тпп. 8 Лекция. ТПП. Лекция. Технология производства крахмала и крахмалопродуктов. Литература

• Название: Лекция. Технология производства крахмала и крахмалопродуктов. Литература
• Дата: 04.04.2021
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: 8 Лекция. ТПП.docx
• Тип: Лекция; #191149

№8 Лекция. Технология производства крахмала и крахмалопродуктов. 

         Литература.

1. 
   Богданов В.Д., Дацун В.М., Ефимова М.В. Общие принципы переработки сырья и введение в технологии производства продуктов питания: Учебное пособие.–Петропавловск-Камчатский:КамчатГТУ, 2007.– 213 с., (с.166÷178).
   
2. 
   Малкина В. Д., Касаткина Г. Д. Общая технология пищевых производств. Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2009.-84 с., (с.50÷61).
   
3. 
   Л.П.Ковальская Технология пищевых производств / Л.П.Ковальская, И.С.Шуб, Г.М.Мелькина и др.; Под ред. Л.П.Ковальской.-М.:Колос, 1999.-752с.,  (стр.292-327).
   
4. 
   Технология крахмала и крахмалопродуктов /Н.Н. Трегубов,Е.Я.Жарова,А.И.Жушман, Е.К.Сидорова/;  под ред. Н.Н.Трегубова.- М.: Легкая и пищевая пром-сть,1981.-472с, (стр.14÷30).
   

 

1. Технология крахмала.

Современная крахмалопаточная промышленность – важная отрасль на-родного хозяйства. Перерабатывая картофель и кукурузу, крахмалопаточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрины, глюкозно-фруктозные сиропы и т. д. Ассортимент вырабатываемой продукции составляют десятки наименований. Крахмал и крахмалопродукты используют в различных отраслях пище-вой промышленности (кондитерской, хлебопекарной, консервной, молочной, пищеконцентратной и др.).

Характеристика крахмала. Крахмал - резервное питательное вещество растений, необхо­димое им в начале вегетации. В наибольшем количестве он содер­жится в семенах, клубнях и корнях растений. Для промышленно­го получения крахмала в качестве сырья используют именно эти части растений, так как значительное содержание в них крахма­ла делает производство его экономически оправданным.

В настоящее время основное количество крахмала вырабаты­вается из зерна (кукурузы, пшеницы, риса, сорго и др.) и корне-клубневого сырья (картофель, маниока, батат и др.).

По внешнему виду чистый крахмал товарной влажности пред­ставляет собой белоснежный сыпучий порошок, состоящий из мельчайших зерен. Форма, строение и размеры зерен крахмала различны и настолько характерны для каждого растения, что в большинстве случаев по их внешнему виду удается определить сырье, из какого был получен крахмал.

Форма, химический состав и свойства крахмальных зерен, а также толщина слоев внутри зерна в известной степени зависят от среды, которая окружает их в процессе роста.

Повышенная влажность и отсутствие клейких веществ способ­ствуют образованию крупных зерен, более правильных по фор­ме, но более хрупких, как, например, зерна картофельного крах­мала (см. рис. 20.1). В крупных зернах под микроскопом ясно вид­ны бороздки, концентрически размещающиеся вокруг глазка. Сам глазок в виде точки или черточки эксцентрически расположен в узкой части зерна. Слои особенно хорошо видны при окраске зерен разбавленной хромовой кислотой.

Глазок является органическим центром, вокруг которого на­слаивается крахмал, образуя зерно.

При высыхании крахмальных зерен внутри их слоистой струк­туры развивается давление. С уменьшением влажности давление увеличивается и на поверхности зерна образуются трещины (бо­роздки). В поляризованном свете зерно картофельного крахмала просвечивается насквозь, за исключе-нием двух темных линий, пересекающихся над глазком. Обычно эти линии из-за эксцентричес­кого расположения глазка имеют Х-образную форму. При раз­давливании зерна картофельного крахмала легче всего разруша­ются по радиальным линиям.

Внешний слой крахмальных зерен по своим свойствам замет­но отличается от внутренних слоев.

Высказывалось предположение, что внешний слой, или обо­лочка крахмального зерна, состоит главным образом из молекул с ветвистым строением (амилопектин). Но большинство исследо­вателей в настоящее время считают, что оболочка крахмального зерна отличается от крахмала, находящегося в более глубоких слоях, лишь физико-химическими свойствами (более прочной мо­лекулярной структурой), содержит меньше влаги и более стойка к внешним воздействиям.

Размер и структура крахмальных зерен. Размер крахмальных зерен колеблется от 2 до 150 мкм. Зер­на рисового крахмала мало отличаются по размерам. То же на­блюдается и в кукурузном крахмале. Зато ржаной и пшеничный крахмал имеет как крупные, так и очень мелкие зерна.

Картофельный крахмал.

Крупные зерна картофельного крахмала имеют овальную форму и по внешнему виду напоми­нают раковины (рис. 23.1). Раз­меры зерен колеблются от 15 до 100 мкм. Мелкие зерна имеют круглую  форму,   бороздки и глазок на них слабо заметны.

Для производства наиболее ценны крупные зерна: они легче подвергаются обработке и дают крахмал более высокого каче­ства.





Кукурузный (маисовый) крах­мал. Зерна кукурузного крах­мала (рис.23.2) бывают много­гранные - из роговидной части эндосперма - и круглые - из мучнистой части его. Крахмал из кремнистых сортов кукурузы имеет зерна преимущественно многогранной формы, из крахмалистых сортов - круглой. Размер зерен различен для каждого вида крахмала, но в среднем равен 15 мкм по наибольшей оси. Обычно в товарном сухом крахмале очень мало мелких зерен  (размером около 5 мкм); размер круп­ных зерен достигает 25÷26 мкм.

В зернах кукурузного крахмала нет бороздок, но имеется большой круглый глазок. В молотом сухом крахмале вместо глазка видно углубление, из которого расходятся трещины. В по­ляризованном свете заметен крест на месте глазка или в геомет­рическом центре зерна.

Крахмал восковидной кукурузы. Крахмальные зерна, полу­ченные из восковидной кукурузы (рис.23.3) по внешнему виду (раз­мерам, форме и характерным особенностям) не отличаются от зе­рен обычного кукурузного крахмала.

 Длина зерен от 5 до 25 мкм. В центре заметен глазок. В поляризованном свете виден крест правильной формы. При действии раствора йода зерна восковидного крахмала окрашиваются в красновато-коричневый цвет в отличие от зерен крахмала обычной кукурузы, дающих с йодом синее окрашивание.

Пшеничный крахмал. Зерна пшеничного крахмала (рис.23.4) ха­рактеризуются наличием двух фракций: крупных (от 20 до 35 мкм) и мелких (от 2 до 10 мкм). Плоские эллиптические или круглые по форме, они не имеют бороздок. Расположенный в центре глазок слабо заметен лишь в крупных зернах. В поляри­зованном свете на некоторых зернах видны бледные неясные кре­сты.

Ржаной и ячменный крахмал. Зерна ржаного и ячменного крахмала по внешнему виду похожи на зерна крахмала из пшеницы. Наличие большого количества мелких зерен сильно затруд­няет разделение крахмала и белковой фракции при обработке суспензий на центробежных сепараторах, что снижает выход крах­мала из такого сырья.

Рисовый крахмал. Наиболее мелкие крахмальные зерна - от 3 до 8 мкм - получаются при выработке крахмала из риса (рис.23.5). Однако благодаря большей однородности зерен по размеру получение рисового крахмала связано с меньшими труднос­тями, чем, например, получение пшеничного. Форма зерен много­гранная. Часто они бывают собраны в кисти или имеют сложную структуру (конгломераты круглой или многогранной формы). Из-за мелкого размера никаких характерных черт (глазок, борозд­ка и т. д.) в обычном и поляризованном свете в зернах рисового крахмала различить не удается.

Крахмал восковидного сорго. По размеру и форме зерна крахмала восковидного сорго (рис.23.6), особенно вида Red leoti, сходны с зернами крахмала обычной и восковидной кукурузы. Размер зерен в среднем равен 15 мкм (от 6 до 30 мкм). Зерно имеет глазок в центре и ясно различимые радиальные трещины. Бороздки не видны. В поляризованном свете заметен правильный крест. Зерна, как и зерна крахмала из восковидной кукурузы, при действии йода окрашиваются в красновато-коричневый цвет.

 

 

Набухание, клейстеризация и ретроградация. Набухание зерен крахмала в воде при повышении темпера­туры с образованием вязкого коллоидного раствора - одно из наиболее важных свойств крах-мала, характеризующее его как гидрофильный высокополимер. Около 6% воды в сухом крахмале связано по первичным гидроксилам водородной связью. При на­бухании вода проникает в макромолекулы, разрушает водород­ные связи и увеличивает объем зерен крахмала.

В процессе нагревания структура суспензированных в воде крахмальных зерен изменяется. Вначале при медленном погло­щении воды происходит ограниченное набухание зерен и повыше­ния вязкости суспензии не наблюдается. Крахмальные зерна со­храняют свой внешний вид и двойное лучепреломление. При ох­лаждении суспензии и высушивании крахмальных зерен каких-либо изменений в них не обнаруживается.

При повышении температуры крахмальной суспензии с 55 до 65°С начинается вторая фаза набухания. Крахмальные зерна увеличиваются в объеме в несколько раз, поглощая большое ко­личество воды и теряя структуру и способность к двойному луче­преломлению. Более крупные зерна всех видов крахмала набуха­ют быстрее и клейстеризуются легче, чем мелкие. Во второй фазе набухания быстро увеличивается вязкость крахмальной суспен­зии.

Некоторая часть крахмала переходит в раствор, что можно обнаружить реакцией с разбавленным раствором йода в осветлен­ной тем или иным спо-собом жидкости.

При дальнейшем нагревании суспензии наступает третья ста­дия набухания крахмальных зерен, когда они разрываются или прекращают увеличи-ваться в объеме и принимают вид бесфор­менных мешочков, из которых выщелочена более растворимая часть.

Охлаждение полученного коллоидного раствора даже с не­большим содержанием крахмала приводит к образованию проч­ного геля вследствие заполнения всего объема набухшими мешочками из крахмальных зерен. Этот процесс называется к л е й с т е р и з а ц и е й.

Набухание крахмальных зерен можно вызвать не только на­греванием суспензии, но и действием на нее растворов щелочей и солей некоторых металлов при комнатной температуре. Возмож­но регулирование скорости набухания крахмальных суспензий из­менением концентрации действующих реагентов, что представля­ет некоторые удобства при микроскопическом исследовании про­цесса набухания крахмала, а также при различных его модифи­кациях.

Крахмальные зерна, подвергавшиеся обработке кислотами, не способны к набуханию. При последующей обработке горячей во­дой такие зерна распадаются и крахмал переходит в раствор. В процессе растворения макромолекулы крахмала распадаются на фрагменты меньшего размера, уже неспособные образовывать ог­ромные структурные решетки, характерные для набухших крах­мальных зерен.

Кипячением или механической обработкой, например измель­чением в гомогенизаторе разбавленного крахмального клейстера, состоящего в основном из набухших зерен, можно сделать клей­стер более жидким. Прочность концентрированных гелей зависит от степени переплетения крахмальных молекул.

При длительном стоянии крахмальные растворы подвергают­ся р е т р о г р а д а ц и и – постепенному разрушению с выделением нерастворимого осадка, например амилозы. В некоторых услови­ях ретроградации выпавшая в осадок амилоза еще обладает за­метным двойным лучепре-ломлением. При ретроградации посте­пенно происходит агрегирование части крахмала, сопровождаю­щееся образованием нерастворимого мик-рокристаллического осадка. Агрегация крахмала делает его недоступным для воздей­ствия ферментов, даже если агрегаты остаются растворенными, т. е. неосажденными.

Замораживание водных растворов крахмала способствует ус­корению процесса ретроградации. Методом замораживания мож­но вызвать ретроградацню даже стабильных крахмальных раст­воров. Необходимо заметить, что растворы некоторых препаратов амилопектина также способны к ретроградации. Легко ретроградирует крахмал, осажденный спиртом и вновь растворенный. Про­цесс ретроградации может быть задержан удалением части вла­ги или с помощью реагентов, вызывающих набухание крахмаль­ных зерен.

Технология получения сырого картофельного крахмала. Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала представлена на рис. 23.7.

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Химический состав клубней картофеля колеблется в довольно широких пределах и зависит от сорта картофеля, климатических, почвенных и других условий.

Картофель имеет следующий средний химический состав (в %): вода – 75, сухие вещества – 25, из них крахмал – 18,5, азотистые вещества – около 2, клетчатка – 1, минеральные вещества – 0,9, сахара – 0,8, жир – 0,2, прочие вещества (пектины, пентозаны и др.) – 1,6.

Хранение картофеля. Предприятия, перерабатывающие картофель, работают сезонно. До обработки картофель хранят в буртах при температуре 2÷8^оС. На хранение закладывают только здоровые клубни. При хранении картофель дышит. Хранить картофель свыше 5÷7 месяцев нецелесообразно, так как это приводит к значительным потерям сухих веществ, в том числе крахмала.

 



Рис. 23.7. Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала.

 

Доставка картофеля на завод. Картофель подают на производство с помощью гид­равлического транспортера (подачу осуществляют точно так же, как подачу сахарной свеклы в свеклосахарном производстве), при этом частично отделяют легкие примеси, пе­сок и землю.

Мойка и взвешивание картофеля. Этому процессу придается очень большое значе­ние, так как на последующих стадиях картофель не очищают от кожуры, а наличие в крах­мале минеральных примесей недопустимо. Кар-тофель моют в моечных машинах комбини­рованного типа, имеющих камеры с высоким уровнем воды, где отделяют солому и другие легкие примеси: камеры с низким уровнем воды, в которых хорошо оттирают землю: су­хие камеры, в которых вода, не задерживаясь, стекает в грязевую канаву. Моечные маши­ны снабжены ботво-, песко- и камнеловушками. Продолжительность процесса мойки со­ставляет 10÷14 мин, расход воды - 200÷400% к массе картофеля.

Для учета массы переработанного картофеля производится взвешивание отмытых клубней на автоматических весах с откидным днищем.

Измельчение картофеля на терочных машинах - получение кашки. Крахмал содер­жится внутри клеток картофеля в виде крахмальных зерен. Чтобы извлечь его, необходимо разрушить клеточные стенки. Для этого картофель измельчают на терочных машинах, принцип работы которых состоит в истирании клубней поверхностью, набранной из пилок с мелкими зубьями. Измельчение проводят дважды.

Выделение картофельного сока из кашки. Полученная после измельчения карто­фельная кашка представляет смесь, состоящую из разорванных клеточных стенок, крах­мальных зерен и картофельного сока. При получении крахмала важно скорейшее выделе­ние из кашки сока при минимальном его разбавлении. Контакт крахмала с соком ухудшает его качество, вызывая потемнение в связи с окислением тирозина, снижает вязкость крах­мального клейстера, способствует образованию пены, слизи и других нежелательных яв­лений. Картофельный сок выделяют из кашки на осадительных шнековых центрифугах. Сгущенную кашку (40% сухих веществ) получают при мини-мальных потерях крахмала с картофельным соком (0,1%).

Выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги. После отде­ления картофельного сока кашку направляют на ситовую станцию. Здесь на различных сито­вых аппаратах от кашки отделяют и промывают крупную и мелкую мезгу, осаждают и про­мывают крахмал. Для отмывания свободного крахмала кашку последовательно обрабатывают на барабанно-струйном и центробежно-лопастном ситовых аппаратах и направляют на по­вторное измельчение (перетир), после чего вновь промывают. После выделения мезги на си­товых аппаратах или гидроциклонах крахмальная суспензия содержит некоторое количество мелкой мезги (4÷8%), водорастворимых веществ (0,1÷0,5%) и сильно разбавленного карто­фельного сока. Поэтому ее подвергают рафинированию на центробежных ситах, гидроцикло­нах или дуговых ситах. Концентрация крах-мальной суспензии, поступающей на рафинирова­ние, должна составлять 12÷14%. а концентрация рафинированной суспензии – 7÷9%.

Рафинирование крахмальной суспензии. Рафинирование на центробежных ситах про­водят в две ступени, после чего крахмальную суспензию подают на пеногасящее устройство, а затем на песковые гидроциклоны для удаления песка. Полученную сгушенную сус­пензию подают в гидроциклоны для промывки крах-мала, которую проводят в три ступени. Далее крахмал обезвоживают на вакуум-фильтрах и сушат.

Выход крахмала зависит от его содержания в сырье и потерь с мезгой и сточными водами. В среднем выход крахмала равен 15,7%, потери крахмала составляют 2,8%.

Сырой картофельный крахмал в зависимости от содержания в нем воды подразделя­ется на две марки: А (с содержанием воды 38÷40%) и Б (с содер-жанием воды 50÷52%). Крахмал каждой марки делится на три сорта. Крахмал I и II сортов должен иметь однород­ный белый цвет и запах, свойственный крахмалу. Наличие постороннего запаха не допус­кается. Крахмал III сорта может быть сероватым, без прожилок и вкраплений, в нем до­пускается слабо-кислый, но не затхлый запах. Показатели качества сырого картофельного крахмала приведены в табл. 23.1.

 

Таблица 23.1. - Показатели качества сырого картофельного крахмала



 

Из-за высокого содержания воды сырой картофельный крахмал не может долго хра­ниться - он закисает. Поэтому его перерабатывают в сухой крахмал, бескислотные декст­рины, модифицированные крахмалы, патоку, глюкозу и др.

Использование побочных продуктов. Важнейшими задачами, стоящими перед крахмалопаточной отраслью, являются комплексное и рациональное использование сухих ве­ществ картофеля при выработке из него крахмала, снижение расхода свежей воды на тех­нологические нужды и, как следствие, уменьшение количества сточных вод, загрязняющих окружающую среду.

Побочные продукты картофелекрахмалъного производства - это мезга и картофель­ный сок. Из 25% сухих веществ картофеля извлекается 15,7% крахмала, остальные 9,3% сухих веществ распределяются примерно поровну между мезгой и картофельным соком. Картофельный сок содержит 5-7% сухих вешеств, в состав которых входит до 40% азоти­стых веществ, 20-25% растворимых углеводов, 9-12% минеральных веществ, 3-5% крах­мала, около 3% жира. Азотистые вещества картофельного сока представлены на 50% бел­ками, а также в соке содержится до 20 аминокислот, в том числе незаменимые (лизин). В состав золы входят оксид калия, соли фосфорной кислоты, кальция и магния. Обнаруже­ны также железо, сера, хлор, цинк и другие элементы.

Сухие вещества мезги состоят из следующих компонентов (в %): крахмала - 45-50, клетчатки - 25-30, растворимых углеводов - 25-30, белков - 5, минеральных веществ - 5-6. С целью рационального использования наиболее перспективно перерабатывать кар­тофельный сок и мезгу в углеводно-белковый гидролизат и белковый корм. Для этого смесь мезги и картофельного сока, содержащую 8¸12% сухих веществ, разваривают при температуре выше 100°С. В результате чего около 30-40% белковых веществ сока коагули­рует. Затем смесь охлаждают до температуры 62-64°С, вносят ферментный препарат и ве­дут осахаривание крахмала мезги в течение 2,5-3 ч. Образующиеся редуцирующие веще­ства переходят в жидкую фазу. Смесь фильтруют. Жидкую фазу направляют на уваривание. Процесс длится до тех пор, пока содержание сухих веществ не составит 50%. Полученный углеводно-белковый гидролизат представляет собой густую коричневую жидкость с приятным запахом. В его состав входят глюкоза, мальтоза, сахароза и ряд аминокислот. Гидролизат может быть использован в хлебопечении в качестве заменителя красного ржаного солода, при выпечке некоторых сортов хлеба, а также в качестве биостимулятора при выращивании кормовых дрожжей.

Осадок, полученный при фильтровании (белковый корм), направляют в сушилку, где он высушивается до 10%-ного содержания воды. В настоящее время мезга в сыром и силосованном виде широко используется в качестве корма для животных. Она также может быть использована при комбинированном способе производства крахмала и спирта. Высушенная, размолотая и просеянная сквозь сито с размером ячеек 0,1×0,1 мм мезга содержит 75-76% крахмала и может быть использована для выработки мальтозной патоки, декстринового клея и др.