Способ получения кукурузного крахмала

Способ получения кукурузного крахмала

Общая технологическая схема [17, 93]

В массе кукурузного початка содержится 75–85 % зерна и 15–25 %, стержня на котором закреплены зерна.

Содержание крахмала в зерне кукурузы составляет 70 масс. % от массы СВ. Кроме крахмала в зерне содержатся белок (10–13 %) и жир (4,5–6,5 %), для выделения которых применяются специальные методы и Лабораторное оборудование. Крахмал обычных сортов кукурузы, как и картофельный, состоит из 21–30 % амилозы и 70–79 % амилопектина, а крахмал восковидной кукурузы — почти из одного амилопектина. Кукурузный крахмал менее гигроскопичен, чем картофельный, и содержит до 0,5 % связанного жира.

По ГОСТ 13634–81 поставляемое для крахмало-паточной промышленности спелое зерно должно иметь следующие показатели, %:

влажность	≥ 15
влажность после искусственной сушки	≥ 12
всхожесть	≥ 55
содержание сорных примесей	≥ 3
содержание зерновых примесей, в т. ч	≥ 7
зерен, пораженных болезнями	> 3

Зерно не должно иметь затхлого, солодового или постороннего запаха и быть зараженным амбарными вредителями.

При приемке кукурузы в початках влажность початка не должна превышать 25 %, а содержание сорных примесей не должно быть более 8 %.

Принципиальная технологическая схема производства сырого кукурузного крахмала приведена на рис. 15.6.36.

Рис. 15.6.36. Принципиальная технологическая схема получения сырого кукурузного крахмала

Основные стадии процесса [91, 93]

Замачивание кукурузного зерна

Целью замачивания является размягчение зерна для ослабления связей между белком и крахмалом, эндоспермом и зародышем, а также выведение из зерна в воду большей части водорастворимых веществ, затрудняющих выделение и очистку крахмала. Чтобы исключить прорастание зерна и развитие микроорганизмов, для замачивания зерна используют слабый раствор сернистой кислоты (концентрация SO₂ в воде 0,05–0,20 %).

Процесс замачивания зерна ведут в батарее замочных чанов методом противотока, позволяющим полнее извлечь растворимые вещества и получить более концентрированный экстракт. После загрузки чан заполняется замочной водой из предыдущего чана батареи, одновременно осуществляется перекачивание экстракта в освобождаемые чаны. В процессе замачивания (32–50 ч) зерно набухает, под действием кислоты возрастает проницаемость оболочки зерна, что ускоряет переход водорастворимых веществ в замочную воду.

Для повышения скорости диффузии замачивание ведут при повышенной температуре (48–55 °С). К концу замачивания ферменты почти полностью инактивируются, а из микроорганизмов остаются только термофильные молочнокислые бактерии, сбраживающие сахара до молочной кислоты, которая способствует размягчению зерна.

При замачивании в воду переходит 6,5 % СВ зерна, в том числе минеральных веществ — 70, растворимых углеводов — 42 и азотистых веществ — около 16 %. Содержание растворимых веществ в зерне при замачивании его диффузионным способом уменьшается примерно с 8 до 2,5 %.

Для отделения зародыша, содержащего 55 % жира, кукурузное зерно подвергают дроблению при 35–40 °С, которое для более полного разделения осуществляют дважды. При первом дроблении освобождается 75–85 % зародыша и при втором — 15–20 %. После первого дробления кашку направляют для выделения зародыша в гидроциклоны, из которых нижний сход поступает на второе дробление.

Основной рабочий орган дробилки — ротор, закрепленный на валу. Под действием центробежной силы продукт попадает между двумя дисками (неподвижным и вращающимся), которые снабжены пирамидальными зубьями, расположенными по концентрическим окружностям. При вращении диска кукуруза измельчается по принципу скалывания и выбрасывается в приемную камеру для измельченного зерна. Заводы производительностью около 100 т зерна/сут. используют дробилки ударного действия (РЗ-ПДК-100).

Выделение и промывание зародыша

Кашка, полученная после дробления, содержит зародыш, оболочки зерна, крахмал, глютен и водорастворимые вещества. Плотность зародыша значительно ниже плотности эндосперма. Для выделения зародыша широко используют гидроциклонные установки. Диаметр цилиндрической части гидроциклона от 120 до 550 мм, угол конусности от 10 до 15 °. Кашка подается в гидроциклон под давлением 0,2–0,25 МПа.

Для первого выделения зародыша продукт должен иметь концентрацию суспензии крахмала 12–13 %. Для полного выделения зародыша продукт, поступающий после повторного измельчения на вторую стадию выделения зародыша, должен иметь концентрацию суспензии 14–15 %. Жидкий сход с гидроциклонов направляют на сита отцеживания и промывания зародыша. Разделение продукта на дуговом сите типа СД-1 идет под действием центробежной силы, возникающей при движении продукта по дуге, имеющей радиус закругления 2,2–2,8 м. Дуговое сито оснащено щелевой колосниковой сеткой с шириной щели 2 мм. Отмытый зародыш, выход которого составляет 6,5–7,5 масс. % от массы сухого зерна, содержит не более 1 % крахмала, влажность его не превышает 71,5 %.

Помол кукурузной кашки

Для полного высвобождения крахмала кашку, полученную после отделения зародыша, подвергают тонкому измельчению, предварительно отцедив на дуговых ситах свободный крахмал. Тонкий помол осуществляют на измельчающих машинах ударного действия с двумя вращающимися в противоположные стороны роторами (Ш5-ПМШ-10, РЗ-ПМ5-К-150).

Для выделения мезги используют дуговые, а на последней операции промывки — центробежно-лопастные сита.

Отцеживание крупной мезги и ее трехкратное промывание проводят на дуговых ситах с отверстиями диаметром 0,5–0,6 мм. Мелкая мезга отделяется на капроновых ситах, четырехкратно промывается и поступает на механическое обезвоживание. Содержание свободного крахмала в крупной мезге не должно превышать 1,5, в мелкой — 4 %. Крахмальное молоко поступает на двукратное рафинирование на дуговых ситах РЗ-ПРД или СД-1М, оснащенных капроновой тканью № 67–73.

Промывание мезги обычно проводится противотоком на напорных дуговых ситах в 6–8 ступеней до содержания свободного крахмала в мезге 2,5–3,5 масс. % от массы СВ. Головное сито оснащено колосниковой решеткой с размером щели 0,05 мм.

Выделение крахмала из крахмалобелковой суспензии

Рафинированное крахмальное молоко, называемое «мельничным» (рН = 3,8 ¸ 4,2), содержит 11–14 % СВ, в состав которых входит, %:

крахмал	88–92
белок (глютен)	6–10
жир	0,5–1,0
растворимые вещества	2,5–55
мелкая мезга	0,1
зола	0,2–0,4

Глютен содержится в молоке в виде взвешенных частиц размером 1–2 мкм, плотность его (1,176 кг/л) значительно ниже плотности крахмальных зерен (1,530 кг/л), на чем и основано их разделение.

Выделение крахмала из крахмало-белковой суспензии проводят на специальных центробежных сепараторах. Основная рабочая часть сепаратора — ротор с пакетом конических тарелок с частотой вращения около 3000 мин –1 . Зазор между тарелками составляет 1 мм, таким образом, разделение продукта идет в тонком слое.

Крахмальные зерна, как более тяжелые, прижимаются к внутренней поверхности каждой тарелки, сползают в периферийную зону ротора и в виде концентрированного крахмального молока выбрасываются через разгрузочные сопла (нижний сход). Мелкие частицы глютена всплывают в слое крахмального молока, прижимаются к наружной поверхности каждой тарелки и под давлением новых порций поступающего в ротор продукта вытесняются к его центру и оттуда по вертикальному каналу в виде суспензии низкой концентрации выводятся через сопла в верхней части ротора (верхний сход). Для выделения всего глютена обработку крахмального молока ведут на нескольких последовательно установленных сепараторах. При очистке на сепараторах содержание белковых веществ в крахмальной суспензии уменьшается с 6–8 до 0,5–0,6 %.

Современные схемы разделения крахмало-белковых суспензий включают флотационные машины и гидроциклонные установки. Белковые частицы суспензии обладают способностью удерживаться в стенках пузырьков воздуха и образовывать устойчивый пенный слой.

Окончательную очистку и промывание крахмала осуществляют на многоступенчатых сепараторных станциях или на гидроциклонных установках. Выход крахмала составляет 60–67 масс. % от массы безводного зерна, коэффициент извлечения крахмала — 86,0–93,5 %.

Промытый крахмал содержит, масс.% от массы СВ:

крахмал	98,4–98,7
протеин	0,4–0,5
растворимые вещества	0,05–0,1
зола	0,1–0,15
жир	0,6–0,7
прочие вещества	0,05–0,1

Его используют для производства сухого крахмала, крахмальной патоки, глюкозы, модифицированных крахмалов и декстрина.

При переработке кукурузы получают побочные продукты (табл. 15.6.38), направляемые на дальнейшую переработку.

Таблица 15.6.38

Средний выход продуктов переработки кукурузного зерна [17]

Продукт	Выход, масс. %	Содержание крахмала
		масс. %	кг *
Крахмал	65,9	98,7	65,0
Зародыш	7,4	9,0	0,68
Крупная мезга	5,9	9,0	0,53
Мелкая мезга	3,8	33,0	1,26
Глютен	10,0	20,0	2,0
Экстракт	7,0	0,5	0,03
Сумма	100	69,5

Производство кукурузного масла [92, 96]

Степень извлечения из кукурузного зерна зародыша, используемого для производства кукурузного масла, составляет 80–95 % (см. разд. 15.5).

Технологическая схема производства нерафинированного кукурузного масла приведена на рис. 15.6.37.

Рис. 15.6.37. Технологическая схема производства кукурузного масла прессованием [92]

Сырой обезвоженный на шнек-прессах кукурузный зародыш высушивают в барабанных или паровых конвейерных сушилках до влажности 2,0–4,0 %. Высушенный кукурузный зародыш имеет следующий состав [97], масс. % от массы СВ:

жир	53–57
белковые вещества (N ´ 6,25)	12–19
клетчатка	15–18
крахмал	8–10
минеральные вещества	0,7–1,2
водорастворимые вещества	2–3

Зародыш направляют на вальцовые станки для измельчения, далее подают в жаровню, а затем в прессы. Масло из этих прессов направляют на очистку.

Жмых, полученный при первом прессовании, содержит более 20 % масла. Его измельчают при помощи ножей, установленных на прессе, в ломальных шнеках и в дисковых дробилках, а затем на вальцовом станке. Измельченный жмых проходит гидротермическую обработку в жаровне перед шнековыми прессами второго прессования. После второго прессования жмых направляется на приготовление корма. Масло второго прессования объединяют с маслом первого прессования и подают на очистку (разд. 15.5). Крупную зеерную осыпь (частицы прессуемого материала, прошедшие через зеерные щели) задерживают на ситах сетчатых цедилок прессов, на вибрационных ситах или механизированных гущеловушках. Мелкую взвесь отделяют от масла с помощью осадительных центрифуг, после чего масло фильтруют на фильтр-прессах сначала в горячем виде, а затем еще раз после охлаждения. Качество сырого (нерафинированного) масла регламентируется стандартом (ГОСТ 8808–73). Для получения пищевого кукурузного масла сырое масло подвергают рафинации (разд. 15.5).

Использование побочных продуктов кукурузокрахмального производства [92, 93]

Состав побочных продуктов производства кукурузного крахмала и масла приведен в табл. 15.6.39.

Таблица 15.6.39

Характеристика отходов производства кукурузного крахмала и масла [92]

Продукт	Выход, масс. %	Содержание, масс. % от массы СВ продукта
		Крахмал	Белок	Жир	Клетчатка	Зола
Крупная мезга	5–7	10–12	7–10	3–6	40–50	0,4–0,8
Мелкая мезга	3–4	30–40	15–20	3–6	15–25	0,6–1,2
Глютен	8–10	15–25	60–70	5–10	2–4	1–1,8
Экстракт	5–7	0,5	35–50	1–3	—	15–23
Жмых	2,5–3	12–20	24–30	8–15	15–22	1,4–2,2
Пелева	1,0	10–18	12–15	8–16	15–22	0,6–1,2

Кукурузный экстракт, содержащий 7–9 % СВ, упаривают до концентрации 35–40 % и используют при производстве кормов, а также после концентрирования до 50 % в микробиологических производствах. Белковая суспензия, полученная на сепараторах и содержащая около 1 % СВ, подвергается разделению методом фильтрования на частично сгущенный глютен и хорошо осветленную глютеновую воду, используемую для технологических целей. Окончательное сгущение глютена ведут на центробежных сепараторах марки ПРП (до 12 % СВ) и далее на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах (до 64–72 % СВ). Глютен и другие побочные продукты производства кукурузного крахмала используют для получения кормов (рис. 15.6.38) [90].

Рис. 15.6.38. Технологическая схема производства сухих кукурузных кормов [92]

Источник