пп производство крахмала. пп. Производство сырого крахмала из зерна кукурузы. Использование сульфита при производстве сырого крахмала
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
Замачивание зерна, как биотехнологическая стадия процесса. Замачивания зерна - наиболее важная, сложная и длительная технологическая операция производства сырого крахмала из зерна, от правильности и тщательности проведения которой зависят работа не только всех последующих операций, но и количественные и качественные показатели всего производства. Эндосперм содержит круглые зерна крахмала, не связанные крепко с белковой частью. Этот крахмал легко выделяется после кратковременного замачивания в теплой воде и умеренного помола. По мере созревания зерна, а также при его подсушивании в после уборочный период, происходит удаление из него влаги и накопление сухих веществ, в основном в эндосперме, что приводит к усилению связей между оболочками, зародышем и эндоспермом, а также их упрочнению. Цель замачивания - разрыв или ослабление связей между оболочками, зародышем и эндоспермом, разрушение белковой прослойки, удерживающей крахмальные зерна в клетках эндосперма, экстрагирование части растворимых веществ, подавление нежелательной деятельности микроорганизмов, заносимых с зерном [2]. При замачивании зерна протекает следующие процессы: · изменение структурно-механических свойств зерна в связи с разрушением или ослаблением связи между оболочками, зародышем и эндоспермом; · изменение структуры эндосперма зерна, как результат разрушения или ослабления связи между клетками эндосперма, а также между зернами крахмала и частицами белка внутри клеток; · извлечение большей части водорастворимых веществ (растворимые углеводы и белки, витамины, свободные аминокислоты, микроэлементы, минеральные, азотистые и другие биологически активные вещества), находящихся в незамоченном зерне и образовавшихся в процессе замачивания; · завершение очистки зерна от возможных поверхностных загрязнений набухание; изменение влажности, химического состава; нарушение прочности и структуры зерна. Химия процесса замачивания зерна. В процессе замачивания зерна (кукурузы) можно выделить следующие основные химические взаимодействия: ) денатурация белков кукурузы: Под действием температуры (49-50 0С) происходят процессы термической денатурации белков зерна: нарушение общего плана уникальной структуры нативной молекулы ) дезагрегация молекул белка под действием сульфитов: Наиболее важным взаимодействием при замачивании является взаимодействие белковых веществ с сульфитом: попадая в замочную воду NaHSO3 (бисульфит натрия), Na2S2O5 (пиросульфит натрия) подвергается гидролизу (5.11) с образованием, в ходе диссоциации, бисульфит-иона (5.12), который интенсивно адсорбируется зерном и проникает через полупроницаемую семенную оболочку внутрь зерна, дезагрегирует молекулы белка, и частично переводит их из нерастворимого состояния в растворимое (5.13). Na2S2O5 + H2O → 2NaHSO3 (5.11)→ Na+ + HSO3- (5.12) Белок - S - S - Белок + HSO3- → Белок - S - SO3- + Белок - SH не растворим растворим (5.13) Белки с восстановленными сульфгидрильными группами обладают повышенной реакционной способностью, легче подвергаются гидратации и протеолизу, тиосульфат белка имеет повышенную растворимость в воде. Бисульфит инактивирует зародыш, воздействуя на семенную оболочку зерна, превращая ее из полупроницаемой в проницаемую. В связи с этим ускоряется проникновение растворимых веществ в замочную воду. Благодаря дезагрегации молекул белка эндосперма, в частности зеина, под действием сульфита теряют свою кристаллическую структуру, набухают, превращается в гель. Это способствует освобождению крахмальных зерен из окружающей их белковой массы [6]. 3) молочнокислое брожение: При загрузке чанов зерном вместе с ним вносят определенную микрофлору. Высокая температура замачивания зерна в присутствии сульфитов препятствует активной деятельности микроорганизмов. Однако снижение концентрации HSO3- в замочной воде в процессе замачивания (путем взаимодействия с белками и улетучиванию SO2) и накопление в ней питательных веществ создают условия, при которых возможно брожение, вызываемое термофильными молочнокислыми бактериями. Субстратом для микроорганизмов является сахар, вымываемый из кукурузы. Сахароза быстро гидролизуется до D-глюкозы и D-фруктозы (3.1), которые полностью сбраживают бактерии с образованием двух молекул молочной кислоты, с выделением энергии, необходимой для развития бактерий (5.14). C6H12O6 → 2CH3CH(OH)COOH + 218 кДж (5.14) Азотистое питание микроорганизмов обеспечивается перешедшими в замочную воду пептидами и аминокислотами зерна. Зерно является первым источником внесения молочнокислых бактерий в замочную воду, однако основное их количество поступает в чаны с процессовой водой. Процесс молочнокислого брожения протекает в анаэробных условиях, а аэрация замочной воды тормозит его, но к концу процесса замачивания концентрация молочной кислоты возрастает (рис. 5.1). Молочная кислота, как и бисульфит, способствует размягчению и набуханию белков зерна. Она не летуча и при уваривании экстракта удерживает в растворе катионы Mg2+ и Ca2+, предотвращая тем самым отложения нерастворимой накипи на поверхностях нагрева выпарных аппаратов. Кроме того, при совместном воздействии на зерно молочной кислоты и сульфитов может происходить некоторые изменения в структуре крахмала. Поэтому замачивание кукурузы необходимо проводить в оптимальных условиях так, чтобы не изменить физико-химические свойства крахмала [5, 6]. Физико-химические процессы, протекающие при замачивании зерна, изменяют его химический состав. Из зерна в замочную воду переходят около 70% минеральных солей, 42% растворимых углеводов и 16% растворимого белка. Количество крахмала, жиров, клетчатки и пентозанов при замачивании практически не изменяется, а процентное соотношение по сравнению с незамоченным зерном немного увеличивается (табл. 5.2). Таблица 5.2 Изменение химического состава кукурузного зерна в процессе замачивания
Всего в замочную воду переходит около 7-10 % сухих веществ незамоченного зерна. При этом около половины всего количества растворимых веществ экстракта извлекается из зародыша. Зародыш теряет примерно 85 % минеральных веществ и около 60 % белковых. Из эндосперма в экстракт переходит только 13-14 % белка. Объясняется это тем, что белок зародыша на 70-75 % состоит из легкорастворимого глобулина, тогда как белок эндосперма только на 10 %. Накопление сухих веществ в замочной воде во время замачивания протекает почти пропорционально продолжительности этого процесса (рис. 5.1).  Рис. 5.1 Изменение состава замочной воды в процессе замачивания зерна Процесс перехода сухих веществ в замочную воду протекает почти с одинаковой интенсивностью в течение всего времени замачивания (рис. 5.1, кр. 7). С увеличением продолжительности замачивания растет содержание азотистых веществ в замочной воде (рис. 5.1, кр. 5). В начале процесса наблюдается рост содержания сахаров в замочной воде, далее этот показатель интенсивно уменьшается (рис. 5.1, кр. 2), что обусловлено активизацией деятельности молочнокислых бактерий. Значение pH замочной воды после введения ее в чан устанавливается на уровне 3,2, но затем возрастает до 3,9-4,1 и сохраняется неизменным (рис. 5.1, кр. 1). Некоторое изменение pH можно объяснить связыванием бисульфита с зерном и испарением SO2 в атмосферу. Стабилизация pH в первой половине вызвана вымыванием из зерна фитина и фосфатов, которые обладают буферными свойствами, во второй половине операции стабилизация вызвана образованием молочной кислоты и ее солей [2]. Технологическое описание стадии процесса замачивания. Для замачивания зерна на ООО «Каргилл» используют замочные чаны, укомплектованные в батарею (см. стр. 40), включающей 12 чанов объемом 180 м3 каждый и расположенной в специально оборудованном отделении завода. Процесс замачивания является полностью автоматизированным. После завершения предварительного осмотра чана и его подготовки в него из элеватора, путем гидротранспорта подается кукурузное зерно. Вода, применяемая для этой цели - это замочная вода, которая поступает из ранее загруженного зерном чана. Замачивание кукурузного зерна осуществляется противоточным (диффузионным) методом, при котором замочная батарея работает как единое целое. Благодаря чему создаются условия, при которых концентрация растворимых сухих веществ в зерне всегда выше, чем в воде, что способствует их переходу в замочную воду. После заполнения чана водой (≈ на 40 %) начинается ее циркуляция по большому гидротранспортному кольцу (чан → насос → подогреватель → насос → чан) и после стабилизации гидротранспортного потока начинается подача зерна. Далее, происходит загрузка в чан требуемого количества зерна. Из батареи периодически выключается два чана - один на загрузку зерном, второй - на его выгрузку. В остальных чанах замочная вода либо перекачивается из чана в чан, противотоком к поступающему зерну, либо циркулирует в чане «на себя». Во время циркуляции замочной воды или перекачивания по батарее ее подогревают паром в подогревателях (П1-12) - теплообменниках типа «труба в трубе». Так, например, при загрузке чана 10, открывается клапан К10, и чан заполняется процессовой водой из чана 9, которая представляет собой слабый «сульфитный» раствор, полученный путем растворения NaHSO3 или Na2S2O5 в воде, в спецальноотведенной для этого емкости с мешалкой 2. Следует отметить, что применение бисульфита и пиросульфита не случайно, при применении этих солей: разделение на составные части зерна происходит лучше, так как в реакции дезагрегации белка участвует непосредственно бисульфит-ион; содержание свободного SO2 в 25-70 раз меньше, а коррозионное воздействие в 3 раза ниже, что объясняется образованием на поверхности металла тонкого слоя прочного оксида, который предохраняет металл от коррозии. В это время чан 11 разгружается, чан 12 промывается, а чан 1 заливается раствором, из которого в последующие чаны по средствам насосов Н1-12, через подогреватели П1-12 перекачивается в последующие чаны. У чана 11 открыта задвижка З11 , через которую зерно поступает в коллектор и далее транспортируется в отделение дробления зерна и выделения зародыша. Кран Т11 при этом перекрывает трубопровод со стороны со стороны чана 12, промывная жидкость из которого насосом Н12 забирается из нижней части чана и подается в верхнюю, т.е. осуществляется перекачивание «на себя». Кран Т12 перекрывает тубопровод, идущий к чану 1, открывая доступ процессовой водыв часть трубопровода между чанами 11 и 12 и через открытый клапан К12 в чан 12 - к насосу Н12. По окончании загрузки и заливки чана 10 перекачку воды в батарее прекращают, и замочная вода в каждом чане циркулирует «на себя» в течение 1 часа, к этому времени чан 1 уже залит процессовой водой. После выработки чана 11 его осматривают и, убедившись в его исправности, начинают загрузку, закрыв предварительно задвижку З11. Параллельно из чана 12 начинается выгружать зерно, в чане 1 промывать зерно, а чан 2 заливается процессовой водой. В процессе работы следует строго соблюдать последовательность и очередность заполнения чанов. Пропуск нарушает ход процесса, ухудшает экстракцию растворимых веществ и уменьшает концентрацию экстракта. Условиями замачивания зерна, обеспечивающие высокий выход крахмала является: 1) концентрация HSO3- в воде 0,4-0,6 %; 2) температура замочной воды, в течение всего периода должна быть 49-50 0С; ) продолжительность операции замачивания 27-32 часов; ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате прохождения производственной практики на предприятии ООО «Каргилл» были приобретены основные знания и навыки, применение которых необходимо при работе на производстве крахмала и крахмалопродуктов. В частности был изучен процесс производства сырого крахмала из кукурузного зерна, рассмотрены основные стадии производства. Подробно рассмотрен процесс замачивания кукурузного зерна. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кочетков, Н.К. Химия углеводов / Н.К. Кочетков, А.Ф. Бочков, Б.А. Дмитриев и др. - М.: Химия, 1967. - 672 с. 2. Трегубов, Н.Н. Технология крахмала и крахмала продуктов / Н.Н. Трегубов, Е.Я. Жарова, А.И. Жушман и др. / под ред. Н.Н Трегубова. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 472 с. . Костенко, В.Г. Производство крахмала / В.Г. Костенко, А.Е. Овчинников, В.М. Горбатов / под. ред. М.С. Рыжакова. - М.: Пищевая промышленность, 1975. - 208 с. 4. Wayne G. Broehl. A Summary of Cargill's History Jr. Cargill: From Commodities to Customers (Hanover, New Hampshire: University Press of New England, 2008 . Belitz, H. D. Food Chemestry / H. D. Belitz, W. Grosch, P. Schieberle; 4th revised and extended ed.; - Ed. : Springer, 2009. - P. 1070. illus. - ISBN 5-93208-043-4 . BeMiller, J. Whistler, R. Starch: chemistry and technology / James BeMiller, Roy Whistler; 3th edition; - Ed.: Elsevier Inc., 2009. - P. 900. illus. - ISBN 978-0-12-746275-2. . Schmidt, M. Siebert, W. Comprehensive Chemical Kinetics; Bamford, C. H., Tipper, C. F. H., Eds.; Elsevier: Amsterdam. - 1972. - Vol. 6 - P. 878. . Schmidt, M. Sulfur in Organic and Inorganic Chemistry / Senning, Ed.: Marcel Dekker: New York. - 1972. - Vol. 2 - P. 84. . Brandt, C. van Eldik, R. Transition Metal-Catalyzed Oxidation of Sulfur (lV) Oxides. Atmospheric-Relevant Processes and Mechanisms / Brandt Christian, Rudi van Eldik // Chem. Rev. - 1995. - Vol. 95. - P. 119 - 190. 10. Бусев, А. И. Аналитическая химия серы. / Л. Н. Симонова, А. И. Бусев; под ред. Э. А. Остроумов. - М.: Наука, 1975. - 272 с. . Некрасов, Б.В. Основы общей химии / Б.В.Некрасов. - М.: Химия, 1973. 656 с. 12. van Eldik, R. Harris, G. M. Kinetics and Mechanism of the Formation, Acid-Catalyzed Decomposition, and Intramolecular Redox Reaction of Oxygen-Bonded (Sufito)pentaamminecobalt (III) Ions in Aqueous Solution / R. van Eldik, G. M. Harris // Inorg. Chem. - 1980. - Vol. 19. - P. - 880 - 886. . Сарафанова, Л.А. Пищевые добавки: Энциклопедия / Л. А. Сарафанова. 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 808 - ISBN 5-901065-79-4. | ||||||||||||||||||||||||||||||