Технологическая схема производства патоки кислотным способом

Технология крахмальной патоки

Лекция 19

Крахмальная патока – это продукт неполного гидролиза крахмала разбав-ленными 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 степе-ни гидролиза крахмала патока содержит различное количество глюкозы, маль-тозы и декстринов. В этом заключается специфичность ее использования в качестве дополнительного сырья при получении отдельных видов пищевой про-дукции. 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 выраба-тывают 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 выражен-ная в глюкозных единицах, эта величина отражает суммарное содержание всех сахаров в сухом веществе патоки. Содержание редуцирующих веществ, выра-женное в процентах от сухого вещества, в карамельной патоке находится в пре-делах 38÷44, в низкоосахаренной – 30÷34, в глюкозной – 44÷60. При повышен-ном содержании редуцирующих веществ патока теряет антикристаллизационные свойства. Поэтому глюкозная высокоосахаренная патока применяется как саха-ристое вещество при производстве варенья, фруктовых консервов, хлебобулоч-ных 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 отри-цательно 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. Про-цесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крах-мального 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 разры-ваются. 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 конвер-торе осуществляется периодиче­ским способом, неизбежны колебания содержа-ния 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 обра-зуются 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 специфич-ности 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 дос-тигать 98%, что значительно повышает выход кристаллического про­дукта в производстве глюкозы.

Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала проводят для устране-ния недостат­ков кислотного разжижения. Суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8¸2,5 и подают в непрерывно действующий осаха-риватель, 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-ами-лазы. 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 осахари-вания 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, опти-мальном для действия фермента, до необходимого глюкозно­го эквивалента. Фермент инактивируют нагреванием продукта при 80°С в течение 20 мин.

Ферментативный гидролиз крахмала. При использовании ферментатив-ного разжи­жения крахмала в 30¸35%-ную суспензию крахмала вводят раствор кальцинированной со­ды до рН 6,0¸6,5, раствор бактериальной a-амилазы (фер-ментного 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, опти-маль­ных для ее действия, до достижения требуемого глюкозного эквивалента.

Кислотно-ферментативный и ферментативный гидролиз крахмала исполь-зуют при производстве низкоосахаренной (с содержанием редуцирующих ве-ществ 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 коли-честве 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, что-бы 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 неп-рерывным способом. Конструкция аппарата должна обеспечивать быстрое смешивание соды с кисло­той и улавливание капель сиропа из отходящих паров.

Подготовка сиропов к фильтрованию. Промышленные гидролизаты па-точного 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, некото-рую часть примесей предварительно выде­ляют путем отстаивания сиропов в спе-циальных отстойниках-скиммерах или обработкой их на тарельчатых сепара-торах 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, спо- соба 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 кислот-ность патоки, некоторые минеральные вещества, растворимые бел­ки, органичес-кие кислоты и другие вещества.

Цель очистки паточного сиропа адсорбентами — полное его обесцвечи-вание, устране­ние запаха и удаление примесей. В качестве адсорбентов на паточ-ных 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 активирован-ный уголь используют в виде водной суспензии 25%-ной концен­трации. Ее вво-дят непосредственно в сироп, температура которого составляет 65¸70°С, и пос-тоянно 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 крахмалопа-точной 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 много-корпусных выпарных аппара­тах под разрежением. На паточных заводах работают вакуум-выпарные аппараты различных конструкций, но наиболь-шее распространение получили вертикальные выпар­ные аппараты, как пра-вило, 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 кон-центрацией 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).

Охлаждениепатоки. 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.

Источник

Технологические схемы производства крахмальной патоки

Патока используется как антикристаллизатор при получении карамели. Она применяется при варке варенья, фруктовых сиропов, повидла, для загущения ликеров, при производстве некоторых сортов пива, для подслащивания напитков и улучшения качества хлебобулочных изделий.

Патоку с содержанием редуцирующих веществ ниже 32 и выше 70% не вырабатывают. В первом случае она мутнеет из-за выпадения декстринов, а во втором — начинает выкристаллизовываться глюкоза.

Производство патоки в Советском Союзе осуществляется по трем основным схемам. Первая, наиболее старая технологическая схема (рис. 1), применяемая при переработке картофельного крахмала, характерна осахариванием в деревянном аппарате при атмосферном давлении с применением в качестве катализатора серной кислоты. Гидролиз крахмала здесь совмещают со сгущением гидролизата до концентрации 55—57°С_А в связи с тем, что в дальнейшем использование для этой цели многоступенчатой выпарки невозможно вследствие выпадения осадка сульфата кальция на теплообменных поверхностях аппаратов. Нейтрализация гидролизата по этой схеме осуществляется мелом. Фильтрация сиропа производится на фильтр-прессах, а адсорбционная очистка — с помощью костеугольных адсорберов. По этой схеме в основном работают лишь паточные заводы небольшой мощности.

Все крупные картофелепаточные заводы переведены на вторую, более прогрессивную схему производства (рис. 2). Особенности этой схемы следующие: гидролиз крахмала в автоклавах (конверторах) или непрерывных осахаривателях с применением в качестве катализатора соляной кислоты; нейтрализация сиропа содой; фильтрация сиропа на камерных фильтр-прессах с применением вспомогательных фильтрующих порошков; адсорбционная очистка жидких и густых сиропов на костеугольных адсорберах; уваривание жидких сиропов до густых в многоступенчатых выпарках.

Рис. 1. Технологическая схема производства патоки на серной кислоте.

Рис. 2. Технологическая схема производства патоки на соляной кислоте.

Достоинства второй схемы: быстрое проведение гидролиза крахмала малым количеством соляной кислоты, снижение расхода пара (в 2—3 раза) за счет выпаривания большей части воды из сиропа на многоступенчатой выпарке; более низкие потери сиропа с фильтрационным осадком. При выработке по этой схеме патока получается лучшего качества с пониженной цветностью.

Важнейшими стадиями технологического процесса производства патоки являются подготовка крахмала к переработке, гидролиз крахмала, Нейтрализация гидролизата, фильтрация сиропов, обесцвечивание фильтрованных сиропов, концентрирование жидких сиропов, уваривание очищенных густых сиропов до патоки, охлаждение патоки.

Источник