Энциклопедия Кольера - сахар

с химической точки зрения любое вещество из обширной группы водорастворимых углеводов, обычно с низкой молекулярной массой и более или менее выраженным сладким вкусом. Речь идет главным образом о моносахаридах (простых сахарах) и дисахаридах, молекула которых состоит из двух остатков моносахаридов. К первым относятся глюкоза (называемая иногда декстрозой или виноградным сахаром) и фруктоза (фруктовый сахар, левулоза); ко вторым лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). В быту, однако, сахаром принято называть только обычный пищевой подсластитель сахарозу; именно она и будет рассмотрена в данной статье. Сахар (сахароза) сладкое кристаллическое вещество, выделяемое главным образом из сока сахарного тростника или сахарной свеклы. В чистом (рафинированном) виде сахар белый, а кристаллы его бесцветны. Буроватая окраска многих его сортов объясняется примесью различных количеств мелассы сгущенного растительного сока, обволакивающего кристаллы. Сахар высококалорийная пища; его энергетическая ценность ок. 400 ккал на 100 г. Он легко переваривается и легко усваивается организмом, т.е. это достаточно концентрированный и быстро мобилизуемый источник энергии.

Применение. Сахар важный ингредиент различных блюд, напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. Его добавляют в чай, кофе, какао; он главный компонент конфет, глазурей, кремов и мороженого. Сахар используют при консервировании мяса, выделке кож и в табачной промышленности. Он служит консервантом в вареньях, желе и других продуктах из плодов. Важен сахар и для химической промышленности. Из него получают тысячи производных, используемых в самых разных областях, включая производство пластмасс, фармацевтических препаратов, шипучих напитков и замороженных пищевых продуктов.

Источники. В природе известно несколько сотен различных сахаров. Каждое зеленое растение образует те или иные вещества, относящиеся к этой группе. В процессе фотосинтеза из углекислого газа атмосферы и получаемой в основном из почвы воды под действием солнечной энергии сначала образуется глюкоза, а затем она превращается в другие сахара. В разных частях света в качестве подсластителей помимо тростникового и свекловичного сахара используют и некоторые другие продукты, например кукурузную патоку, кленовый сироп, мед, сорговый, пальмовый и солодовый сахар. Кукурузная патока очень вязкая, почти бесцветная жидкость, получаемая непосредственно из кукурузного крахмала. Ацтеки, употреблявшие этот сладкий сироп, делали его из кукурузы приблизительно так же, как в наше время производят сахар из тростника. Патока значительно уступает рафинированному сахару по сладости, однако она дает возможность регулировать процесс кристаллизации при изготовлении конфет и намного дешевле сахара, поэтому широко используется в кондитерском деле. Мед, отличающийся высоким содержанием фруктозы и глюкозы, дороже сахара, и его добавляют к некоторым продуктам лишь в тех случаях, когда требуется придать им особый вкус. Так же обстоит дело и с кленовым сиропом, который ценится прежде всего за специфический аромат. Из стеблей сорго хлебного получают сахаристый сироп, с глубокой древности употребляемый в Китае. Сахар из него, однако, никогда не очищали настолько хорошо, чтобы он мог успешно конкурировать со свекловичным или тростниковым. Индия практически единственная страна, где в коммерческих масштабах получают пальмовый сахар, но тростникового сахара эта страна производит значительно больше. В Японии уже свыше 2000 лет используют в качестве сладкой добавки солодовый сахар, вырабатываемый из крахмалистого риса или проса. Это вещество (мальтозу) можно с помощью дрожжей получать и из обычного крахмала. Оно сильно уступает сахарозе по сладости, однако находит применение при изготовлении хлебобулочных изделий и различных видов детского питания. Доисторический человек удовлетворял свою потребность в сахаре за счет меда и фруктов. Этой же цели, вероятно, служили и некоторые цветки, нектар которых содержит небольшое количество сахарозы. В Индии более 4000 лет назад добывали своеобразный сахар-сырец из цветков дерева мадука (Madhuca). Африканцы в Капской колонии использовали для этого вид Melianthus major, а буры в Южной Африке Protea cynaroides. В Библии мед упоминается довольно часто, а "сладкий тростник" лишь дважды, из чего можно заключить, что главным подсластителем в библейские времена служил именно мед; это, кстати, подтверждается и историческими свидетельствами, согласно которым на Ближнем Востоке сахарный тростник стали выращивать в первые века нашей эры. На не слишком изощренный вкус рафинированный тростниковый и свекловичный сахар практически неразличимы. Иное дело сахар-сырец, промежуточный продукт производства, содержащий примесь растительного сока. Здесь разница очень ощутима: тростниковый сахар-сырец вполне пригоден к употреблению (если, конечно, получен в адекватных санитарных условиях), тогда как свекловичный сахар на вкус неприятен. Различается по вкусу и меласса (кормовая патока) важный побочный продукт сахарного производства: тростниковую в Англии охотно едят, а свекловичная в пищу не годится.

Производство. Если рафинирование свекловичного сахара осуществляется непосредственно на свеклосахарных заводах, то очистка тростникового сахара, в котором лишь 96-97% сахарозы, требует специальных рафинадных предприятий, где от кристаллов сахара-сырца отделяют загрязняющие примеси: золу, воду и компоненты, объединяемые общим понятием "несахара". К последним относятся обрывки растительных волокон, воск, покрывавший стебель тростника, белок, небольшие количества целлюлозы, солей и жиров. Только благодаря огромным масштабам производства рафинированного тростникового и свекловичного сахара этот продукт стоит сегодня так дешево.

Потребление. Судя по статистическим данным, потребление рафинированного сахара в стране прямо пропорционально доходу на душу населения. К лидерам здесь относятся, например, Австралия, Ирландия и Дания, где на человека приходится в год свыше 45 кг рафинированного сахара, тогда как в Китае всего 6,1 кг. Во многих тропических странах, где выращивают сахарный тростник, этот показатель значительно ниже, чем в США (41,3 кг), но люди там имеют возможность потреблять сахарозу не в чистом виде, а в иной форме, обычно в составе фруктов и сладких напитков.

ТРОСТНИКОВЫЙ САХАР

Растение. Сахарный тростник (Saccharum officinarum) многолетний очень высокий травянистый вид семейства злаков культивируется в тропических и субтропических регионах ради содержащейся в нем сахарозы, а также некоторых побочных продуктов сахарного производства. Растение напоминает бамбук: его цилиндрические стебли, часто достигающие высоты 6-7,3 м при толщине 1,5-8 см, растут пучками. Сахар получают из их сока. В узлах стеблей находятся почки, или "глазки", развивающиеся в короткие боковые побеги. Из них получают черенки, используемые для размножения тростника. Семена образуются в верхушечных соцветиях-метелках. Их используют для выведения новых сортов и лишь в исключительных случаях как посевной материал. Растению требуется много солнца, тепла и воды, а также плодородная почва. Именно поэтому сахарный тростник возделывают только в областях с жарким и влажным климатом. При благоприятных условиях он растет очень быстро, его плантации перед уборкой похожи на непроходимые джунгли. В Луизиане (США) сахарный тростник вызревает за 6-7 месяцев, на Кубе ему для этого требуется год, а на Гавайях 1,5-2 года. Чтобы обеспечить максимальное содержание сахарозы в стеблях (10-17% массы), урожай собирают, как только растение перестает расти в высоту. Если уборка ведется вручную (с помощью длинных ножей-мачете), побеги срубают у самой земли, после чего удаляют листья и разрезают стебли на короткие куски, удобные для переработки. Ручная уборка применяется там, где рабочая сила стоит дешево или особенности участка не позволяют эффективно использовать машины. На крупных плантациях обычно используют технику, предварительно выжигая нижний ярус растительности. Огонь уничтожает основную массу сорняков, не повреждая сахарного тростника, а механизация процесса существенно снижает себестоимость продукции.

Рис. 1. САХАРНЫЙ ТРОСТНИК наряду с сахарной свеклой главное сырье для производства сахара. Его убирают машиной, которая срезает верхушки стеблей, подрубает их снизу и удаляет листья. На заводе из измельченных стеблей отжимают сок, а из него делают сахар. Оставшаяся растительная масса находит разнообразное применение.История. Право считаться родиной сахарного тростника оспаривают два региона плодородные долины на северо-востоке Индии и острова Полинезии в южной части Тихого океана. Однако ботанические исследования, древние литературные источники и этимологические данные говорят в пользу Индии. Многие встречающиеся там деревянистые дикорастущие разновидности сахарного тростника по своим главным признакам не отличаются от современных культурных форм. Сахарный тростник упоминается в Законах Ману и других священных книгах индусов. Само слово "сахар" происходит от санскритского sarkara (гравий, песок или сахар); спустя столетия этот термин вошел в арабский язык как sukkar, в средневековую латынь как succarum. Из Индии культура сахарного тростника между 1800 и 1700 до н.э. проникла в Китай. Об этом свидетельствует несколько китайский источников, сообщающих, что получать сахар путем вываривания его стеблей научили китайцев люди, жившие в долине Ганга. Из Китая древние мореплаватели, вероятно, завезли его на Филиппины, Яву и даже на Гавайи. Когда много столетий спустя в Тихом океане появились испанские моряки, одичавший сахарный тростник уже рос на многих тихоокеанских островах. По-видимому, первое упоминание о сахаре в античные времена относится ко времени похода в Индию Александра Македонского. В 327 до н.э. один из его полководцев, Неарх, докладывал: "Говорят, что в Индии растет тростник, дающий мед без помощи пчел; будто бы из него можно также приготовить опьяняющий напиток, хотя плодов на этом растении нет". Через пятьсот лет Гален, главный медицинский авторитет Древнего мира, рекомендовал "sakcharon из Индии и Аравии" как средство от болезней желудка, кишечника и почек. Персы тоже, хотя и много позже, переняли от индусов привычку к употреблению сахара и при этом немало сделали для усовершенствования способов его очистки. Уже в 700-е годы несторианские монахи в долине Евфрата успешно изготавливали белый сахар, используя для его очистки золу. Арабы, распространившие с 7 по 9 вв. свои владения на Ближний Восток, Северную Африку и Испанию, принесли в Средиземноморье культуру сахарного тростника. Еще через несколько столетий вернувшиеся из Святой Земли крестоносцы познакомили с сахаром всю Западную Европу. В результате столкновения двух этих великих экспансий Венеция, оказавшаяся на перекрестке торговых путей мусульманского и христианского мира, стала в конечном итоге центром европейской торговли сахаром и оставалась им на протяжении более 500 лет. В начале 15 в. португальские и испанские моряки распространили культуру сахарного тростника на острова Атлантического океана. Его плантации появились сначала на Мадейре, Азорах и островах Зеленого Мыса. В 1506 Педро де Атьенса приказал посадить сахарный тростник на Санто-Доминго (Гаити) таким образом эта культура проникла в Новый Свет. Всего за каких-нибудь 30 лет после ее появления в Карибском бассейне она распространилась там настолько широко, что стала одной из главных в Вест-Индии, которую теперь называют "сахарными островами". Роль производимого здесь сахара быстро росла с увеличением спроса на него в странах Северной Европы, особенно после того, как в 1453 турки захватили Константинополь и значение Восточного Средиземноморья как поставщика сахара упало. С распространением сахарного тростника в Вест-Индии и проникновением его культуры в Южную Америку требовалось все больше рабочих рук для его выращивания и переработки. Туземцы, пережившие вторжение первых завоевателей, оказались мало пригодными для эксплуатации, и плантаторы нашли выход в завозе рабов из Африки. В конце концов, производство сахара оказалось неразрывно связанным с рабовладельческой системой и порождаемыми ею кровавыми бунтами, потрясавшими острова Вест-Индии в 18 и 19 вв. Вначале прессы для отжима сахарного тростника приводились в движение волами или лошадьми. Позже, в местах, продуваемых пассатами, их сменили более эффективные ветряные двигатели. Однако производство в целом все еще оставалось довольно примитивным. После отжима сырого тростника полученный сок очищали с помощью извести, глины или золы, а затем выпаривали в медных или железных чанах, под которыми разводили костер. Рафинирование сводилось к растворению кристаллов, кипячению смеси и последующей повторной кристаллизации. Еще и в наше время остатки каменных жерновов и брошенные медные чаны напоминают в Вест-Индии о прошлых хозяевах островов, сделавших состояния на этом доходном промысле. К середине 17 в. главными производителями сахара в мире стали Санто-Доминго и Бразилия. На территории современных США сахарный тростник впервые появился в 1791 в Луизиане, куда его завезли иезуиты с Санто-Доминго. Правда, выращивали его здесь вначале главным образом для того, чтобы жевать сладкие стебли. Однако сорок лет спустя два предприимчивых колониста, Антонио Мендес и Этьен де Боре, заложили его плантации на месте нынешнего Нового Орлеана, задавшись целью производить рафинированный сахар на продажу. После того, как у де Боре это дело пошло успешно, его примеру последовали другие землевладельцы, и сахарный тростник стали возделывать по всей Луизиане. В дальнейшем главные события в истории тростникового сахара сводятся к важным усовершенствованиям в технологии его культивирования, механической переработки и конечной очистки продукта.

Переработка. Тростник сначала измельчают, чтобы облегчить дальнейшее отжатие из него сока. Затем он поступает на трехвальцовый отжимный пресс. Обычно тростник отжимают дважды, смачивая между первым и вторым разом водой, чтобы разбавить содержащуюся в жоме сладкую жидкость (этот процесс называется мацерацией). Полученный в результате т.н. "диффузионный сок" (обычно серого или темно-зеленого цвета) содержит сахарозу, глюкозу, камедь, пектиновые вещества, кислоты и разного рода загрязнения. Способы его очистки за столетия изменились слабо. Раньше сок нагревали в больших чанах над открытым огнем, а для удаления "несахаров" добавляли в него золу; сейчас, чтобы осадить примеси, используют известковое молоко. Там, где сахар производится в расчете на местное потребление, диффузионный сок непосредственно перед добавлением извести обрабатывают диоксидом серы (сернистым газом) для ускорения отбеливания и очистки. Сахар получается желтоватым, т.е. не до конца очищенным, но достаточно приятным на вкус. В обоих случаях после добавления извести сок переливают в отстойник-осветитель и выдерживают там при 110-116В° С под давлением. Следующий важный этап в производстве сахара-сырца выпаривание. Сок поступает по трубам в выпарные аппараты, где его нагревают паром, проходящим по замкнутой системе труб. Когда концентрация сухого вещества достигает 40-50%, выпаривание продолжают в вакуум-аппаратах. В результате получается масса из кристалликов сахара, взвешенных в густой мелассе, т.н. утфель. Утфель центрифугируют, удаляя мелассу через сетчатые стенки центрифуги, в которой остаются только кристаллы сахарозы. Степень чистоты этого сахара-сырца 96-97%. Удаленную мелассу (оттек утфеля) снова кипятят, кристаллизуют и центрифугируют. Получаемая вторая порция сахара-сырца несколько менее чистая. Затем проводят еще одну кристаллизацию. В остающемся оттеке нередко еще содержится до 50% сахарозы, но она уже не способна кристаллизоваться из-за большого количества примесей. Этот продукт ("черная меласса") идет в США главным образом на корм скоту. В некоторых странах, например в Индии, где почва остро нуждается в удобрениях, оттек утфеля просто запахивают в землю. Рафинирование его вкратце сводится к следующему. Сначала сахар-сырец смешивают с сахарным сиропом, чтобы растворить остатки мелассы, обволакивающей кристаллы. Полученную смесь (аффинационный утфель) центрифугируют. Отцентрифугированные кристаллы промывают паром, получая почти белый продукт. Его растворяют, превращая в густой сироп, добавляют туда известь и фосфорную кислоту, чтобы примеси всплыли в виде хлопьев, а затем фильтруют через костяной уголь (черный гранулированный материал, получаемый из костей животных). Главная задача на этом этапе полное обесцвечивание и обеззоливание продукта. На рафинирование 45 кг растворенного сахара-сырца расходуется от 4,5 до 27 кг костяного угля. Точное соотношение не устанавливается, поскольку поглощательная способность фильтра по мере его использования снижается. Полученную белую массу выпаривают и после кристаллизации центрифугируют, т.е. поступают с ней примерно так же, как с соком сахарного тростника, после чего рафинированный сахар сушат, удаляя из него остатки (ок. 1%) воды.

Производство. К крупным производителям относятся Бразилия, Индия, Куба, а также Китай, Мексика, Пакистан, США, Таиланд, Австралия и Филиппины.

СВЕКЛОВИЧНЫЙ САХАР

Растение. У сахарной свеклы (Beta vulgaris) используют длинный серебристо-белый корень (из него и получают сахар) и розетку листьев (ботву), которые служат превосходным кормом для скота. Корень в своей самой толстой части достигает 10-15 см в диаметре, а его тонкие отростки проникают в почву на глубину 90-120 см. Средняя масса корня ок. 1 кг; до 15% составляет в нем сахароза, что соответствует примерно 14 чайным ложкам сахара-песка. Выращивается сахарная свекла главным образом в умеренной зоне, и, поскольку каждое растение потребляет за вегетационный период в среднем ок. 55 л воды, культура требует обильного полива. Ко времени уборки урожая содержание воды в корнях может достигать 75-80%, а в ботве 90%. По эффективности фотосинтеза, т.е. преобразования солнечной энергии и неорганических веществ в питательные органические вещества, сахарная свекла занимает одно из первых мест среди растений. Родина ее в точности неизвестна. Ученые полагают, что в доисторические времена это был дикорастущий однолетник в Южной Европе и Северной Африке. Позже, попав в области с более прохладным климатом, сахарная свекла стала двулетником, в первый год запасающим сахар в корне, а на второй дающим семена. Сейчас ее убирают в конце первого вегетационного периода, когда масса корней и их сахаристость максимальны.

История. Согласно сообщениям испанских землепроходцев, индейцы в долине реки Санта-Клара на территории нынешней Калифорнии изготавливали какие-то сласти из сока дикорастущей сахарной свеклы. В Европе о том, что в свекле содержится сахар, знали уже в 16 в., но лишь в 1747 немецкий химик А.Маргграф получил из нее кристаллическую сахарозу. Самое же важное событие в истории свекловичного сахара произошло в 1799, когда лабораторные опыты Ф.Ахарда подтвердили, что производство этого продукта оправдано с экономической точки зрения. В результате уже в 1802 возникли свеклосахарные заводы в Силезии (Германия). В начале 19 в. во время наполеоновских войн британский флот блокировал берега Франции, и ввоз туда сахара из Вест-Индии временно прекратился. Это вынудило Наполеона обратиться к немецкой модели и построить ряд опытных свеклосахарных предприятий. В 1811 дело было уже неплохо налажено: посевы сахарной свеклы занимали свыше 32 тыс. га, и по всей стране работали рафинадные заводы. После поражения Наполеона европейский рынок был буквально завален карибским сахаром, и недавно возникшее свеклосахарное производство начало хиреть. Интерес к нему, однако, снова возрос в годы правления Луи Филиппа и Наполеона III, и с тех пор это одна из важных отраслей экономики Франции. В Америке о свекловичном сахаре заговорили в 1830-е годы. Возникшая в Филадельфии ассоциация делегировала своих представителей в Европу для изучения его производства. С 1838 по 1879 в США было предпринято около 14 неудачных попыток наладить выпуск свекловичного сахара. Настоящая катастрофа постигла мормонов в 1850-е годы, когда они закупили во Франции оборудование на 12 500 долл., доставили его морем в Новый Орлеан, далее вверх по Миссисипи в штат Канзас, наконец, оттуда на волах в Юту, но запустить его так и не смогли. Успеха добился Э.Дайер, применивший новые методы производства в Калифорнии. Благодаря ему в Америке возникло собственное свеклосахарное производство. С тех пор оно непрерывно развивалось, и сейчас доля свекловичного сахара составляет ок. 25% всего рафинада, выпускаемого в США.

Переработка. Сахарная свекла объемистый и скоропортящийся продукт, поэтому заводы по ее переработке обычно строятся поблизости от плантаций. Для получения 45 кг сахара из примерно 290 кг свеклы требуется ок. 27 кг угля и 16 кг извести и кокса. Процесс слагается из уже описанных стадий: экстракции, очистки, выпаривания и кристаллизации. Сначала свеклу моют, а потом нарезают в стружку, которую загружают в диффузор, где сахар экстрагируется из растительной массы горячей водой. В результате получают "диффузионный сок", содержащий от 10 до 15% сахарозы. Остающийся свекловичный жом служит прекрасным кормом для скота. Диффузионный сок смешивают в сатураторе с известковым молоком. Здесь оседают тяжелые примеси. Затем через нагретый раствор пропускают диоксид углерода, чтобы известь связала несахара. Отфильтровав их, получают т.н. "очищенный сок". Отбеливание включает пропускание через него сернистого газа, а затем фильтрование через активированный уголь. Избыток воды удаляют выпариванием. Полученная в конечном итоге жидкость содержит от 50 до 65% сахара. Кристаллизацию проводят в огромных вакуумных емкостях высотой иногда с двухэтажный дом. Ее продукт утфель представляет собой смесь мелассы с кристаллами сахарозы. Эти составляющие разделяют центрифугированием, а полученный твердый сахар сушат. В отличие от тростникового, он не требует дальнейшего рафинирования и пригоден для употребления. Из мелассы (первого оттека) получают выпариванием вторую, а потом и третью партию уже менее чистых кристаллов. Их растворяют и рафинируют.

Производство. Главные производители Россия, Германия, США, Франция, Польша, Китай, Турция и Италия. В Европе из сахарной свеклы получают практически весь сахар. В США урожай сахарной свеклы составил в 1991 24 982 000 т; выращивается она главным образом в Миннесоте, Калифорнии, Айдахо и Северной Дакоте.

КЛЕНОВЫЙ САХАР И СИРОП

Кленовый сироп бурого цвета, очень сладкий и отличается сильным своеобразным привкусом, возникающим в результате реакций, протекающих в процессе его изготовления. Производят кленовый сахар и сироп почти исключительно на северо-востоке США, главным образом в штатах Вермонт и Нью-Йорк. И сахар и сироп получают преимущественно из пасоки произрастающих в этих областях кленов черного, красного, серебристого и сахарного. Сама по себе она особым вкусом не обладает, но содержит в среднем 3% сахарозы. Одно дерево дает в год от 38 до 95 л пасоки, из которой получается в 35 раз меньше сиропа. Американские индейцы добавляли его вместо соли в каши, супы и даже в мясные блюда. Они же научили сбору и переработке кленовой пасоки европейских поселенцев, которые пробовали подсачивать в тех же целях березы и серый орех. Первое письменное упоминание об этом продукте относится к 1760; из него следует, что в Канаде растут клены, "дающие большое количество полезного освежающего сока", пригодного для изготовления особого сахара. Племена виннебагов и чиппевов поставляли большие его количества Северо-Западной пушной компании. Больше всего кленового сахара и сиропа было произведено между 1850 и 1890 годами. В дальнейшем роль этих продуктов упала, главным образом потому, что тростниковый сахар обходится гораздо дешевле. В наше время кленовый сироп ценят только за его особый аромат и употребляют в основном с вафлями и оладьями. Подсочку ведут обычно с конца февраля до конца апреля; в этот период холодные сухие ночи и солнечные дни способствуют сокодвижению. В стволе дерева сверлят на глубину 5 см отверстие диаметром 1,5 см и вставляют в него деревянный или металлический желобок, по которому сок стекает в корытце. Поскольку он может быстро забродить, собранные за день порции сразу отправляют на выпаривание. Переработка идет в целом по той же схеме, что и в случае сахарного тростника, хотя технология здесь несколько проще.