пп производство крахмала. пп. Производство сырого крахмала из зерна кукурузы. Использование сульфита при производстве сырого крахмала
 Скачать 5.71 Mb.
|
 Рис. 3.1 α - D - глюкоза Природный крахмал состоит из двух различных фракций, отличающихся по своему строению и свойствам: · Амилоза (внутренняя часть крахмального зерна), на которую приходится примерно 10-20% крахмала. Молекула амилазы представляет собой линейную или слаборазветвлённую цепочку, состоящую из остатков a-D-глюкопиранозы связаных друг с другом исключительно a-1,4-глюкозидными связями, т.е. кислородные мостики возникают за счёт гликозидного гидроксила 1-го атома одной молекулы a-D-глюкопиранозы и спиртового гидроксила при 4-м атоме другой (рис. 3.2). Звенья a-глюкозы способны закручивать макромолекулу амилозы в спираль, что способствует уменьшению вероятности образования межцепных водородных связей, но увеличивает возможность данного типа связей с молекулами воды. Поэтому амилоза растворима в воде [5].  Рис. 3.2 Структура амилозы · Амилопектин (оболочка крахмального зерна) - 80-90% от крахмала и в отличии от амилозы имеет преимущественно разветвленное (сферическое) строение, которое обеспечивается тем, что молекула составлена из множества коротких полигликозидных цепочек, каждая из которых в среднем содержит 20 остатков a-D-глюкопиранозы. В пределах каждой короткой цепи глюкозные остатки соединены a-1,4 гликозидными связями. Друг с другом цепи соединяются за счет отщепления воды от a-OH и CH2OH-групп посредством a-1,6 гликозидных связей (рис. 3.2). В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде [1, 6].  Рис. 3.2 Амилопектин 3.2 Химические свойства 1. Гидролиз. Основной химической реакцией крахмала является реакция гидролиза, который в свою очередь делится на кислотный и ферментативный. а) кислотный гидролиз: при нагревании, достаточном разбавлении и действии катализаторов (иона водорода) крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками a-глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов (3.1), конечным же продуктом гидролиза является глюкоза. (C6H10O5)n  (C6H10O5)x  C12H22O11  C6H12O6 крахмал декстрины мальтоза глюкоза (3.1)б) ферментативный гидролиз: крахмал также гидролизуется ферментом a-амилазой (входит в состав слюны и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно a-(1-4)-гликозидные связи. β-Амилаза (присутствует в солоде) действует на a-(1-4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилаза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилазам, гидролизует a-(1-4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D-глюкозы, начиная от невосстанавливающего конца. Селективное расщепление a-(1-6)-гликозидных связей амилопектина происходит a-1,6-глюкозидазами, например, изоамилазой или пуллуланазой. 2. Реакция с йодом (качественная реакция на крахмал) При действии на крахмальный клейстер раствора йода в присутствии KI наблюдается интенсивное синее окрашивание, исчезающее при нагревании и вновь появляющееся при охлаждении (3.2). Следует отметить, что данная реакция настолько чувствительна, что проявляется уже при концентрации крахмала равной 2·105 М.  (3.2)При действия йода на полисахарид протекает процесс комплексообразования. Особенно отчетливо образование комплекса видно при реакции с амилозой и с амилозоподобными разветвлениями молекул аминопектина. Молекулы йода, в виде цепей ···I···I···I···, спиралеобразно обвиваются цепью амилозы, при чем на каждую молекулу йода приходится шесть глюкозных остатков (один полный оборот спирали) см. рис. 3.3.  Рис. 3.3 Йодкрахмальная реакция Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I-I до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи (рис. 3.4).  Рис. 3.4 Изменение длины связи в молекуле I2 в ходе протекания реакции Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую (λмакс 620-680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (λмакс 520-555 нм), следовательно, оттенок окрашивания зависит от степени ветвления полисахарида, его строения и молекулярной массы [6]. 3. Фотосинтез Крахмал является первым видимым продуктом фотосинтеза (3.3). 6nCO2 + 5nH2O + свет → (C6H10O5)n + 6nO2 (3.3) 3.3 Применение крахмала Крахмал применяют в различных отраслях народного хозяйства. В первую очередь следует отметить его большую пищевую ценность как энергетическое средство, легко переваривается и усваивается организмом, благодаря чему широко используется для пищевых целей. Именно поэтому наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продукта. Важное значение при этом имеет вязкость его клейстеризованных растворов и их студнеобразующая способность при достаточных концентрациях. Эти свойства используются в колбасном производстве, добавление крахмала в вареные колбасы способствует их сочности, лучшей связи фарша. В кондитерском производстве крахмал используют как формующий материал. Введение крахмала в тесто для печенья и некоторых других мучных кондитерских изделий улучшает их структуру, позволяет ослабить действие клейковины придать большую мягкость и нежность продукту с одновременным уменьшением количества сахара и жира. Его применяют и в бродильном производстве, например при получении молочной кислоты: образующиеся после осахаривания крахмала углеводы подвергаются сбраживанию с получением молочной кислоты или иных продуктов брожения. Крахмал идет как не осоложенный материал для производства пива, применяется как загуститель и стабилизатор для мороженого, мармелада, сгущенного молока, овощных консервов. В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы не загустевают, а образуемая с йодом окраска более интенсивна. В медицине и фармацевтике крахмал применяется для приготовления присыпок, паст (густых мазей), а также при производстве таблеток. Бумажная промышленность является крупнейшим потребителем крахмала, благодаря его специфическим свойствам и возобновляемости ресурсов. Различные виды крахмала используются на разных стадиях производства бумаги. Крахмал добавляют для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности, для придания гидрофобности применяется поверхностная проклейка на формовочном прессе. В производстве картона крахмал применяется как для проклейки плоских слоёв, так и для склеивания листов гофрированного картона. В текстильной промышленности крахмалы используются для шлихтования, аппретирования и приготовления загущающих составов (загусток). Загустки - это композиция материалов, которая используется при нанесении рисунка на ткань, для предотвращения растекания краски, вследствие капиллярности волокон. Для производства шлихты (клеящего состава) можно использовать следующие виды нативных крахмалов. В последнее время для шлихтующих и загущающих составов все чаще используют модифицированные крахмалы. Применение этих крахмалов позволяет улучшить показатели ошлихтованной пряжи, печатных тканей; уменьшает расход загущающих материалов; снижает энергозатраты; уменьшает расход химических расщепителей, увеличивая экологическую безопасность техпроцессов [2, 3]. Крахмал является распространённой основой для производства клея, который чаще всего применяется для склеивания бумаги к таким материалам, как стекло, минеральная вата и глина. Наиболее часто для приготовления клея используют кукурузный и картофельный крахмалы. 4. ПРОИЗВОДСТВО СЫРОГО КРАХМАЛА Современная крахмалопаточная промышленность - важная отрасль народного хозяйства. Крахмалопаточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрин, глюкозофруктозные сиропы и др. Комбинаты, перерабатывающие зерно, такие как ООО «Каргилл», работают непрерывно (круглосуточно) и в продолжение почти всего года, за исключением коротковременной (20-30 дней) остановки для капитального ремонта и модернизации оборудования. Такая интенсификация производства ставит зерноперерабатывающие комбинаты в один ряд с передовыми предприятиями химической, нефтехимической, металлургической и им подобных отраслей промышленности. .1 Характеристика сырья Основным сырьем для производства крахмал является сырье растительного происхождения: картофель, а также зерновые культуры: кукуруза, пшеница, рис, сорго. Зерновые культуры, как сырье, выгодно отличаются от картофеля рядом технологических свойств: хорошая транспортабельность, получение побочных ценных продуктов зерна (сухих протеиновых кормов, масел, экстрактов, гидрола и др.), применение комплексной механизации, автоматизации, а также возможность круглогодовой переработки зерна, что обуславливают его технико-экономическую эффективность. Зерно, как сырье, дает возможность строить крупные предприятия с высоким уровнем производительности труда, фондоотдачи и низкой себестоимостью выпускаемой высококачественной продукции. Картофель - сырье малотранспортабельное и трудносохраниемое, не дающее возможности строить крупные предприятия. Именно поэтому завод по производству крахмала ООО «Каргилл» выпускает крахмалопродукты, полученные исключительно переработкой зерна, в частности кукурузы и пшеницы. 4.1.1 Кукуруза, как сырье для производства крахмала Кукуруза (миас) - однолетние, однодомное растение, принадлежащее к семейству злаковых, рода Zea и вида Zea Mays; одна из самых распространенных зерновых культур в мире. Кукуруза является наиболее ценным сырьем крахмало-паточного производства. Исходя из строения кукурузного зерна (рис. 4.1) и химического состава отдельных частей зерна (Табл. 4.1) можно заметить, что крахмальные зерна почти полностью сосредоточены в эндосперме.  Рис. 4.1.1 Строение кукурузного зерна6 1 - мучнистая часть (верхушечный крахмал); 2, 3 - роговидный глютен и крахмал (эндосперм); 4 зародыш; 5 - рыхлая часть (крахмал нижней части); 6 - зародышевый стебелек; 7 - зародышевый корешок; 8 - чехлик; Таблица 4.1 Химический состав отдельных частей кукурузного зерна (масс. %)
Однако химический состав кукурузного зерна различных ботанических групп, неодинаков, зависит от почвенных и климатических условий произрастания, степени вызревания [3]. По технологическим, экономическим соображениям наиболее выгодными для производства являются сорта зубовидной и полузубовидной кукурузы, а также их гибриды. Несмотря на это ООО «Каргилл» в производстве крахмалопродуктов использует преимущественно зубовидную, кремнистую сорта кукурузы. Хорошие производственные показатели «Каргилл» - следствие использования кукурузы высокого качества. Полученное зерно проверяется на качество в лаборатории и должно соответствовать ГОСТ 13634-6 (Табл. 4.2). Таблица 4.2 Показатели качества зерна кукурузы
Складирование кукурузы должно производится в строгом соответствии с ее качеством, однако на ООО «Каргилл» хранение кукурузы имеет формальный характер, так как она практически сразу поступает в производство. 4.2 Характеристика готовой продукции Кукурузный крахмал на ООО «Каргилл» готовится по специальным технологическим инструкциям, рецептурам и вырабатываются в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51985-2002, которым предусматривается органолептическая и физико-химическая оценка готового изделия. Вследствие высокого содержания воды сырой крахмал сохраняется плохо, поэтому сырой крахмал является полуфабрикатом и его целесообразно немедленно, после выработки, обезвоживать механически (на центрифугах), а затем либо высушивать, либо, перерабатывать в другие виды готовой продукции (патоку, сиропы и др.). Очищенный крахмал, поступающий в производство сухого крахмала, должен иметь показатели качества указанные в таблице 4.3. Таблица 4.3 Показатели качества зерна кукурузы
На ООО «Каргилл» сырой крахмал (крахмальная суспензия) направляется на завод по производству сиропов и патоки, где из него, путем кислотного и ферментативного гидролиза, получают сиропы простейших сахаров. 4.3 Описание технологического процесса Задачами технологических процессов производства сырого кукурузного крахмала является: · полное разделение зерна на составные части; · извлечение из него максимально возможного количества крахмала в возможно более чистом виде и с минимальным изменением его природных свойств; · проведение наиболее эффективного разделения, подготовки и использования других ценных составных частей (мезги, зародыша) и веществ (экстракта, глютена и др.) зерна. Схема производства сырого кукурузного крахмала представлена на рис. 4.3.1. Процесс производства состоит из следующих операций: 1. Прием и очистка зерна кукурузы: Кукурузное зерно поступает на завод путем железнодорожного или автомобильного транспорта, из которого поступает в элеватор. А затем с помощью ленточных транспортеров и ковшовых норий поступает сначала на зерноочистительные машины, где оно очищается от сорных и крупных примесей. Зерновые отходы реализуются при производстве кормов. После взвешивания на автоматических весах 3 очищенное зерно попадает в замочное отделение. Замачивание зерна: Зерно, по средствам гидротранспорта поступает в чаны 1, которые вместе с подогревателями с 2 комплектуются в батареи, работающих по принципу противотока: раствор бисульфита из емкости 5, через сборник 4 подается в чан, в котором завершается цикл замачивания зерна, жидкий кукурузный экстракт откачивается на уваривание из чана со свежеприготовленным зерном.  Рис. 4.3.1 Схема производства сырого кукурузного крахмала на ООО «Каргилл» гидротранспорта и насоса 34 попадает в производство через гидроциклон - отделитель камней 8 на первое дробление 2. Дробление зерна, выделение и промывание зародыша: Перед вводом замоченного зерна в дробилку 11 транспортерная вода отделяется от зерна на дуговом сите 9, а зерно направляется в бункер 10. При дроблении освобождается основная часть зародыша, выделение которого происходит на гидроциклонной установке 12. Для обеспечения требуемой консистенции в полученную кашку перед ее обработкой на гидроциклонах добавляют необходимое количество суспензии с сит отцеживания и промывания зародыша. Выделенный зародыш с крахмальной суспензией направляется на станцию очистки 18, а кашку, содержащую часть зародыша, связанного с эндоспермом, на второе дробление. На вторых дробилках 13 происходят более мелкое измельчение с целью полного освобождения связанного зародыша. Кашка со вторых дробилок размешивается с определенным количеством суспензии с сит отцеживания и промывания зародыша и направляется на гидроциклоны второго выделения зародыша 14. Зародыш вместе с крахмальной суспензией поступает на станцию контрольной очистки: дуговые сита отцеживания зародыша 19 и двукратного противоточного промывания 20, 21. Выделенный зародыш обезвоживается на шнек прессах 22 и подвергается сушке. 3. Помол кашки: Кашка со вторых гидроциклонов поступает на дуговые сита отделения I-ого крахмального молока 15, а затем в перемешиватель 16 и подвергается тонкому помолу на машинах ударного действия 17. I-ое крахмальное молоко направляют в сборник 32, а далее на сита 31 для окончательной очистки от мезги. . Отделение, промывание и обезвоживание мезги: После измельчения полученную кашку, содержащую кроме свободного крахмала частицы мезги. Кашку разбавляют суспензией с первых сит промывания и направляют на сита отделения мезги 33-1. Отцеженную на ситах мезгу направляют на станцию дуговых сит 33 (2-7) для противоточного промывания мезги. Отмытую мезгу обезвоживают сначала на сите 24, а затем на шнек-пресах 23 и применяют для приготовления кормов. . Концентрирование и сепарирование крахмального молока: I-ое крахмальное молоко и суспензию, полученную на ситах отделения мезги - II-ое крахмальное молоко - объединяют в сборнике 32 и направляют на дуговые сита 31 для окончательной очистки от мезги. Очищенная крахмально-белковая суспензия направляется на станцию центробежных сепараторов-разделителей 25 для выделения из нее белковых веществ и отделения жидкой фазы, содержащей значительное количество растворимых веществ зерна. . Выделение крахмала: Полученный сход с сепараторов поступает в сборник 26 и далее для окончательное очистки на гидроциклоны 28. Жидкий сход с первой ступени гидроциклонов сгущают на сепараторах 27 и крахмал возвращают в сборник перед сепараторами 25. . Выделение, концентрирование и обезвоживание глютена: Белковые вещества и жидкая фаза в виде сильноразбавленной суспензии направляется на станцию концентрирования глютена, оснащенную флотационными камерами 30 и центробежными сепараторами 29. Концентрированный глютен обезвоживается на вакуум-фильтрах. . Промывание крахмала: Для промывания полученного крахмала используют конденсат или умягченную воду. Фильтраты и воды, полученные при промывании крахмала, применяют противоточно в процессе производства крахмала [2, 3]. Аппаратурно-технологическая схема производства сырого кукурузного крахмала представлена на стр. 27. 4.4 Технохимический контроль производства На всех этапах технологического процесса производства сырого кукурузного крахмала ведется постоянный технохимический контроль, который необходим для соблюдения технологического режима производства, анализа качества как готового, так и промышленного продукта, а также перерабатываемого сырья и его учета. Технохимический контроль при производстве крахмала из кукурузы осуществляют по схеме, приведенной в таблице 4.4. Таблица 4.4 Технохимический контроль производства крахмала из зерна кукурузы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||