Физико-химические свойства карамельного сиропа, карамельной массы, расплавов сахарозы

Сиропы по своему химическому составу и физико-химическим свойствам отличаются от состава и свойств сырья, от свойств отдельных сахаров, которые вводятся с сырьем. Основные отличия заключаются в следующем:

1.Сиропы имеют более высокую редуцирующую способность, т.е. более высокое содержание редуцирующих сахаров и редуцирующих веществ

2.Сиропы имеют повышенную цветность по сравнению со смесью сырья

3.Сиропы гигроскопичны, гигроскопичность выше гигроскопичности отдельных сахаров и углеводов сырья

Все отличия объясняются химическими и физико-химическими изменениями сахаров и др. углеводов в процессе приготовления сиропов. Значительные изменения сахаров могут происходить при хранении и транспортировании сиропов. Поэтому следует исключать длительное промежуточное хранение сиропов и транспортирование, особенно на значительные расстояния. Наилучшее качество сиропов, особенно карамельных, достигается при использовании непрерывных способов приготовления рецептурных смесей и сиропов на станциях ШСА. Это достигается за счет повышения концентрации рецептурной смеси, применения способа уваривания под давлением, сокращения продолжительности уваривания и в целом технологического цикла, непосредственная передача карамельного сиропа на уваривание до карамельной массы в змеевиковые вакуум-аппараты.

Расплавы сахарозы получают при производстве твердых грильяжных масс. Сахар переходит из кристаллического состояния в аморфное при нагревании до температуры, превышающей температуру плавления. Это изменяет его физико-химические свойства. При плавлении сахара происходит карамелизация, появляются красновато-коричневая окраска, специфический вкус и аромат. Интенсивность физико-химических изменений зависит от времени нагревания и конечной температуры. При температурах 195-210^оС даже кратковременное воздействие в течение 15-20с в расплаве происходит глубокий распад сахаров с образованием темноокрашенных веществ. Увеличивается содержание редуцирующих веществ (моносахариды, ангидриды сахаров, оксиметилфурфурол, фурфурол, красящие вещества).

Рассмотрим химический состав и свойства сахаров, которые проявляются в наибольшей степени в производстве карамели.

Сахароза. Молекула сахарозы состоит из двух остатков моносахаридов: Д-глюкозы и Д-фруктозы, соединенных глюкозидными группами. Температура плавления кристаллов сахарозы -180-188^оС. Сахароза хорошо растворима в воде. Растворимость повышается с ростом температуры. При температуре 50^оС в насыщенном растворе содержится 72.2% сахарозы и возрастает при температуре 100^оС до 82.97%. Большое значение имеет свойство растворов сахарозы растворять другие сахара. При этом общая концентрация растворенных веществ возрастает, что дает возможность получить более концентрированные сиропы.

Однако предельная концентрация самой сахарозы в присутствии других сахаров и патоки снижается. Так при температуре 50^оС и введении 46% инвертного сиропа в насыщенном растворе можно растворить не 72.2%,а лишь35.7%.Но общее количество сахаров в насыщенном растворе составит 81.7% (против 72.2). При введении 40.5% патоки растворимость сахарозы в насыщенном растворе снижается от 72.2 до 38%,а общая растворимость составит78.5 %.

Сахароза не гигроскопична. Однако при добавлении к сахарозе других сахаров смесь становится гигроскопичной даже при низкой относительной влажности воздуха. Наибольшее влияние оказывают инвертный сахар и фруктоза. Глюкоза и мальтоза оказывают меньшее влияние на гигроскопичность сахарозы. В спирте этиловом сахароза не растворяется. Растворяется в водно-спиртовых смесях. По влиянию на растворимость сахарозы вещества можно расположить в следующем порядке: декстрины, патока картофельная, патока кукурузная, глюкоза, фруктоза. Вязкость растворов сахарозы увеличивается с повышением концентрации и уменьшается с повышением температуры. Сахароза относится к нередуцирующим сахарам.

Глюкоза. Глюкоза в чистом виде находит ограниченное применение и вносится в изделия с разнообразным сырьем. Глюкоза - кристаллическое вещество. Кристаллизуется глюкоза из воды в виде а-формы, которая при растворении переходит частично в в-форму. В растворе устанавливается подвижное равновесие всех форм. Растворение глюкозы -эндотермический процесс. Этим объясняется холодящий сладкий вкус при употреблении глюкозы. Вязкость насыщенных растворов глюкозы увеличивается с повышением температуры. Гигроскопичность кристаллической глюкозы невысокая, но выше чем у сахарозы. Гигроскопичность водных растворов глюкозы выше чем кристаллической. Глюкоза начинает притягивать влагу при относительной влажности выше 85%.При нагревании растворов глюкозы в кислой среде образуются различные продукты. При действии щелочных растворов на глюкозу она быстро разлагается с образованием сильноокрашенных продуктов.

Фруктоза. Фруктоза входит в состав диетических изделий. Температура плавления кристаллов фруктозы - 104^оС. Фруктоза хорошо растворяется в воде. Ее растворимость выше чем у сахарозы и глюкозы и значительно повышается с ростом температуры. Обладает очень высокой гигроскопичностью: уже при относительной влажности воздуха 45-50 % поглощает воду. Относится как и глюкоза к редуцирующим веществам. При нагревании фруктозы ее растворы претерпевают те же изменения, что и растворы глюкозы, но интенсивность этих изменений у фруктозы значительно выше. В щелочной среде, даже при малой щелочности, при незначительном нагревании образуются темноокрашенные вещества.

Мальтоза. Мальтоза вносится в кондитерские изделия вместе с патокой и частично может образовываться за счет гидролиза декстринов патоки. Мальтоза является дисахаридом и ее молекула состоит из двух остатков глюкозы. Обладает редуцирующей способностью, но меньшей чем глюкоза. Температура плавления 102-103^оС. Хорошо растворяется в воде. Растворимость повышается с ростом температуры. Мальтоза довольно стойко переносит нагревание, но с появлением глюкозы (как продукта разложения) процесс ускоряется.

Инвертный сироп. Инвертный сироп представляет собой раствор равных количеств глюкозы и фруктозы. Готовят инвертный сироп кислотным или ферментативным гидролизом сахарозы в растворе. Кроме глюкозы и фруктозы инвертный сироп содержит до 5% сахарозы. Реакция гидролиза идет по уравнению:

С₁₂ H₂₂ O₁₁ + H₂ O --- C₆ H₁₂ O₆ + C₆ H₁₂ O₆

Из 342 частей сахарозы получается 360 частей равных количеств глюкозы и фруктозы. Инвертный сироп обладает высокой гигроскопичностью. Химические свойства инвертного сиропа определяются свойствами глюкозы и фруктозы. При нагревании сиропа за счет разложения глюкозы и фруктозы образуются продукты повышенной цветности. Этот процесс особенно интенсивно идет в щелочной среде.

Патока. Патока является продуктом неполного гидролиза крахмала. В состав патоки входят глюкоза и мальтоза, т.е. редуцирующие вещества и декстрины. Содержание сухих веществ 78 -82%. Содержатся минеральные вещества, азотистые. Последние вызывают потемнение патоки при нагревании. В зависимости от степени гидролиза патока имеет различную редуцирующую способность. Редуцирующие вещества патоки условно выражаются в глюкозе. Патока обладает инвертирующей способностью, зависящей от рН. Поэтому в сахаро-паточных растворах при нагревании неизбежно происходит инверсия сахарозы. Степень инверсии зависит от активной кислотности патоки, степени нагрева, продолжительности и концентрации сухих веществ. Высокая вязкость патоки, обусловленная высоким содержанием декстринов, изменяется в значительных пределах в зависимости от температуры, общего содержания сухих веществ, от соотношения между составными частями патоки.

Карамельные сиропы готовят по различным рецептурам:

-с использованием в качестве антикристаллизатора карамельной патоки

-с использованием в качестве антикристаллизатора инвертного сиропа

-по смешанной рецептуре с использованием карамельной патоки и инвертного сиропа.

Для растворения сахара в виде жидкой фазы используют воду, в меньшей степени – молоко (в соответствии с рецептурой).

В зависимости от рецептуры сиропа, его назначения и технологии приготовления происходят химические изменения сахаров, содержащихся в сырье. Но эти изменения происходят с разной интенсивностью и в разной степени сказываются на качестве готового изделия. Наибольшее влияние оказывают изменения сахаров на качество карамели.