Технология производства патоки из кукурузы

Обновлено: 18.09.2024

1 Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологии РАН Сибирский научно-исследовательский и технологический институт переработки сельскохозяйственной продукции

Исследования проводили с целью повышения эффективности технологии получения патоки из кукурузного крахмала путем сокращения времени ферментативного гидролиза (ФГ) крахмала и энергозатрат в процессе ее производства. Работу проводили в лаборатории института переработки сельскохозяйственной продукции в рамках выполнения НИР. В качестве сырья использовался кукурузный крахмал нативный и подвергнутый обработке инфракрасным излучением, генерируемым галогеновыми лампами марки КГТ. Ферментативный гидролиз необлученного и облученного кукурузного крахмала проводили на установке роторно-импульсного типа (РПА), разработанной в СибНИТИП. Контролировали следующие параметры: расход энергии, время гидролиза, температура. Внесение ферментных препаратов осуществляли по известной схеме. Количественные значения содержания сахаров в патоке в процессе ферментативного гидролиза крахмала определяли по ГОСТ 26176-91 в соответствии с динамикой этапов процесса. Установлено, что уровень содержания сахаров в патоке около 17 % достигается через 160 мин ферментативного гидролиза облученного крахмала и через 280 мин. необлученного крахмала. При этом удельные энергозатраты на гидролиз составили для необлученного – 5,45 кВт•ч/кг, для облученного – 4,04кВт•ч/кг, то есть уменьшились в 1,75 раза. Максимальное количество сахаров 25–26 % отмечено в патоке из облученного крахмала. В результате математической обработки экспериментальных данных получены уравнения, с высокой достоверностью описывающие динамику процесса ферментативного гидролиза облученного и необлученного крахмалов. Делается вывод о положительном влиянии ИК облучения крахмала при проведении его ФГ в процессе получения патоки крахмальной.


1. Коваленко Г.А. Современные технологии переработки растительного сырья в сахаристые крахмалопродукты (патоки, сиропы) / Г.А. Коваленко, Л.В. Перминова // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 1. – С. 80.

2. Трегубов Н.Н. Технология крахмала и крахмалопродуктов / Н.Н. Трегубов, Е.Я. Жарова, А.И. Жушман, Е.К. Сидорова / под. ред Н.Н. Трегубова, 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 472 с.

3. Волончук С.К. Исследование деструкции кукурузного крахмала инфракрасным облучением / С.К. Волончук, В.В. Аксенов, А.И. Резепин // Современные тенденции развития науки и технологии: материалы ХХIII заочной междунар. науч.-практ. конф. – Белгород, 2017. – № 2–3. – С. 64–67.

4. Пат. 2650408 Российская Федерация, МПК С/3К 1/06. Способ получения модифицированного крахмала, содержащего декстринизированные полисахариды / Волончук С.К., Аксенов В.В., Резепин А.И., Дубкова С.А.; заявитель и патентообладатель п. Краснообск, Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук. – №.2016152840/13: заявл. 30.12.2016. опубл. 11.04.2018, Бюл. № 11. – 3 с.

6. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика: монография / М.А. Промтов. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 260 с.

Анализ научных публикаций показал, что перспективно использовать крахмал, обработанный инфракрасным излучением (ИК), генерируемым галогеновыми лампами марки КГТ 220-1000. В результате облучения происходит декстринизация – разрушение крахмальных гранул с одновременной трансформацией амилозы и амилопектина, делая их более доступными для ферментов [3, 4].

Цель исследования: определение возможного уменьшения значений параметров времени и энергозатрат при ферментативном гидролизе крахмала, обработанного инфракрасным излучением, в процессе получения патоки крахмальной.

Материалы и методы исследования

Для исследований был подготовлен кукурузный крахмал нативный (контроль) и обработанный ИК излучением [3] в количестве 3 кг каждого. ИК обработку крахмала проводили при плотности потока 18 кВт/ м2 и 30 минутах облучения в прерывистом режиме с продолжительностью вспышки ИК ламп 4 с и отстоем 12 с. Такой режим предотвращает поверхностную карамелизацию крахмала. Толщина слоя крахмала составляла 7 мм. ИК обработанный крахмал имел степень декстринизации 34,4–42,0 мг глюкозы/г сухого вещества, определенную по ГОСТ 29177-91 [5]. Вода питьевая в количестве 7 литров.

Исследование параметров ферментативного гидролиза ИК обработанного крахмала и нативного в патоку крахмальную проводилось на разработанной в СибНИТИП установке РПА (рис. 1).

vol1.tif

Рис. 1. Лабораторная установка ферментативного гидролиза крахмала: 1 – емкость рециркуляции; 2 – датчик температуры; 3 – продуктопровод; 4 – затворы; 5 – кавитационная ячейка; 6 – электродвигатель; 7 – слив готовой продукции/или слив в канализацию; 8 – модуль охлаждения сальникового узла; 9 – водоподводящие шланги; 10 – щит управления двигателем; 11 – частотный преобразователь, 12 – амперметр – индикатор питания двигателя; 13 – кабель электропитания, 14 – индикатор скорости вращения двигателя, 15 – теплоизоляция, 16 – расходомер воды и шланг подвода воды

Роторно-импульсные аппараты (РПА) относятся к гидромеханическим преобразователям механической энергии в акустическую, тепловую, что позволяет интенсифицировать гидромеханические и тепломассообменные процессы в нестационарных потоках при обработке гетерогенных сред [6] При прохождении через кавитационную ячейку (поз. 5, рис. 1) происходит схлопывание пузырьков в жидкости с выделением теплоты, в результате чего повышается температура воды и реакционной смеси.

При гидролизе крахмала контролировали следующие параметры: расход энергии, кВт·ч; время обработки, мин; температура, °С.

В ёмкость рециркуляции заливалась вода с рН 4,9 и включался диспергатор. Через 15 минут температура воды достигала 35–37 °С, что служило сигналом для равномерного, порциями, внесения крахмала (нативный или ИК обработанный) в ёмкость рециркуляции. По окончании внесения крахмала, после достижения температуры в смеси 45 °С, вносилась мультиэнзимная композиция МЭК-1, а после достижения температуры в смеси 65 °С вносилась мультиэнзимная композиция МЭК-2. Это соответствует стандартной схеме, когда под действием ферментов происходит стадия желатинизации-клейстеризации и начинается накопление сахаров. Соотношение вода: крахмал (гидромодуль) обычно формируется в пропорции 2,65:1 на основании ранее проведенных в институте исследований [7].

Далее гидродинамическая обработка крахмала в присутствии ферментов осуществлялась путем многократного прохождения через рабочие органы РПА, при этом колебания температуры в пределах 50–65 °С контролировались термодатчиком ДТС 045-50.

Через 100, 160, 220, 280 и 340 минут процесса ферментативного гидролиза (ФГ) крахмала, соответственно динамике изменения температуры этапов процесса: клейстеризация (желатинизация), ожижение, осахаривание – производился отбор проб реакционной смеси для определения содержания общего сахара. Определение содержания сахаров проводилось согласно ГОСТ Р52060-2003 [8] в аналитической лаборатории института.

Для сравнения аналогичные операции (ФГ) проводились с необлученным (нативным) крахмалом.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате исследования установлены значения содержания сахаров в патоке при обработке в РПА нативного (не облученного) и ИК облученного крахмала при идентичных режимах обработки и отбора проб (табл. 1).

Содержание общего количества сахаров в патоке после ферментативного гидролиза

Получение патоки включает следующие основные операции:

1) Подготовка крахмала к переработке;

2) Гидролиз крахмала;

3) Нейтрализация гидролизата;

4) Фильтрование сиропов (осветление);

5) Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами;

6) Уваривание жидких сиропов до густых;

7) Обесцвечивание густых сиропов адсорбентами;

8) Уваривание густых сиропов до патоки;

9) Охлаждение патоки.

Подготовка крахмала к гидролизу. Сырье, поступающее на производство патоки, должно содержать минимальное количе­ство механических примесей, так как они оказывают отрица­тельное влияние па ход технологического процесса и качество патоки. Обычно перерабатывается сырой крахмал, поступаю­щий с различных предприятии, поэтому его подвергают очистке по такой же технологической схеме, как и при выработке сухо­го крахмала.

Гидролиз крахмала. Гидролиз соляной кислотой осуществля­ется периодическим (в конверторах) и непрерывным способами. Крахмал подается в виде крахмального молока с концентрацией 25—27% при производстве высокоосахаренной патоки и 40— 44% при производстве карамельной патоки. Гидролиз ведут при, температуре 140—145°С.

В начальной стадии процесса нарушается структура крах­мальных зерен (разжижение), затем идет расщепление глюко - зидных связей с присоединением по месту разрыва молекул воды (осахаривание). Образуются продукты с различной моле-і кулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза и др.).

Осахаривание крахмала в конверторе. Осаха-' ривание крахмала в конверторе идет при избыточном давлении 0,28—0,32 МПа. Конвертор представляет собой цилиндрическую емкость СО сферическим днищем И крышкой, изготовленную ИЗ: стали, бронзы или меди. В крышке конвертора имеется труба для подвода крахмальной суспензии и подкисленной воды, уста­новлен манометр и предохранительный клапан. В нижней части аппарата около днища имеется барботер для подвода пара.

Расход соляной кислоты составляет 0,19—0,25% к массе сухого вещества крахмала (в пересчете на газообразный НС1)- ее концентрация в осахариваемой массе — 0,05—0,08%. Про­цесс осахаривания крахмала длится несколько минут. Контроль за процессом осуществляют по окраске отбираемых проб йодом.

Так как осахаривание крахмала в конверторе осуществляет­ся периодическим способом, неизбежны колебания содержания.1; редуцирующих веществ в патоке, повышенный расход пара И т. д. Для устранения этих недостатков и интенсификации про­изводства гидролиз ведут в аппаратах непрерывного действия.

Осахаривание крахмала в аппаратах непре­рывного действия. Аппараты непрерывного действия обеспечивают равномерное протекание процессов нагревания, клейстеризации и осахаривания, а также высокое качество ко­нечного продукта.

Процесс осахаривания крахмала в них идет следующим об­разом: суспензию крахмала с содержанием сухого вещества 40% и температурой 45—55°С подкисляют соляной кислотой и направляют в специальный сборник. Из сборника смесь насосом последовательно подается в пять трубчатых теплообменников. Внутри каждого теплообменника находятся медные трубки ма­лого диаметра, в которых и идет процесс осахаривания крахма­ла. Обогревающий пар под давлением 0,45 МПа подается в межтрубное пространство каждого теплообменника и подогре­вает гидролизат до 143 °С. После теплообмеников продукт по­падает в зону доосахаривания — трубу определенной длины й диаметра, после которой сироп направляется в испаритель В испарителе за счет перепада давления происходит интенсив ное выделение пара, сироп охлаждается и подается на нейтра лизацию.

Нейтрализация гидролизата. Цель нейтрализации — прекра щепие гидролиза крахмала по достижении заданной степени осахаривания, переведение свободных минеральных кислот в безвредные соли и создание оптимальных условий для после­дующей очистки сиропов от примесей.

Оптимальная величина рН сиропа обеспечивает устойчивость глюкозы, коагуляцию белков н наилучшие условия обесцвечива­ния сиропов углями. Нейтрализованный сироп ие должен иметь рН ниже 4,5. Гпдролизаты, осахаренные с помощью соляной кислоты, нейтрализуют только содоп. Поваренная соль, полу­чающаяся в нейтрализованном сиропе в количестве 0,23—0,25% к массе сухих веществ сиропа, не сказывается на вкусе патоки и не ухудшает ее качества.

Нейтрализацию необходимо вести очень осторожно при ин­тенсивном перемешивании, чтобы не допустить местного пере - щелачиваиня, которое приводит к разложению глюкозы с обра­зованием окрашенных продуктов. Кроме того, углекислый натрий легко вступает в реакцию с кислыми фосфатами и пере­водит их в средние, что приводит к потемнению и помутнению патоки при хранении.

Процесс ведут в специальных периодически или непрерыв - нодействующнх нейтрализаторах.

Фильтрование сиропов (осветление). Осадок в сиропе, при­готовленном из картофельного крахмала, состоит в основном из хлопьев скоагулироваиных при нейтрализации белков, лег­ко сжимаемых и труднофпльтруемых. К такому сиропу перед фильтрованием добавляют вспомогательные фильтрующие мате­риалы— пористые наполнители диатомит или перлит.

Сироп из кукурузного крахмала содержит клейкую сли­зистую массу, состоящую из хлопьев белка, пропитанных жиром. Если этот жирный осадок предварительно ие выделить, то при последующем фильтровании сиропа слизистые вещества забьют поры фильтрующей ткани и вспомогательного фильтрующего материала.

Выделение осадка производят в простейших аппаратах-скнм - мерах, представляющих собой резервуар, разделенный перего­родками на 5 частей. В них жирный осадок всплывает и перио­дически убирается в приемный желоб, а очищенный сироп ухо­дит непрерывно через специальное устройство. Лучший способ выделения из сиропа жира и белка — обработка его на центро­бежных сепараторах.

В процессе фильтрования отделяются примеси, перешедшие в сироп из крахмала (белок, клетчатка, жир) и примеси, обра­зующиеся в процессе нейтрализации.

Фильтрование ведут на дисковых напорных фильтрах, фильтр-прессах или фильтрах с центробежной выгрузкой осад­ка под давлением 0.3—0,6 МПа при температуре сиропа 85— 90°С; толщина слоя осадка 5—7 мм. Непрерывное фильтрова-

Ниє сиропов производят на вакуум-фильтрах с намывным слоем! фильтрующего порошка.

Целью очистки паточного сиропа адсорбентами является полное его обесцвечивание, устранение запаха, снижение кис­лотности. В качестве адсорбентов на паточных заводах приме­няют активный уголь и ионообменные смолы.

Активный уголь хорошо адсорбирует красящие вещества, Г| органические примеси и почти не удаляет минеральные. Исполь-' зуют активный уголь в виде водной суспензии с концентрацией і 25%■ Ее вводят непосредственно в сироп, находящийся в спе­циальных реакторах, и постоянно перемешивают в течение 20— 25 мин. Расход угля для жидких сиропов 0,1—0,15% к массе сухого вещества сиропа, для густых 0,5—0,6%; температура сиропа 65—70 °С. Адсорбент удаляют путем фильтрования си­ропов на фильтр-прессах или других типах фильтров.

Ионообменные смолы в отличие от активного угля являются универсальными адсорбентами. Сиропы обрабатывают сначала на катионите, затем на анионите, что позволяет удалить до 70% азотистых веществ, 95% минеральных и 80% красящих и полу­чить патоку высокого качества.

Уваривание жидких сиропов до густых. Для получения гус­того сиропа с минимальной цветностью и с целью экономии тепла, сгущение жидкого сиропа с содержанием сухого веще­ства 35—40% до густого с содержанием 55—57% ведут в мно­гокорпусных выпарных аппаратах под вакуумом. На паточных заводах работают выпарные аппараты различных конструкций, но наиболее распространены аппараты вертикального типа.

При сгущении сиропа происходит коагуляция части остав­шихся в сиропе белковых веществ, и в результате повышается его цветность, поэтому сироп после уваривания очищают адсор­бентами (активным или костяным углем).

Уваривание сиропов до патоки. Очищенный густой сироп упаривают в вакуум-аппаратах до патоки с содержанием сухого вещества не менее 78%.

Для получения патоки высокого качества процесс ведут при температуре не выше 60 °С. Продолжительность процесса увари­вания должна быть не более 60 мин. Jk

Патока, выходящая из вакуум-аппарата с температурой 60— 62 °С представляет собой вязкий продукт. Ее естественное ох­лаждение идет очень медленно и-при этом происходит быстрое нарастание цветности в результате образования красящих ве­ществ. Чтобы избежать этого, стремятся быстро (в течение 1,5 ч) охладить ее до температуры 40—45°С. Для этой цели используют специальные холодильники, представляющие собой теплообменник, внутри которого размещаются змеевики с цир­кулирующей в них холодной водой, а в центре—циркуляцион­ная труба и мешалка. Горячая патока подается в циркуляцион­ную трубу, проходит между трубами змеевиков и охлаждается. Охлажденная патока самотеком выходит в сборник, далее ее фасуют в емкости и хранят.

Патока из крахмала

Патока крахмальная используется при производстве продуктов питания для улучшения их качества. Содержит углеводы, противопоказана больным диабетом.

Что такое патока

По данным Википедии, это продукт, получаемый при гидролизе крахмала. По-другому — декстринмальтаза, мальтадекстрин. Чистая патока вязкостью напоминает свежий жидкий мед, получаемый в пчеловодстве.

Иногда, говоря про нее, имеют в виду сахаросодержащие сиропы — глюкозу, мальтозу, крахмальный или кукурузный.

Классификация по сырью, использованному для производства:

  • светлая (патока крахмальная) — кукурузный, картофельный крахмал;
  • черная (меласса) — сахар из сахарной свеклы.

По содержанию углеводов:

  • карамельная — 36-44 %;
  • мальтозная — 38 % и более;
  • высокоосахаренная — 44 % и более;
  • низкоосахаренная — 26-35%.

В зависимости от способа получения (для карамельной):

  • кислотная (в производстве применяется кислота);
  • ферментативная (используются ферменты).

Патока светлая

Ранее в России изготавливалась только карамельная.

Что такое патока крахмальная

Патока крахмальная по ГОСТу

Требования к ней до 2018 года определялись ГОСТ Р 52060-2003, с 2019 года — ГОСТ 33917-2016 . В действующем документе установлены общие технические требования к продукту и сырью, физико-химические свойства крахмальной патоки, регламентируется процесс контроля качества.

Физико-химические свойства

Физико-химические свойства продукта зависят от содержания в нем углеводов.

По внешнему виду представляет собой плотную жидкость. Цвет изменяется от практически белого до лимонного и медового. Вкус должен соответствовать продукту. В низкоосахаренной и карамельной кислотной разновидностях ГОСТ допускает наличие опалесценции, другие же виды должны быть прозрачными.

Нормой считается содержание массовой доли сухого вещества не более 78%, показатель pH изменяется от 3,5 до 6.

Состав

По своему составу этот продукт представляет собой чистые углеводы — мальтозу, декстрин и глюкозу. Именно этим определяется ее высокий гликемический индекс — 136.

Химический состав крахмальной патоки:

  • мальтоза от 19 до 85 %;
  • декстрин от 0 до 70%;
  • глюкоза от 0 до 50 %.

Патока крахмальная

Употребление патоки в пищу может плохо отразиться на самочувствии диабетиков.

Плотность

Еще одним физико-химическим свойством является плотность патоки крахмальной. Определение плотности осуществляется в лабораторных условиях с использованием высокотехнологичного оборудования и необходимо для определения качества полученного продукта.

Из чего получают патоку крахмальную

Из клубней картофеля получают крахмал, патоку, спирт этанол. В промышленности крахмальную патоку получают путем гидролиза с применением либо соляной кислоты, либо ферментов из различных видов крахмала (картофель, кукуруза, солод, пшеница, рожь, сорго).

Чем различаются процессы переработки крахмала в патоку

Получение продукта из крахмала клубней картофеля — один из наиболее распространенных способов в России, благодаря доступности этого овоща.

Различаться процессы переработки крахмала в патоку могут в следующем:

  • Применение в процессе гидролиза разных веществ (кислота или ферменты).
  • Различия в схемах проведения гидролиза. Начиная с 2003 года регистрируются патенты, где используются новейшие технологии и химические реакции, чтобы получить необходимый результат путем уменьшения времени.

Процессы получения продукта различаются небольшими нюансами, хорошо продуманными и направленными на то, чтобы сделать быстро и качественно.

Содержит ли глютен

При приготовлении в промышленных условиях очистка крахмальной смеси происходит несколько раз. Поэтому даже если в крахмале был глютен, то процентное содержание его в конечном продукте стремится к нулю.

Как получают крахмальную патоку

Формула получения содержит ряд технологических операций и требует выполнения соответствующих условий:

  1. Подготовительный этап. Необходимо приготовить крахмальную суспензию. Для этого крахмал разбавляется чистой водой, где нет примесей.
  2. Проведение гидролиза полученной смеси до необходимого уровня осахаривания. В домашних условиях сделать это правильно может быть затруднительно. На этом этапе используются кислота или ферменты.
  3. Нейтрализация кислотности и инактивация ферментов необходима, чтобы высокоосахарить смесь без вреда для здоровья.
  4. Очистка. Полученный полуфабрикат содержит различные примеси. Его необходимо очистить.
  5. Уваривание до получения нормативных показателей сухого вещества при высоких температурах и давлении.
  6. Охлаждение готового продукта до норм для последующего хранения с общими рекомендациями.

Патока в банке

Все эти процедуры проводятся в промышленных цехах на высокотехнологичном оборудовании. Приготовить патоку крахмальную, составом соответствующую требованиям ГОСТ, дома не получится.

Сбраживание

Из нее производят спирт и вина. Рецепт спирта, сделанного своими руками, достаточно прост:

  1. Берут 5 кг продукта, вода — 25-30 литров, сахар для получения 25 % плотности, спиртовые, но не хлебопекарные дрожжи.
  2. Затем состав заливают в большие емкости и оставляют на некоторое время (5-14 дней) при температуре 21-27 градусов. При таких условиях активно идет процесс брожения.

После завершения сбраживания смесь перегоняют 2 раза и фильтруют.

Применение в производстве

Используют при производстве продуктов питания. Сфера применения зависит от процентного содержания углеводов:

  • Для выпечки кондитерских и мучных изделий, хлебопечение (пирожные, хлеб). Изменяет цвет, вкусовые характеристики.
  • В продуктах из ягод (варенья, мармелады становятся более густыми).
  • При варке пива.

Ее использование позволяет улучшить качество изготавливаемых продуктов.

Контроль качества в хлебопекарном производстве

Калорийность

Калорийность составляет 296 ккал на 100 грамм, а пищевая ценность представлена в большей степени углеводами (до 78,3 г) и жирами (до 0,3 г), белков здесь не содержится.

Польза и вред для здоровья

При употреблении в пищу необходимо учитывать общие показатели здоровья. Существуют противопоказания:

  • сахарный диабет;
  • ожирение;
  • аллергия на компоненты продукта;
  • индивидуальная непереносимость.

Несмотря на это, при ее употреблении организм человека получает пользу:

  • При менопаузе улучшается самочувствие.
  • Облегчается течение язвенной болезни и заболеваний желудочно-кишечного тракта.
  • Улучшается работа головного мозга, сердечно-сосудистой и нервной систем.
  • Происходит насыщение полезными микроэлементами (кальций, железо).

Патока — необходимый и важный ингредиент, активно используемый в пищевой промышленности.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КРАХМАЛЬНОЙ ПАТОКИ

Крахмальная патока — это продукт неполного гидролиза крахмала разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами. Патока представляет собой бесцветную или слегка желтоватую, очень вязкую жидкость 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 антикатализатора при получении карамели, при варке варенья, фруктовых сиропов, повидла, для загущения ликеров, для подслащивания безалкогольных напитков и улучшения качества хлебобулочных изделий.

В зависимости от назначения крахмальную патоку вырабатывают трех видов: карамельную (условное обозначение К), карамельную низкоосахаренную (КН) и глюкозную высокоосахарен-ную (ГВ). Карамельная патока выпускается двух сортов: высшего (КВ) 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 (РВ). Условно выраженная в глюкозных единицах, эта величина отражает суммарное содержание всех

сахаров в сухом веществе патоки. Содержание редуцирующих веществ, выраженное в процентах к массе сухих веществ, в карамельной патоке находится в пределах 38. 44, в низкоосаха-ренной — 30. 34 и 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.

Патоку получают путем гидролиза крахмала соляной кислотой или при помощи ферментов.

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 и охлаждение патоки.

Подготовка крахмала к гидролизу. Сырье, поступающее на производство патоки, должно содержать минимальное количество примесей, так как они оказывают отрицательное влияние 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. Ею проводят в присутствии катализатора кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способом. В любом случае процесс гидролизу 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 вязкостью. Под действием катализатора длинные цепочки молекул крахмала разрываются. Образуются продукты с различной молекулярной массой, вязкость клейстера снижается — происходит его разжижение, идет дальнейший разрыв молекул крахмала вплоть до глюкозы. Содержание редуцирующих веществ в продуктах гидролиза крахмала характеризуется глюкозным эквивалентом (ГЭ).

Кислотный гидролиз крахмала. Кислотный гидролиз крахмала проводится в конверторах периодическог о действия или осахаривателях непрерывного действия.

штуцер 7 для предохранительного клапана и манометр 3. В нижнюю часть аппарата подают пар через барботер 10 для перемешивания крахмальной суспензии, а по трубе 8— для предотвращения образования комков клейстера под барботе-ром. Пробы сиропа на анализ отбирают через трубу 9, а готовый сироп выдувают из аппарата в нейтрализатор по трубе 11.

Гидролиз ведут при температуре 140. 145 °С. Соляная кислота дозируется из расчета 0,1. 0,12 % газа НС1 к массе сухих веществ перерабатываемого сырья. Величина pH гидролизуемой массы в конверторе должна быть на уровне

1,8. 2,2. Заваривание крахмала ведут при избыточном давлении 0,02. 0,03 МПа, а процесс разжижения — при избыточном давлении 0,25. 0,28 МПа.

Процесс осахаривания 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.

Аппараты непрерывного действия обеспечивают равномерность и требуемую скорость процессов нагревания, клейстериза-ции и осахаривания, а также высокое качество конечного продукта. Процесс осахаривания крахмала в них идет следующим образом. Суспензию крахмала с содержанием сухих веществ 40 % из сборника 1 (рис. 62) подкисляют соляной кислотой из сборника 11 и направляют в специальный сборник 2, откуда смесь насосом

3 последовательно подается в пять трубчатых теплообменников 4, где она подогревается до 52. 55 С конденсатом, подаваемым из

конденсатоотводчика 5, и поступает в нагреватели 6. Обогревающий пар под давлением 0,45 МПа подается в межтрубное пространство каждого теплообменника и обеспечивает температуру осахаривания 143 °С. После теплообменников продукт поступает в зону осахаривания — медные трубы 7. Температура перед зоной осахаривания 8 поддерживается регулятором 9 на уровне

144. 146 °С. Из зоны осахаривания продукт направляется в испаритель 10 и сборник окончательной нейтрализации 13. Для нейтрализации сиропа из сборника 12 насосом 14 подают кальцинированную соду. Несмотря на дешевизну катализатора и быстроту проведения, кислотный гидролиз крахмала имеет весьма существенные недостатки: 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.

Не удается достичь также достаточно полного осахаривания крахмала. 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 температу-

pax и pH, близких к нейтральным. Глюкозный эквивалент (ГЭ) может достигать 98 %, что значительно повышает выход кристаллического продукта в производстве глюкозы.


Рис. 61. Схема конвертора для гидролиза крахмала


Рис. 62. Схема непрерывного осахаривания крахмала системы НОК-300М

Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала. Для устранения недостатков кислотного разжижения крахмала можно использовать кислотно-ферментативное разжижение. Для этого суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до pH 1,8. 2,5 и подают в непрерывнодействующий осаха-риватель, где ее нагревают до 140 °С в течение 5 мин, после чего кислоту нейтрализуют раствором кальцинированной соды до pH

6,0. 6,5. Продукт практически мгновенно охлаждают в циклоне-испарителе до 85 °С и немедленно во избежание ретроградации крахмала добавляют раствор а-амилазы. В качестве разжижающего вещества используют ферментный препарат амилосубтилин ПОх с оптимумом действия при 85 °С и pH 6,2. 6,5. Гидролиз длится 30 мин. Полученный гидролизат имеет ГЭ 10.. .13 % и хорошие фильтрационные свойства. Осахаривание его проводят также с использованием ферментов.

В настоящее время в крахмало-паточной промышленности для осахаривания гидролизатов применяют порошкообразные ферментные препараты очищенной глюкоамилазы: глюконигрин Г20х при производстве кристаллической глюкозы и глюкоавамо-рин Г20х при производстве крахмальных паток и глюкозного концентрата. Осахаривание ведут при 60 °С и pH, 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%-ю суспензию крахмала вводят раствор кальцинированной соды до pH 6,0. 6,5, раствор бактериальной а-амилазы (ферментного препарата амилосубтилина ПОх) и ее стабилизаторов: СаО или Са(ОН)2.

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 улучшения 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 следующих видов крахмальных паток: низкоосахаренной (содержание редуцирующих веществ не более 32 % к массе СВ), высокоосахаренной (содержание редуцирующих веществ 63. 67 % к массе СВ), мальтозной и декстриномальтозной.

Нейтрализация гидролизатов. Если гидролиз крахмала прово-дился с помощью кислоты, необходимо провести нейтрализацию гидролизатов.

Цель нейтрализации — прекращение гидролиза крахмала по достижении заданной степени осахаривания, перевод свободных минеральных кислот, недопустимых в пищевых продуктах, в безвредные соли и создание оптимальных условий для последующей очистки сиропов от примесей.

Оптимальная величина pH сиропа обеспечивает устойчивость глюкозы, коагуляцию белков и наилучшие условия обесцвечивания сиропов углями. Нейтрализованный сироп не должен иметь pH 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 % (к массе сухих веществ сиропа), не сказывается на вкусе патоки и не ухудшает ее качества.

Нейтрализацию необходимо проводить очень осторожно при интенсивном перемешивании, чтобы не допустить даже местного перещелачивания, в противном случае глюкоза разлагается с образованием окрашенных продуктов, кроме того, карбонат натрия легко вступает в реакцию с кислыми фосфатами, переводя их в средние, что приводит 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 от 0,9 до 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 % к массе СВ). Часть нерастворимых примесей 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 скоагулиро-т ванных 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, работаю-тих с микросъемом осадка, или автоматических фильтрах-прессах типа ФПАК. Фильтрование проводят при температуре гидролизатов 75. 80 °С, при этом давление может достигать 0,3. 0,5 МПа.

Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами. После фильтрования 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, продукты реакции меланоидинообразования и др. Наряду с красящими веществами в сиропе присугствуют кислые фосфаты, обусловливающие кислотность патоки, некоторые минеральные вещества, растворимые белки, органические кислоты и др.

Цель очистки паточного сиропа адсорбентами — это полное его обесцвечивание, устранение запаха и удаление примесей.

В качестве адсорбентов на паточных заводах применяют активированный уголь, который удаляет из раствора красящие вещества, золу, соли железа, 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 концентрацией 25 %. Ее вводят непосредственно в сироп, температура которого 65. 70 °С, и постоянно перемешивают в течение 20. 30 мин. После обработки адсорбент удаляют фильтрованием сиропов. Сиропы обесцвечивают так же, пропуская их через слой угля, нанесенного на фильтрующую перегородку. Фильтрование ведут при давлении 0,5. 0,8 МПа.

Сиропы можно очищать также гранулированными углями в непрерывнодействующих колоннах. Отработанный гранулированный уголь подвергают регенерации. Активированный уголь, применяемый в крахмало-паточной промышленности, должен иметь pH водной вытяжки 4. 6. Применение щелочных углей значительно снижает эффект обесцвечивания, поэтому их предварительно обрабатывают кислотой.

Уваривание жидких сиропов до густых. Для получения густого сиропа с минимальной цветностью и экономии расхода теплоты сгущение сиропа от жидкого (концентрация 35. 40 %) до густого (55. 57 %) осуществляют в многокорпусных выпарных аппаратах под разрежением.

На паточных заводах работаю) выпарные аппараты различных конструкций, но наибольшее распространение получили выпарные аппараты вертикального типа (ВВ), как правило трехкорпусные. Перед первым корпусом сироп подогревают до 97 °С, температура кипения сиропа в этом корпусе 100 °С, соответственно во втором корпусе 86 °С, а в третьем — 67,7 °С.

Уваривание густых сиропов до патоки. Очищенный густой

сироп 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. Продолжительность 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, естественное охлаждение идет очень медленно при быстром нарастании цветности за счет образования красящих веществ. Чтобы избежать этого, стремятся быстро (в течение 40. 80 мин) охладить ее до температуры 40. 45 °С. Для этой цели используют специальный холодильник, представляющий собой теплообменник, внутри которого размещены змеевики с циркулирующей в них холодной водой. 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 отводится через общую воронку. Горячая патока, проходя между трубами змеевиков, охлаждается и самотеком выходит в сборник. Затем патоку фасуют и хранят.

Читайте также: