Микрогетерогенные системы

Получение и применение декстринов.

Крахмал расщепляется до декстринов. В качестве воздействующего  фактора можно применять термообработку. В данной реакции катализатором является кислоты, щелочи и соли. Декстрин получают с разной степенью расщепления и используют как клеящее вещество. Процесс декстринизации крахмала идет в две стадии:

1. Сначала крахмал подкисляют, распыляя кислоту, выдерживают в течении 12-24 часов, и высушивают до влажности 1 - 2%, повышая температуру от 60 до 120℃. На первой стадии крахмал теряет капиллярную влагу, и часть адсорбционной.
2. При высокой температуре, протекают процессы деполимеризации и пиролиза. Содержание влаги снижается до 0,5%. Декстрин приобретает требуемую растворимость, клюющую способность и цвет. Его охлаждают и увлажняют до 5% содержания влаги, зтем просеивают и фасуют.

Крахмальная патока.

Это продукт  неполного гидролиза крахмала. Гидролиз осуществляется под воздействием кислот и амилолитических ферментов. Патока бесцветная, или светло окрашенная вязкая жидкость, со сладким вкусом. Ее сладость 3-4 раза ниже сладости сахарозы. В зависимости от степени гидролиза крахмала патока имеет различный состав. Производство кондитерских изделий, производство хлеба. Темная патока обычно используется для заварных изделий. Патоку вырабатывают карамельную низкосахарную, и глюкозную – восокосахарную и мальтозную. Карамельная – высшего сорта и первого сорта. Патока классифицируется в зависимости от общего содержания редуцирующих веществ, которое выражается в глюкозных единицах. Содержание этих веществ в карамельной патоке 38-44, карамельной низкоосахаренной 30-34, в глюкозной -45-60. Чем выше содержание редуцирующих веществ, тем меньше выражены антикристаллизационные свойства.

Техническая схема включает следующие операции:

1. Подготовка крахмала к гидролизу.
2. Гидролиз крахмала.
3. Нейтрализация гидролизатов.
4. Фильтрование сиропов.
5. Обесцвечивание сиропов отсарбентами.
6. Уваривание жидких сиропов до густых.
7. Уваривание густых сиропов до патоки.
8. Охлаждение патоки.

Подготовка  крахмала к гидролизу включает его  очистку. Очистка производится таким  же образом, как и при производстве сухого крахмала.

Гидролиз  крахмала проводят в присутствии катализатора кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способом. Процесс включает следующие стадии: клейстиризацию крахмала, разжижение крахмального клейстера, осахаривание крахмального клейстера. Клейстерезация происходит из-за ослабления связей между молекулами амилозы и аминопептинами, и нарушение структуры крахмальных зерен. В дальнейшем при образовании продуктов с различной молекулярной массой вязкость клейстера снижается и идет дальнейший разрыв молекул, который заканчивается образованием глюкозы. Содержание редуцирующих веществ (РВ), в продуктах гидролиза крахмала определяется глюкозным эквивалентом (ГЭ). При кислотном гидролизе процесс проводят в конвекторах непрерывного или периодического действия, или в осахориватилях непрерывного действия, где производится смешивание крахмальной суспензии, подкисленной воды и обогрев смеси паром, подающимся через барбатер. Гидролиз идет при температуре 140℃, pH гидролизуемой массы 1,8-2,3. Заваривание крахмала ведет при избыточном давлении 0,02-0,03 МПа, процесс разжижения – 0,22-0,23 МПа. Процесс осахаривания длится несколько минут. Контроль осуществляется по окраске отбираемых проб йодом. Аппараты непрерывного действия обеспечивают равномерность и необходимую скорость процессов нагревания, клейстеризации и осахаривания, а также стабильное качество конечного продукта. При использовании кислотного метода не достигается полного осахаривания, поэтому чаще используют кислотно-ферментативный и ферментативный гидролиз. При кислотно-ферментативном гидролизе крахмальную суспензию подкисляют до pH 1,8-2,5, подогревают в осахаривателе до 140℃ затем кислоту нейтрализуют кальцинированную соду. Продукт охлаждают в циклоне испарителе до температуры 85℃, и добавляют раствор α-амилазы. Длительность гидролиза 30 минут. Затем фермент инактивируют нагреванием. При ферментативном гидролизе в суспензию крахмала добавляют раствор кальценированой соды до pH 6-6,5 раствор α-амилазы, и растворы ее стабилизаторов (оксида или гидроксида кальция). Смесь подогревают до температуры 85 ℃, выдерживают 1,5 часа. Затем подогревают до 140 ℃ и быстро охлаждают, и ведут осахаривание до достижения требуемого глюкозного эквивалента.

Нейтрализация гидролизата. Цель нейтрализации –  прекращение гидролиза при достижении заданной степени осахаривания, а также создание оптимальных условий для последующей очистки сиропа. Нейтрализацию проводят содой с добавлением поваренной соли, при интенсивном перемешивании. При перещелачивании глюкоза разлагается, с образованием темноокрашенных продуктов. Процесс ведут в специальных нейтрализаторах периодического или непрерывного действия, которые обеспечивают быстрое смешивание соды с кислотой. При подготовке сиропов к фильтрованию их предварительно отстаивают в скиммерах или сепарируют на тарельчатых сепараторах. Осадки из коагулируемых белков, поэтому для облегчения фильтрования к сиропам добавляют пористый наполнитель, например,  диатанит или перлит. Фильтрование проводится на вакуум-фильтрах или автоматических фильтропрессах, при температуре 75-80℃. В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, который используют в виде водной суспензии. Перемешивание суспензии с углем продолжается в течение 20-30 минут, затем адсорбент удаляют фильтрованием.

Уваривание  жидких сиропов до густых, осуществляют в многокорпусных выпарных аппаратах, при разряжении. Очищенный сухой сироп с концентрацией сухих веществ 55-57% уваривают в вакуум аппаратах до патоки, с содержанием сухих веществ более 78%, при температуре не более 60℃, время уваривания – 50-55 минут. Охлаждение патоки проводят в специальных теплообменниках, хладоносителем выступает холодная вода. Естественное охлаждение патоки идет очень медленно, при быстром нарастании цветности, за счет образования красящих веществ. Затем патока фасуется и хранится.

Получение глюкозы и глюкозно-фруктозного сиропа.

Глюкозу получают из крахмала и крахмалсодержащего сырья. В зависимости от назначения различают  медицинскую, пищевую кусковую, брикетированную, гранулированную и порошкообразную, техническую глюкозу, и глюкозно-фруктозные сиропы.

Медицинская глюкоза вырабатывается гидратной (C₆H₁₂O₆*H₂O) и ангидритной (C₆H₁₂O₆). Гидратная используется для внутривенных вливаний, ангидритная – в производстве фармацевтической продукции.

Пищевая глюкоза используется как заменитель сахарозы при производстве мягких конфет, мороженного, восточных сладостей и напитков.

Техническая глюкоза используется в бродильном и кожевном производстве или в  качестве питательных сред для выращивания  микроорганизмов в медицинской  и микробиологической промышленности. При ее производстве отсутствуют стадии разделения кристаллов и межкристального раствора.

Глюкозно-фруктозные сиропы применяются в производстве безалкогольных напитков, соков, джемов, кондитерских изделий, жевательной резинки, так называемая мягкая карамель.

Основными стадиями являются подготовка крахмальных  суспензий, гидролиз, нейтрализация  кислоты или инактивация ферментов, очистка кислоты адсорбентом, уваривание и охлаждение глюкозного сиропа. Все  эти стадии проводятся так же, как  и при производстве патоки с использованием аналогичного оборудования. Отличия состоят в стадиях кристаллизации и высушивании.

Густой сироп  нейтрализуют и подвергают контрольному фильтрованию. Затем повторно подкисляют до pH 4-4,5, и уваривают в вакуум-аппарате до концентрации сухих веществ 75%, охлаждают, фильтруют, и заливают в кристаллизаторы. В качество затравки кристаллов водят утфель предыдущей кристаллизации. Сироп смешивают с затравкой в течение 12-24 часов, при 43-44℃. Кристаллизация идет 110-120 часов. При кристаллизации не допускают местного переохлаждения. Затем сырые кристаллы глюкозы сушат до содержания влаги 8-9%, при температуре 45-55℃. Затем глюкоза проходит через магнитный сепаратор и просеивается.

При производстве глюкозно-фруктозных сиропов в качестве сырья используют крахмал. По своим свойствам сиропы близки к инвертному сахару. Технологическая схема состоит из следующих операций:

1. Ферментативный гидролиз крахмала.
2. Обработка ионообменными смолами и активированным углем.
3. Выпаривание до содержания сухих веществ 40-50%.
4. Изомеризация сиропа. Для этого добавляют ферментный препарат глюкоизомеразу. Процесс изомеризации длится 20-24 часа, до содержания фруктозы в сиропе 42%. Затем сироп отстаивают, подкисляют соляной кислотой до pH 4,5. Очищают ионообменными смолами и обесцвечивают активированным углем. Уваривают при 60℃, и охлаждают.

Технология  сахара.

Сахарное  производство объединяет сахаро-песочное и сахаро-… производство. В РФ существует около 100 заводов перерабатывающих около 300 тыс. тонн свеклы. Сахарные заводы работают в течение 100 – 150 дней в году. Период уборки свеклы 40-50 суток, в остальное время убранную свеклу хранят в специальных кагатах. Укладка кагатов осуществляется кагатоукладчиками. Размер кагатов 50÷100 Х 8÷20 Х 1,5÷2. В сечении кагат имеет вид трапеции. На всех сахарных заводах принято единая технологическая схема получения сахарного песка, которая включает следующие операции:

1. Непрерывное обессахаривание свекловичной стружки.
2. Прессование жомом.
3. Возврат жомо-прессовой воды в диффузионную установку.
4. Известково-углекислотная очистка диффузионного сока.
5. Трикристаллизация.
6. Аффинация желтого сахара третий кристаллизации.

Масса корнеплодов  сахарной свеклы от 200-500г. В клетках  тканей содержится клеточный сок, с  растворенной в нем сахарозой и другими веществами. Средний химический состав сахарной свеклы включает: связанная вода (3%); нерастворимые несахара, содержащиеся в мякоти (5%); свекловичный сок (92%). Сахароза – 17%; вода – 72%; растворимые не сахара (азотистые, и безазотистые органические вещества, и минеральные вещества) – 3%. Содержание сухих веществ в корнеплодах свеклы составляет 20-25%. В сахарном производстве их делят на сахарозу и несахара (это редуцирующие сахара и раффиноза). Содержание сахарозы 14-19%. Частота сока определяется по формуле

выражается  в процентах.

Показатели  качества свеклы:

• Физическое состояние;
• Спелость;
• Общая загрязненность.

Наружная  ткань неповрежденных корнеплодов  обладает естественным иммунитетом, который  препятствует развитию микроорганизмов. В процессе хранения происходит дыхание  свеклы, причем при аэробном дыхании  потери сухих веществ значительно ниже. Оптимальная температура хранения 0÷2℃, при повышении интенсифицируется дыхание. Возможно хранение замороженных кагат, однако при размораживании свеклу следует немедленно перерабатывать. На каждом сахарном заводе имеется специальное отделение для создания одно – двух суточного запаса свеклы (бурачная).

Подготовка  производства.

Из бурачной свеклу транспортируют по гидротранспортеру, где происходит частичная мойка  и отделение примесей. Окончательная  мойка производится в моечном  отделении завода на специальных машинах. Гидротранспортеры снабжены улавливателями (ботва-солома-ловушка, камнеловушка, песколовушка). Очищенные корнеплоды ленточным транспортером, или ковшовым элеватором подают в верхнее помещение завода, где проводят электромагнитную очистку, и взвешивание. Свеклу изрезывают в стружки. Сахарозу извлекают диффузионным способом. Свеклу измельчают в тонкую стружку пластинчатой, ромбовидной и желобообразной формы, в зависимости от типа диффузионного аппарата. Качество оценивают длиной 100 граммов стружки в метрах (число Силина); отношением массы стружи длинной более 5см к массе стружки длиной менее 1см (Шведский фактор). В непрерывно действующих аппаратах используют стружку 10-15 метров, со шведским фактором – более 8 метров.

Для получения  стружки используют центробежные, дисковые и барабанные свеклорезки.

Получение диффузионного сока.

Подчиняется закону Фика. Количество сока, извлекаемое  из 100 кг стружки или откачка сока составляет 115-125 кг. При увеличении расхода воды на обессахаривание  возрастают расходы топлива и электроэнергии на ее последующие выпаривание. Длительность обессахаривания, площадь и толщина слоя обуславливаются конструкцией диффузионных аппаратов. Длительность диффузии при использовании грубой стружки составляет 70 – 80 минут. Температура диффузии до 75℃. На сахарных заводах работают диффузионные аппараты различных систем: колонные диффузионные аппараты (КДА), наклонные диффузионные аппараты (ПДА), ротационные диффузионные аппараты (РДА).