Контроль качества сахара

Министерство науки и образования Украины

Донецкий  национальный университет экономики  и торговли

имени Михаила  Туган – Барановского

Кафедра химии 
 
 
 

Реферат

на тему: «Контроль качества сахара» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила

студентка группы ТХ-08А

Морева  М.В.

Проверила:

Лесишина  Ю.О. 
 
 
 

Донецк-2011

Содержание 

1. Общие сведения о сахаре
2. Органолептический анализ качества сахара
3. Определение физико-химических показателей качества сахара

1. Общие сведения о сахаре

     Сахар – пищевой продукт, состоящий из сахарозы высокой степени чистоты. Сахароза имеет приятный сладкий вкус. Она быстро и легко усваивается организмом человека и используется как источник энергии и как материал для образования жира, гликогена, белково-углеродных соединений. Энергетическая ценность 1 г сахарозы 15 кДж. Благодаря сладкому вкусу сахароза возбуждающе действует на центральную нервную систему, способствует обострению зрения и слуха. Однако избыток сахара в рационе питания оказывает неблагоприятное действие на организм. Физиологическая норма потребления сахара 100 г в cутки (36 кг в год), но ее следует дифференцировать в зависимости от возраста и образа жизни. Сахар вырабатывают из сахарной свеклы и сахарного тростника. В Украине вырабатывается два вида сахара: свекловичный сахар-песок и дополнительно очищенный сахар-рафинад.

     Сахар-песок. Для производства сахара используют специальные сорта сахарной свеклы, от химического состава которой в значительной степени зависит и выход сахара и его качество. В свекле содержится 25–28% сухих веществ, из них на долю сахарозы приходится в среднем 17,5%. Сахаристость лучших селекционных сортов свеклы достигает 20–22%. Сахароза растворена в соке, который заполняет вакуоли клеток. Не сахара свеклы – азотсодержащие вещества (1,1%), безазотистые органические соединения (0,9%) и минеральные вещества (0,5%). Среди азотсодержащих соединений особое значение имеют аминокислоты, бетаин, пуриновые основания, которые осложняют кристаллизацию сахарозы, участвуют в образовании красящих и ароматических веществ. Редуцирующие вещества, которые содержатся в свекольном соке, относятся к нежелательным компонентам, так как в процессе производства сахара происходят сложные их превращения; образование оксиметилфурфурола и меланоидинов, осмоление в щелочной среде с образованием темноокрашенных соединений. Продукты щелочного разложения редуцирующих веществ и меланоидины являются основными компонентами красящих веществ, содержащихся в кристаллах готового сахара. Пектиновые вещества затрудняют очистку сока, а продукты их распада ухудшают качество сахара. Сапонины отличаются высокой поверхностной активностью и вызывают процессы пенообразования, что затрудняет проведения технологических операций.

     Главный компонент сахара – сахароза. Это  дисахарид, состоящий из глюкозы  и фруктозы, не обладающий редуцирующими  свойствами, т.к. оба полуацетальных гидроксила (фруктозы и глюкозы) израсходованы  на образование кислородного мостика в молекуле дисахарида. В водных растворах сахароза легко гидролизуется с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы. Эта смесь называется инвертным сахаром. При нагревании сухой сахарозы до температуры 160–170°С происходит ее дегидратация – карамелизация. При этом образуется сложная смесь ангидридов горького вкуса, коричнево-бурой окраски, которые называются карамеланом. Сахароза оптически активный сахар, она вращает плоскость поляризации вправо. Это свойство используется для количественного определения сахарозы поляриметрическим методом. В сухом виде сахароза малогигроскопична, ее растворимость в воде достаточно высокая. Не сахара, содержащиеся в свекольном соке, повышают растворимость сахарозы, что затрудняет извлечение ее из растворов в кристаллическом виде.

Производство  сахара-песка.

     Технологический процесс производства сахара-песка  включает следующие операции:

• переработка свеклы (удаление примесей, мойка, измельчение);
• получение диффузионного сока;
• очистка сока от механических примесей и несахаров;
• сгущение сока выпариванием;
• кристаллизация сахара из сиропа, отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости;
• сушка, охлаждение, очистка готового сахара.

     Сахар из свекловичной стружки извлекают  диффузионным способом, используя принцип  противотока. В результате – с  одного конца аппарата выходит диффузионный сок, близкий по составу к клеточному соку свеклы, с другого – обессахаренная стружка. Диффузионный сок имеет кислую реакцию среды, характерный запах и почти черный цвет, обусловленный продуктами окисления тирозина и пирокатехина свеклы. В нем содержится около 17% сухих веществ, основная доля среди которых (80–90%) приходится на сахарозу. Из диффузионного сока удаляют механические примеси и обрабатывают его сначала известковым молоком (водной суспензией оксида кальция), а затем диоксидом углерода (СО2). Первый процесс называют дефекацией, второй – сатурацией. Под действием известкового молока нейтрализуются кислоты, осаждаются соли алюминия, железа, магния, коагулируют белки, сапонины, красящие вещества. В процессе дефекации разлагаются пектиновые и азотсодержащие вещества. Редуцирующие сахара вступают в реакцию меланоидинообразования. После добавления известкового молока сок приобретает светло-желтый цвет, в нем образуется хлопьевидный осадок. При последующем насыщении сока диоксидом углерода избыток извести осаждается в виде мелкокристаллического кальция, на поверхности частиц которого адсорбируются несахара. После первой сатурации сок фильтруют, вторично сатурируют для более полного удаления кальция и снова фильтруют. Для уменьшения количества красящих веществ сок сульфитируют, дополнительно очищают активированным углем или ионитами. Полученный сок содержит около 85% воды и является ненасыщенным раствором сахарозы и оставшихся после очистки несахаров. Чтобы получит сахар в кристаллическом виде, сок сгущают путем выпаривания. На качество сахара влияют условия выпаривания. При высокой температуре в концентрированном растворе происходит разложение сахаров, в нем увеличивается содержание красящих веществ. Воду из сока удаляют в два этапа, вначале на выпарных установках из сока получают сироп. Его обрабатывают адсорбентами, дополнительно сульфитируют, чтобы получить прозрачный сироп с низкой цветностью. Затем в вакуум-аппаратах при пониженной температуре сироп сгущают до пересыщенного состояния и осуществляют кристаллизацию сахара. Для ускорения процесса кристаллизации в сироп вводят затравку (тонкоизмельченную сахарную пудру), частички которой служат центрами кристаллизации. Их количество регулируют в зависимости от величины кристаллов готового сахара: чем крупнее должны быть кристаллы сахара, тем меньше вводят затравки. В результате кристаллизации сахара из сиропа в вакуум-аппаратах образуется утфель1 – вязкая масса, состоящая из кристаллов сахарозы и межкристальной жидкости – патоки. Патока содержит растворенный сахар и несахара, имеет темный зеленовато-коричневый цвет, специфический запах. Сахар отделяют от патоки на центрифугах. На поверхности кристаллов сахара еще остается тонкая пленка патоки. Для более полного ее удаления сахар в центрифугах промывают водой и пропаривают. При этом растворяется не только патока, но и часть сахара. В результате образуется белая патока. Сахар выгружают из центрифуг, охлаждают до температуры 25°С и высушивают до нормативной влажности (0,05–0,14%). Высушенный сахар пропускают через магнитные улавливатели, а на сортировочном транспортере удаляют комочки слипшегося сахара. Кристаллы сахара имеют плоские грани с хорошей отражательной способностью. При нарушении их целостности утрачивается блеск кристаллов и ухудшается внешний вид сахара. Зеленая и белая патоки являются насыщенными растворами сахарозы. Из них в вакуум-аппаратах получают утфель 2.Патоки содержат больше несахаров, чем сироп, поэтому сахар, выделенный из утфеля 2, имеет желтый цвет. Его растворяют, дополнительно очищают и смешивают с сиропом, из которого получают белый сахар. Отходом сахарного производства является меласса, в которой содержится до 50% сахара, а также азотсодержащие и минеральные вещества. Мелассу используют для получения этилового спирта, лимонной и молочной кислот, аминокислот, при производстве хлебопекарных дрожжей и для других целей.

     Сахар-рафинад  .Рафинад – дополнительно очищенный сахар в виде кусков, кристаллов. Сырьем для его производства является сахар-песок. По свойствам сахар-рафинад должен походить на чистую сахарозу.

       Производство сахара-рафинада. Исходное сырье в рафинадном производстве подвергают дополнительной очистке и перекристаллизации, что позволяет снизить содержание несахаров в готовом продукте. Сахар-песок растворяют в воде, полученный сироп очищают с помощью адсорбентов. В рафинадном производстве проводят несколько циклов кристаллизации. Сахар-рафинад получают в первых двух или трех циклах, на последующих трех-четырех циклах получают желтый сахар, который возвращается на переработку. При выделении сахара из промежуточных продуктов (паток и других) возможно вновь появление окрашенных соединений вследствие инверсии сахарозы и разложения образовавшихся при этом простых сахаров (фруктозы и глюкозы). Чтобы снизить инверсию сахарозы, в процессе производства поддерживают слабощелочную реакцию сахарных растворов, а для маскировки желтого цвета используют ультрамарин. Сахар-песок рафинированный получают из утфеля с однородными по величине и строению кристаллами сахарозы. Сахар отделяют от патоки на центрифугах. Его сушат, а затем на ситах разделяют на фракции по размерам кристаллов. Сахар-рафинад кусковой вырабатывают прессованный и литой. При получении литого сахара горячий утфель заливают в конические формы высотой 60 см и медленно охлаждают. Затем в формы сверху заливают чистый сахарный раствор (клерс). Межкристальная жидкость, содержащая несахара, вытесняется клерсом. Промытый рафинад сушат в формах. Высушенный сахар, вынимают из металлических форм и раскалывают на кусочки. Литой сахар отличается высокой твердостью, медленно растворяется в воде. Прессованный рафинад получают, удаляя на центрифугах патоку из утфеля и промывая кристаллы клерсом. Влажные кристаллы, покрытые тонкой пленкой сахарного раствора, образуют рафинадную кашку, которая направляется на прессы. Из нее формуют цельнопрессованные кусочки сахара-рафинада или бруски, которые после сушки раскалывают на кусочки. Прессование приводит к перемещению кристаллов относительно друг друга и уменьшению объема межкристальных пор в отформованной кашке. При этом происходит частичное дробление кристаллов, мелкие осколки которых заполняют пространства между более крупными. Поступающий на сушку сахар-рафинад имеет капиллярно-пористую структуру. На физические свойства сахара-рафинада влияют размеры кристаллов и их равномерность, влажность кашки и степень ее сжатия при прессовании, режим сушки. Для получения рафинада более высокой прочности используется кашка с большим содержанием растворенного сахара (влажность до 3–3,5%), для быстрорастворимого рафинада в кашке оставляют меньше влаги (до 1,5%). С повышением плотности прессованного сахара возрастает его прочность. Прессованный рафинад высокой плотности приближается по механическим свойствам к литому сахару.

     Ассортимент сахара-рафинада. Сахаропаточная промышленность Украины в настоящее время вырабатывает довольно широкий ассортимент сахара-рафинада: прессованный – колотый, со свойствами литого, быстрорастворимый, в кубиках, в мелкой фасовке (дорожный); литой колотый; рафинированный сахар-песок (мелкий, средний, крупный и по специальным заказам особо крупный); рафинадную пудру. Основными же видами сахара-рафинада являются – кусковой прессованный и рафинированный сахар-песок. Они занимают в объеме производства более 90%.

     2.Органолептический  анализ качества  сахара

     Различия  в качестве сахара хорошо устанавливаются  при органолептическом анализе, особенно при использовании для сравнения эталонных образцов с установленной цветностью. Повышение влажности можно определить органолептически – по внешнему виду кристаллов, изменению сыпучести, образованию комков и слипшихся кристаллов.

     При органолептической оценке качества сахара определяют внешний вид, запах  и привкус, а также чистоту  раствора.

     Внешний вид. Образец испытуемого сахара рассыпают тонким слоем на темной доске или бумаге и рассматривают при дневном свете невооруженном глазом.

      Цвет сахара должен быть белым, чистым, без пятен и посторонних примесей; допускается у сахара-рафинада голубоватый оттенок, у сахара-песка для промышленной переработки — желтоватый оттенок. Если кристаллы сахара имеют серый оттенок, то это означает, что сахар хранился при повышенной влажности. Сахар должен быть сыпучим; у сахара-песка для промышленной переработки допускаются комки, разваливающиеся при легком нажатии.

     В товарном сахаре не допускается присутствие  свободных примесей. Он должен полностью  состоять из сахарозы. Его состав определяется степенью чистоты кристаллов сахарозы. Наиболее интенсивно сахар адсорбирует продукты карамелизации сахарозы, которые в наибольшей степени влияют на цвет сахара. Цвет сахара определяют по цветности его раствора, который может иметь желтую или оранжево-желтую окраску. Влажность сахара-песка тесно связана с содержанием в нем примесей. Сахароза как кристаллоид не связывает влагу. Часть влаги сахара включена в виде пузырьков в деформированные кристаллы и освобождается только при их разрушении. Основная часть влаги связывается примесями в пленке, обволакивающей кристаллы. Основной показатель, определяющий чистоту сахара, – массовая доля сахарозы в сухих веществах. Сахар-песок на сорта не делится.

     Запах и привкус. Для определения запаха берут чистые стеклянные банки с притертыми пробками, не имеющие никакого постороннего запаха, и на ¾ объема наполняют их сахаром. Банки закрывают пробками и выдерживают в лаборатории в течение 1 часа. Запах определяют на уровне края банки сразу же после открывания ее. Привкус определяют в сухом сахаре и в сахарном растворе, содержащим 25 г сахара в 100 мл воды.

     Вкус  и запах у всех видов сахара должен быть сладким, без посторонних привкусов и запахов как в сухом сахаре, так и в его водном растворе. Раствор любого сахара должен быть прозрачным или слабоопалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.

     Таблица 1.1. Органолептические показатели сахара-песка

     Таблица 1.2.Органолептические показатели сахара – рафинада

3.Определение  физико-химических  показателей качества  сахара

     По  физико-химическим показателям сахар-песок  должен соответствовать требованиям действующего стандарта (табл.2.1).

     Таблица 2.1 Физико-химические показатели качества сахара-песка

     Требования  действующего стандарта к физико-химическим показателям качества сахара-рафинада приведены в таблице 2.2.

     Таблица 2.2 Физико-химические показатели качества сахара-рафинада

     Определение массовой доли сахарозы.

     В нейзильберовой чашке взвешивают 26 г сахара с погрешностью ±0,001 г (сахар-рафинад  предварительно быстро измельчают в  фарфоровой ступке), растворяют небольшими порциями теплой дистиллированной воды и с помощью воронки переводят  в чистую сухую мерную колбу вместимостью 100 см. Сахар растворяют легким вращением колбы.

          При испытании сахара-сырца в  раствор в мерной колбе добавляют  по каплям свинцовый уксус  (не более 4 см) до тех пор,  пока не выпадет осадок, или 5-10 см раствора основного сульфата алюминия.

          Затем в колбу добавляют дистиллированную  воду (обязательно ополаскивая горловину колбы) в таком объеме, чтобы уровень раствора не достигал 20 мм до метки.

               Колбу с раствором помещают  в термостат на 15 мин для достижения температуры (20,0±0,1) °С.

          Внутренние стенки горловины  колбы до метки осушают фильтровальной бумагой. Пену, образовавшуюся на поверхности раствора, удаляют каплей этилового эфира. Раствор доливают дистиллированной водой до метки с помощью пипетки с тонким кончиком или шприца для инъекций. Колбу накрывают небольшим часовым стеклом и выдерживают в течение 30 мин, затем закрывают чистой сухой пробкой и содержимое ее тщательно перемешивают легким вращением.

          При необходимости раствор фильтруют  через двойной бумажный фильтр, покрывая фильтровальную воронку  часовым стеклом во избежание  испарения и изменения концентрации  раствора. Первые 10 см фильтрата  сливают. Фильтрование проводят  при той же температуре, при  которой проводят поляризацию.

          При использовании основного  сульфата алюминия содержимое  колбы выливают в сухой чистый стакан, добавляют 1,5-2,0 г активного угля, перемешивают стеклянной палочкой в течение 30 с и фильтруют через двойной бумажный фильтр. Фильтрование проводят согласно предыдущим указаниям.  

       Поляриметрическую кювету ополаскивают отфильтрованным раствором и наполняют так, чтобы не образовались пузырьки воздуха. Покровное стекло не должно сильно прижиматься головкой кюветы во избежание образования напряжения, которое может повлиять на оптическое вращение раствора.

          Поляриметрическую кювету с раствором  помещают в камеру сахариметра и подключают к термостату, в котором поддерживается температура (20,0±0,1) °С.

          Проводят пять измерений с  погрешностью, равной точности прибора, и вычисляют среднее арифметическое значение. При использовании поляриметрической кюветы длиной 100 мм среднее арифметическое значение отсчетов по шкале сахариметра удваивают.

     При использовании автоматического  поляриметра испытания проводят аналогично предыдущим указаниям с  дополнительным проведением:

          - взвешивания пустой мерной колбы  с погрешностью ±0,001 г;

               - взвешивания мерной колбы с  раствором сахара с погрешностью  ±0,001 г после 30 мин выстаивания;

          - снятия показания поляриметра  при пустом отделении для поляриметрической кюветы;

          - снятия показаний поляриметра  при установленной пустой чистой  и сухой поляриметрической кювете;

          - определения температуры кварцевой  пластины;

          - снятия показаний поляриметра  при установленной кварцевой  пластине.

          При использовании автоматического  поляриметра поляризацию определяют с учетом поправок на температуру и объем.

          Поляризацию, скорректированную  на температуру,  °Z ("сахарных" градусов), вычисляют по формуле

          6.4.2 Поправку на объем определяют  следующим образом. Вычисляют массу раствора , г, без поправки на взвешивание в воздухе по формуле

          Полученный результат переводят  в объем с помощью таблицы,  приведенной в приложении к ГОСТу 12571.

     Истинную  поляризацию  , °Z, определяют по формуле

          Вычисления проводят с точностью  до 0,01 °Z.

          Обработка результатов

   Массовую долю сахарозы , %, вычисляют по формулам

          - при использовании сахариметров  с клиновой компенсацией

          - при использовании сахариметров  с вращающимся компенсатором

     Массовую  долю сахарозы , %, в пересчете на сухое вещество вычисляют по формуле

     За  окончательный результат испытания  принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 0,05% массовой доли сахарозы.       

     Методы определения цветности .

     Цветность сахара определяют двумя способами :

     1. Фотометрический метод (арбитражный)

         Метод заключается в измерении величины оптической плотности исследуемого сахарного раствора относительно эталонного, оптическая плотность которого принимается за нуль.

        Взвешивают 100 г сахара с погрешностью  ±0,1 г и помещают в колбу  вместимостью 250 см. Затем в колбу  наливают 100 см дистиллированной  воды и взбалтыванием колбы растворяют сахар. Величина рН дистиллированной воды должна составлять 7,0±0,2. При необходимости требуемую величину рН воды устанавливают с помощью гидроокиси натрия или соляной кислоты.

          Для более быстрого растворения  сахара колбу помещают в водяную  баню температурой около 50 °С. Длительность растворения не  должна превышать 30 мин. Раствор охлаждают до 20 °С, поместив колбу в термостат или на водяную баню, и фильтруют под вакуумом через мембранный или стеклянный фильтр. Первые порции фильтрата отбрасывают.

     Допускается фильтрование раствора через бумажный фильтр. При этом в раствор сахара добавляют кизельгур или перлит из расчета 1% к массе сухих веществ раствора.

          В профильтрованном растворе  рефрактометром определяют массовую долю сухих веществ. По таблице, приведенной в приложении А, в зависимости от массовой доли сухих веществ находят произведение массовой доли сухих веществ сахарного раствора на значение его плотности.

          Перед измерением кювету три  раза ополаскивают исследуемым  раствором, после чего заливают раствор в кювету и фотометром измеряют его оптическую плотность. Измерения проводят три раза.

       Цветность сахара  в единицах  оптической плотности вычисляют  по формуле

2. Колориметрический метод

     Метод  заключается в установлении высоты  столба исследуемого сахарного раствора, при котором его светопоглощение совпадает со светопоглощением цветного стекла сравнения.

   Взвешивают 200 г сахара с погрешностью  ±0,1 г, переносят в колбу, растворяют в 215 см дистиллированной воды температурой не более 90 °С и фильтруют через бумажный фильтр при помощи воронки.

     В  профильтрованном и охлажденном  до (20±1) °С растворе рефрактометром определяют массовую долю сухих веществ. По таблице, приведенной в приложении А, в зависимости от массовой доли сухих веществ находят произведение массовой доли сухих веществ сахарного раствора на значение его плотности.

     Приготовленный  сахарный раствор наливают в  кювету колориметра, уравновешивают  окрашенность обеих половинок  поля зрения и отсчитывают число делений по шкале колориметра. Измерение проводят пять раз.

Цветность  выражают в условных единицах и вычисляют  по формуле

     а)  при пользовании полунормальным  стеклом

   б) при  пользовании четвертьнормальным  стеклом

Методы  определения золы

1. Кондуктометрический метод

Метод, основанный на измерении удельной электрической  проводимости сахарных растворов

  Взвешивают 31,3 г сахара с погрешностью  ±0,05 г (сахар-рафинад предварительно измельчают в ступке), растворяют небольшими порциями горячей дистиллированной воды, переливают с помощью воронки в мерную колбу вместимостью 100 см, охлаждают до температуры (20,0±0,2) °С, доводят объем до метки дистиллированной водой и перемешивают. Раствор фильтруют через бумажный беззольный фильтр, первые 10 см фильтрата сливают.

     Перед измерением ячейку кондуктометра  ополаскивают исследуемым раствором,  после чего раствор заливают  в ячейку кондуктометра и определяют его удельную электрическую проводимость. Предварительно определяют удельную электрическую проводимость дистиллированной воды. Величина удельной электрической проводимости дистиллированной воды должна быть не более 2,0 См/см. При необходимости требуемую величину удельной электрической проводимости воды достигают ее бидистилляцией.

Массовую долю золы  вычисляют по формуле

В кондуктометрах, градуированных в процентах золы, численное значение массовой доли золы выдается непосредственно на табло прибора.