Индивидуальное задание по теме: «Получение глюкозо-фруктозных сиропов»

Глюкозно-фруктозный сироп (ГФС) – крахмалопродукт, используемый в пищевой промышленности в качестве заменителя сахара. Продукт состоит в основном из фруктозы и глюкозы, поэтому по сладости и питательной ценности равноценен сахарозе. Примерный состав глюкозно-фруктозного сиропа: сухие вещества, глюкоза 53%, фруктоза 42-45%, полисахариды менее 1,0% Ю-псикоза менее 0,3%, зола менее 0,05%; рН сиропа 4,0-4,5. Высоко фруктозные сиропы содержат 60-90% фруктозы.

Сфера применения глюкозно-фруктозных сиропов определяется их свойствами: низкой вязкостью, легкой сбраживаемостью дрожжами, стабильностью цветности и т. д. Высокая гигроскопичность сиропов способствует сохранению влаги и предотвращает высыхание глазури, помадки, зефира, пастилы, мягких конфет и жевательной резинки. Высокое осмотическое давление сиропов обусловливает быстрое проникновение Сахаров в ткани консервируемых продуктов.

Добавление сиропов устраняет кристаллизацию продуктов кондитерского и консервного производства. Все виды безалкогольных напитков, соков и джемов, приготовленные на глюкозно-фруктозных сиропах, сохраняют аромат ягод и фруктов и их натуральную окраску.

(1)	(2)
Рис. 1 Глюкоза - (1); фруктоза - (2)

Рис. 2 Сахароза

Основным сырьем для производства глюкозо-фруктозных сиропов является крахмал (например, кукурузный и картофельный крахмалы), который содержит молекулы двух типов, состоящих из остатков глюкозы: линейные (амилоза) и разветвленные (амилопектин) и преобразуются в глюкозу посредством кислого или ферментативного гидролиза. В пищевой промыщленности ГФС, получают при ферментативном гидролизе крахмалсодержащего сырья с последующей частичной изомеризацией глюкозы во фруктозу с помощью глюкозоизомеразы (ГИ). Химический метод не используют в промышленности.

Рис. 3 Амилоза 

Рис. 4 Амилопектин 

Биотехнологический метод

Ферментативная обработка крахмала начинается с действия α-амилазы с целью его разжижения. Этот процесс осуществляется при температуре 80—110 °С, рН 6,5—6,7 в присутствии ионов кальция, которые активизируют и стабилизируют α-амилазу (продуцент - Bacillus subtilis). На следующей стадии ферментативной обработки крахмала производится осахаривание (трансформации в глюкозу) с помощью глюкоамилазы(продуцент – гриб Аspergillus niger), которая представляет собой типичную экзогидролазу. В результате ферментативных превращений крахмала при действии глюкозоизомеразы полученная глюкоза обратимо изомеризуется во фруктозу с получением глюкозо-фруктозного сиропа.

Рис. 5 Технологическая схема производства глюкозно-фруктозного сиропа из крахмала

Глюкозоизомераза является внутриклеточным ферментом и должна использоваться в иммобилизованной форме ( т. е. искусственно связанно с нерастворимым носителем, но сохраняющее свои каталитические свойства). Лучшим способом иммобилизации является адсорбция фермента на различных носителях после разрушения клеток или включения его в гель с последующей сшивкой. Суспензию подвергают желатинизации при температуре около 60 °С и рН 6,0—6,5. Затем добавляют термостабильную α-амилазу и процесс разжижения крахмала осуществляют при температуре 90—105 °С.

После этого суспензию охлаждают до 60 °С и понижают рН до 4,5. В дальнейшем в реакционную среду добавляют глюкоамилазу и процесс осахаривания проводят при температуре 55 °С и рН 4,5, при этом получают сироп, в котором глюкозы 94—96 %, а сухих веществ 30 %. В связи с тем, что глюкозоизомераза ингибируется ионами кальция, которые добавляли на стадии разжижения для активирования α-амилазы, глюкозный сироп перед изомеризацией тщательно очищают.

При этом удаляются и другие примеси. Очистка включает фильтрование, очистку активированным углем, повторное фильтрование, ионообменную очистку на катионитах и анионитах. Так как растворенный в глюкозном сиропе воздух ингибирует глюкозоизомеразу, в дальнейшем проводят процесс деаэрации. После этого в сироп добавляют активатор глюкозоизомеразы — ионы магния (сернокислый магний) и рН доводят до 7,5—8,2. После повторного фильтрования глюкозный сироп направляют на изомеризацию, которую проводят при температуре 60 °С, рН в полученном продукте, содержащем 42 % фруктозы, доводят до 4,0. Затем с помощью активированного угля сироп обесцвечивают, фильтруют, подвергают ионообменной очистке и снова рН доводят до 4,0.

Рис. 6 Катализируемая глюкоизомеразой реакция

После повторного фильтрования глюкозо-фруктозный сироп упаривают до содержания сухих веществ 71 %, что обеспечивает его длительное хранение.

Химический метод

1. Преобразование крахмала в глюкозу возможно посредством кислого гидролиза. Далее провести частичную изомеризацию глюкозы во фруктозу химическим способом трудно, но возможно при действии фермента (глюкозоизомеразы).

Гидролиз крахмала до молекул глюкозы:

2. Кислотный гидролиз сахарозы

В этом методе получают равную смесь глюкозы и фруктозы, но необходим ГФС составом: глюкоза 53%, фруктоза 42-45%. Следовательно далее нужно либо добавить в смесь глюкозу (что более оправдано, т.к. чистую глюкозу можно получить кислотным гидролизом крахмала), либо уменьшением содержания фруктозы.

К преимуществам химического метода получения ГФС можно отнести:

• точное знание содержания продуктов реакции в получаемой смеси;

• недорогие реагенты и катализаторы;

Но главный недостаток - это трудность в достижении определенной концентрации ГФС и использовании этого метода в промышленных масштабах.

Использование биотехнологического метода выгодно, так как он является наиболее дешевым и освоенным. Однако живые микроорганизмы, с которыми приходится работать, очень чувствительны к малейшим изменениям условий. Этот недостаток метода возможно устранить в промышленном производстве используя специальное оборудование.