Технология крахмало-паточного производства

Производство картофельного крахмала

В промышленности крахмал получают из технического картофеля, содержащего много крахмала, мало белка, сахара, клетчатки, устойчивого при хранении. Примерный химический состав картофеля:

Картофель (100 кг)

/ \

Сухие вещества(25 кг) Вода(75 кг)

/ / / \
Крахмал Зола Азотистые орган.в-ва Безазот.органич.в-ва
(18кг) (1 кг) (2кг) (4 кг)

Технологическая схема производства крахмала основана на его нерастворимости в воде, высокой плотности и малом размере частиц.
Картофель из буртов, в которых от хранится, или железнодорожных вагонов подают в завод гидротранспортером, в котором он одновременно частично отмывается от грязи. В процессе транспортировки от картофеля отделяются тяжелые и легкие примеси. Окончательно картофель отмывается в моечных машинах в противотоке степлой водой, расход которой составляет 400 % по массе картофеля.

Измельчают картофель пилочными картофелетерками. Цель измельчения - максимальное вскрытие клеток картофеля для наибольшего извлечения крахмала; характеризуется коэффициентом измельчения - отношение свободного крахмала к общему, составляет около 93 %. Для лучшего измельчения от картофельной кашки отделяют часть суспензии крахмала, а оставшуюся массу измельчают повторно.

В полученном крахмальном молочке содержится клеточный сок картофеля, который быстро окисляется и темнеет под воздействием окислительных ферментов (из аминокислоты тирозина под действием фермента полифенолоксидазы образуются окрашенные вещества - меланины). Кроме того, в соке могут развиваться микроорганизмы. Клеточный сок необходимо отделить на центрифугах, предварительно обработав картофельную кашку сернистой кислотой для предотвращения нежелательных процессов. На большинстве заводов клеточный сок не отделяют, так как это дорогостоящая операция.

Для выделения свободного крахмала картофельную кашку подвергают промывке на ситах различных конструкций - сотрясательных, дуговых и других. Обработку проводят последовательно 3-5 раз, промывную воду подают в противотоке. Отмытую мезгу, содержащую не менее 3 % свободного крахмала, направляют на корм скоту.

Крахмальное молоко после отделения мелкой мезги содержит растворимые примеси и мелкую мезгу. Соковую воду с растворенными примесями отделяют на непрерывнодействующих шнековых осадительных центрифугах.
Крахмал после центрифуг подвергают рафинированию для выделения из него мелкой мезги. Для этого его разбавляют водой и обрабатывают на ситах с шелковой сеткой не менее N46: мелкую мезгу промывают до содержания крахмала не более 5 % и реализуют на корм скоту, а крахмальное молоко с сит промывки поступает на разбавление кашки после терки.

Для окончательной промывки крахмала его обрабатывают на системе гидроциклонов: при этом нижним сходом идет суспензия очищенного крахмала, а верхним - жидкая фракция с легкими примесями. Обработку осуществляют в три ступени: после третьей стадии крахмал выходит практически чистым. После этого крахмал обезвоживается и направляется на получение сухого крахмала.
Сырой картофельный крахмал вырабатываютмарки А влажностью до 40 % и марки Б с влажностью до 52 %. В зависимости от степени очистки крахмал подразделяют на три сорта: 1, 2, и 3.

Получение кукурузного крахмала

Основную массу крахмала получают из зерна кукурузы. Для большинства сортов зерна кукурузы можно принять химический состав (в пересчете на сухое вещество, %): крахмал 70-72; белки 11-13; нерастворимые углеводы 3-5; пентозаны 4-5; клетчатка 2; жиры 5-6; зола 1,5-2,0. При влажности 13-14 % зерно может сохраняться 2 года и более, поэтому кукурузу можно перерабатывать круглогодично.
Целью технологии является извлечение из зерна крахмала стандартного качества и наиболее эффективное выделение и использование всех составных частей зерна.

Зерно перед производством очищают от посторонних примесей и замачивают для уменьшения его прочности и удаления большей части водорастворимых соединений. Замачивание зерна производят в специальных замочечных чанах, соединенных в батарею, в которой процесс протекает непрерывно.
В каждом отдельном аппарате осуществляют следующие операции:
- загрузка свежего зерна и заливание его концентрированной замочечной водой, прошедшей предварительно почти через всю замочечную батарею;

- отбор концентрированной замочечной воды - экстракта;

- замачивание водой, подаваемой из предыдущего аппарата батареи и слив ее в последующий аппарат;

- обработка раствором сернистой кислоты (0,20-0,25 % по газу SO₂) с подогреванием до 50 градусов;

- промывание зерна производственной возвратной водой для удаление с поверхности сернистой кислоты;

- выгрузка замоченного зерна в производство.
Полный цикл работы замочечного чана составляет 56-64 ч. Сернистая кислота вводится для следующих функций: препятствует развитию микроорганизмов; создает требуемое значение рН, необходимое для лучшего разделения белка и крахмала; препятствует образованию красящих веществ, повышает белизну крахмала. В процессе замачивания влажность зерна увеличивается до 40-46 %; в экстракт переходит 7-8 % сухих веществ зерна.

Экстракт упаривают и используют для производства сухих кормов или в качестве сырья для медицинской и микробиологической промышленности, а зерно направляют на грубое дробление с целью выделения зародыша.
Дробление осуществляют путем разделения зерна на 4-5 частей с помощью дисковых дробилок в две ступени. После каждого дробления смесь обрабатывают на гидроциклонах для выделения зародыша.

Выделенный из кашки зародыш промывают на дуговых ситах от крахмала, механически обезвоживают, высушивают и используют для получения кукурузного масла.

Кашка после отделения зародыша и крахмального молока поступает на
тонкое дробление. Цель тонкого дробления - максимальное высвобождение связанного крахмала при минимальном измельчении оболочек. Используют для тонкого измельчения жернова или ударные мельницы.

Измельченную кашку освобождают от свободного крахмалана дуговых ситах путем промывания водой. для выделения крупной мезги используют колосниковые сита с диаметром ячеек 1,0-1,2 мм; для тонкой мезги - шелковые сита N49 или капроновые N55. Отделенную мезгу промывают на ситах в противотоке с водой в 3-5 ступеней, обезвоживают и направляют на корм скоту.
С целью рафинирования (отделения мельчайших частиц мезги) крахмальное молоко после грубого и тонкого дробления смешивают и промывают на дуговых ситах с шелковой сеткой N65 или капроновой N71. После рафинирования в крахмальном молоке остаются частицы нерастворимого белка глютена, связанные с мелкими зернами крахмала.

Для разделения крахмала и глютена используют центробежные сепараторы: обработку проводят в четыре ступени. Затем крахмал промывают 1-2 раза путем разведения теплой водой и обезвоживания на вакуум-фильтрах.
Полученный сырой крахмал направляют на высушивание или на переработку в один из крахмалопродуктов.

Отделенный глютенконцентрируют на сепараторах в две ступени, высушивают, используют в производстве сухих кормов.

Производство сухого крахмала

Перед высушиванием сырой картофельный крахмал подвергают дополнительной промывке для удаления примесей, кукурузный крахмал достаточно чист и не требует очистки. Часть влаги из крахмала удаляют механическим путем, используя вакуум-фильтры или горизонтальные автоматизированные центрифуги. Обезвоженный картофельный крахмал имеет влажность 38-40 %, кукурузный - 35 %.

Для сушки крахмала применяют пневматические сушилки. При этом измельченный крахмал смешивают с воздухом температурой 150-180 градусов. Недосушенный крахмал возвращают через сепаратор в бункер-измельчитель, сухой осаждают аэроциклонами и выгружают из сушилки; воздух очищают от пыли мокрым скруббером. Сухой крахмал просеивают на буратах или рассевах через шелковое сито N38-55 и направляют на упаковку.

Качество сухого картофельного крахмала должно соответствовать требованиям ГОСТ 7699-78, согласно которого предусмотрен выпуск крахмала следующих сортов: "Экстра", высшего, первого и второго. Влажность сухого картофельного крахмала должна быть не более 20 % по массе; нормируются также массовая доля золы, кислотность и количество крапин на единице площади. Качество сухого кукурузного крахмала оговаривается требованиями ГОСТ 7697-82, согласно которого его выпускают высшего, первого сортов и амилопектиновый. Для кукурузного крахмала влажность должна быть не более 13 % по массе (амилопектиновый - 16 %), количество крапин 300-500 на 1 дм²; массовая доля золы 0,2-0,3 %; кислотность 20-25 см³ 0,1 г-экв./дм³ раствора NаОН в пересчете на сухое вещество. Сухой крахмал, используемый для пищевых целей, должен выдерживать кулинарную пробу - отсутствие хруста на зубах.
Упаковывают крахмал в мешки или мелкую тару. Крахмал может храниться без потерь и существенного изменения качества в течение многих лет. Хранение осуществляют в сухих чистых складах, без резких колебаний температуры и влажности воздуха: желательно поддерживать температуру не выше 10 градусов и относительную влажность не более 90 %; не допускается вентилирование влажным воздухом. На крупных предприятиях крахмал хранят в железобетонных силосах.

Производство крахмальной патоки

Патока - продукт неполного гидролиза крахмала разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами.

Сырье, используемое для производства патоки, должно иметь высокую чистоту. Сырой кукурузный крахмал после очистки и промывки должен содержать (в пересчете на сухое вещество, %, не более): протеина 0,8; растворимых веществ 0,1; золы 0,15; экстрагируемого жира 0,15; мезги 0,05; гидролизного жира 0,55. Картофельный крахмал должен иметь качество сырого крахмала марки А первого сорта. Дополнительная очистка сырого крахмала проводится в паточном цехе с использованием вакуум-фильтров.

В производственных условиях гидролиз крахмала осуществляют соляной кислотой в конверторах периодического или осахаривателях непрерывного действия; ферментами - в ферментерах.

Осахаривание в конверторе происходит под избыточным давлением 0,28-0,32 МПа при температуре 140-143 градуса, что позволяет существенно ускорить гидролиз крахмала. Расход соляной кислоты в пересчете на газ HCl составляет 0,19-0,25 % массы сухих веществ крахмала, концентрация HCl в осахариваемой массе 0,05-0,08 %. Процесс осахаривания в конверторе заканчивается за 18-20 мин и включает следующие операции: заполнение барботера подкисленными промоями; доведение их до кипения и заварка крахмала (6-8 мин); повышение давления (3 мин); осахаривание (3 мин); выдувание готового сиропа в нейтрализатор (6 мин). Осахаривание крахмала в конверторе периодическим способом приводит к колебаниям содержания редуцирующих веществ в патоке, повышенному расходу пара и неравномерному его потреблению.
Преимущества осахаривателя непрерывного действия: интенсификация производства; возможность автоматизации и упрощение обслуживания процесса; получение однородного по углеводному составу продукта; уменьшение расхода пара и равномерность его потребления во времени. Сущность работы осахаривателя: готовят суспензию крахмала массовой долей сухих веществ 38-40 %, подкисляют всем количеством соляной кислоты, выдерживают 1-1,5 ч для частичного разрушения зерен крахмала перед осахариванием, что понижает вязкость клейстера в момент заварки и ускоряет его расжижение. Из сборника подкисленную суспензию крахмала подают в трубчатый подогреватель, нагревают до температуры 143 градуса и направляют в зону доосахаривания, где завершается гидролиз крахмала. Температура в конце зоны осахаривания 138 градусов, длительность осахаривания 3,5 мин.

Сироп после непрерывного осахаривателя имеет высокую температуру, поэтому перед дальнейшей переработкой его охлаждают в испарителе, в котором за счет перепада давления происходит интенсивное парообразование.
Осахаренный сироп направляют на нейтрализацию. Цель нейтрализации - прекращение гидролиза крахмала после достижения заданной степени осахаривания; превращение минеральных кислот, недопустимых в пищевых продуктах, в безвредные соли; создание оптимальных условий для последующей очистки сиропа от примесей. Нейтрализацию сиропа при кислотном гидролизе крахмала проводят раствором карбоната натрия по уравнению:

2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + H₂O + CO₂

Избыток карбоната натрия оказывает отрицательное влияние на качество сиропа, так как при рН выше 4,5 происходит разложение глюкозы и образование красящих веществ; кроме того, учитывается оптимальное рН для коагуляции белковых веществ, которое находится в интервале 4,8-5,0. Нейтрализацию сиропа проводят периодическим или непрерывным способом в зависимости от применяемого способа гидролиза крахмала.

Очистка сиропа. Нейтрализованный сироп из кукурузного крахмала содержит гидролизный жир, который при расщеплении крахмала переходит в свободное состояние, затрудняя очистку сиропа. Для отделения жира используют жироотделители (скиммеры) или центробежные сепараторы. Для очистки от взвешенных частиц (мезги, коагулята белков и других) сироп фильтруют на дисковых, патронных фильтрах, фильтр-прессах с предварительным намыванием на фильтрующую поверхность перлита или кизельгура.
С целью удаления из сиропов красящих и азотистых веществ, зольных элементов, понижения кислотности и уничтожения запаха сиропы подвергают адсорбционной очистке активными пылевидными и гранулированными углями или ионообменными смолами. Обработку сиропа углями проводят в две ступени: до сгущения в контактных аппаратах в течение 25-30 мин при температуре 65-70 градусов при расходе угля 0,15 % к массе сухих веществ сиропа и после сгущения сначала отработавшим, затем свежим углем. Расход угля на очистку густого сиропа составляет 0,6 % к массе сухих веществ при температуре 70 градусов, рН 4,5-4,8. После каждой контакции уголь отделяется фильтрованием.
Сгущение сиропа. Жидкий сироп после механической и первой адсорбционной очистки сгущается на выпарной установке до массовой доли сухих веществ 54-55 %. Так как термоустойчивость глюкозы значительно ниже, чем сахарозы, максимальная температура сиропа не должна превышать 95 градусов. В связи с этим выпарная установка имеет три корпуса, работающих под разряжением.
При выпаривании происходит потемнение сиропа, что устраняют двукратной противоточной обработкой активным углем. Перед окончательным сгущением густой сироп фильтруют.

Чистый густой сироп уваривают в вакуум-аппаратах под разрежением до массовой доли сухих веществ 77,5-786) %. Спускаемую из вакуум-аппаратов патоку быстро охлаждают до температуры 40-45 градусов в охладителях для предупреждения ее потемнения.

Готовую патоку выкачивают в резервуары для хранения, железнодорожные цистерны или фасуют в бочки вместимостью 250-300 кг.

Лекция 21.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: