Фруктовий цукор. Фруктоза

Фруктоза — натуральний замінник цукру, має досить високу солодкість — 1,5 – 1,7 до солодкості цукрози. Найбільше її міститься у фруктах, зокрема у винограді, яблуках, грушах, бананах. Вона входить також до складу бджолиного меду й олігосахаридів: рафінози, сахарози, стахіози, полісахаридів інуліну та левану. Температура плавлення кристалічної фруктози — 104 °С.
Фруктоза добре розчиняється у воді, її розчинність у воді вища за розчинність цукрози і при 200 °С складає 79%. Фруктоза має досить високу гігроскопічність: вже при відносній вологості повітря 45 – 50 % вона починає сорбувати вологу. Завдяки високій гігроскопічності фруктозу дедалі частіше застосовують у виробництві мармеладу, цукерок, пряників, печива та інших солодощів, оскільки вона дає змогу затримати процес черствіння продуктів. На сьогодні фруктоза є одним з найперспективніших замінників цукру під час профілактики та лікування цукрового діабету, адже вона добре засвоюється організмом людини і, на відміну від глюкози, не потребує присутності інсуліну. Окрім того, фруктоза не сприяє розвиткові зубного карієсу на відміну від глюкози або сахарози.
У деяких випадках рівень фруктози в продуктах харчування є показником їхньої якості. Наприклад, кількість фруктози у бджолиному меду, а також співвідношення її з кількістю інших цукрів свідчить про зрілість меду, метод та кліматичні умови його виготовлення і зберігання, ймовірність фальсифікації меду тощо.
До недоліків фруктози можна віднести невисоку її стійкість, у порівнянні з цукрозою, до дії високих температур, її високу реакційну здатність (реакція Майара).
При надходженні до організму фруктоза всмоктується у 2,3 рази повільніше за глюкозу і не спричиняє різких підйомів концентрації її у крові. Фруктоза віднесена до інсулінонезалежних вуглеводів, що не призводить до перенапруги та витонченню підшлункової залози, так як вона включається до ланцюга гліколітичних реакцій в тому місті де вже відсутня потреба в інсуліні для подальшого прискорення метаболізму. Внаслідок цього її можна споживати особам хворим на цукровий діабет. Оптимальною добовою дозою фруктози вважають 0,5-1 г на 1 кг маси тіла, але не більше 90 г.
Засвоюваність фруктози організмом
Під дією ферментів слини і підшлункової залози цукроза розкладається на глюкозу і фруктозу, і лише в такому вигляді засвоюється організмом людини. Глюкоза є єдиною формою, в якій всі вуглеводи циркулюють у крові. Для засвоювання глюкози клітинами організму, необхідний гормон підшлункової залози – інсулін. Норма вмісту глюкози у крові становить – 0,1 % до маси крові (4,22-6,11 ммоль/л натщесерце, протягом доби коливається в межах 7,8 ммоль/л) і регулюється печінкою: надлишок глюкози накопичується у вигляді тваринного крохмалю – глікогену в печінці (до 10 %) і в м’язах (до 1 %). При нестачі глюкози– глікоген перетворюється на глюкозу і потрапляє у кров. Метаболізм фруктози має особливості порівняно із глюкозою. Фруктоза значно повільніше всмоктується у кров з тонкого кишковика, але швидше за глюкозу перетворюється на глікоген. Встановлено, що 80-90 % фруктози всмоктується інтактно (без змін), а решта перетворюється на глюкозу або лактат. Фруктоза перетворюється в печінці на глікоген майже без інсуліну. Ця особливість робить фруктозу натуральним замінником цукру для профілактичного, дієтичного і лікувального харчування, у першу чергу для хворих на цукровий діабет.
Отримання
У промисловості фруктозу найчастіше отримують з високофруктозних сиропів, які одержують шляхом хроматографічного розділення глюкозно-фруктозних сиропів, зокрема, глюкозно-фруктозного сиропу-42 (ГФС-42), що виробляється шляхом ферментативного гідролізу та оцукровування кукурудзяного крохмалю, з подальшою ізомеризацією частини глюкози у фруктозу, з максимальним вмістом 44% до маси сухих речовин. Сироп піддається очистці на установках з іонообмінними смолами, що гарантує відсутність алергенів. Також відомі методи отримання фруктози – гідроліз фруктанів (фруктозовмісних полісахаридів), ізомеризація глюкози та гідроліз сахарози.
Технологія кристалічної фруктози методом хроматографічного розділення моносахаридів
Етапи технології:
- гідроліз сахарози в інвертний цукор на іонообмінній смолі
- розділення компонентів інвертного цукру на фруктозну і глюкозну фракції хроматографічним методом на полістиролсульфатній катіонообмінній смолі в Са-формі
- очищення та згущення розчинів
- перекристалізація фруктози з водних розчинів без використання спирту.
З фруктозної фракції отримують фруктозні сиропи ФС-90 та ФС-95, з вмістом фруктози 90 і 95 % відповідно. Кристалізацією з фруктозного сиропу можна отримати 50 % кристалізної фруктози.
Надлишок фруктози в крові та сечі людини свідчить про порушення її метаболізму, зокрема про есенціальну фруктозурію, фруктоземію та спадкову недостатність фруктозо-1,6-дифосфатази, тому для виявлення цих порушень слід проводити лабораторний аналіз фруктози в крові та сечі. Для діагностики фруктозурії роблять лабораторний аналіз сечі з метою виявлення фруктози, яка у хворих людей накопичується у великій кількості. Дієта пацієнтів з вищезазначеними захворюваннями передбачає вилучення з їхнього раціону будь-яких фруктозовмісних продуктів та напоїв, тому виробництво дієтичних продуктів харчування для людей з непереносимістю фруктози передбачає обов’язковий контроль рівня фруктози в готовій продукції.
Передозування при прийомі надмірної кількості (понад 50 г)
Неабсорбована фруктоза може створювати осмотичне навантаження на дистальний відділ тонкої кишки та товсту кишку. До того ж фруктоза може служити субстратом для бактеріального бродіння, що призводить до утворення газу (водень, метан та вуглекислий газ) та інших бактеріальних метаболітів, які можуть впливати на перистальтику кишечнику та викликати абдомінальний біль та здуття живота. Надмірне споживання фруктози сприяє окиснювальному стресу, запаленню, підвищенню рівня сечової кислоти в сироватці крові, гіпертригліцеридемії, підвищенню систолічного АТ і резистентності до інсуліну, які пов’язані з розвитком або посиленням ожиріння, цукрового діабету та неалкогольної жирової хвороби печінки.
Надмірне споживання фруктози може погіршити синаптичну пластичність та когнітивні функції, сприяти запуску механізмів, пов’язаних із нейродегенерацією. Додаткова кількість фруктози метаболізується мікробіотою товстої кишки. Метаболіти, що утворилися, стають джерелом енергії для бактерій і впливають на середовище кишечнику. Таким чином фруктоза може сприяти розвитку дисбіозу за рахунок збільшення кількості Bacteroides, Proteobacteria, Enterobacteria, Escherichia, Blautia і Bacteroides fragilis при зменшенні Actinobacteria, Akkermansia, Verrucomicrobia, Coprococcus eutactus і Lactobacillus. Споживання великої кількості фруктози викликає дисфункцію епітеліального бар’єру кишечнику — знижує експресію білку щільних контактів 1, молекул міжклітинної адгезії, оклюдину, клаудину, β-катеніну та E-кадгерину. Через збільшення проникності кишечнику токсичні бактеріальні метаболіти, зокрема ліпополісахариди, можуть проникати до кровотоку з розвитком метаболічної ендотоксемії.
Фруктоза у харчовій технології
Фруктоза має солодкість 1,7, порівняно з солодкістю цукру, її засвоєння не потребує інсуліну, не впливає на рівень цукру в крові. Цей моносахарид краще, ніж сахароза, розчиняється у воді (її розчинність за температури 30° С – 84,34 г, сахарози – 70,42 г). Розчин фруктози має меншу густину, зброджується дріжджами. Глікемічний індекс фруктози 20, тоді як сахарози – 60. Рекомендована добова доза фруктози для хворих на діабет – 0,5–1 г/на 1 кг маси тіла.
Булочки та хлібці з фруктозою
Оскільки фруктоза має солодкість значно більшу, ніж сорбіт (1,7 проти 0,6), зброджується дріжджами, вступає в реакцію Майяра, тому вірогідно, що внесення в тісто сорбітолу в композиції з фруктозою сприятиме інтенсифікації бродіння тіста, покращанню об’єму, забарвлення, смакових якостей виробів. Доцільність такої композиції зумовлюється також тим, що поряд з підвищенням якості виробів вони матимуть пребіотичні властивості надані сорбітом.
Для хворих на цукровий діабет важливим є збагачення хлібобулочних виробів фізіологічно-функціональними інгредієнтами, що впливають на фізіологічні процеси в організмі, пов’язані з накопиченням глюкози в крові та інтенсивністю виділення інсуліну, підвищують імунітет організму до супутніх захворювань.
Хлібобулочні вироби мають високий глікемічний індекс, обумовлений наявністю у цих виробах легкозасвоюваних вуглеводів, значної кількості крохмалю.
Зниження глікемічного індексу виробу не можливо досягти лише заміною цукру цукрозаміниками. Тому є потреба поряд з заміною цукру збагачувати хліб функціональними інгредієнтами з низьким глікемічним індексом та високою фізіологічною активністю. Для збагачення виробів функціональними інгредієнтами поряд з фруктозою доцільно використовувати пшеничні висівки, суху пшеничну клейковину, сіль кухонну йодовану.
Пшеничні висівки (ПВ) є ефективним джерелом харчових волокон (ХВ). Відомо, що в харчуванні хворих на цукровий діабет ХВ завдяки своїм властивостями уповільнювати всмоктування глюкози в кишковому тракті гальмують гідроліз вуглеводів, нормалізують рівень глюкози в крові, суттєво впливають на секрецію гормонів інсуліну. Поряд з цим ХВ проявляють пребіотичну дію в організмі людини, сприяють розвитку корисних бактерій та бактеріальному синтезу вітамінів групи В і РР, знижують енергетичну цінність продукту. Пшеничні висівки окрім ХВ містять 15 – 20 % білка з високим вмістом незамінних амінокислот – триптофану, треоніну, цистину. В їх складі є арабіноксилан, що має здатність підвищувати протипухлинний імунітет організму.
Суха пшенична клейковина (СПК) поряд зі збагаченням хліба білком (містить білка 78 – 82 % на СР), покращує СМВ тіста, оскільки приймає участь у формуванні клейковинного каркасу, в її складі міститься незначна кількість крохмалю 8 - 10%.
Як носій ненасичених жирних кислот (ɷ-3 та ɷ-6) використовують соєву олію. В соєвій олії холодного пресування співвідношення ɷ-3 та ɷ-6 жирних кислот, складає 1:10, що за рекомендаціями РАМН визнано оптимальним. В соняшниковій олії, це співвідношення складає 1:695. Доцільність використання рослинної олії обумовлена також її позитивним впливом на структурно-механічні властивості тіста, внаслідок утворення жирними кислотами комплексів з білком та крохмалем.
Для булочок дріжджі, фруктоза та сорбіт перед замісом тіста розчиняються в мінімальній кількості води. Маргарин розтоплюють, але його температура не повинна перевищувати 40-45 °С, щоб запобігти розшаруванню маргарину на жир та воду. Тісто готується безопарним прискореним способом.
У діжу тістомісильної машини вносять борошно, сіль й перемішують, потім вносять розчини, маргарин, решту води та замішують на першій швидкості 5 хв та на другій – 8 хв в двохшвидкісній машині або подовжений протягом 20 хв у одношвидкісній.
Замішане тісто залишають на 60 хв на бродіння. Готовність тіста визначають за накопиченням заданої кислотності та збільшенням об’єму в 1,5 – 2 рази.
Готове тісто вручну ділять на шматки масою 150 та 250 г. Тістовим заготовкам вручну надають округлої форми. Дві тістові заготовки поміщають у форми, а решту тістових заготовок укладають на листи і направляють на вистоювання. Вистоювання тістових заготовок проводять у шафі кінцевого вистоювання за температури 35 – 38 °С і відносної вологості 75 – 80 %. Тривалість вистоювання до готовності становить 25 – 40 хв залежно від умов вистоювання та якості сировини.
Для хлібців дріжджі, фруктоза перед замісом тіста розчиняються в мінімальній кількості води. У діжу тістомісильної машини засипають борошно, висівки та суху пшеничну клейковину, сіль та ретельно перемішують на першій швидкості, потім дозують воду, дріжджову суспензію, олію та розчин фруктози. Змішування проводять протягом 5 хв на першій швидкості та 8 хв – на другій. Тісто залишають на бродіння протягом 60 хв.
Готове тісто ділять вручну та шматки масою 450 г, вручну надають круглої форми, після чого укладають у попередньо змащені форми, які направляють на вистоювання. Вистоювання тістових заготовок проводять у шафі кінцевого вистоювання за температури 35 – 38 °С і відносної вологості 75 – 80 %. Тривалість вистоювання до готовності становить 30 – 50 хв залежно від умов вистоювання та якості сировини. Вистояні тістові заготовки випікають у зволоженій пекарній камері за температури 210 – 220 °С протягом 20 – 30 хв залежно від маси виробів.
Вплив фруктози порівняно з сахарозою на показники технологічного процесу та якість хлібобулочних виробів
Цукор фруктоза за фізико-хімічними показниками суттєво відрізняється від сахарози. Це моноцукор з солодкістю 1,7 порівняно з сахарозою, має більшу ніж сахароза адсорбційну здатність, швидше вступає в реакцію меланоїдиноутворення, більш лабільна до дії температури, зміни рН середовища, глікемічний індекс фруктози – 20 %. Зважаючи на ці відмінності можна передбачити, що заміна сахарози фруктозою впливатиме на перебіг технологічного процесу і якість хлібобулочних виробів.
Аналіз діючих рецептур на булочні і здобні вироби показав, що найпоширенішим дозуванням цукру в ці вироби є 2, 5, 7 % до маси борошна. Таке дозування сахарози і фруктози було прийняте в наших дослідженнях. Тісто готували безопарним способом в лабораторних умовах. Визначили основні параметри технологічного процесу, органолептичні та фізико-хімічні показники якості готових виробів.
Аналіз отриманих даних (таблиця) свідчить, що заміна цукру фруктозою не впливає на титровану кислотність тіста і готових виробів.
Консистенція тіста (на дотик) послаблюється зі збільшенням дозування цукру і більше з фруктозою. Формостійкість тіста з фруктозою менша, ніж з сахарозою, про що свідчить дещо більше розпливання кульки тіста на 2,5-3,0 %. Це обумовлено більшою адсорбційною здатністю фруктози, в результаті цього в тісті збільшується вміст рідкої фази, що зумовлює послаблення структури тіста.
Інтенсивність бродіння тіста з фруктозою дещо нижча ніж з цукром. Це підтверджується виділенням меншої на 4,9 - 7,5 % кількості діоксиду вуглецю за час бродіння та вистоювання тістових заготовок. Зниження газоутворювальної здатності тіста з фруктозою обумовлює подовження на 6-10 хв тривалості вистоювання тістових заготовок з цим цукром.
Випечені вироби з фруктозою за органолептичними показниками якості не поступалися виробам з сахарозою. Мали більш виразно забарвлену скоринку і більш виражений солодкуватий смак (при дозуванні 5 і 7 % цукру до маси борошна). Це пояснюється тим, що фруктоза активніше сахарози вступає в реакцію Маяра і має коефіцієнт солодкості по відношенню до сахарози 1,7.
Питомий об’єм і пористість виробів з фруктозою мало поступалися цим показникам виробів з сахарозою і був на 1,5-3 % меншим. Формостійкість виробів з фруктозою була на 3-5 % меншою, ніж виробів з сахарозою.
Таким чином було встановлено, що при використанні фруктози порівняно з сахарозою знижується інтенсивність бродіння тіста, подовжується тривалість вистоювання тістових заготовок. Проте об’єм виробів практично ідентичний. Покращується забарвлення скоринки і смакові властивості виробу, незначно зменшується формостійкість.
Для зʼясування причин зниження інтенсивності бродіння тіста з фруктозою ніж з цукром, визначали їх здатність піднімати тісто. В дослідах в тісто вносили 5 % сахарози або 5 % фруктози до маси борошна.
Дослідження проводили за стандартною методикою визначення підіймальної сили дріжджів, але використовували борошно вищого сорту. Після підйому тіста на висоту 70 мм його двічі обминали і визначали також здатність піднімати тісто після обминання. Отримані результати (таблиця) свідчать, що в середовищі з фруктозою, дріжджі дещо повільніше піднімають тісто.
Можна сказати, що причиною цього є більш високий осмотичний тиск в рідкій фазі тіста з фруктозою, що впливає на бродильну активність дріжджів, а також особливості функціонування ферментного апарату дріжджової клітини, адже дріжджі зброджують цукри у певній послідовності, яка обумовлена швидкістю їх дифузії у дріжджову клітину. Спочатку глюкозу, фруктозу асимілюють після її ізомеризації ферментом фруктоізомеразою. В середину дріжджової клітини фруктоза транспортується за допомогою ферменту перміази. Сахароза попередньо гідролізується β- фруктофуранозидазою на глюкозу і фруктозу.
Таким чином дріжджі швидше зброджують глюкозу гідролізованої β- фруктофуранозидазою сахарози, ніж фруктозу, після ізомеризації її фруктоізомеразою. Різниця ця незначна, але нею можна пояснити дещо меншу інтенсивність бродіння тіста з фруктозою, визначеною за виділенням діоксину вуглецю.
Використання у рецептурі хлібобулочних виробів сахарози дозволяє подовжити збереження ними свіжості. Заміна сахарози фруктозою спонукала дослідити її вплив на процес черствіння виробів. Свіжість виробів оцінювали через 24 год зберігання за кришкуватістю м’якушки та кількістю поглинутою нею води. Результати досліджень свідчать (таблиця), що у порівнянні з хлібом без цукру, цукри затримують черствіння тим більше, чим більше їх внесено. Так при доданні 7 % цукру сахароза затримує черствіння на 10,4 %, а фруктоза на 12,1 %, що пов’язано зі здатністю фруктози зв’язувати більше води ніж сахароза.
Згущене молоко з фруктозою
Виробництво молока згущеного з фруктозою здійснюється за наступною технологічною схемою
- Оптимальне співвідношення основних компонентів консерви згущеного молока (ЗМК) з фруктозою, а саме, масових часток фруктози, сухого молочного залишку і вологи, як 1:1,1:1,2, обумовлює отримання продукту з стабільно високими показниками якості: однорідної в’язкої консистенції з кристалами молочного цукру розміром до 10 мкм.
- Внесення фруктози у кількості 30% забезпечує надійний консервувальний ефект: осмотичний тиск – від 16,16 до 19,4 МПа, значення показника активності води – на рівні 0,867, температуру замерзання молока згущеного з фруктозою – мінус (12,5±0,5) °С для свіжевиготовленого продукту, – та тривалий термін придатності до споживання ЗМК з фруктозою.
- Збалансованість амінокислотного складу молока згущеного з фруктозою становить 60 %, комбінованого згущеного молочно-рослинного продукту з фруктозою –56 %.
- Знижений вміст вуглеводів, до 44 %, у ЗМК з фруктозою проти 56 % у ЗМК з цукром сприяє кращій перетравлюваності згущених продуктів з фруктозою.
- Терміни придатності до споживання ЗМК з фруктозою, розфасованих у металеву банку становлять – 10 місяців за температури від 0 до 10 °С та відносній вологості повітря 75 % або 6 місяців за температури 0 ¸ 20 °С, що підтверджено комплексним показником якості – 0,980 для молока згущеного з фруктозою через 12 місяців зберігання.
Рекомендації
Технологічний процес виготовлення молока згущеного з фруктозою здійснювати у відповідності до загально прийнятої схеми виробництва ЗМК з урахуванням наступних особливостей: нормалізацію молока проводити за планово-розрахунковими показниками; пастеризацію молочної основи за температури (100±5) °С без витримки; згущення за умов 58-60 °С не більше 60 хв., теплову обробку фруктозного сиропу за температури (102±1) °С з витримкою 3-5 хв., подачу сиропу за 10 – 15 хв. до закінчення варки, внесення затравки лактози за температури від 27,2 °С до 37,7 °С, в залежності від складу сировини.
Якісне визначення наявності фруктози у меду
Прилади, обладнання, матеріали: пальник, пробірки, 5 % розчин меду, 0,5 % розчин глюкози, 0,5 % розчин фруктози, свіжоприготовлений розчин Селіванова (0,05 % розчин резорцину в 20 % хлоридній кислоті).
Методика виконання роботи
1. Приготувати розчини меду, глюкози і фруктози.
2. Провести реакції з розчином Селіванова.
3. Зробити висновок про якісне визначення фруктози.
У першу пробірку вносять 10 крапель 5 % розчину меду, в другу – 0,5 % розчину фруктози, в третю – 0,5 % розчину глюкози. У всі пробірки додають у рівних об’ємах свіжоприготовлений розчин Селіванова. Обережно нагрівають на пальнику. У пробірках з медом і фруктозою поступово виникає червоне забарвлення.
- Червоний оксид свинцю(II, IV). Свинцевий сурик як пігментСвинцю(II, IV) оксид, відомий як червоний свинець та свинцевий сурик, вважається одним з перших виготовлених пігментів та використовувався у живописі ще з античності. Його знайшли у різних витворах мистецтва, зокрема, картинах, поліхромних скульптурах, ілюстрацій до книжок і манускриптів і настінних розписах. Червоний свинець використовують самостійно і в суміші з іншими пігментами, наприклад, верміліоном, аурипігментом, червоною охрою, ляпіс-лазуром і сульфідом олова.Червоний оксид свинцю(II, IV). Свинцевий сурик як пігмент