Микрогетерогенные системы

Крахмал и крахмалопродукты.

Крахмалопаточные  предприятия выпускают крахмал  нескольких видов, патоку (карамельная и мальтозная), декстрины и глюкозу. Крахмал используют в кондитерской промышленности, масложировой промышленности, текстильной, бумажной, полиграфической, текстильной  промышленности. Сырьем для производства крахмала является картофель и др.

Средне химический состав картофеля: вода – 75%; сухих веществ  – 25%; крахмала 17-19%; азотистых веществ - 2%, около 1% клетчатки, сахаров, пектиновых веществ.

Технологическая схема получения сырого картофельного  крахмала состоит из следующих этапов:

1. Хранение и доставка картофеля на предприятие.
2. Мойка и дозирование картофеля.
3. Тонкое измельчение картофеля на терочных машинах. Получение кашки.
4. Выделение картофельного сока из кашки.
5. Выделение свободного крахмала из кашки.
6. Отделение и промывание низги.
7. Рафинирование крахмального молока .
8. Промывание крахмала.

Картофелеперерабатывающие предприятия работают сезонно. После уборки картофель хранят в буртах в течение 5-7месяцев. На мойках картофель подают гидравлическим транспортером, при этом отделяются грязь, механические примеси, песок и глина. Мойка картофеля осуществляется  моечных машинах, комбинированного типа, имеющих камеры с высоким и низким уровнем воды, которые снабжены песколовушками, камнеловушками. Процесс мойки – 10-14 минут, расход воды от 200 до 400% от массы картофеля.

Измельчение проводят на терочных машинах. Измельчение  проводят дважды. Первое измельчение  на пирках 1,5 -1,7 мм, повторное измельчение (перетир) на пирках с высотой зубьев 1 мм. Качество измельчения , где А – содержание крахмала, освобожденного из клеток или содержание свободного крахмала, B – содержание связанного крахмала.

Картофельная  кашка поступает в шнековые осадительные центрифуги для отделения картофельного  сока. Контакт сока с крахмалом  ухудшает качество крахмала из-за его потемнения, образования пен и слизей.

После центрифуг  сгущенную кашку с концентрацией  сухих веществ около 40% направляют на ситовую станцию, где происходит отделение кашки от мука. Для этого  используют барабанно-струйные и центробежно-лопастные ситовые аппараты, возможно использование гидроциклонов.

Рафинирование. После выделения мезги крахмальная  суспензия содержит некоторое количество мелкой мезги (до 10%), 0,5% разбавленного  картофельного сока, некоторую часть  водорастворимых веществ. Рафинирование проводят на центробежных ситах. Затем крахмальную суспензию подают на пеногасящее устройство и песковые гидроциклоны для удаления песка. Сгущенную суспензию отправляют в гидроциклоны для промывки крахмала. Промывку проводят в три ступени. Рафинирование может также проводиться в две ступни на дуговых ситах.

Выходом крахмала называют отношение полученного  крахмала к массе переработанного  сырья. Выход зависит от содержания крахмала в исходном сырье. Выход  крахмала 15-16%. Потери с низгой и сточными водами – 2-3%.

Коэффициент извлечения крахмала – это отношение  массы полученного крахмала к  массе крахмала, содержащегося в переработанном сырье. Составляет 82-88%.

Качество  сырого крахмала. В зависимости от содержания в нем влаги подразделяется на две марки: марка А (содержание влаги до 40%) и марка Б (содержание влаги до 50%). Крахмал каждой марки делится на три сорта, которые различаются зольностью, кислотностью, и содержанием мезги. Из-за высокого содержания влаги крахмал не может долго храниться. Сырой крахмал перерабатывают в сухой крахмал, модифицированный крахмал, патоку, глюкозу, декстрины. Однако при необходимости он может храниться в течение некоторого времени (сшиванием крахмала с водой или замораживают).

Побочные  продукты производства – низга и  картофельный сок. Низгу перерабатывают в углеродно-белковый гидрализат и белковый корм. Углеродно-белковый гидрализат получают развариванием низги, обработкой ферментными препаратами для осахаривания, фильтрования и уваривания. Гидролизат используют как заменитель красного солода в хлебопечении, и в качестве среды для выращивания кормовых дрожжей.

Содержание  крахмала в кукурузном зерне составляет до 70% сухих веществ. Переработка  кукурузы является комплексным процессов, т к одновременно получают кукурузное масло и белковые корма.

Основные  технологические операции:

1. Замачивание кукурузного зерна.
2. Дробление зерна и выделение зародыша.
3. Помол кукурузной кашки.
4. Выделение крахмала из крахмалобелковой суспензии.
5. Осаждение.
6. Промывание крахмала.

В кукурузном зерне крахмал удерживается лютеном.

Замачивание производится для ослабления связей между белком и крахмалом, эндоспермом  и зародышем. Для замачивания  используют слабый раствор сернистой  кислоты для исключения прорастания  зерна и развития микроорганизмов. Замачивание проводят около 50 часов. В этот период происходят следующие процессы: зерно набухает, оболочки становятся проницаемыми, водораствяемые вещества переходят частично в воду. Для ускорения диффузии замачивание ведут при температуре 48-50℃. К концу замачивания ферменты инактивируются, микроорганизмы, кроме термофильных молочнокислых бактерий погибают. Всего в замоченную воду переходит около 7% сухих веществ (минеральные соли, углеводы, часть белков). Процесс замачивания ведут в батареях замочных чан методом противотока для получения более концентрированного экстракта. Для отделения механических примесей после замачивания зерно направляют в гидроциклоны. Мощность гидроциклонов определяют производственную мощность предприятия.

Дробление зерна. При дроблении необходимо отделить неповрежденный зародыш. Зерно дробят на дисковых дробилках дважды. После первого дробления кашку процеживают на дуговых ситах, выделяют зародыш в гидроциклонах и отправляют на второе дробление. Для дробления используют дисковые дробилки и дробилки ударного действия.

Отделение и промывание зародыша производится в гидроциклонах. Жидкая фракция  содержит зародыш и крахмальную  суспензию, тяжелая фракция состоит  из оболочки, не раздробленные частицы  зерна. Жидкую фракцию отправляют на промывание зародыша. Тяжелую фракцию – на вторичный помол.

Помол осуществляют на центробежных ротационных машинах. Отцеживание крупной мезги и  ее промывание проводят на дуговых  ситах. Мелкая низга отделяется на капроновых ситах.

Выделение крахмала из крахмалобелковой суспензии производится центробежным сепаратором.

Крахмальные зерна, как более тяжелые выделяются в виде концентрированного крахмального молока. Глютен выделяется в виде легкой суспензии. Сепарирование проводится последовательно несколько раз. Низга и глютен используются в производстве кормов.

Промывание  крахмала. Крахмалобелковая суспензия (крахмальное молоко) после отделения  мезги и глютена дополнительно промывают на вакуум-фильтрах в две или три стадии. В зависимости от качества сырья и принятой технологии выход крахмала колеблется от 60 до 67% от массы безводной кукурузы. Коэффициент извлечения крахмала 86-95%.

Использование побочных продуктов. Зародыш сушат, измельчают, получая мятку. Затем  подвергают первому прессованию  на шнековых прессах – получают масло кукурузное. Оставшийся жмых дробят, подогревают и вторичным прессованием также выделяют масло. Выход масла 3-3,5% от массы безводной кукурузы.

Кукурузный экстракт. При замачивании зерна кукурузы получают кукурузный экстракт, который высушивают и используют в производстве кормов. А также в производстве антибиотиков и хлебопекарных дрожжей.

Глютен получают из крахмалобелковой суспензии. Суспензию  разделяют на частично сгущенный  глютен и хорошо осветленную глютеновую воду, последнюю используют для технологических  целей. Глютен – для производства кормов.

Сухой кукурузный корм производят, используя жмых после извлечения масла, крупную и мелкую мезгу, сечку зерна, стержни початков кукурузы, глютен и экстракт. Также добавляют высушенные остатки. Все компоненты находятся в определенном отношении.

Получение сухого крахмала. Сухой крахмал имеет влажность 20% - для картофельного, и 13% - для кукурузного. В сыром крахмале влажность 40-50%. Процесс сушки крахмала ведут в условиях не допускающих его перегрева.

Схема производства сухого крахмала:

1. Подготовка крахмальной суспензии.
2. Механическое обезвоживание.
3. Высушивание и обработка сухого крахмала (дробление, упаковка).

Сырой крахмал  разводят водой для получения  крахмального молока, с содержанием  сухих веществ 12-14%. Затем на ситах отделяют крупные механические примеси. На капроновых ситах удаляют мелкую мезгу, на гидроциклонах – удаляют песок.

Для механического  обезвоживания используют осушающие  центрифуги или вакуум-фильтры. После  центрифуг влажность кукурузного  крахмала 34-36%, картофельного – 38%. Сушат крахмал в сушилках различных систем, используя в качестве теплоносителя подогретый воздух. Наибольшее распространение получили пневматические сушилки, аэровихревые сушилки и барабанные сушилки системы Грачева.

Отделка сухого крахмала производится в центробежных буратах. Где крахмал охлаждается, разрушается основная масса комочков, затем крахмал просеивается в призматическом бурате и поступает на упаковывание. Сходы с буратов повторно измельчаются. Крахмал хранят мешках или в силосных баньках. В помещениях  для хранения влажность около 90%, температура – не выше 10℃.

Модифицированный  крахмал. Крахмалы, с измененными  природными свойствами называют модифицированными. Их получают за счет химических, физических и биохимических взаимодействий исходного крахмала. Модифицированные крахмалы делятся на следующие группы:

1. Расщепленные. Применяются для производства для проклейки бумаги, для приготовления желейных конфет и восточных сладостей. Крахмалы этой группы получают путем расщепления полисахаридных цепей кислотой, окислителями, ферментами. При этом зернистая форма сохраняется, но происходит нарушение структуры зерен крахмала.

Окисленные  крахмалы. При воздействии на крахмал пермангоматов, перекисей, происходит гидролиз глюкозидных связей с образованием карбонильных групп, и окисление спиртовых групп до карбоксильных. Эти крахмалы используются в качестве желирующих компонентов как заменители огара и пектина. А также в производстве мороженного и пищеконцентратной промышленности, молочной промышленности, в хлебопечении (в качестве улучшителей).

Набухающие  крахмалы. Это крахмалы, полученные при влаго-термической обработки крахмальных зерен химическими реагентами (соли фосфорной кислоты, метил-целлюлозы). После клейстеризации крахмал высушивают, затем используют для стабилизации влаги в кондитерских пенах, приготовлении мороженного, в пудингах быстрого приготовления, в литейном производстве и при бурении. К группе набухающих относятся также экструзионные крахмалы (давление и механическая обработка).

2. Замещенные крахмалы. Это крахмалы, свойства которых изменены в результате присоединения химических радикалов, или совместной полимеризации.

Фосфатные крахмалы производятся воздействием на крахмал фосфата натрия или карбамидом. Фосфатные крахмалы используются для приготовления майонеза, кремов, соуса и продуктов диетического питания.

Ацетат  крахмала (ацетилированный крахмал) получают обработкой крахмала ледяной  уксусной кислотой. Ацетилированные  крахмалы используются в производстве консервированных, замороженных и сухих продуктов питания, текстильной промышленности и бумажном производстве.

3. Сополимеры получают при образовании поперечных связей между двумя полисахаридных цепочках. Повышается вязкость и стабильность клейстера, усиливается способность образовывать пленку. Применяют в пищевой, бумажной и текстильной промышленности. Сополимеры получают с помощью формальдегида и других химических веществ.