Технологічний процес виробництва карамелі з оптимізацією процесу

Существующие  в настоящее время технологические  системы различаются принципом  действия, периодичностью, уровнем  механизации или автоматизации, эффективностью использования ресурсов, воздействием на среду.

Технологические системы пищевых производств  относят к классу сложных систем, представляющих собой конструкции  из агрегатов. Такие системы обладают следующим свойством: при разделении систем на подсистемы и элементы в конечном счете получают объекты, являющиеся агрегатами. И еще: в таких агрегативных системах не могут содержаться элементы более общего характера, чем агрегат.

У всех агрегатов  есть одно общее свойство - энерджентность. Будучи объединенными в агрегат, элементы образуют систему, обладающую внешней и внутренней целостностью.

Практически все технологически системы динамичны. В ходе научно-техническбго прогресса  они постоянно совершенствуются или обновляются: повышается эффективность  использования сырья или автоматизируются производственные процессы, повышается качество продукции.

Создание  новой технологии предваряет анализ существующей. При этом для выявления  характера связей внутри системы  и с окружающей средой часто составляют операторные модели наряду с машинно-аппаратными  схемами.

Операторные модели позволяют не только расчленять процесс с высокой степенью детализации, но и рассматривать технологический  процесс как единое целое. Таким  образом, технологическая система  подразделяется на три основных вида подсистем: подсистемы образования  продукта с заданными технологическими показателями качества (обозначаются буквой С), подсистемы образования продукта в виде отдельных предметов с  заданными показателями качества (обозначаются буквой В) и подсистема А образования изделий с показателями качества, соответствующими стандарту.

При изучении технологической системы производства пива светлых сортов был реализован декомпозиционно-агрегативный подход. В результате проводимого системного анализа представляли технологическую  систему в формализованном виде, выделяя в ней подсистемы и  элементы (рис. 2.1.).

Формализацию  системы осуществляли на основе фактического ее изображения. В рамках способа  саморазвертывающихся алгоритмов формализацию системы проводим в два этапа. На первом этапе систему разбиваем  на максимальное число агрегатов (подсистем  и элементов), указывая все необходимые  взаимодействия между ними, чтобы  полученная модель наиболее точно описывала  реальную систему. На втором этапе изображаем моделируемую систему менее детализировано. Степень развертываемости тех или  иных элементов системы определяем в первую очередь, целями исследования.

Представляя систему в сжатом формализированном  виде (рис. 2.2.), используем данную схему  для составления параметрической  модели технологии. На входе каждой подсистемы выделяем входные (сверху) и управляющие или возмущающие (справа) параметры; на выходе - выходные (снизу) и контролируемые (слева) параметры.

Отриманий тим або іншим  способом карамельний сироп уварюють потім до карамельної маси. Процес уварювання до змісту сухих речовин 96...99% здійснюється різними шляхами: в вакуум-апаратах, в змієвикових колонках при атмосферному тиску, в плівочних апаратах, що працюють при атмосферному тиску або розрядженні.

Наступна стадія виробництва  – охолодження карамельної маси: її виливають на охолоджуючий стіл безпосередньо з варильної апаратури або переносять у спеціальних бочках порціями по 20-25 кілограм. Паралельно охолодженню в карамельну масу на столах вводять фарбу, есенції і кристалічну кислоту. Тривалість охолодження 1-2 хвилини.

В'язкість карамельної  маси значно зростає при пониженні температури від 130 до 80...75°С, при цьому вона переходить з рідкого в полутвердий пластичний стан,при якому здатна піддаватися механічній обробці і формуванню.

Непрямою характеристикою  в'язкості карамельної маси є  «розтікання», яка залежить від рецептури  маси і її температури.

В'язкість впливає на стійкість карамельної маси до зацукрювання і на технологічний процес її обробки. Карамельна патока, особливо низькооцукрена, внаслідок високого вмісту декстринів дає високу в'язкість карамельної маси. Маса, приготована на инвертному сиропі, при тій же вологості володіє меншою в'язкістю і більшим розтіканням.

Після охолодження карамельна маса піддається проминці або витягуванню.

Призначенням проминки карамельної маси є рівномірний розподіл у ній кислоти, есенції, фарби, повний рівномірний розподіл введених відходів, при цьому маса залишається прозорою. Для отримання карамелі з непрозорою оболонкою карамельну масу після фарбування, ароматизації обробляють на тягнульних машинах. Після такої обробки вона набуває шовковистий блиск і крихкість, що є наслідком проникнення в масу повітря. При цьому маса втрачає прозорість, а щільність її значно зменшується. Одночасно в масі рівномірно розподіляються введені добавки.

Карамель (СР = 98%), виготовлена  на патоці (співвідношення цукру і патоки (1:0,5), містить близько 58% сахарози, 20% декстринів, 10% глюкози, 7% мальтози, 3% фруктози; карамель на инвертному сиропі містить близько 78% сахарози і 20% інвертного цукру.

Окрім того, незалежно від рецептури карамельної маси, в ній міститься деяка кількість продуктів хімічної зміни цукрів, які утворюються при тепловій дії на них у процесі виготовлення карамельної маси. Кількість і якість цих продуктів залежить від ряду факторів: якості і складу сировини, способів уварювання карамельної маси, pH середовища, концентрації та виду вуглеводів, присутніх у сировинної суміші в початковій стадії теплового впливу.

Особливості технологічного процесу виробництва карамелі обумовлені тим, що карамельна маса є досить нестійкою  системою: цукор (сахароза) прагне вжити  властивий йому кристалічний стан. Крім того, при нагріванні рецептурної суміші відбувається хімічна зміна сахарози. Продукти такої зміни відрізняються високою гігроскопічністю, погіршують зовнішній вигляд виробу і скорочують термін зберігання карамелі. Тому на всіх стадіях технологічного процесу потрібно створення умов, що забезпечують високу стійкість карамельної маси. Зокрема, для зниження температури і скорочення тривалості видалення вологи з рецептурної суміші її уварюють під вакуумом. Смакові добавки, що містять кислоту, вводять після попереднього охолодження карамельної маси. Необхідною умовою при виготовленні карамелі є охолодження увареної карамельної маси в максимально короткі терміни, тому що швидкість кристалізації сахарози залежить від швидкості охолодження і зниження температури, швидко падає через різке підвищення в'язкості маси.

Таким чином, аналізуючи існуючі  способи приготування карамельних  сиропів і уварювання карамельної  маси, необхідно оцінити їх придатність  перш за все з точки зору якості карамелі як харчового продукту, який не повинен мати сторонніх домішок і в якому не повинна бути втрачена харчова цінність вихідної сировини.

2.2. Обґрунтування  заходів з удосконалення або  оптимізації технологічної схеми  виробництва

Однією з головних задач  харчових виробництв є збільшення в раціоні людини частки продуктів підвищеної харчової та біологічної цінності, збагачених білками, вітамінами, мікроелементами та іншими біологічно активними речовинами.

Останнім часом проводяться дослідження з використанням натуральних цукро-замінювачів для створення продукції функціонального, лікувально-профілактичного, дієтичного призначення. Один з таких натуральних підсолоджувачів - ізомальтулоза, яку отримують з сахарози під дією ферменту ізомальтулозосінтази. За хімічним складом ізомальтулоза складається з тих же основних структурних фрагментів, що й сахароза, але має інших зв’язок між глюкозою і фруктозою.

Розробка функціональних продуктів харчування з використанням  натуральних підсолоджувачів - рішення однієї з важливих медико-соціальних проблем профілактики та лікування цукрового діабету, ожиріння, метаболітного синдрому і дисбактеріозу. Також відомо, що глікемічна реакція при споживанні ізомальтулоза значно нижче, ніж глюкози і сахарози, тому ізомальтулозу можна використовувати для виробництва багатьох харчових продуктів.

Карамель з ізомальтулозою має смак, аромат, структуру і консистенцію, аналогічні карамелі з сахарозою, відповідні нормативним вимогам. Однак у першої більш інтенсивне забарвлення. Також карамель з ізомальтулозою володіє в 1,5-2 рази менш вираженими гігроскопічними властивостями, захищає зуби від карієсу та має вдвічі нижчу калорійність. Це сприяє підвищенню споживчих якостей льодяникової карамелі з ізомальтулозою.

Олігофруктозою можна  замінювати цукор при виробництві  продуктів високої харчової цінності.

Карамель з полідекстрозою. Завдяки  високій розчинності і в’язкості  полідекстрози можна виготовляти тверду та м’яку карамель без цукру високої якості. Полідекстроза не кристалізується за низьких температур і високих концентрацій, запобігає кристалізації цукру та поліолів, знижує калорійність продукту і не є карієсогенним інгредієнтом.

Запропоновано виробництво льодяникової карамелі функціонального призначення з використанням продуктів ферментативного гідролізу інуліну RAFTILOSE® Р95. Застосування цього препарату сприяє зниженню цукромісткості карамелі, підвищенню харчової цінності завдяки збагаченню харчовими волокнами, розширенню температурного інтервалу обробки карамельної маси під час формування.

Компанія «Фрутаром» для виготовлення льодяникової карамелі пропонує рослинні екстракти, отримані в Швейцарії з екологічно чистої сировини. У створенні карамелі фітнес-серії використовують екстракти зеленого чаю, екстракти зеленого чаю «Мате», гібіскуса і шипшини. Для частини виробів поєднують ці екстракти з ароматами чорної смородини, малини, лимону та ін. Така карамель орієнтована на людей, які ведуть активний спосіб життя. Використання екстрактів зеленого чаю «Мате» в поєднанні з ароматами льодяникової карамелі позитивно впливає на органолептичні показники виробів. Льодяники мають легкий присмак зеленого чаю, доповненого ароматом лимона. Таке поєднання дозволяє отримати ефект свіжості у смаку виробів. Екстракт гібіскуса активізує захисні властивості організму, нормалізує тиск, сповільнює процеси старіння.

З урахуванням фармакологічних  характеристик лікарських трав розроблено рецептури карамелі різного функціонального  призначення: перша — загальнозміцнюючої дії (до складу виробів входить аскорбінова  кислота, екстракти курильського чаю, червоної горобини, аїру), друга — імунно-стимулюючої і радіозахисної (сироп «Таволга»); третя — протизапальної і ранозагоювальної (шавлія, курильський чай, солодка, аїр); четверта — для профілактики порожнини роту (курильський чай, шипшина, аїр, червона горобина).

Виведена нова харчова добавка із кореня ревеню для виробництва льодяникової карамелі. Концентрат «Флора», отриманий з кореня ревеню, використовують як барвник, а також як смакова й ароматична добавка. Вона суттєво впливає на смак і запах карамелі.

Розроблено склад льодяникової карамелі, що містить комплексну сполуку йоду з неклейстеризованим крохмалем у діапазоні співвідношень йод: крохмаль від 1:30 до 1:60 або клейстеризованим крохмалем у діапазоні співвідношень крохмаль: йод від 1:20 до 1:40. Завдяки цьому забезпечується підвищення біологічної цінності виробів і надання їм лікувально-профілактичних властивостей у разі недостатнього надходження йоду з їжею.

При виробництві карамелі жувальної  консистенції актуальним є використання нових натуральних, недорогих структуроутворювачів, здатних не тільки дати карамельній масі певні пружно-в'язко-пластичні властивості і м'яку текстуру, а й підвищити її харчову цінність, надати функціональні властивості і збільшити термін зберігання. Гуміарабік - перспективний структуроутворювач для харчової промисловості. Це натуральний продукт природного походження, генетично не модифікований. Гуміарабік володіє пребіотичним ефектом, функціональними і поживними властивостями завдяки істотному змісту полісахаридів, харчових волокон, клітковини і через незначну кількість протеїнів, поліфенолів і мінералів, він повністю розчиняється у воді, має високо - молекулярну масу.

2.2. Обґрунтування  заходів з удосконалення або  оптимізації технологічної схеми  виробництва

Харчова і біологічна цінність карамелі низька і в основному представлена вуглеводами (до 97%), тому в якості збагачуючого рецептурного компонента пропонують використовувати молочну сироватку. До її складу входять сировоточні білки, які повноцінні і служать додатковим джерелом амінокислот, представлених вісьмома незамінними амінокислотами, Сироватка містить також до 73% лактози, яка важлива, оскільки має високу харчову цінність.

Харчова цінність продукту підвищується також завдяки її мінеральним речовинам. Масова частка мікронутрієнтів в молочній сухій сироватці (мг) становить: натрію - 1100, калію - 1400, кальцію - 1100, магнію -150, фосфору -1200, заліза -1500. Найбільш важливий показник сироватці ¬ ки для виробництва карамелі – титруюча кислотність, яка впливає на інверсію сахарози та утворення необхідної кількості редукуючих речовин (18-20%) і запобігає кристалізації виробів.

Аналіз зразків сироватки, представлених рядом фірм, показав, що вони незначно розрізняються по масовій частці вологи (2,5-6%), білка (12-14%), жиру (0,5-1,7%) , лактози (69,8-76,3%), а в основному - за кислотностю.

Результати дослідження  сироватки з різною кислотністю (10,30,50°Т), свідчать про те, що навіть кислотність 50 ° Т не дозволяє отримати вироби з необхідною кількістю редукуючих речовин: 4,1% глюкози, 2,9% фруктози.

Для збільшення інверсії сахарози в рецептуру карамелі вводили молочну кислоту, тому що вона має невелику здібність до інверції, має приємний смак і є природною кислотою.

При розробці рецептури і технології виготовлення льодяникової карамелі враховували всі особливості сироватки, що впливають на технологічний процес, встановили її оптимальна кількість у виробі і технологічні параметри виробництва.

Для прогнозу напрямку і  швидкості вологопереносу визначали активність води. Виявили, що активність води карамелі, що містить сироватку і молочну кислоту, не збільшується в порівняні з даними показником продукції, виготовленій на патоці, незалежно від умов зберігання, таким чином вироби з додаванням сироватки негігроскопічні.