Производство сухого крахмала

Сухой крахмал – это «готовая» продукция крахмальных заводов. Сухой крахмал хорошо хранится и транспортируется не изменяя своих свойств. Равновесная влага сухого картофельного крахмала 20%, кукурузного – 13%.

Содержание влаги в сыром крахмале 40 – 55%, из них на долю свободной влаги приходится 12 – 15%, сорбционно связанной – 35 – 38%. Тепловая обработка крахмала при повышенной исходной его влажности может привести к изменениям его свойств: растрескиванию крахмальных зерен, частичной клейстеризации, утере блеска. Поэтому сушку крахмала ведут в условиях, не допускающих его перегрева.

Схема производства сухого крахмала состоит из следующих операций: подготовка суспензии крахмала к механическому удалению избыточной влаги; механическое обезвоживание крахмала; высушивание и обработка сухого крахмала (дробление, прессование и упаковка). Очищенный на ситах сырой крахмал в виде крахмальной суспензии концентрацией 36 – 38% направляют для получения сухого продукта. Механическое обезвоживание проводят в осушающих центрифугах типа ФГН (фильтрующие горизонтальные, непрерывнодействующие) или в вакуум-фильтрах до содержания влаги первоначально в кукурузном крахмале 34 – 36%, в картофельном – 37 – 38%.

Для сушки крахмала до требующей влажности используют в качестве теплоносителя подогретый воздух. Наибольшее распространение получили пневматические сушильные установки ПС-15, в которых обеспечивается хороший контакт крахмала с теплоносителем.

Из сушилки крахмал с температурой до 55 – 60 ºС подается в бункер – охладитель, затем в центробежный бурат для разрушения комочков крахмала. Далее крахмал просеивается в призматическом бурате и поступает на упаковывание. Крахмал гигроскопичен, поэтому при хранении поддерживается относительная влажность воздуха не ниже 90% и температура не более 10 ºС.

6.4 Производство патоки

Крахмальная патока является продуктом незавершенного гидролиза крахмала разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами. Патока представляет собой бесцветную или с желтоватым оттенком, вязкую жидкость сладкого вкуса. Сладость патоки в 3 – 4 раза ниже по сравнению с сахарозой.

В зависимости от степени гидролиза крахмала патока содержит различное количество глюкозы, мальтозы и декстринов. Различное количество указанных углеводов придает ей разные свойства и поэтому использование паток, различающихся по составу, дифференциальное в качестве дополнительного сырья при получении определенных видов пищевой продукции.

Патоку классифицируют в зависимости от ее углеводного состава, который определяют по общему содержанию редуцирующих веществ (РВ).

В зависимости от назначения крахмальную патоку вырабатывают трех видов: карамельную (38 – 34% РВ), карамельную низкоосахаренную (30 – 34% РВ), глюкозную высокоосахаренную (44 – 60 РВ).

Карамельная патока выпускается двух сортов: высшего и первого. Вырабатывают мальтозную патоку, содержащую не менее 65% РВ в пересчете на мальтозу.

Карамельная патока используется в качестве антикристаллизатора при получении карамели. При повышении содержания редуцирующих веществ патока теряет антикристаллизационные свойства, поэтому глюкозная высокоосахаренная патока применяется как сахаристое вещество при производстве варенья, фруктовых консервов, хлебобулочных изделий и других продуктов питания.

Схема получения патоки включает следующие операции: подготовка крахмала к гидролизу; гидролиз крахмала; нейтрализация гидролизатов; фильтрование сиропов; обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами; уваривание жидких сиропов до густых; уваривание густых сиропов до патоки; охлаждение патоки.

Гидролиз крахмала в присутствии катализатора можно проводить кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способами.

Процесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крахмального клейстера и его осахаривание. Клейстеризация начинается с ослабления и разрыва связей между макромолекулами амилозы и амилопектина, нарушение структуры крахмальных зерен и образования гомогенной массы с высокой вязкостью. Под действием катализатора длинные цепочки молекул крахмала разрываются, образуются продукты с различной молекулярной массой, вязкость клейстера снижается – происходит разжижение крахмала, разрыв молекул крахмала идет вплоть до образования глюкозы. Содержание РВ в продуктах гидролиза крахмала характеризуется глюкозным эквивалентом (ГЭ).

Кислотный гидролиз крахмала в производственных условиях проводится в аппаратах двух типов: конверторах периодического действия и осахаривателях непрерывного действия. Для проведения гидролиза в конверторах готовят крахмальную суспензию с концентрацией сухих веществ 38 - 40% и подают в конвертор. Конвертор представляет собой цилиндрическую емкость с сферическим днищем и крышкой, изготовленную из стали или бронзы. Гидролиз ведут при температуре 140 – 145 ºС, соляная кислота дозируется из расчета 0,1 – 0,12% газа HCl к массе сухих веществ крахмала. Величина pH на уровне 1,8 – 2,2. Процесс клейстеризации крахмала ведут при избыточном давлении 0,02 – 0,03 МПа, процесс разжижения – при избыточном давлении 0,25 – 0,28 МПа.

Осахаривание крахмала длится несколько минут. При проведении процесса осахаривания крахмала в конверторах периодического действия неизбежны колебания содержания РВ в патоке, поэтому применяют усовершенствованное оборудование – аппараты непрерывного действия.

Аппараты непрерывного действия обеспечивают равномерность и требуемую скорость процессов нагревания, а также высокое качество конечного продукта. Крахмальную суспензию с содержанием сухих веществ 40% температурой 45 – 50 ºС подкисляют HCl и направляют в специальный сборник. Из сборника смесь подается в пять трубчатых теплообменников, где подогревается до температуры клейстеризации крахмала 52-55 ºС.

Непосредственно гидролиз проходит в зоне осахаривания, где поддерживается температура осахаривания 143 ºС, обогревающий пар подается под давлением 0, 45 МПа.

Из зоны осахаривания продукт направляется в испаритель и затем в сборник нейтрализации сиропа для чего используют кальцинированную соль. Кислотным способом получают патоку средней степени осахаривания. Несмотря на быстроту проведения процесса и дешевизну используемого катализатора, кислотный гидролиз имеет существенные недостатки: гидролизаты содержат нежелательные продукты реверсии и термического кислотного разложения углеводов, белковые вещества, минеральные примеси. Также не полностью проходит осахаривание крахмала. Поэтому для проведения гидролиза целесообразно использовать ферменты. Благодаря их специфическому действию можно вырабатывать патоку с различным углеводным составом.

Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала ведут в непрерывно действующих осахаривателях. Суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой, нагревают до 140 ºС в течение 5 мин, затем кислоту нейтрализуют раствором кальцинированной соды до pH 6,0 – 6,5, добавляют раствор α-амилазы при температуре 83 – 85 ºС.

В качестве разжижающего вещества используют ферментный препарат Амилосубтилин Г10x (0,01 – 0,02% к массе сухого крахмала), гидролиз длится 30 мин до содержания РВ в гидролизате 10 – 13%. Гидролизат имеет хорошие фильтрационные свойства. Осахаривание ведут также с помощью ферментов, для этого применяют порошкообразные ферментные препараты очищенной глюкоамилазы: Глюконигрин Г20Х при производстве крахмальных паток и глюкозного концентрата. Фермент инактивируют нагреванием продукта при 80 ºС в течение 20 мин.

Для проведения ферментативного гидролиза крахмала готовят 30 – 35% крахмальную суспензию, добавляют раствор кальцинированной соды до pH 6,0 – 6,5. В суспензию добавляют ферментный препарат Амилосубтилин Г10х (0,02% к массе сухого крахмала) при 55 ºС. Клейстеризацию осуществляют при температуре 85 – 90 ºС при непрерывном перемешивании в течение 1 ч. Чтобы обеспечить полную клейстеризацию крахмала, смесь кипятят в течение 10 мин (при работе с картофельным крахмалом) или выдерживают при 140 ºС 5 мин (при работе с кукурузным крахмалом). Затем крахмальный гидролизат охлаждают до 85 ºС с применением вакуум-испарителя и направляют на осахаривание. Для осахаривания можно применять Амилосубтилин Г10х (0,03% к массе сухого крахмала). В этом случае осахаривание ведут при 65 – 68 ºС в течение 2 – 3 часов до нужного содержания РВ. При использовании Амилоризина П10х для осахаривания процесс ведут при 53 – 55 ºС, pH 4,7 – 5,5.

Для инактивации ферментов продукт выдерживает при температуре 10 – 15 ºС выше оптимума действия фермента.

Далее продукт фильтруют, обеспечивают и уваривают по обычной схеме.

Патока низкоосахаренная картофельная, полученная таким способом, содержит РВ (% к массе сухих веществ, не более) 32, глюкозы 4 – 6%. pH не ниже 5,5, что не создает условий для гидролитического расщепления сахарозы – компонента карамельной массы. Такая патока предназначена для приготовления малогигроскопичной карамели.

Производство высокоосахаренной патоки осуществляют кислотно-ферментативным способом с использованием на первой стадии кислоты (для разжижения крахмала), а на второй – фермента.

В этом случае гидролиз крахмала ведут до содержания РВ в гидролизате 48 – 50%, затем смесь нейтрализуют до pH 4,7 – 5,0 охлаждают до 55 ºС и осахаривают с помощью Амилоризина П10х, который дозируют в большем количестве по сравнению с схемой получения низкоосахаренной патоки, а именно – 0,3 – 0,4% к массе сухих веществ крахмала.

Длительность осахаривания 2 – 4 ч. Затем проводят инактивацию фермента путем повышения температуры на 15 – 20 ºС в течение 10 – 20 мин. Далее сироп фильтруют, обесцвечивают и уваривают. По такой схеме получают патоку с содержанием РВ 63 – 67%, глюкозы 40 – 43%, мальтозы 33 – 37%, декстринов 27 – 29% к массе сухих веществ патоки.

Нейтрализация гидролизатов. Цель этой операции – приостановить гидролиз крахмала по достижении заданной степени осахаривания, создание условий для последующей очистки гидролизатов от примесей.

Нейтрализованный гидролизат (сироп) не должен иметь pH ниже 4,5 – 4,0. Оптимальная величина pH обеспечивает устойчивость глюкозы, коагуляцию белков и благоприятные условия для последующей очистки от примесей.

Гидролизаты, осахаренные с помощью хлорводородной кислоты, нейтрализуют кальцинированной содой, в нейтрализаторах при 95 – 96 ºС.

Фильтрование сиропов. Промышленные гидролизаты содержат до 2% взвешенных частиц, которые необходимо удалить. Нерастворимые примеси удаляют путем фильтрования. Отделяют примеси, перешедшие в сироп из крахмала (белок, клетчатка, жир и др.) и примеси, образующиеся в процессе нейтрализации. Фильтрование ведут в вакуум-фильтрах или автоматических фильтрах-прессах при давлении 0,3 – 0,5 МПа.

Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами. Паточные сиропы после фильтрования имеют желтый цвет. К красящим веществам относят продукты гидролиза белков, разложения углеводов, реакции меланоидинообразования.

В качестве адсорбентов применяют активный уголь. В результате паточный сироп обесцвечивается, устраняется запах, снижается кислотность.

Уваривание жидких сиропов до густых ведут в многокорпусных выпарных аппаратах под разряжением.

В трехкорпусных аппаратах перед первым корпусом сироп подогревается до 97 ºС, температура сиропа 100 ºС поддерживается в первом корпусе, 86 ºС – во втором, 67,7 ºС – в третьем.

Концентрация сухих веществ сиропа снижается от жидкого 35 – 40% до густого 55 – 57%.

Уваривание густых сиропов до патоки проводят в вакуум-аппаратах при температуре не выше 60 ºС в течение 50 – 55 мин.

Очищенный густой сироп с концентрацией сухих веществ 55 – 57% уваривают до патоки с содержанием сухих веществ 78,0 – 80,0%.

Охлаждение патоки с 60 – 70 ºС до температуры 40 – 45 ºС проводят быстро, в течение 40 – 80 мин.

Такой режим объясняется тем, что в вязком продукте-патоке при медленном охлаждении идет нарастание красящих веществ, что может отрицательно сказаться на цветности патоки.

Для охлаждения патоки используют специальные холодильники.

Крахмальные патоки должны соответствовать стандартам. Они должны быть прозрачными, без посторонних запахов, с содержанием сухих веществ не менее 78%.

Низкоосахаренная патока содержит до 10% глюкозы и до 70% декстринов. Высокоосахаренная патока с содержанием РВ до 70% содержит 40 – 43% глюкозы, 54 – 56% мальтозы и 4 – 8% декстринов.