Технология производства сахарозаменителей

Употребление сахарозы или любого другого натурального саха­ра даже при рациональном подходе в ряде случаев вызывает разви­тие атеросклероза, диабет, прибавление в весе и ряд других патоло­гий. Поэтому большое внимание уделяется изысканию эквивалент­ных вкусовых сахарозаменителей не сахаристой природы. Соедине­ния, обладающие сладким вкусом, могут быть разделены на две группы: природные органические соединения - белки, дипептиды и другие натуральные соединения и вещества, полученные путем хи­мического синтеза.

Как правило, при выборе сахарозаменителей большое внимание уделяется их способности включаться в метаболизм, калорийности, безопасности для здоровья человека, а также себестоимости и тех­нологии получения. На сегодняшний день в научной литературе опи­сано большое количество сахарозаменителей, но по разным причи­нам реально в практике применяется только их небольшая часть.

К натуральным сладким соединениям относятся моносахариды и низкомолекулярные олигосахариды, продукты гидролиза крахмала и частичной изомеризации - смесь глюкозы и фруктозы, а также со­единения неуглеводного типа.

В пересчете на сахарозу, использование сахарозаменителей в США и Западной Европе составляет 55-56 кг в год на душу насе­ления.

Сахарозаменитель сахарин, получаемый химическим синтезом и в течение нескольких десятков лет интенсивно используемый в кон­дитерской промышленности, сегодня полностью вытеснен новыми натуральными, низкокалорийными сахарозаменителями, напри­мер, метилированным дипептидом аспартамом, производимым био­технологическим методом. Аспартам (торговое название " Нутрисвит" ) широко применяется в производстве диетических напитков.

При синтезе аспартама аминокислота фенилаланин является са­мым дорогим компонентом, ее в большом количестве получают пу­тем культивирования соответствующего продуцента. Токсикологи­ческие исследования в течение десяти лет предшествовали примене­нию аспартама в производстве пищевых продуктов.

Среди большого числа других сахарозаменителей заслуживает внимания стевиозид, содержащийся в растении Stevia vebaudiana, распространенном в Южной Америке. Это растение культивируется на Черноморском побережье, дает хороший урожай в виде сладких листьев. Широкое использование стевиозида в пищевой промышленности пока ограничено ввиду сложности его получения в чистом виде.

Сахарозаменители другого типа — флавонол-7-глюкозиды -содержат цитрусовые растения. В результате незначительной хи­мической модификации этих соединений образуются дигидрохалконы, которые намного слаще сахара. Наибольший интерес сре­ди этих соединений представляют нарингениндигидрохалкон, неогесперединдигидрохалкон и гесперединдигидрохалкон-4-ß -D-глюкозид. Последние два соединения в 300 раз слаще сахарозы. Что касается нарингениндигидрохалкона, характеризующегося незначительной токсичностью, то это соединение в 2000 раз сла­ще сахарозы. В США нарингениндигидрохалкон выпускается в промышленных масштабах.

Хорошим сырьем для получения неогесперединдигидрохалкон-4-ß -глюкозида является цитрусовый отжим, накапливающийся при переработке цитрусовых (получение сока).

Тауматин - соединение белкового происхождения. В промыш­ленных масштабах тауматин получают экстракцией из плодов этого рас­тения.Из всех известных сегодня сахарозаменителей это соединение - самое сладкое.

Сахарозаменители используются в производстве разных напит­ков (алкогольных и безалкогольных), варений, джемов, пирожных, конфет, жевательных резинок и других сладких продуктов.

С уверенностью можно констатировать, что производство и продажа сахарозаменителей в ближайщем будущем (10 лет) будут увеличиваться, на это указывают данные последних лет (годовой рост потребления составляет 8-9%).

Кроме того, биотехнологические процессы применяются в хлебопечении, производстве пищевых органических кислот (уксусная, лимонная кислота), вкусовых добавок (араматизаторы), в выращивании грибов, а также в других отраслях пищевой промышленности.

 

Вопросы для самопроверки

1. Какова технологическая схема производства алкогольных напитков?

2. Какие существуют сахарозаменители, их преимущества перед сахаром?

 

Тема 10. Вторичное сырьё используемое в биотехнологическом производстве

1. Растительное сырьё.

2. Промышленные отходы.

3. Отходы животноводства.

Для выращивания микроорганизмов могут использоваться различные виды сырья: отходы древесного и сельскохозяйственного растительного сырья, суль­фитные щелоки, жидкие и газообразные углеводороды, метиловый и этиловый спирты, отходы сельского хозяйства, пищевой, рыбной и мясоперерабатывающей промышленности. К используемым отходам сельского хозяйства, плодо- и лесо­перерабатывающей промышленности относятся: хлопковая и рисовая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, гузапай (стебли хлопчатника), солома, оболочка какао-бобов, скорлупа кокосовых орехов, кожура фруктов, овощей, листья. жмых, мякина, выжимка плодов и овощей, капустная и картофельная мезга, на­воз, кора, хвоя, опилки, древесное волокно, листья, щепа, ветки, обрезки древе­сины, городские отходы, старая бумага, картон, сточные воды.

Различный состав сырья, неодинаковые количественные и качественные характеристики источников углерода, азота и других необходимых для жизнедея­тельности микроорганизмов соединений дают разный выход биомассы микроор­ганизмов из 1 кг абсолютно сухого сырья (в кг): отходы древесного и сельскохо­зяйственного сырья 0, 18-0, 22, сульфитные щелоки 0, 01-0, 02, н-парафины 0, 80-1, 00, газообразные углеводороды 0, 80-1, 00, метанол 0, 40-0, 45, этанол 0, 45-0, 50, свекловичная меласса 0, 22-0, 26, молочная сыворотка 0, 02-0, 03.

 

Растительное сырье

Растительное сырье - древесные отходы лесного хозяйства и побочные продукты земледелия, составляют традиционную углеводную базу для биотехно­логических процессов.

Составными частями растительной массы являются углеводы в виде цел­люлозы, гемицеллюлозы, пентозанов, крахмала, сахаров, пектина, а также масла, жиры, воски, нуклеиновые кислоты, лигнин, хитин, смолы, белковые вещества, витамины, соли и т.д.

Древесное сырье. Представляет собой многолетние растительные ткани, содержащие целлюлозу, лигнин, пентозаны, гемицеллюлозы и др. вещества..

Целлюлоза - наиболее важный субстрат для получения белка. Раститель­ные, особенно древесные отходы содержат около 5% целлюлозы, что в мировом масштабе превышает 2 млн. т. в год. Это весьма перспективное сырье, но мик­робная клетка способна утилизировать только продукт деградации целлюлозы -глюкозу или пентозы и органические кислоты, образующиеся при гидролизе гемицеллюлозных субстратов и пентозанов. Поэтому древесное сырье подвергают предварительной обработке: измельчают и гидролизуют. Полисахариды древеси­ны при высоких температурах в присутствии кислот или щелочей переходят внизкомолекулярные усвояемые микроорганизмами соединения, но процесс тре­бует значительных энергетических затрат и ведет к образованию нежелательных побочных продуктов. Кроме того, древесина - продукт дефицитный, так как в ми­ре ее больше используется, чем воссоздается.

Растительные отходы сельского хозяйства. Кукурузная кочерыжка, под­солнечная лузга, рисовая и хлопковая шелуха, солома, стебли хлопчатника (гузапай) и др.

Хлопковая шелуха представляет собой твердую оболочку семян хлоп­чатника, покрытую короткими волокнами хлопка. Это отход хлопкоочиститель­ных и маслобойных заводов. Состав хлопковой шелухи зависит от сорта хлоп­чатника. Она содержит 36-48% целлюлозы, 20-31% - лигнина и 21-28% пентозанов.

Средний выход шелухи при шелушении хлопковых семян 31, 4% их массы, что составляет в нашей стране 1, 2 млн. т в год. При получении кормовых дрож­жей хлопковую шелуху гидролизуют кислотой.

Кукурузная кочерыжка - это стержень, остающийся после отделения ку­курузных зерен от початков. Выход кочерыжки - 25-35% массы початков. Состав стержней (в % к массе стержней): вода 8, сырой протеин 2, 8, сырой жир 0, 7, без­азотистые экстрактивные вещества 54, 7, сырая клетчатка 32, 8, зола 1.

По кормовой ценности перемолотые стержни могут быть приравнены к се­ну или яровой соломе. Но в чистом виде для корма они не используются: в них мало белка, витаминов, минеральных веществ, особенно кальция, фосфора, йода и кобальта. Кукурузная кочерыжка - это сырье для получения кормовых дрожжей на гидролизных заводах.

Подсолнечная лузга - отход при производстве масла из семян подсолнеч­ника. Выход ее составляет 30-40% массы семян подсолнечная лузга содержит 1, 4% богатого углеродом пигмента фитомелана, 23, 6-28 пентозанов, 52-66 клет­чатки, 24, 8-29, 6 лигнина, 31-42, 4% целлюлозы и является ценным сырьем для получения кормовых дрожжей, гидролизного спирта, фурфурола и других про­дуктов. Для выращивания кормовых дрожжей используют пентозогексозные гидролизаты лузги после удаления из них фурфурола. На 1 т кормовых дрожжей расходуется 6, 7 т лузги, выход дрожжей составляет около 150 кг.

Рисовая шелуха - сырье для гидролизного производства и получения кор­мовых дрожжей. Она содержит 18% легко-, 29% трудногидролизуемых полисаха­ридов. Общий выход РВ 50-58%. Гузапай (стебли хлопчатника), так же как камыш и солома служит сырьем для гидролизного производства. Верховой малоразложившийся торф также используется в качестве сы­рья для производства кормовых дрожжей. Его состав близок к составу растений Это сходство тем больше, чем меньше степень разложения торфа. Верховой торф со степенью разложения 15-20% содержит 25-27% легко- и 9-13% трудногидролизуемых полисахаридов, 0, 7-0, 4% азотсодержащих соединений, основная часп которых входит в состав гуминовых веществ, 7-10% аминокислот. Морские водоросли в Японии предложено использовать комплексно. При кислотном гидролизе водорослей образуются альгиновая кислота, витамины пигменты и белки, на гидролизатах возможно культивирование микроорганизмов - продуцентов белка. При обработке щелочью получают маннит, йод, калий, фукоидин. Сами водоросли после промывки и сушки могут служить дм пищевых целей или основой питательной среды для микроорганизмов - проду­центов белка. Отходы этих процессов используют для получения метана, а вто­ричные отходы - как удобрение при выращивании морских растений, чем замы­кается цикл.

 

Промышленные отходы

Отходы пивоварения - хороший, но небольшой источник углеводов: пив­ная дробина, солодовые ростки, отходы подработки несоложеного ячменя. Дли получения кормовых дрожжей эти отходы гидролизуют и вводят в среду в соот­ношении 8: 0, 2: 0, 5 (дробина: ростки: отходы ячменя)

К отходам картофелекрахмального производства, использующимся в качестве сырья для выращивания микроорганизмов, относят клеточный сок кар­тофеля и соковые воды, промывные воды после гидросмыва крахмала и мезга.

Клеточный сок картофеля содержит 6% сухих веществ, его объем дохо­дит до 50% к массе перерабатываемого картофеля и составляет около 1, 3 млн. п год. Клеточный сок картофеля содержит аминокислоты, оксид калия, фосфорную кислоту, соединения кальция и магния. Уровень использования клеточного сои картофеля в настоящее время составляет около 33%.

Картофельная мезга содержит (в % к массе сухих веществ): крахмал 50, клетчатку 25. Растворимые углеводы 2, 5, минеральные вещества 6, 2, сырой про­теин 6 и прочие вещества 10, 3. Влаги в мезге 86-87%, что делает ее малотранспортабельной. Концентрация клетчатки и крахмала в этом виде сырья низка, гид­ролиз его экономически не оправдан. На этом сырье культивируют микроорга­низмы, обладающие гидролитическим комплексом ферментов и использующие при росте биополимеры. Отходы, не требующие специальных методов обработки. К ним относятся меласса, последрожжевая барда спиртовых заводов, молочная сыворотка. Свекловичная меласса - отход производства сахара из свеклы (выход 3, 5-5% к массе свеклы), богата органическими и минеральными веществами, необхо­димыми для развития микроорганизмов. Она содержит 45-50% сахарозы, 0, 25-2, 0 - инвертного сахара, 0, 2-3, 0% рафинозы. Из азотистых веществ в мелассе содер­жатся бетаин, пирролидонкарбоновая, глутаминовая, аспарагиновая кислоты, лейцин, изолейцин, аланин, валин, из органических кислот - молочная, муравьи­ная, уксусная, масляная, лимонная. В малых количествах в ней содержатся ко­бальт, железо, свинец, бор, цинк, кремний, серебро, йод, марганец, молибден. Свекловичная меласса представляет собой дорогое и дефицитное сырье и в про­изводстве кормовых дрожжей используется редко.

Меласснаябарда является отходом производства этанола на мелассе и со­держит 6-12% сухих веществ. Это полноцепное сырье для производства кормо­вых дрожжей. В настоящее время для производства кормовых дрожжей исполь­зуется более 70% первичной послеспиртовой мелассной барды.

Зерновая и картофельная барда - отход спиртового производства. Состав зерновой и картофельной барды различен. Зерновая барда содержит 3, 2-4, 1% су­хих веществ, картофельная - 6, 7-8%. В сухих веществах картофельной барды меньше протеина, чем в зерновой (18, 7-19, 5% против 26, 8-27, 5), меньше жиров (3, 1% против 5, 9-7, 5). Картофельная барда богаче зерновой по содержанию угле­водов (56, 2-58, 5 % против 40-41, 8). Больше в ней и минеральных веществ. Для получения кормовых дрожжей используется 14, 6% получаемой в настоящее вре­мя зернокартофельной барды.

Барда ацетоно-бутилового производства содержит до 0, 7-1, 0% РВ, азо­тистые вещества, минеральные соли и стимуляторы роста. В ней присутствует немного (0, 07-0, 30 г/л) бутанола, что требует адаптации к нему микроорганизмов.

Молочная сыворотка - сырье для получения белковых препаратов. В сы­воротке содержатся (в % СВ): лактоза 70-80, белковые вещества 7-15, жир 2-8, минеральные соли 8-10. Кроме того, молочная сыворотка имеет в своем составе значительное количество витаминов, гормонов, органических кислот, микро- и ультрамикроэлементов.

Отходы консервной промышленности. В нашей стране ежегодно в консервы перерабатывается 4 млн. т овощей и плодов. При этом образуется 700-800 тыс. т отходов и вторичных продуктов, ко­торые могут использоваться в качестве сырья при приготовлении питательных сред для производства кормовых дрожжей. Отходы отличаются по химическому составу не только в зависимости от вида сырья, но и от степени зрелости, усло­вий хранения, вида изготовляемой продукции.

Томаты в основном идут на производство концентрированных томатопродуктов и томатного сока. В первом случае общее количество отходов составляет 4-5% к массе сырья. Количество пульпы в отходах составляет 51-78%, семян - 6-14, кожицы - 6-13, сосудистых волокон - 1-3, связанной воды - 8-15%.

При производстве томатного сока отжимают около 65% сока и мякоти к массе сырья. Остальные 35%, идущие в отходы, состоят на 88% из мякоти и сока и на 12% из кожицы и семян. На растворимую часть в отходах приходится 2, 5-5%. Рациональным способом хранения и использования отходов томатного про­изводства является их высушивание и получение из них муки.

Отходы переработки зеленого горошка - это ботва и створки. Выход зерен горошка составляет 15-20% скошенной массы. Отходы содержат до 40% безазо­тистых экстрактивных веществ, до 11% минеральных веществ и другие соедине­ния Отходы могут использоваться для получения микробных белковых препара­тов.

Отходы переработки капусты, моркови, свеклы и других овощей - эта ботва, очистки, испорченные овощи и т.п. Ежегодно этих отходов получают око­ло 100 тыс. т. Отходы составляют от массы перерабатываемых овощей (в %): ка­пуста 22, 5, морковь 17-20, свекла 24-29 и т.д. Эти отходы используются для по­лучения микробных белковых препаратов.

Отходы овощесушильного производства подразделяют на твердые и жидкие. К твердым относят мелкие некондиционные клубни картофеля, снятую при очистке кожицу, глазки, мелкие частицы, получаемые при сушке, инспекции и фасовке, к жидким - промывные воды, получаемые при бланшировании, варке и других операциях, а также мезгу. Отходы при переработке картофеля состав­ляют 25-45% всех отходов овощесушильного производства. Это прекрасное сы­рье для производства белковых препаратов и крахмала.

Отходы переработки плодов состоят из выжимок, получаемых при прес­совании, остающихся при варке компотов варенья, джемов и т.д. Эти отходы являются полноценной средой для выращивания микроорганизмов. При переработке яблок отходы составляют около 30-34%. При приготовлении сока ю винограда образуется до 18% виноградных выжимок, состоящих на 43-45% и кожицы с остатками мякоти, на 22-32% из семян и на 24-26% из гребней. Вы­жимки содержат примерно 5% сахара и используются как компонент питатель­ной среды при производстве кормовых дрожжей.

При выработке соков и компотов из цитрусовых образуется около 60% от­ходов к общей массе плодов. В них содержится ряд ценных веществ: эфирное масло (1, 2%), пектиновых веществ (1, 5-2%) и гесперидин (1, 2-1, 5%).

В США из отходов производства соков из цитрусовых получают эфирные масла и гесперидин. Оставшиеся выжимки измельчают, обрабатывают известью до рН 6, затем аммиаком и прессуют. Фильтрат используют в качестве питатель­ной среды для дрожжей.

Отходы винодельческой промышленности - это гребни, виноградные выжимки, семена, дрожжевые осадки. Смоченные суслом гребни содержат 1-1, 5% сахара, до 2, 54% минеральных веществ, азотистые вещества.

Виноградные выжимки содержат 4-10% сахара, азотистые, пектиновые, дубильные вещества, жиры, клетчатку, до 1, 2-3, 6% минеральных веществ и могут использоваться в составе сред для выращивания дрожжей. Ежегодный объем ви­ноградных выжимок в стране около 2, 6 млн. т.

Дрожжевой осадок составляет 3-8% объема вина и содержит (в % на сухое вещество): минеральные вещества 5-10, углеводы 25-50, азот 5-17, белковые вещества 30-75 и жиры 2-5. Из дрожжевого осадка получают этанол, высшие спир­ты, альдегиды и кормовые дрожжи.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. B. отрасль производства, обеспечивающая жизненно необходимую потребность общества в перевозке грузов и пассажиров.
2. II Технология и организация строительных процессов
3. III. Порядок производства и решения дел
4. V. Себестоимость продукции судостроения и судоремонта и оценка эффективности производства
5. Авторская технология преподавания «Технологии» «Учителя года России – 2001» А.В. Крылова
6. Авторская технология преподавания литературы «Учителя года России - 94» М.А. Нянковского
7. Авторская технология преподавания математики «Учителя года-98» В.Л. Ильина
8. Авторская технология преподавания русского языка и литературы «Учителя года России - 93» О.Г. Парамонова
9. Алгоритм формирования техники двигательных действий легкоатлетических упражнений. Характеристика и технология обучения технике легкоатлетического вида из школьной программы (по выбору).
10. Альтернативные возможности производства книг и компьютеров
11. Анализ динамики производства и реализации продукции
12. Анализ производства и реализации продукции. Анализ качества произведенной продукции и ритмичности производства.