Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПРОДУКТЫ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО САХАРА С ДОБАВКАМИ ПОДСЛАСТИТЕЛЕЙ

Подгорнова Н.М. 1 Петров С.М. 2
1 ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
2 Инжиниринговая компания «НТ-Пром»
Показаны преимущества продукта на основе композиции кристаллического сахара и стевиолгликозидов – природного бескалорийного посдластителя с нулевым гликемическим индексом, получаемого из растения стевия. Разработана технология получения продукта на основе кристаллического сахара и стевиозида, обеспечивающая улучшение его качества путем более равномерного распределения и адгезивного закрепления добавки стевиозида на кристаллах сахара для достижения стабильного вкуса и длительного срока хранения.
сахар
стевия
стевиозид
композиция
стабильное качество
использование в низкокалорийных продуктах
1. Пат. 2129161 Российская Федерация. МПК6 C 13 F 3/00. Способ производства сахаро-содержащего продукта / Суслов М.А. ; заявитель и патентообладатель Суслов М.А. – № 97120749/13; заявл. 19.12.97; опубл. 20.04.99.
2. Петров С.М. Вероятностная модель включения несахаров в растущие кристаллы саха-ра / С.М. Петров, Д.В. Арапов, В.А. Курицын // Сахар. – 2011. – № 8. – С. 34 – 38.
3. Петров С.М. Оценка времени пребывания частиц твердой фазы в виброожиженном слое при нанесении сателлитного компонента / С.М. Петров, Н.М. Подгорнова, К.С. Петров, В.И. Ряжских // Третья Междунар. научн. практ. конф. «Современные энергосберегающие теп-ловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2008» // Труды конференции, Москва-Тамбов, 16-20 сент. 2008. – М.: 2008. – Т. 1. – С. 159 – 162.
4. Петров С.М. Разработка вибрационных технологий и техники кристаллизации сахаро-зы и лактозы: автореф. дис. ... докт. техн. наук / С.М. Петров. – М.: МГАПП, 1994. – 48 с.
5. Подгорнова Н.М. Развитие научных основ и совершенствование очистки соков и кри-сталлизации из сахарсодержащих растворов : автореф. дис. ... докт. техн. наук / Н.М. Подгорнова. – М.: МГУПП, 2000. – 48 с.
6. Alternative Sweeteners in a Higher Sugar Price Environment / International Sugar Organization, MECAS (12) 04; MARCH 2012. – 59 p.
7. Petrov S.M. Impedancemetric control of sugar massecuite boiling / S.M. Petrov, Y.A. Zagorulko // International Sugar Journal. – 2005. – Vol. 107. Issue No. 1284. – P. 693–699.
8. Petrov S.M., Podgornova N.M. & Varlamov D.N. Method for Determining Stevioside Content in Sacchariferous Substance. Application No PI 20043437 Patent Malaysia. Applicant – Mercury Spark Limited; Filing for Grant of Patent 23.08.2004.
9. Petrov S.M., Podgornova N.M. & Varlamov D.N. Method for Production of a Sacchariferous substance. Application No PI 20043932 Patent Malaysia. Applicant – Mercury Spark Limited; Filing for Grant of Patent 24.09.2004.
10. www.nordicsugar.com/fileadmin/Nordic_Sugar/Brochures_factsheet_policies_news/Download_center/Stevia/Stevia_Dry_Combinations.pdf.

Композиционные продукты на основе кристаллического сахара и натуральных подсластителей являются перспективным направлением снижения калорийности сахарсодержащих изделий и повышения их полезности при использовании в рецептурах пищевых продуктов [6]. В настоящее время движущими силами рынка сахаристых веществ являются: нарастающие темпы ожирения, стремление населения контролировать потребление энергии, болезни сердца, диабет и, как следствие, растущий спрос на низкокалорийные продукты.

Цель исследования

Оценка качества существующих композиций на основе кристаллического сахара и подсластителей, а также анализ способов получения таких продуктов и выбор эффективной технологии.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены с сахаром-песком, содержащим сателлитную добавку стевиолгликозидов (Е960). Использованы методы математического моделирования: кинетическое моделирование виброожиженного слоя кристаллов [3–5], стохастическое моделирование осаждения добавок на поверхности кристаллов сахара-песка [2]; импедансной спектроскопии кристаллов на частоте 10 МГц с использованием высокочастотного измерителя вектора импеданса и фазового угла измеряемого импеданса ВМ-538 Tesla [7]; 4-х электродный потенциометрический метод определения количества стевиозида в композиции кондуктометром «HANNA» HI 9033 методом добавок [8]; дисперсионный анализ и оценка габитуса кристаллов сахара микроскопированием с использованием цифровой видеокамеры DCM-130 (чувствительный элемент 1 300 000 пиксел, MAX разрешение 1280х1008).

Результаты исследования и их обсуждение

В последнее время в научной литературе отстаивается мнение, что добавленные сахара представляют опасность для здоровья, которая оправдывает борьбу с ними, как с алкоголем. При этом акцентируется внимание потребителей именно на «добавленном сахаре», определяемом как любой подсластитель, содержащий фруктозу, которая добавляется в пищу при обработке. Это подтверждается все возрастающим количеством научных данных, которые показывают, что негативное влияние фруктозы усиливается способностью к кумулятивному эффекту в печени, вызывающему печеночную токсичность и множество других хронических заболеваний.

В связи с этим, начиная с 2000 г., рост рынка сиропов с высоким содержанием фруктозы (СВСФ) затормозился, что связано с установлением фактов взаимосвязи между употреблением СВСФ и ожирением, сердечно-сосудистыми заболеваниями, диабетом и неалкогольным ожирением печени. Вопрос об ограничении потребления фруктозы одновременно связан и с ограничением основных средств ее доставки – глюкозно-фруктозных сиропов а также сахара. Ежегодно все большее количество продуктов и напитков позиционируется маркетологами и продается как изделия с «низким/пониженным содержанием сахара».

В результате исследования проанализированы технологии получения и сделаны оценки качества некоторых композиций кристаллического сахара с добавками подсластителей, производимых в качестве продукции пониженной калорийности.

Недостатки известных технологий получения композиционных сахаросодержащих продуктов [1, 6, 10] заключаются в том, что малая добавка (менее чем 1 : 100) высокоинтенсивного подсластителя с коэффициентом сладости 200–500 недостаточно равномерно смешивается с кристаллическим сахаром, и эта неравномерность введения и распределения добавки не устраняется при последующем интенсивном перемешивании компонентов. В результате создаются неоднородные вкусовые свойства сахарсодержащего продукта, и ухудшается его потребительское качество.

Например, порошкообразный сахар SteviaSucrose получают в виде композиции гранулированного сахара и стевиолгликозидов (Е960), который имеет средний диаметр гранул около 0,25 мм и достаточно открытую структуру пор (рисунок, а), обеспечивающую эффективную дисперсию сахарозы и стевии при растворении в воде, облегчающую быстрое растворение [10]. Однако такой продукт значительно отличается от кристаллического сахара как по структуре частиц так и по размеру не соответствует средней фракции кристаллов с размером 0,5–1,5 мм по ГОСТ 31895-2012. В нем не достигается равномерное распределение и закрепление стевиозида на гранулах, возникает расслоение продукта при перефасовании и хранении.

podg1.tif

podg2.tif

podg3.tif

а)

б)

в)

Микроструктура композиций сахара с подсластителями: а) – гранулированный сахар SteviaSucrose с 50 %-ным замещением сладости сахара стевиозидом [10]; б) – кристаллический продукт «Сладкий сахар» с содержанием 0,4 % сахарина; показана шкала 1 мм объект-микрометра [1]; в) – сахаро-стевиозидный продукт «Greenlite Stevia Sugar» с соотношением сладости компонентов SES = 1 : 1 [9]

Способ получения продукта «Сладкий сахар» предусматривает периодическое смешивание (усреднение) в течение 10–15 мин кристаллов сахарозы с подслащивающим веществом (сахарин Е954) в вибрационном смесителе с торообразной смесительной камерой. В массу сахарина вводят воду до получения суспензии или раствора и используют их для смешивания с сахарозой. Содержание воды в готовой смеси составляет 0,1–2,4 вес.ч. воды на 100 вес.ч. готового продукта. Полученную смесь высушивают. Сушку смеси проводят непосредственно в камере вибрационного смесителя путем продувания нагретым воздухом через массу продукта [1].

Недостатками данного способа являются:

  • периодическое осуществление процесса в камере вибросмесителя небольшой вместимостью 0,4–1 м3 и, как следствие, нестабильность качества получаемого продукта, зависящее от точности дозирования и соотношения компонентов, а также времени смешивания;
  • при соотношениях компонентов 1:100 и выше (в данном способе соотношение равно 1:250) желательно осуществлять предварительное смешивание всего количества добавки сахарина с кристаллическим сахаром в вибросмесителе с небольшой камерой (5 литров) и полученную смесь вводить в основной вибросмеситель;
  • процесс перемешивания кристаллов с наложением пространственной (трехкомпонентной) вибрации сопровождается эффектом значительного повреждения габитуса кристаллов и истирания их граней (рисунок, б), т.к. они участвуют не только в интенсивном циркуляционном движении, но и совершают спиралеобразные движения, внутри тороидальной камеры смешивания;
  • наблюдается агломерация кристаллов, т.к. раствор подсластителя частично растворяет грани кристаллов и выполняет роль связующей жидкости;
  • за время смешивания 10-15 мин достигается эффективность смешивания около 90 %; а для достижения большей эффективности необходимо увеличение продолжительности смешивания.

Современные технологии в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и других отраслях широко используют на различных этапах производства аэрозольное покрытие твердой дисперсной фазы и гранулированных материалов.

В результате проведенных исследований разработан новый способ производства сахарсодержащего продукта предусматривающий дозирование и перемешивание кристаллического сахара и раствора подслащивающего вещества в вибрационном смесителе и сушку продукта [9]. Оригинальным в способе является то, что в качестве кристаллического сахара используют увлажненный сахар влажностью 0,8- %, а дозирование раствора подслащивающего вещества осуществляют пневматическим аэрозольным распылением на вибрирующий в смесителе слой кристаллического сахара толщиной 30-50 мм, причем интенсивность вибрирования последнего устанавливают достаточную для приведения слоя кристаллического сахара в виброожиженное состояние.

В качестве подслащивающего вещества используют 50-60 % – ный водный раствор гликозилированного стевиозида, дозирование которого осуществляют с учетом изменения вкуса сахарсодержащего продукта в зависимости от соотношения сладости компонентов SES = 1 + P, где 1 - эталонная сладость сахарозы и Р сладость, обеспечиваемая стевиозидом. При этом количество стевиозида составляет 0,5-2,0 весовых частей на 100 весовых частей сахара.

Стевиозид, являясь натуральным некалорийным заменителем сахара на основе экстракта стевии, делает возможным получение продуктов полезных для здоровья. Проведенные исследования показали, что стевиозид не влияет на уровень сахара в крови, что позволяет использовать его больным диабетом и гипергликемией, а также не способствует уменьшению сахара в крови у людей, не болеющих диабетом.

Многолетние исследования, проведенные Эндокринологическим Научным Центром Российской Академии медицинских наук, научными центрами США, Японии, Дании и других стран, подтвердили, что стевия нормализует в организме человека функцию иммунной системы, кровообращения и поддержания артериального давления в пределах нормальных значений; улучшает репарацию различных язвенных процессов, стимулирует секрецию инсулина, а также является антигипергликемическим средством для лечения сахарного диабета 2 типа и положительно рекомендуется для людей, обладающих избыточным весом.

Медикобиологические исследования стевиозида, проведенные в разных странах мира, показали, что при его регулярном употреблении снижается содержание сахара, радионуклидов и холестерина в организме, улучшаются регенерация клеток и коагуляция крови, тормозится рост новообразований, укрепляются кровеносные сосуды. Отмечены также желчегонное и противовоспалительное действия. Стевиозид препятствует образованию язв в желудочно-кишечном тракте. Как показали исследования, метаболизм ферментативно обработанного стевиозида в организме протекает аналогично интактным формам с образованием тех же продуктов.

По предложенной технологии [9] осуществлена выработка сахаро-стевиозидного продукта, имеющего SES = 2, в процессе получения которого качество контролировалось специально разработанным для технохимического заводского контроля кондуктометрическим способом [8], а также импедансной спектросопией [7].

Указанные способы контроля имеют высокие метрологические характеристики, достаточно экспрессны и являются альтернативными способу определению стевиозида методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Способ позволяет расширить ассортимент сахарсодержащих продуктов и получить на основе сахара-песка обогащенные стевиозидом и другими добавками продукты профилактического назначения с улучшенными потребительскими свойствами – равномерным распределением добавок на кристаллах сахара, что создает высокую однородность вкусовых качеств. При этом сохраняется форма и не происходит истирание поверхности кристаллов в процессе внесения раствора добавки (рисунок, в). В результате распределения добавки в поверхностной пленке воды вокруг кристаллов сахара и закрепления добавки в процессе дальнейшего высушивания продукт не имеет ограничений при использовании по хранению, фасованию и транспортировке в отличие от известных ранее. В готовом продукте отсутствует агломерация кристаллов.

Полученный сахаро-стевиозидный продукт с функциональными свойствами стевиолгликозидов может быть рекомендован для использования в технологии хлебопекарных и кондитерских изделий и как столовый подсластитель пониженной калорийности. При этом достигаются определенные преимущества продукции: двукратное снижение калорийности; отличный вкус и обеспечение равномерного распределения сладости в продукте; снижение гликемического индекса; стабильные вкусовые качества при хранении.

Функциональные свойства и технические характеристики композиционного сахаро-стевиозидного продукта:

  • 100 % натуральный, экологически чистый и безопасный продукт (рекомендации ГУ НИИ Питания РАМН);
  • легкий низкалорийный продукт при сопоставимой с традиционной сладостью в единицах SES (с регулируемым снижением калорийности от двукратного и менее, в зависимости от нанесенного пленочного покрытия стевиозида);
  • более высокая по сравнению с сахаром сладость продукта, отнесенная к удельному объему;
  • адгезивное покрытие стевиозидом кристаллов сахара, обеспечивающее устойчивость пленочного покрытия к внешним воздействиям при фасовании, транспортировке и хранении (исключается эффект отслаивания с поверхности кристаллов и расслаивания продукта);
  • равномерное распределение микродобавки стевиозида по массе продукта, исключающее неравномерность вкуса;
  • количественный синергизм - взаимное усиление сладости компонентов, что позволяет добиваться их экономии;
  • повышение сыпучести сахара, отсутствие слеживаемости при хранении;
  • увеличение срока хранения продукта с 2-4-х лет до 5-6-ти лет;
  • возможность производства освежающих напитков с пониженной калорийностью, обозначаемых как «легкие» или «light»;
  • исключение эффекта «хлопьеобразования» («флокуляции») или помутнения в напитках ввиду 2-3-х кратного уменьшения количества вносимого сапонина с сахаро-стевиозидным продуктом;
  • упрощение технологии производства продуктов питания и напитков за счет использования предварительно полученной необходимой композиции сахара и стевиозида, а также уменьшение времени и стоимости от их возможного раздельного использования.

Заключение

Предложен усовершенствованный способ получения сахаро-стевиозидного продукта с щадящим воздействием на кристаллы и сохранением их габитуса, граней и поверхности, исключающий пылеобразование, агломерирование кристаллов и создающий адгезивный слой микродобавки на поверхности кристаллов.

Предложенный способ производства сахарсодержащего продукта позволяет получить готовый продукт с равномерным покрытием кристаллов сахара раствором подслащивающего вещества, что создает высокую однородность вкусовых качеств. При распылении концентрированного раствора стевиозида влажность сахара увеличивается незначительно и необходимость в дополнительной сушке, как отдельной технологической операции, исключается. Продукт не теряет вкусовые качества при хранении и способен выдерживать стандартные условия складирования, а также не имеет ограничений при транспортировке в отличие от известных ранее. Использование сахарсодержащего продукта, полученного предложенным способом, является экономически целесообразным.


Библиографическая ссылка

Подгорнова Н.М., Петров С.М. КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПРОДУКТЫ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО САХАРА С ДОБАВКАМИ ПОДСЛАСТИТЕЛЕЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 10-3. – С. 17-20;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6018 (дата обращения: 21.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074