Производство патоки и глюкозы

ТЕХНОЛОГИЯ КРАХМАЛО-ПОТОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Отечественная крахмалопаточная промышленность вырабатывает такие основные виды крахмалопродуктов, как картофельный и кукурузный крахмал (сухой), па­тока карамельная, глюкоза кристаллическая и пищевая, модифицированные крахмалы, декстрины, кукурузное масло, экстракт и корма. Производство указанных про­дуктов в нашей стране осуществляется путем переработ­ки основных видов крахмалсодержащего сырья: кар­тофеля и кукурузы. За рубежом для этих целей исполь­зуют также пшеницу, рис и др.

ПРОИЗВОДСТВО КРАХМАЛА

Картофельный крахмал

Характеристика сырья. Картофель—растение семейства пасленовых. Химический состав клубней зависит от сорта картофеля.

Картофель, который предназначается для промышленной переработки на крахмалопродукты, должен иметь высокую крахмалистость, гладкие клубни, тонкую кожуру, минимум клетчатки, сахаров, белковых веществ, крупные зерна крахмала.

Гладкие клубни легче моются, измельчение клубней с большим содержанием клетчатки приводит к образованию большого количества мезги, а это затрудняет процесс вымывания свободного крахмала из кашки на ситовых аппаратах.

В клубнях картофеля содержатся различные азотистые вещества, которые частично являются компонентами протоплазмы, а частично растворены в клеточном соке. В недозревших клубнях содержится значительно большее количество азотистых веществ, поэтому при переработке такого картофеля образуется слизь, затрудняющая выделение крахмала из крахмального молока.

Белки, выделяясь в виде хлопьев, попадают в крахмал, загрязняют и ухудшают его качество. Кроме того, белковые вещества способствуют образованию пены, затрудняющей ведение технологического процесса.

В крахмале остается некоторое количество минеральных веществ, которое оказывает влияние на свойства крахмала: вязкость, клеющую способность крахмального клейстера.

В клубнях картофеля содержатся сахара: глюкоза, фруктоза и сахароза, составляющие от 0,4 до 1,7% к массе картофеля. В процессе переработки картофеля эти сахара растворяются и выводятся, поэтому их большое содержание в клубне нежелательно.

Содержащиеся в картофеле лимонная, щавелевая, молочная и другие кислоты являются результатом гниения картофеля. Повышение кислотности вызывает процесс брожения как внутри крахмальных зерен, так и на их поверхности.

Промышленная переработка картофеля на крахмал требует поступления на картофелеперерабатывающие заводы здоровых клубней. Болезни картофеля наносят огромный ущерб промышленности, так как при переработке больного или зараженного картофеля значительно возрастают потери сухих веществ, снижается выход крахмала и ухудшается его качество.

Самыми распространенными болезнями картофеля являются фитофтора, железистая пятнистость, сухая и мокрая гниль, парша.

Большое значение при промышленной переработке картофеля приобретает его приемка и хранение.

На хранение закладывают здоровые клубни. При хранении необходимо строго следить за температурным режимом: температура в постоянных, стационарных картофелехранилищах должна быть не выше 5° С и не ниже 0, относительная влажность воздуха—в пределах 80—93%. Необходимо учитывать, что при хранении картофеля в нем уменьшается запас крахмала, происходит естественная убыль массы картофеля в результате испарения влаги и уменьшения содержания сухих веществ клубней.

Выделение крахмала. В картофелекрахмальном производстве существуют два понятия: сырой крахмал (влажность до 50%) и сухой крахмал (высушенный до 20%-ной влажности).

Картофель подается на переработку в основном с помощью гидравлических транспортеров. Для удаления камней и тяжелых примесей устраивают камнеловушки различных типов. Легкие примеси (солома, древесина) отделяются на соломоловушках.

Гидротранспортером картофель передают на отмывание в картофелемойки..

Хорошо отмытый и взвешенный на автоматических весах картофель поступает на измельчение на картофелетерках СТМ

Следующей технологической операцией является отделение полученной после измельчения кашки от основной массы клеточного сока. Для этого кашку разбавляют жидким крахмальным молоком, получаемым после промывки мелкой мезги, и подают на различные сито­вые аппараты (сотрясательные, барабанно-струйные, центробежно-лопастные и др.).

Основной задачей ситовой станции является максимально возможное отмывание от мезги свободного крах­мала и очистка полученного крахмального молока от мелкой мезги.

Отцеженный продукт поступает на вторичное измельчение — перетир. Здесь используют картофелетерки.

Крахмальное молоко после отделения основной массы мезги еще содержит достаточно большое количество мезги, которую трудно отделить и промыть с целью выделения крахмала. Эту операцию проводят на станции рафинирования крахмального молока, где устанавлива­ет сотрясательные сита с шелковыми ситовыми поверх­ностями.

Полученную с ситовых аппаратов мезгу собирают в сборниках и передают затем на обезвоживание.

После рафинирования в крахмальном молоке содер­жатся в незначительных количествах клеточный сок, ос­татки тонкой мезги, ухудшающие качество крахмала. Поэтому для очистки крахмала проводят его размывку. Ранее для размывки крахмала применяли желоба, раз­мывные чаны и центрифуги - пурификаторы. В настоящее время для этих целей используют гидроциклоны и отстойнопромывные центрифуги.

Размывку крахмала осуществляют в несколько стадий, благодаря чему получают крахмал хорошего качества и снижают его потери.

Сырой крахмал имеет влажность около 50%, нестоек в хранении, и поэтому его необходимо высушивать.

Сушка крахмала. Сырой крахмал разводят в сборниках до концентрации 20° са и получают крахмальное молоко, которое перекачивают на ситование для удаления примесей и рафинирование. Рафинированное крахмальное молоко размывают затем на желобах, в размывных чанах или гидроциклонных установках.

Влагу, оставшуюся после механического обезвоживания, удаляют на пневматических сушилках типа ПСГ-15, ППС-25.

Высушенный до 20%-ного содержания влаги картофельный крахмал просевают на буратах или рассевах с целью удаления примесей, крупки и случайно попав­ших предметов.

Сухой крахмал поступает в силосные банки, где хранится до упаковки,

В складах для хранения крахмала необходимо поддерживать температуру не выше 10° С и относительную влажность воздуха не более 90%.

Качество картофельного крахмала. Сухой крахмал, используемый в пищевых целях, не должен иметь постороннего запаха и вкуса и содержать тяжелые примеси.

Крахмал низших сортов используют на технические нужды или перерабатывают в патоку.

Отходы картофелекрахмального производства. Отхо­дами картофелекрахмального производства являются:

картофельная мезга, которую используют в качестве корма в животноводстве; Соковые воды представляют собой разбавленный клеточный сок картофеля, в котором находятся азотистые и минеральные вещества. Используют их для полива земледельческих угодий как удобрение под техниче­ские сельскохозяйственные культуры.

Кукурузный крахмал

Характеристика сырья. Кукуруза принадлежит к семейству злаковых. Зерно кукурузы состоит из зародыша, оболочки, эндосперма, чехлика и алейронового слоя. В зародыше содержится основное количество жира и золы; в оболочке—клетчатка и пентозаны; в эндосперме—крахмал, сахара, белки и зола; в алейроновом слое—небольшое количество жира и белковые вещества.

Перед закладкой на хранение кукурузу очищают, пропускают через магнитные улавливатели для удаления мелких и крупных примесей.

Поступающее на хранение зерно должно иметь влажность 14—16%. Повышение влажности может привести к порче и самовозгоранию зерна, а следовательно, к потере сухих веществ сырья. Поэтому при закладке кукурузы на хранение следует сортировать прибываю­щие на предприятие партии кукурузы по влажности.

Кукурузное зерно, как правило, хранят в железобетонных силосных банках элеваторов, специальных складах—сапетках, реже—под навесом насыпью.

Выделение крахмала. Технологический процесс производства кукурузного крахмала показан на принципи­альной схеме V.

Технологический процесс производства крахмалопродуктов имеет целью максимальное использование сухих веществ зерна кукурузы и наиболее рациональную и полную утилизацию его других составных частей.

Замачивание зерна. В кукурузокрахмальном производстве начальной технологической операцией является замачивание кукурузного зерна при температуре 48—50° С в замочной воде, в которой растворена сернистая кислота.

При замачивании зерна протекают весьма сложные физико-химические процессы. Зерно набухает, изменяется его состав, структура. На этой стадии происходит разрыв и ослабление связей между составными частями зерна (зародыша, оболочки, эндосперма и т. д.), разрушение белковых прослоек, удерживающих крахмал в клетках эндосперма. Часть веществ, растворимых в воде, переходит в замочную воду.

Замачивание зерна происходит в замочных чанах, объединенных в замочные батареи

После замочки в замочных чанах в течение 44—52 ч зерно с помощью гидравлического транспортера, центро­бежных насосов и отцедочных сит подают на грубое дробление.

Грубое дробление зерна осуществляют в две стадии с целью извлечения из него зародыша, который в последующем выделяют на зародышевых гидроциклонах. Кукурузный зародыш обезвоживают на шнековых прессах до влажности 58—60% и затем передают на сушку. После сушки зародыш перерабатывают и получают кукурузное масло.

Тонкое измельчение зерновой массы. Грубоизмельченную массу, из которой выделен зародыш, направляют на тонкое измельчение для более полного разрыва клеток эндосперма и освобождения крахмальных зерен.

Тонкое измельчение зерновой массы проводят на жерновых поставах или измельчающих машинах ударного типа.

Ситование измельченной зерновой массы. После измельчения зерновую массу, разбавленную крахмальной суспензией, поступающей с ситовых аппаратов промывки мезги, направляют на следующую станцию ситовых аппаратов. На этой станции из крахмальной суспензии в максимально возможной степени выделяют частицы оболочки зерна (крупной и мелкой мезги) и промыва­ют их.

Разделение крахмало-белковой суспензии и промывка крахмала. Отситованная на ситовых аппаратах крахмалобелковая суспензия, содержащая до 13% сухих веществ, обрабатывается с целью максимального удаления белка (глютена). Этот процесс осуществляют на центробежных сепараторах непрерывного действия или гидроциклонах.

Разделение крахмало-белковой суспензии осуществляют в несколько стадий, так как однократное сепарирование не обеспечивает получения высококачественно­го крахмала и способствует потерям крахмала с глютеном.

На центробежных сепараторах получают крахмальную и глютеновую суспензии. Крахмальная суспензия с сепараторов поступает далее для очистки на станцию гидроциклонов. Очищенный крахмал, поступает на обезвоживающие автоматические центрифуги

После этого крахмал передают для окончательной сушки до стабильной влажности 13% на пневматические крахмалосушилки.

Побочные продукты кукурузокрахмального производ­ства. Побочными продуктами кукурузокрахмального производства являются: крупная и мелкая мезга, глютен и экстракт с замочных чанов.

ПРОИЗВОДСТВО ПАТОКИ И ГЛЮКОЗЫ

Патока является ценнейшим продуктом крахмалопаточного производства и имеет широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Ее применяют в карамельном, хлебобулочном и пивоваренном производстве, а также как заменитель сахара в ряде отраслей пищевой промышленности. Применение патоки позволяет повысить в ряде случаев качество продуктов Так, в кондитерском производстве патока выполняет роль антикристаллизатора и регулятора гигроскопичности изделий.

Глюкоза применяется в медицине как препарат для инъекций и как среда для выработки различных анти­биотиков и аскорбиновой кислоты.

Патока

Патока представляет собой сладкую, вязкую бесцветную (или желтоватого цвета) жидкость и является продуктом неполного гидролиза (осахаривания) крахмала соляной и серной кислотой и ферментами. Гидролиз крахмала осуществляют в заварных чанах или конверторах.

Производство патоки складывается из следующих процессов:

подготовка крахмала к переработке;

гидролиз крахмала (осахаривание) с помощью кис­лот или ферментов;

нейтрализация кислоты или инактивация ферментов;

механическая очистка полученных гидролизатов;

осветление сиропов активированными углями или другими осветляющими материалами;

уваривание очищенных паточных сиропов до нужной плотности;

охлаждение готового продукта.

Поступающий на гидролиз крахмал должен быть предельно чистым, поэтому перед гидролизом крахмал размывают и пропускают через ситовые аппараты. Для промывки применяется чистая холодная вода.

При гидролизе крахмал теряет свои свойства, из нерастворимого состояния переходит в растворимое, а получаемый раствор приобретает сладкий вкус.

В начале процесса крахмальное молоко подают в заварной чан тонкой струёй, а затем, по мере заполнения чана, струю увеличивают. Происходит заварка крахмала, целью которой является перевод крахмала в раство­римое состояние. Процесс длится около 1 ч, после чего начинается вторая стадия—проварка, длящаяся от 0,5 до 1 ч.

В процессе проварки получают однородную массу и происходит осахаривание продукта. Затем полученный сироп уваривают в течение 2 ч. Продолжительность всех процессов, протекающих в заварном чане, сравнительно велика — от 4 до 6 и более часов. Поэтому с целью ускорения процесса осахаривания крахмала применяют специальные конверторы, в которых благодаря повышению температуры процесс длится 18—20 мин.

Заварка крахмала в конверторе проходит аналогично заварке в заварном чане. При применении конверто­ра добавляют соляную кислоту Плотность готового сиропа из конвертора ниже, чем из заварного чана, и фильтрация такого сиропа прохо­дит легче.

После окончания процесса осахаривания кислый сироп направляют в нейтрализационные чаны. Их устройство зависит от вида применявшихся для осахаривания кислот и оборудования.

При работе на заварных чанах с серной кислотой нейтрализацию сиропов проводят мелом.

Если гидролиз крахмала проходил в конверторе с применением соляной кислоты, нейтрализацию необходимо проводить быстро во избежание переосахаривания сиропов.

Нейтрализуют такие сиропы содой..

Полученный после нейтрализации сироп направляют на механическую фильтрацию. При этом сироп, получен­ный из кукурузного крахмала, направляют предварительно на жироотделитель (скиммер). Отделение жира осуществляют на специальных центрифугах-сепараторах.

В зависимости от вида крахмала, кислоты, применя­емой при гидролизе, и щелочи для нейтрализации нейтрализованный сироп фильтруют на фильтр-прессах различных конструкций

Для улучшения фильтрации сиропов, полученных из зернового крахмала, и фильтрования в камерных фильтрах или с помощью вакуум-фильтров в сироп добавляют диатомит. Фильтрация сиропов является самой тяже­лой и трудоемкой технологической операцией в паточном производстве.

После фильтрации паточные сиропы прозрачны, но имеют желтоватый цвет. Степень желтизны зависит от чистоты перерабатываемого крахмала, условий гидро­лиза и нейтрализации.

Для получения бесцветной и прозрачной патоки си­ропы после механической фильтрации очищают с помощью активированного угля.

Сиропы выдерживают с углем в чанах при темпера­туре 70° С в течение 25—30 мин, после чего направляют на фильтр-прессы с целью отделения угля. Таким образом очищают и густые и жидкие сиропы.

Жидкие паточные сиропы направляют на уваривание в двух- или трехкорпусных выпарках

Густые сиропы после выпаривания и очистки активированным углем направляют в вакуум-аппараты для окончательного уваривания в патоку.

При уваривании сиропа необходимо строго следить за тем, чтобы температура кипящего сиропа не превы­сила 70° С и уваривание длилось не более 55—60 мин. В противном случае патока потемнеет.

Для сохранения цвета патоки, достигнутого в конце уваривания сиропа, ее необходимо в течение 1—1,5 ч охладить до температуры 40—45° С.

Охлажденную патоку сливают в специальные желез­нодорожные цистерны, в баки-хранилища или в бочки.

Транспортирование патоки производят в крытых вагонах, автомашинах, а также в специальных железнодорожных цистернах. Хранят бочки с патокой на скла­дах при температуре 8—12° С. В холодное время года бочки с патокой можно хранить на открытых площадках.

Патока должна быть прозрачной и не иметь посто­роннего вкуса и запаха.

Глюкоза

Глюкоза представляет собой ценный питательный продукт. Она легко усваивается, способствует быстрому восстановлению сил организма, истощенного болезнью, и т. д.

Производство кристаллической глюкозы основано на тех же технологических операциях, что и паточное про­изводство, однако дополненное некоторыми новыми процессами: кристаллизация, центрифугирование, сушка упаковка.

Основная задача глюкозного производства заключается в получении из крахмального молока глюкозных сиропов высокой доброкачественности и выделение из них максимального количества чистой кристаллическое глюкозы.

Технология производства кристаллической глюкозы состоит из следующих основных операций: подготовки крахмала, его гидролиза, нейтрализации осахаренных сиропов, очистки и уваривания жидких и густых сиропов, охлаждения уваренных глюкозных сиропов, кри­сталлизации, центрифугирования утфелей (смеси кристаллов глюкозы с маточным раствором), сушки глюкозы, рассева и упаковки кристаллической глюкозы.

Практически глюкозу можно получить из любого крахмала, однако, экономически целесообразнее получать ее из кукурузного.

В связи с тем, что глюкоза служит в основном для медицинских нужд и должна соответствовать высоким требованиям, предъявленным медицинской промышленностью, к качеству крахмала также предъявляются строгие требования.

Принципиальная схема производства кристаллической глюкозы показана на схеме VI.

Гидролиз крахмального молока проводят в конверторах или непрерывно действующих осахаривателях. В заварных чанах гидролиз крахмала с целью получения глюкозы вести нельзя, так как этот процесс протекает при низкой температуре и нельзя получить сиропы высокой доброкачественности.

В качестве катализатора применяют соляную кислоту.

Осахаренные сиропы после конвертора или осахаривателя нейтрализуются кальцинированной содой.

Механическую очистку глюкозных сиропов после нейтрализации осуществляют путем их фильтрации с диатомитом на фильтр-прессах.

Для очистки от растворимых примесей используют активированные угли типа норита или карборафина,

После обесцвечивания и фильтрации прозрачные жидкие глюкозные сиропы подвергают упариванию. Для этой цели используют, как и в паточном производстве, трехкорпусные выпарные установки.

Уваренные до концентрации 56—58° са глюкозные сиропы вновь очищают путем трехкратной фильтрации.

Глюкозные сиропы менее вязки, чем паточные, и поэтому легче фильтруются.

Уваренные в вакуум-аппарате до концентрации 75— 76° са глюкозные сиропы перед кристаллизацией охлаждают холодной водой до 48—50° С.

В процессе кристаллизации глюкозы сироп постепенно превращается в кашеобразную массу, называемую утфелем.

Чтобы отделить кристаллы глюкозы от межкристальной патоки и получить глюкозу, утфели направляют на центрифугирование.

В результате действия центробежных сил происходит разделение утфеля на глюкозу и межкристальную (зеленую) патоку.

После отделения зеленой патоки в центрифуги подают воду для промывки. Применяют чистую, мягкую воду с температурой 40—45° С, не содержащую солей железа.

Выгруженная из центрифуги глюкоза имеет влаж­ность 14—16%., её высушивают в барабанных сушилках с помощью нагретого воздуха.

Режим сушки глюкозы определяют по ее физико-химическим свойствам. При температуре 60° С кристаллы глюкозы начинают плавиться, поэтому до этой температуры ее нагревать нельзя. Обычно при сушке глюкозы выдерживают такой режим, при котором температура нагретого воздуха не превышает 50—60° С,

Следует учитывать, что глюкозная пыль в смеси с воздухом может образовать взрывоопасную среду.

Для получения однородного продукта высушенную глюкозу просевают на рассевах барабанного типа, буратах. Затем ее упаковывают в двойные мешки: внутренний — бумажный и наружный — матерчатый.

Хранение упакованной глюкозы должно производиться в сухом хорошо проветриваемом или вентилируемом помещении без резких колебаний температуры и влажности воздуха

Готовая кристаллическая глюкоза должна соответ­ствовать ГОСТ 975—75 и по внешнему виду представ­лять собой порошок белого цвета, иметь сладкий вкус, не иметь постороннего запаха и привкуса.

В процессе производства кристаллической глюкозы получаются побочные продукты. Так, при центрифугировании утфеля I продукта получают зеленую патоку, направляемую на дальнейшую переработку с целью из­влечения из нее глюкозы, и белый сахар, направляемый в сборник (куда поступают также комки глюкозы после рассева) и затем возвращаемый в сироп I про­дукта.

После центрифугирования растворов, получаемых в результате переработки зеленой патоки, образуется темно-коричневая жидкость гидрол. С гидролом уходит до 20% глюкозы, поэтому он используется в производстве антибиотиков как питательная среда. Кроме того, гидрол может быть использован в кожевенном производстве для дубления кож, в производстве комбикормов или непосредственно для скармливания скоту.