ПРОДОЛЖЕНИЕ ЛЕКЦИИ № 23

Технология получения сырого кукурузного крахмала. Принципиальная технологическая схема производства сырого кукурузного крахмала приведена на рис. 23.8.

Сырьем для производства крахмала служит зерно кукурузы. Содержание крахмала в нем составляет 70% к массе сухих веществ. Кроме крахмала в нем содержатся такие пенные в пищевом отношении вещества, как белок (10-13%) и жир (6,5%), для выделения которых применяются специальные методы и оборудование. Это позволяет выпускать важные для народного хозяйства страны дополнительные продукты - сухие концентриро­ванные белковые корма, кукурузное масло и кукурузный экстракт.

Замачивание кукурузного зерна. Это важнейшая технологическая операция, от кото­рой зависит выход конечного продукта. В эндосперме зерна крахмал прочно удерживается кукурузным белком - глютеном. Целью замачивания является размягчение зерна для ос­лабления и разрыва связей между белком и крахмалом, эндоспермом и зародышем и выве­дение из зерна в замочную воду большей части водорастворимых веществ, затрудняющих выделение и очистку крахмала.

Рис. 23.8. Технологическая схема получения сырого кукурузного крахмала.

Для замачивания зерна используют слабый раствор сернистой кислоты (концентра­ция SO₂ в воде составляет 0,15-0,20%), чтобы исключить прорастание зерна и развитие микроорганизмов.

В процессе замачивания зерна (48-50 ч) происходят различные физико-химические и биохимические процессы. Зерно набухает. Под действием кисло-ты оболочки зерна стано­вятся проницаемыми, что ускоряет переход водорастворимых веществ, сахаров, декстри­нов, аминокислот, частично белков, пектиновых и других веществ в замочную воду.

Для ускорения химических реакций и повышения скорости диффузии химических соединений замачивание ведут при повышенной температуре (48-50°С). К концу замачи­вания ферменты почти полностью инактивируются, а из микроорганизмов остаются толь­ко термофильные молочнокислые бактерии, сбраживающие сахара до молочной кислоты. Молочная кислота, в свою очередь, способствует размягчению зерна. Всего в замочную воду переходит около 6,5% сухих веществ зерна, из них примерно 70% (от общего содер­жания в зерне кукурузы) приходится на минеральные вещества, 42% - на растворимые уг­леводы и около 16% - на азотистые вещества. При этом зародыш теряет около 60% своей массы, эндосперм - около 13-14%. Процесс замачивания зерна ведут в батарее замочных чанов методом противотока, позволяющим полнее извлечь растворимые вещества из зерна и получить более концентрированный экстракт.

Кукурузное зерно после замачивания может содержать некоторое количество ме­ханических примесей, которые необходимо отделить. Для этой цели используют гидроциклоны.

Дробление зерна. Кукурузное зерно дробят так, чтобы отделить зародыш, не повре­див его. Зародыш - ценная составная часть зерна с содержанием жира 55% от сухого ве­щества. Для того чтобы полнее выделить зародыш, зерно дробят на дисковых дробилках дважды. При первом дроблении освобождается 75-85% зародыша и 20-25% крахмала, при втором дроблении - 15-20% зародыша и еще 15-19% крахмала. После первого дробления кашку процеживают на дуговых ситах и направляют в гидроциклоны для выделения заро­дыша. Из гидроциклонов кашка поступает на второе дробление.

Выделение и промывание зародыша. Кашка, полученная после первого и второго дроблений, содержит зародыш, оболочки зерна, крахмал, глютен и водо-растворимые ве­щества. Необходимо максимально извлечь зародыш из кашки вместе с суспензией крахма­ла, затем отделить его от суспензии ситованием и далее промыть на ситах для полного удаления свободного крахмала. Для выделения зародыша широко используют гидроциклонные установки. Под действием центробежной силы кашка разделяется на жидкую фракцию, содержащую зародыш и суспензию крахмала, и тяжелую фракцию, состоящую из частиц зерна, оболочек и частично суспензии крахмала. Жидкий сход с гидроциклонов направляют на сита отцеживания и промывания зародыша. Для этой цели используют си­товые аппараты различных конструкций.

Помол кукурузной кашки. Полученная после отделения зародыша кашка представляет собой смесь крупных частиц оболочек зерна, связанных с эндоспермом, дробленого чисто­го эндосперма, свободного крахмала и белка. Для полного высвобождения крахмала кашку подвергают тонкому измельчению, предварительно отцедив на дуговых ситах свободный крахмал, глютен и часть мелкой мезги. Полученное крахмальное молоко дважды пропус­кают через капроновые сита и направляют на рафинирование, а сходы - на измельчение.

Тонкий помол кукурузной кашки осуществляют на измельчающих машинах ударно­го действия. Кашка интенсивно измельчается и с большой скоростью отбрасывается на не­подвижные отражательные пальцы. При этом происходит измельчение эндосперма. Затем продукт выходит из машины.

Промывание суспензии. На современных заводах проводят многократное промывание продукта по принципу противотока, что позволяет отмыть мини-мальным количеством жидкости наибольшее количество свободного крахмала. Отцеживание крупной мезги и ее трехкратное промывание проводят на дуговых ситах с отверстием диаметра 0,5-0,6 мм. Промытая крупная мезга не должна содержать свободного крахмала более 1,5%.

Мелкая мезга отделяется на капроновых ситах, четырехкратно промывается и посту­пает на механическое обезвоживание. Содержание свободного крахмала в ней не должно превышать 4%. Крахмальное молоко поступает на двукратное рафинирование на дуговых ситах, оснащенных капроновой ситовой тканью.

Выделение крахмала из крахмало-белковой суспензии. Рафинированное крахмальное молоко содержит 11-14% сухих веществ, из которых 88-92% составляет крахмал, 6-10% - белок (глютен), 0,5-1,0% - жир, 2,5¸5% - растворимые вещества, 0,1 % - мелкая мезга, 0,2-0,4% - минеральные вещества: рН крахмального молока – 3,8-4,2.

Глютен содержится в молоке в виде взвешенных частиц размером 1-2 мкм. Плот­ность его значительно ниже плотности крахмальных зерен. На этом свойстве и основано их разделение. В настоящее время выделение крахмала из крахмало-белковой суспензии проводят на центробежных сепараторах. Основная рабочая часть сепаратора – ротор с па­кетом конических тарелок и частотой вращения около 3000 об/мин. Зазор между тарелка­ми составляет около 1 мм. Таким образом, разделение продукта идет в тонком слое. Крах­мальные зерна, более тяжелые, чем глютен, прижимаются к внутренней поверхности каждой тарелки, сползают в периферийную зону ротора в виде концентрированного крах­мального молока и выбрасываются через разгрузочные сопла (нижний сход). Более мелкие частицы глютена как бы всплывают в уплотненном крахмальном молоке, прижимаются к наружной поверхности каждой тарелки и под давлением новых порций поступающего в ротор продукта вытесняются к его центру, а уже оттуда по вертикальному каналу в виде суспензии низкой концентрации выводятся через сопла в верхней части ротора (верхний сход). Чтобы выделить весь глютен, обработку крахмального молока ведут на нескольких последовательно установленных сепараторах.

Промывание крахмала. Крахмальное молоко после отделения глютена еще содержит некоторое количество примесей. Поэтому крахмал дополнительно промывают на вакуум-фильтрах в две или три стадии. Промытый крахмал содержит (% на сухое вещество): 98,4-98,7 - чистого крахмала и 1,3-1,6 - примесей (белок, жир и пр.). Его используют для производства сухого крахмала, крахмальной патоки, кристаллической глюкозы, модифи­цированных крахмалов и декс-трина.

На предприятии по производству сырого кукурузного крахмала выход крахмала со­ставляет в зависимости от качества сырья, технической оснащен-ности завода и схемы про­изводства от 60 до 66,6% от массы безводной кукурузы. Коэффициент извлечения крахма­ла колеблется от 86 до 93,5%.

Получение и использование побочных продуктов из кукурузы. Зародыш. В зерне куку­рузы содержится 5-6% (от массы сухого вещества) жира. Почти весь жир сосредоточен в зародыше. Выход зародыша составляет 6-7% от массы безводной кукурузы.

Сырой зародыш сушат до содержания воды не более 2,0-2,5%, после чего измельчени­ем на вальцовых станках получают мятку, которую подвергают первому прессованию на шнековых прессах. Выделенное масло поступает на рафинирование, а оставшийся после прессо­вания жмых дробят, подогревают на жаровнях и вторичным прессованием дополнительно выделяют из него масло. Выход масла составляет 2,8-3,3% от массы безводной кукурузы.

Кукурузный экстракт. При замачивании зерна кукурузы получают кукурузный экс­тракт с содержанием сухих веществ 8-9%, затем его упаривают до содержания сухих ве­ществ 35-40% и используют при производстве кормов, а также при производстве антибио­тиков и для получения хлебопекарных прессованных дрожжей. Для этих целей его предварительно упаривают до 50%-ного содержания сухих веществ.

Глютен. При выделении крахмала из крахмало-белковой суспензии на тарелочных сепараторах в качестве жидкого схода получают белковую суспен-зию с содержанием су­хих веществ около 1%. На специальном оборудовании полученную суспензию разделяют на частично сгущенный глютен и хорошо осветленную глютеновую воду. Окончательное сгушение глютена (до 12% сухих веществ) ведут на центробежных сепараторах. Далее глютен механически обезвоживают на вакуум-фильтрах. После вакуум-фильтров содержа­ние воды в глютене составляет 68-72%. Глютеновую воду используют для различных тех­нологических целей.

Корма. Для получения кормов используют жмых (остаток после извлечения из заро­дыша масла), крупную и мелкую мезгу, сечку (измельченное зерно), стержни початков ку­курузы, глютен и экстракт. Мезгу и глютен предварительно механически обезвоживают до содержания сухих веществ в пределах 35-42%. Жидкий кукурузный экстракт сгущают до концентрации сухих веществ от 30 до 35%. При производстве кормов используют также фильтрационные осадки, которые получают при производстве патоки и глюкозы. Все ком­поненты смешивают в определенном соотношении, высушивают до 12%-ного содержания воды, просеивают, отделяют ферропримеси и отправляют на склад. Сухой кукурузный корм должен отвечать требованиям соответствующих нормативных документов и содер­жать 18-19% белка, 18-25% крахмала, 7-9% жира, 1-4% минеральных веществ.

2. Технология крахмальной патоки

Крахмальная патока – это продукт неполного гидролиза крахмала разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами. Патока представляет собой бесцветную или слегка желтоватую жидкость, очень вязкую, со сладким вкусом. Сладость ее в 3-4 раза ниже сладости сахарозы. В зависимости от степени гидролиза крахмала патока содержит различное количество глюкозы, мальтозы и декстринов. В этом заключается специфичность ее использования в качестве дополнительного сырья при получении отдельных видов пищевой продукции. Патока используется в качестве антикристаллизатора при получении карамели, варке варенья, фруктовых сиропов, повидла, а также для загущения ликеров, подслащивания безалкогольных напитков и улучшения качества хлебо-булочных изделий. В зависимости от назначения крахмальную патоку вырабатывают в трех видах: карамельную (К), карамельную низкоосахаренную (КН) и глюкозную высокоосахаренную (ГВ). Карамельная патока выпускается двух сортов: высшего (KB) и первого (KI). Особое место занимает мальтозная патока, содержащая не менее 65% редуцирующих веществ в пересчете на мальтозу. Патока классифицируется в зависимости от ее углеводного состава, который определяют по общему содержанию редуцирующих веществ. Условно выраженная в глюкозных единицах, эта величина отражает суммарное содержание всех сахаров в сухом веществе патоки. Содержание редуцирующих веществ, выраженное в процентах от сухого вещества, в карамельной патоке находится в пределах 38÷44, в низкоосахаренной – 30÷34, в глюкозной – 44÷60. При повышенном содержании редуцирующих веществ патока теряет антикристаллизационные свойства. Поэтому глюкозная высокоосахаренная патока применяется как сахаристое вещество при производстве варенья, фруктовых консервов, хлебобулочных изделий и т. д. Технологическая схема получения патоки включает в себя следующие стадии производства: 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.

Подготовка крахмала к гидролизу. Сырье, поступающее на производство патоки, должно содержать минимальное количество примесей, так как они отрицательно влияют на ход технологического процесса и качество патоки. Обычно перерабатывается крахмал, поступающий с различных предприятий, поэтому его подвергают очистке по такой же технологической схеме, что и при выработке сухого крахмала.

Гидролиз крахмала. Первой технологической операцией производства патоки является гидролиз крахмала. Его проводят в присутствии катализатора 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, нарушения структуры крахмальных зерен и образования гомогенной массы с высокой вяз-костью. Под действием катализатора длинные цепочки молекул крахмала разрываются. При этом образуются продукты с различной молекулярной массой, вязкость клейстера снижается - происходит его разжижение, идет дальнейший разрыв молекул крахмала вплоть до глюкозы.

Кислотный гидролиз крахмала. Кислотный гидролиз крахмала проводится в конвер­торах периодического действия или осахаривателях. Процесс осахари-вания крахмала длится несколько минут. Контроль за процессом осуществляют по окраске отбираемых проб с йодом. Так как осахаривание крахмала в конверторе осуществляется периодиче­ским способом, неизбежны колебания содержания редуцирующих веществ в патоке, по­вышенный расход пара и т. д. Для устранения этих недостатков и интенсификации произ­водства гидролиз ведут в аппаратах непрерывного действия.

Получаемые гидролизаты имеют невысокое качество из-за присутствия в них продуктов реверсии и термического кислотного разложения углеводов, продуктов разрушения белковых примесей крахмала под действием кислоты и высокой температуры процесса, а также мине­ральных примесей, которые образуются при нейтрализации кислоты после гидролиза.

Достичь наиболее полного осахаривания крахмала кислотным гидролизом не удает­ся. Поэтому для проведения гидролиза крахмала на любой его стадии целесообразно ис­пользовать ферменты. Благодаря направленности и специфичности действия ферментов можно вырабатывать патоку с различным составом углеводов. Гидролизаты имеют высо­кое качество, низкую цветность, так как ферментативный гидролиз идет при значительно более низких температурах и значениях рН, близких к нейтральным. Глюкозный эквива­лент (ГЭ) может достигать 98%, что значительно повышает выход кристаллического про­дукта в производстве глюкозы.

Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала проводят для устранения недостат­ков кислотного разжижения. Суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8-2,5 и подают в непрерывно действующий осахариватель, где нагревают до темпера­туры 140°С в течение 5 мин, после чего кис-лоту нейтрализуют раствором кальцинированной соды до рН 6,0-6,5. Продукт практически мгновенно охлаждают в циклоне-испарителе до температуры 85°С и немедленно, во избежание ретроградации крахмала, добавляют раствор a-амилазы. В качестве разжижающего вещества используют ферментный препарат амилосубтилин Г20х с оптимумом действия при температуре 85°С и рН 6,2-6,5. Гидролиз длится в течение 30 мин, после чего полученный гидролизат имеет 10-13% ГЭ и хорошие фильтра­ционные свойства. Осахаривание его проводят также с использованием ферментов.

В настоящее время в крахмалопаточной промышленности для осахаривания гидролизатов применяют порошкообразные ферментные препараты очи-щенной глюкоамилазы: глюконигрин Г20х - при производстве кристаллической глюкозы, глюкоаваморин Г20х - при производстве крахмальных паток и глю-козного концентрата. Осахаривание ведут при температуре 60°С и рН, оптимальном для действия фермента, до необходимого глюкозно­го эквивалента. Фермент инактивируют нагреванием продукта при 80°С в течение 20 мин.

Ферментативный гидролиз крахмала. При использовании ферментативного разжи­жения крахмала в 30-35%-ную суспензию крахмала вводят раствор кальцинированной со­ды до рН 6,0-6,5, раствор бактериальной a-амилазы (ферментного препарата амилосубтилина Г10х) и ее стабилизаторов СаО или Са(ОН)з. Смесь подогревают острым паром до 85°С и выдерживают при этой температуре 1,5 ч, после чего подогревают до 140°С в тече­ние 5 мин для улуч-шения фильтрационных свойств. Температуру разжиженного крахмала быстро снижают до 60°С и ведут осахаривание амилоглюкозидазой в условиях, оптималь­ных для ее действия, до достижения требуемого глюкозного эквивалента.

Кислотно-ферментативный и ферментативный гидролиз крахмала используют при производстве низкоосахаренной (с содержанием редуцирующих веществ не более 32% от массы сухого вещества), высокоосахаренной (63-67%), мальтозной и декстриномальтозной видов крахмальных паток.

Нейтрализация гидролизатов. Если гидролиз крахмала проводился с помощью ки­слоты, необходимо провести нейтрализацию гидролизатов. Цель нейтрализации - прекращение гидролиза крахмала по достижении заданной сте-пени осахаривания, перевод сво­бодных минеральных кислот, недопустимых в пищевых продуктах, в безвредные соли и создание оптимальных условий для последующей очистки сиропов от примесей. Опти­мальная величина рН сиропа обеспечивает устойчивость глюкозы, коагуляцию белков и наилучшие условия обесцвечивания сиропов углями. Нейтрализованный сироп не должен иметь рН ниже 4,5-4,9. Гидролизаты, осахаренные с помощью соляной кислоты, нейтрали­зуют только содой.

Поваренная соль, которая образуется в нейтрализованном сиропе в количестве 0,23-0,25% (от массы сухих веществ сиропа), не влияет на вкус патоки и не ухудшает ее качества.

Нейтрализацию проводят очень осторожно, интенсивно перемешивая, чтобы не до­пустить даже местного перещелачивания. В противном случае глюкоза разлагается с обра­зованием окрашенных продуктов, а карбонат натрия легко вступает в реакцию с кислыми фосфатами, переводя их в средние, что ведет к потемнению и помутнению патоки при хранении.

Процесс ведут в специальных нейтрализаторах периодическим или непрерывным способом. Конструкция аппарата должна обеспечивать быстрое смешивание соды с кисло­той и улавливание капель сиропа из отходящих паров.

Подготовка сиропов к фильтрованию. Промышленные гидролизаты паточного про­изводства содержат 0,9-1,9% взвешенных частиц. Основную массу нерастворимых приме­сей составляет белок (0,3-1%), который под действием кислоты и высокой температуры полностью денатурируется и подвергается пептизации.

В процессе осахаривания кукурузного крахмала высвобождаются жир и жирные ки­слоты (0,2-0,4% от массы сухих веществ). Часть нерастворимых при-месей составляет мез­га, которая находится в крахмале. Все эти примеси удаляют фильтрованием гидролизатов. Чтобы облегчить процесс фильтрования, некоторую часть примесей предварительно выде­ляют путем отстаивания сиропов в специальных отстойниках-скиммерах или обработкой их на тарельчатых сепараторах с периодической или непрерывной выгрузкой осадка.

Фильтрование сиропов. Для более полного выделения взвесей гидролизат фильтру­ют. Осадки в основном состоят из скоагулированных хлопьев белка, легко сжимаемых и труднопроницаемых, поэтому для облегчения фильтрования к сиропу добавляют порис­тый наполнитель (перлит, диатомит). На большинстве предприятий гидролизаты фильт­руют на вакуум-фильтрах или автоматических фильтр-прессах. Фильтрование проводят при температуре гидролизатов 75-80°С. При этом давление может достигать 0,3-0,5 МПа.

Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами. После фильтрова-ния паточ­ные сиропы превращаются в прозрачные жидкости желтого цвета. Интенсивность их окра­ски зависит от чистоты перерабатываемого крахмала, способа проведения гидролиза и ус­ловий нейтрализации. К красящим веществам паточного сиропа относятся продукты гидролиза белков, разложения углеводов, а также продукты реакции меланоидинообразования и др. Наряду с красящими веществами в сиропе присутствуют кислые фосфаты, обу­словливающие кислотность патоки, некоторые минеральные вещества, растворимые бел­ки, органические кислоты и другие вещества.

Цель очистки паточного сиропа адсорбентами - полное его обесцвечи-вание, устране­ние запаха и удаление примесей. В качестве адсорбентов на паточных заводах применяют активированный уголь, который удаляет из раствора красящие и минеральные вещества, коллоидные и азотистые вещества, жир и жирные кислоты. После выделения взвешенных частиц гидролизаты однократно обрабатывают углем в специальных реакторах. Порошко­образный активированный уголь используют в виде водной суспензии 25%-ной концен­трации. Ее вводят непосредственно в сироп, температура которого составляет 65-70°С, и постоянно перемешивают в течение 20-30 мин. После обработки адсорбент удаляют фильтрованием. Сиропы также обесцвечивают, пропуская их через слой угля, нанесенного на фильтрующую перегородку. Фильтрование ведут при давлении 0,5-0,8 МПа. Кроме то­го, сиропы можно очищать гранулированными углями в непрерывно действующих колоннах. Отработанный гранулированный уголь подвергают регенерации. Активированный уголь, применяемый в крахмалопаточной промышленности, должен иметь рН водной вы­тяжки в пределах 4-6. Применение щелочных углей значительно снижает эффект обесцве­чивания, поэтому их предварительно обрабатывают кислотой.

Уваривание жидких сиропов до густых. Для получения густого сиропа с оптимальной цветностью и для экономии расхода теплоты сгущение сиропа от жидкого (с концен­трацией 35-40%) до густого (55-57%) осуществляют в многокорпусных выпарных аппара­тах под разрежением. На паточных заводах работают вакуум-выпарные аппараты различных конструкций, но наибольшее распространение получили вертикальные выпар­ные аппараты, как правило, трехкорпусные. Перед первым корпусом сироп подогревают до 97°С. Температура кипения сиропа в этом корпусе составляет 100°С, соответственно во втором корпусе - 86°С, в третьем - 67,7°С.

Уваривание густых сиропов до патоки. Очищенный густой сироп с концентрацией сухих веществ 55-57% уваривают в вакуум-аппаратах до патоки с содержанием сухих ве­ществ не менее 78%. Для получения патоки высокого качества процесс уваривания ведут при температуре не выше 60°С. Продол-жительность процесса уваривания должна быть минимальной (50-55 мин).

Охлаждение патоки. Патока, выходящая из вакуум-аппарата, имеет температуру 60-70°С. Так как это вязкий продукт, то естественное охлаждение идет очень медленно при быстром нарастании цветности за счет образования кра-сящих веществ. Чтобы избе­жать этого, стремятся быстро (в течение 40-80 мин) охладить ее до температуры 40-45°С. Для этой цели используют змеевиковый теплообменник. В центре теплообменника нахо­дятся циркуляционная труба и мешалка. Резервуар имеет коническое днище и крышку. Холодная вода поступает через воронки отдельно в каждый змеевик, а отработавшая вода отводится через общую воронку. Горячая патока, проходя между трубами змеевиков, ох­лаждается и самотеком выходит в сборник. Затем патоку фасуют и хранят.

3. Технология глюкозно-фруктозных сиропов

Фруктоза, так же как и глюкоза, является моносахаридом. Это самый слад-кий сахар, поэтому чем больше содержится фруктозы, тем слаще продукт при том же содержании са­хара. Изомеризация глюкозы во фруктозу может происходить как при воздействии щелочи на холоде или при слабом нагревании раствора глюкозы, так и при воздействии фермента глюкоизомеразы. При этом применяют иммобилизованные (закрепленные на носителе) препараты фермента, пригодные к многократному использованию. Для получения глюкозно-фруктозного сиропа в качестве исходного сырья используют в основном кукурузный крахмал. Содержание примесей в нем должно быть минимально, а содержание белка не должно превышать 0,4%, в том числе растворимого – 0,05%.

Для получения глюкозно-фруктозного сиропа используют гидролизаты крахмала с высоким содержанием глюкозы (96%), полученные при фермента-тивном гидролизе крах­мала. Для удаления растворимых примесей (зольных элементов, особенно ионов кальция, красящих веществ, протеина и др.) глюкозный сироп обрабатывают ионообменными смо­лами и активированным углем. Очищенный глюкозный сироп направляют на выпаривание до содержания сухих веществ 40-50%. При более высокой концентрации сиропа увеличи­вается его вязкость и падает скорость изомеризации. Иногда вместо выпаривания сироп стерилизуют при температуре 125°С в течение 2 мин, после чего охлаждают до температу­ры 60°С. В подготовленный субстрат добавляют ионы магния и кобаль-та для повышения активности фермента, а также бисульфит для предупреждения развития микрофлоры. Ферментный препарат (глюкоизомераза) дозируется по его глюкоизомеразной активности. В процессе изомеризации необходимо контролировать и поддерживать на заданном уровне величину рН субстрата. Изомеризация длится около 20-24 ч до 42%-ного содержания фруктозы в гидролизате. Далее сироп отстаивают в течение нескольких часов и сливают так, чтобы осевший на дно фермент был покрыт слоем сиропа во избежание его контакта с воздухом. В реактор вновь подают свежий субстрат - и начинается новый цикл. Фермент используют 5-30 суток и выводят из производства.

Полученный сироп подкисляют соляной кислотой до достижения рН 4,5. очищают ионообменными смолами и обесцвечивают активированным углем. Затем его уваривают при температуре 60°С (при более высоких температурах фруктоза разлагается) в выпарных аппаратах пленочного типа до содержания сухих веществ в пределах 71-74%, охлаждают до температуры 30°С и хранят при температуре 25-30°С, так как при температуре ниже 25°С начинается кристаллизация глюкозы, а при температуре выше 30°С нарастает цвет­ность сиропа из-за разложения моносахаридов.

Глюкозно-фруктозные сиропы находят широкое применение за рубежом при произ­водстве детского и диетического питания, хлебобулочных изделий, безалкогольных напит­ков, мороженого, кремов, тортов, пирожных и т. д.

По своим свойствам такие сиропы близки к инвертному сахару. Из-за большого со­держания моносахаридов, особенно фруктозы, использование сиропов позволяет получать кондитерские изделия повышенного качества: они долго остаются свежими и не засыхают. Хлебобулочные изделия, приготовленные на глюкозно-фруктозном сиропе, имеют лучшую окраску корки. Сироп с 90%-ным содержанием фруктозы позволяет получать пищевые про­дукты пониженной калорийности благодаря снижению содержания сахара в рецептуре из­делий за счет очень сладкого вкуса сиропа. Глюкозно-фруктозные сиропы используют так­же при производстве джемов и консервов для усиления их фруктового аромата.

4. Технология модифицированных крахмалов

Для различных отраслей промышленности выпускают, кроме обычного сухого крах­мала из картофеля и кукурузы, также крахмалы с измененными природными свойствами. Их называют модифицированными. Такие крахмалы получают за счет физических, хими­ческих и биохимических воздействий на исходный крахмал. По характеру изменений все модифицированные крахмалы условно делят на расщепленные крахмалы и замешенные крахмалы, а также сополимеры крахмала.

Расщепленные крахмалы. Группу так называемых расщепленных крахмалов называ­ют еще жидкокипящими, так как клейстеры таких крахмалов имеют низкую вязкость. Крахмалы этой группы получают путем расщепления полисахаридных цепей кислотой, окислителями, амилазами, некоторыми соля-ми, облучением g-лучами и т. д. В результате указанных воздействий происходит хаотическое или направленное расщепление глюкозидных и других связей, уменьшается молекулярная масса, возникают внутренние и меж­молекулярные связи, появляются новые карбонильные и карбоксильные группы. При этом может происходить частичное нарушение структуры зерен крахмала, но зернистая форма крахмала сохраняется.

Расщепленные крахмалы находят очень широкое применение. Так, кис-лотной обра­боткой получают растворимый крахмал, используемый для химических анализов. Крах­мал, модифицированный кислотой, используется при проклейке бумаги для улучшения качества печати и увеличения ее прочности. В пищевой промышленности крахмал этого типа используют для приготовления желейных конфет, восточных сладостей и т. д.

Окисленные крахмалы. Их получают воздействием на крахмал перманга-натов, пере­кисей, йодной кислоты, ее солей и других соединений. В результате происходит гидроли­тическое расщепление глюкозидных связей с образованием карбонильных групп, окисле­ние спиртовых групп в карбонильные, а затем в карбоксильные. Крахмалы, окисленные йодной кислотой, имеют по две альдегидные группы в глюкозном остатке – их называют диальдегидными. Такие крахмалы используют в бумажной промышленности, а при низкой степени окисления (до 2%) - в пищевой.

При окислении картофельного или кукурузного крахмала перманганатом калия в ки­слой среде получают крахмал, используемый в качестве желирующего компонента как за­менитель агара или пектина. Такой крахмал применяют в производстве кондитерских из­делий, мороженого, продуктов молочной и пище-концентратной промышленности, а также в текстильном производстве.

При использовании в качестве окислителя бромата калия, перманганата калия и гипохлорита кальция получают крахмал с невысокой степенью окисления для использования в хлебопечении. Такой крахмал (в количестве 0,5% от массы муки) улучшает физические свойства теста, его газоудерживаюшую способность, позволяет сократить время брожения опары. Качество хлеба при этом улучшается: увеличивается объемный выход, улучшается структура пористости мякиша, замедляется процесс очерствения хлеба. Окисленные крах­малы находят широкое применение в бумажной промышленности для проклейки бумаги: в прачечных - для подкрахмаливания белья, в строительной промышленности - для произ­водства изоляционных материалов. Для получения этих видов крахмалов следует ввести реагент в водную суспензию крахмала определенной плотности, причем температура, при которой идет реакция, должна быть значительно ниже температуры клейстеризации крах­мала (28°С - при модификации крахмала кислотой: 40-43°С - при окислении пермангана­том калия и т. д.). Время воздействия реагента меняется в широком диапазоне. Так, при кислотной обработке время воздействия составляет 19-20 суток, а при окислительном воз­действии для различных окислителей - 15-40 мин. По окончании реакции суспензию ней­трализуют, разбавляют водой, отделяют жидкую фракцию. Отмытый крахмал обез-вожи­вают и сушат при температуре 45°С.

Набухающие крахмалы. К группе набухающих крахмалов относят модифи-цированные крахмалы, полученные при влаготермической обработке, которая вызывает частичное или полное разрушение структуры зерен крахмала. Технология получения набухающих крахма­лов состоит в следующем: в суспензию крахмала с концентрацией сухих веществ 40-42% вво­дят различные химические реагенты в зависимости от назначения получаемых крахмалов (алюмокалиевые квасцы, соли фосфорной кислоты, метилцеллюлозу и др.) и выдерживают в течение 15 мин при температуре 40-45°С, после чего подают на вальцовые сушилки для клейстеризации и высушивания. Крахмал сушат в тонком слое, пленку срезают ножом с бараба­на, измельчают, просеивают, после чего готовый крахмал фасуют. Набухающие крахмалы используют для стабилизации грунта при бурении, в литейном производстве и т. д. В пищевой промышленности их применяют для стабилизации воды кондитерских пен (в этом слу­чае химические реагенты для получения набухающих крахмалов не используются), произ­водства мороженого, пудингов быстрого приготовления, а также для получения безбелко-вых продуктов питания - хлеба, макарон, продуктов диетического назначения.

По своим свойствам к группе набухающих крахмалов относятся экструзии-онные крахмалы и крахмалопродукты, однако по методу обработки это крах-малы, полученные в условиях интенсивной влаготермической обработки при повышенных (до 35%) влажности, температуре (до 200°С) и значительном меха-ническом воздействии. В результате зерна крахмала теряют свою первоначальную структуру и свойства, что позволяет получать но­вые виды продуктов. Экструзионные крахмалы получают на экструзионных установках. В процессе экструзии предварительно увлажненный материал подвергается сжатию, разо­г-реву с клейстеризацией крахмала и последующему выдавливанию через сопла матрицы.

Экструдаты кукурузного крахмала применяют для производства продуктов из мяса, ры­бы и т. д. Экструзионные крахмалопродукты широко используются и в технических целях.

Замещенные крахмалы. К группе замешенных крахмалов и сополимеров крахмала относятся крахмалы, свойства которых изменены в результате присое-динения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высо-комолекулярных соединения­ми. К ним относятся простые и сложные эфиры. сополимеры крахмала.

Получение модифицированных крахмалов, таких как простые и сложные эфиры и сополимеры крахмала, основано на возможности реакционно-способных групп - концевых редуцирующих групп, спиртовых групп у второго, третьего и шестого углеродных атомов глюкозных остатков - вступать в реакции замещения с различными органическими и неор­ганическими соединениями.

Фосфатные крахмалы. В настоящее время получают два вида эфиров крахмала и со­лей фосфорной кислоты - монокрахмалофосфаты (одна гидроксилъная группа глюкозного остатка этерифицирована одной из кислотных групп остатка фосфорной кислоты или ее солей) и дикрахмалофосфаты (произошло взаимодействие гидроксилов глюкозных остат­ков разных цепей с двумя кислотными группами фосфорной кислоты или ее солей).

Для производства фосфатного кукурузного крахмала (монокрахмалофосфата) сырой кукурузный крахмал после удаления избыточной воды смешивают с нужным количеством растворов одно- или двузамещенного фосфата натрия и карбамида (мочевины). Получен­ную смесь сушат в пневматической сушилке, просеивают и используют как фосфатный крахмал марки А. Свойства этого крахмала проявляются при тепловой обработке в про­цессе его использования.

Фосфатный крахмал марки Б получают путем термической обработки при переме­шивании фосфатного крахмала марки А при температуре 130°С в течение 60 мин. или при температуре 160-170°С в течение 30 мин, после чего продукт охлаждают, просеивают и направляют потребителю. Фосфатные крахмалы образуют клейстеры, стабильные к замо­раживанию, поэтому их используют при производстве продуктов, сохраняемых в заморо­женном виде. Фосфатный крах-мал марки А используют при производстве мучных конди­терских изделий, крах-мал марки Б - для приготовления майонезов, кремов, соусов, продуктов детского и диетического питания.

Ацетилированный крахмал (ацетат крахмала) представляет собой смесь продуктов, обладающих различными свойствами. Его получают путем обработки крахмала ледяной уксусной кислотой. Содержание ацетильных групп колеблется от 3 до 6% в зависимости от дозировки кислоты и времени обработки. Процесс ацетилирования комбинируют с вве­дением в полисахаридные цепи поперечных связей. Такие крахмалы используют при про­изводстве консервированных, замороженных, сухих продуктов питания, а также в сухих смесях кремов и начинок. Ацетилированные крахмалы применяют в текстильной про­мышленности и бумажном производстве.

Сополимеры крахмала. Эту разновидность модифицированных, или поперечно-связанных («сшитых»), крахмалов получают путем образования между двумя рядом стоя­щими полисахаридными цепочками поперечных связей. Свойства крахмалов резко меня­ются даже при введении незначительного количества радикалов: повышаются вязкость и стабильность клейстера, снижается растворимость, усиливается способность образовывать пленку и т. д.

Сополимеры получают путем обработки крахмала с помощью формальдегида, хлор-окиси фосфора, эпихлоргидрина или триметафосфата натрия (дикрахмалофосфат). После окончания реакции суспензию нейтрализуют кислотой, фильтруют, продукт промывают водой и сушат. «Сшитые» крахмалы используют в пищевой, бумажной, текстильной про­мышленности для повышения устойчивости полисахаридных цепей при тепловой или ме­ханической обработке.

5. 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, непрерывно-действующие) 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÷60ºС 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 10ºС.

         Контрольные вопросы.

1. Как получают сырой картофельный крахмал?
2. Какие операции входят в технологический процесс производства картофельного крахмала?
3. Дайте характеристику картофеля как сырья  для  производства крахмала.
4. Как получают кукурузный крахмал?
5. Какие операции входят в технологический процесс производства кукурузного крахмала?
6. Какие виды патоки вы знаете?
7. Какие операции входят в технологический процесс производства крахмальной патоки?
8. Как проводят кислотный гидролиз крахмала?
9. Как проводят ферментативный гидролиз крахмала?
10. Как проводят кислотно-ферментативный гидролиз крахмала?
11. Какие виды модифицированного крахмала вы знаете?
12. Как получают модифицированные крахмалы?
13. Где используются модифицированные крахмалы?
14. В чем заключается преимущество глюкозно-фруктозного сиропа при производстве продуктов дие­тического назначения?

Напечатать