру при виробництві БН та покращити їх якість дозволяє використання інвертного ЦС, який є напівфабрикатом для приготування купажних, товарних сиропів і напоїв, і властивості якого відмінні від властивостей білого сиропу. Він містить більшу кількість екстрактивних речовин, менше води, що зменшує дорогі транспортні витрати. Окрім того, наявність у ньому глюкози та фруктози зменшує схильність до кристалізації при зберіганні, а висока концентрація сухих речовин забезпечує захист від мікробіологічних забруднень. Сучасні способи виробництва інвертних сиропів із застсування іонного обміну гарантують відсутність у них сапоніну. Інверні сиропи мають інший смак і сприйняття солодкості.

Інвертування сахарози грунтується на реакції її гідролітичного розщеплення при нагріванні зі слабкими органічними кислотами:

Н⁺

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О → С₆Н₂₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

360, 312 180,156 180,156

 

Із рівняння видно, що сумарна молекулярна маса глюкози та фруктози збільшується на молекулярну масу води, а це означає, що вміст сухих речовин у сиропі при 100 % інверсії збільшується на величину відношення суми молекулярних мас глюкози та фруктози до молекулярної маси сахарози, а саме 360,312 / (180,156+180,156) = 1, 0526г, або 5,26 %.

Кількість інвертного цукру залежить від умов проведеня інверсії. При температурі кипіння цукрового сиропу з кислотою протікає глибока інверсія, а при нижчих температурах – часткова. Проводити глибоку інверсію сахарози до нагромадження 55 % інверту недоцільно, оскільки за таких умов у сиропі нагромаджується токсичний оксиметилфурфурол, кількість якого не повинна перевищувати 0,1 %. Тому при приготуванні сиропу інвертують сахарозу максимум до вмісту інверту 55 %. Кількість фурфуролу залежить від температури, рН и тривалості інверсії цукрового сиропу.

Інвертний цукровий сироп готують періодичним та безперервним способами:

ü інвертування цукру-піску без додаванням браку напоїв;

ü інвертування цукру-піску з додавання браку напоїв;

ü інвертування рідкого цукру.

При періодичному способі приготування інверного ЦС розраховану кількість води наливають у сироповарильний котел 1 і нагрівають до кипіння. При безперервній роботі мішалки 2 вносять цукор, а після його повного розчинення підігрівають розчин до кипіння і кип'ятять 30 хв. Сироп, з вмістоми 65-75 % СР пропускають через ловушку 3 і насосом 4 передають через теплообмінник 5, в якому він охолоджується до 70⁰ С, у збірник 6 для інвертування сахарози. Збірник має кожух для підтримання температури розчину 70⁰ С. У збірник 6 вносять 50%-ий розчин лимонної кислоти з розрахунку 750 г на кожні 100 кг цукру і при безперервному перемішуванні витримують суміш 2 год. За 10 хв до завершення процесу інверсії у сироп при перемішуванні вносятть 0,1% (мас.) активованого вугілля марки ОУ-А або ОУ-УАФ.

Суміш витримують 10 хв при перемішуванні, а потім фільтрують її на фільтр-пресі або через мішочний фільтр 7. При відсутності фільтр-пресів допускається

здійснювати інверсію сахарози без додавання активованого вугілля. Через 2 год перемішування припиняють і насосом 4 перекачують ЦС через теплообмінник 5, де він охолоджується до 10-20⁰ С, у збірник 8 на зберігання. Одержаний ЦС повинен містити не більше 55% інвертного цукру від загальної кількості цукру, який міститься в розчині.

Кислота Активоване вугілля

Цукор Вода

 

 

Вода п

п 1

4 Вода

к

к 5

 

 

2 3

 

Рис 2. Технологічна схема приготування інвертного сиропу періодичним способом

 

Безперервний спосіб приготування інвертного ЦС дозволяє механізувати і автоматизувати технологічний процес, знизити втрати цукру, значно покращити санітарний стан виробничих приміщень. Цукор-пісок подають зі складу ковшовим елеватором подають у бункер-живлення, звідки він самопливом поступає у дозатор.

Необхідну кількість цукру засипають у безперервно-діючий апарат з мішалкою (рис), куди одночасно з дозаторів-підігрівачів задають лимонну кислоту та воду. Для відсмоктування пари, яка утворюється під час варіння сиропу, служить вентилятор.

Готовий цукровий ЦС фільтрують на фільтрі, охолоджують у теплообміннику і відправляють у збірник на зберігання. Тривалість кип'ятіння - 30 хв.

Для Відокремлення можливих механічних домішок цукровий сироп фільтрують у гарячому стані на ситчатих фільтрах

Ситчатий фільтрце - стальний циліндричний резервуар згерметичною кришкою, у корпусі якого закріплено два циліндричних сита, втавлені одне в друге. Зовнішнє сито має отвори діаметром 3 мм, а внутрішнє – 5 мм. У нижній частині корпусу є кран для спуску залишків сиропу, а у верхній частині корпусу – штуцери для входу та виходу сиропу. На фільтр сироп подається безпосередньо із сироповарильного котла, механічні домішки затримуються ситчатою поверхнею.

В рамных фільтрах як фільтруючий матеріал використовують бельтинг або сукно.

Піну, зняту під час варіння ЦС, та зібрані з мішків залишки цукру розчиняють в окремій ємкості у воді у співвідношенні 1:3 і фільтрують. Фільтрат використовують при наступному приготуванні ЦС.

При варінні ЦС з метою зменшення втрат сухих речовин використовують деякі цукровмісні відходи (браковану продукцію, промивні води пну, витрішки цукру з мішків і т.д.), які мають різну кислотність, колірність і містять ароматичні речовини. Їх використання погіршує якість сиропів, а отже і напоїв. Для вилучення ароматичних речовин та зниження колірності цукровмісних розчинів рекомендується до варіння ЦС обробляти їх активованим вугіллям і пропускати через фільтри, заповнені кістковим вугіллям.

Пара

Брак Вода 4

напою Акт.вугілля

 

 

п п 5 п

п 1

к к к

 

к

 

 

Стічні води 6

2 3

 

Рис 4. Технологічна схема приготування цукрового сиропу з використанням браку напою.

1 - збірник відходів; 2 -насос; 3 - фільт з кістковим вугіллям; 4 - фільтр-прес; 5 - вакуум-апарат; 6 - збірник для зберігання.

 

Якщо для приготування ЦС замість води використовують виробничий брак з кислотністю до 1 мл NaOH на 100 мл розчину, сироп варять, як і на чистій воді. При кислотності браку 2 мл NaOH на 100 мл розчину сироп витримують при 70 ⁰С лише 1 год. Використання браку з кислотністю 2,5 мл NaOH на 100 мл без розведення водою не допускається.

Цукровмісні розчини поступають у збірник 1, де підігріваються до 70-80 ⁰С. Потім у збірник 1 при перемішуванні вносять близько 0,3 % мас. від маси браку активованого вугілля і витримують суміш для усунення ароматичних речовин протягом 1-2 год. Суміш пропускають послідовно за допомогою насосу 2 через два фільтри 3, заповнені кістковим та активованим вугіллям, для зняття аромату. Максимальний ефект очистки розчину за допомогою кісткового вугілля досягається у тому випадку, якщо температура води, яка поступає на фільтр, становить 85 ⁰С, а води, яка виходить з нього - 75 ⁰С. Пройшовши послідовно два фільтри, освітлений і знебарвлений, продукт насосом 2 направляється на фільтр-прес 4, де звільняється від найдрібніших частинок активованого та кісткового вугілля і подається у вакуум-апарат 5. Продукт, упарений під вакуумом до вмісту сухих речовин у сиропі 60-65 % мас. Надалі ЦС перекачують у збірник для зберігання 6.

 

3. Для приготування білого цукрового сиропу заданої концентрації розраховують необхідну кількість цукру та води на одну варку. Витрата цукру і води на приготування 100 кг цукрового ЦС, який містить 65 г цукру в 100 г (відносна густина 1,3163) становить:

цукру - 131,63*65/100 = 85,60 кг,

води - 131,63*35/100 = 46,07 кг,де 131,63 - маса (в кг) 1 л ЦС, визначена за таблицями залежності густини цукрових сиропів від їх концентрацій.

Приймаючи, що цукор, який використовують для варіння ЦС містить 0,14 % вологи, цукру необхідно внести більше:

85,6 + 85,6 ∙ 0,14/100 = 85,72 кг.

При нагріванні та кип’ятінні цукрового сиропу, залежно від тривалості, втрачається до 10 % води. Дійсна витрата води становитиме:

46,07 + 46,07 ∙ 110/100 = 50,1 кг.

При використанні для приготування ЦС виробничого браку напоїв, промивних вод, піни, залишків цукру в мішках витрату цукру і води відповідно зменшують.

Приклад. На варіння використовують 30 л промивних вод і браку напоїв із вмістом СР 8 г на 100 г. За таблицею співвідношення між об'ємною масою цукрових розчинів, показами сахарометра і вмістом цукру в грамах на 1 л розчину знаходять, що в 1 л таких вод міститься 82,39 г цукру. Отже, у зо л браку кількість сухих речовин цукру становитим:

82,39 ∙ 30 = 2471,7 г = 2,47 кг.

У цьому випадку крім відходів та браку на варіння 100 л ЦС необхідно внести:

цукру - 85,72 - 2,47 = 83,25 кг,

води - 50,1 – 30 = 20,1 кг.

У діючих рецептурах на БН витрата цукру при приготуванні купажних сиропів напоїв і сиропів для торгівельної мережі, які виготовляють холодним способом, розраховується з умови 45%-ної інверсії сахарози. Витрата цукру при їх приготуванні гарячим та напівгарячим способами (з використанням соків та вин), розраховується з умови 29%-ної інверсії сахарози.

При 100%-ній інверсії зі 100 кг цукру додатково утворюється 5,26 кг інвертного цукру.

Кількість додатково утвореного інвертного цукру при 29%-ній інверсії сахарози при гарячому та напівгарячому способах приготування купажних сиропів становить: 100 - 5,26

29 - x,

x = 1,5 кг.

Якщо на 100 дал напою витрата цукру згідно рецептури становить 80 кг (79,89 кг СР), то приріст сухих речовин при 29%-ній інверсії сахарохи буде меншим:

100 - 1,5

79,89 - x,

x = 1,19 кг.

Дійсна витрата цукру при приготуванні напою з використанням ЦС з 29%-ою інверсією сахарози буде вже не 80, а 79,89 - 1,19 = 78,7 кг СР, або 78,8 кг з врахуванням вологості цукру 0,14%. Величину приросту СР у ЦС залежно від ступеню інверсії сахарохи можна визначити з відповідних таблиць.

При проведенні інверсії сахарози витрата цукру повнна бути зменшена на ту кількість цукру, яка утворюється додатково у процесі інверсії.

4. Матеріальний баланс сироповарильного котла можна представити рівнянням:

М = Мв + Мц - W,

де М, Мв, Мц, W – відповідно кількість цукрового сиропу, залитої в котел води, засипаного цукру піску та випареної під час варіння води, кг.

Кількість випареної води визначають враховуючи те, що кількість цукру під час варіння ЦС залишається незмінною, а змінюєься лише концентрація сиропу.

Тоді М ∙ Споч. / 100 = [(М - W) ∙ Скін.] / 100,

де М – початкова кількість цукрового сиропу (М = Мв + Мц) у кг; Споч. Скінц.- відповідно початкова та кінцева концентрації ЦС, %.

Тепловий баланс сироповарильного котла можна представити у вигляді наступного рівняння:

Мв ∙ Св ∙ Тв + Мц ∙ Cц ∙ Тц + D ∙ I = Mс∙ Cс ∙ Тс + W ∙ Іп + D ∙ Iк + Qвтр,

де Св, Cц, Cс - питома теплоємність води, цукру і сиропу відповідно, кДж/(кг*К); І, Іп, Iк - ентальпія відповідно гріючої пари, вторинної пари та конденсату гріючої пари, кДж/кг; D - витрата гріючої пари, кг; Тв, Тц, Тс – тпочаткові температури води, цукру та сиропу ⁰С; Qвтр - втрати тепла в навколишнє середовище, кДж.

З рівняння теплового балансу знаходять витрату пари на приготування сиропу:

D = (Mс∙ Cс ∙ Тс – Мв ∙ Св ∙ Тв – Мц ∙ Cц ∙ Тц+ W ∙ + Qвтр) / (Іп – Iк).