Технологія виробництва крохмалю з різної сировини
Виробництво картопляного крохмалю. Хімічний склад картоплі неоднаковий і змінюється в залежності від ґрунту і кліматичних умов, добрив, зрілості картоплі та умов оброблення. Вміст сухих речовин в картоплі може коливатися в межах 14 – 36%, а крохмалю – 12 – 30%.
В процесі отримання крохмалю з картоплі головна задача полягає у якнайбільшому руйнуванні оболонки клітин картоплі та у подальшому очищенні звільнених крохмальних зерен від розчинних і нерозчинних не крохмалистих частин. Весь процес виробництва складається головним чином з механічних операцій і базується на двох властивостях зерен крохмалю: нерозчинності їх в холодній і малих розмірах при порівняно великій густині.
Технологічний процес виробництва картопляного крохмалю складається з наступних стадій:
- підготовка картоплі до перероблення;
- зважування картоплі;
- подрібнення картоплі на терках;
- виділення з картопляної кашки клітинного соку;
- відокремлення і промивання грубої мезги;
- згущення крохмальної суспензії з метою виділення сокової води (сильно розбавленого клітинного соку;
- рафінування крохмальної суспензії (відокремлення і промивання дрібної мезги та піску);
- промивання крохмалю (очищення від залишку сокової води й тонких волокон мезги);
- зневоднення крохмалю;
- сушіння крохмалю;
- просіювання і магнітна сепарація крохмалю;
- пакування сухого крохмалю.
Виробництво кукурудзяного крохмалю. Сировиною для виробництва кукурудзяного крохмалю є зерна кукурудзи (рис.14). Під оболонкою зерна розміщений ендосперм – крохмалисте тіло з товстостінними білковими клітинами, заповненими крохмалем. У кукурудзяному зерні на частку оболонки припадає 6 – 8%, зародка – 8 – 12%, ендосперму – 80 – 85% до сухої речовини.
Хімічний склад зерна залежить від грунтово – кліматичних умов вирощування, сорту і підвиду кукурудзи, терміну вирощування і збирання.
Рис.14 Структура кукурудзяного зерна:
1 – ендосперм; 2 – алейроновий шар; 3 – оболонка; 4 – зародок; 5 - чохлик
Середній хімічний склад дозрілої кукурудзи, % на суху речовину, наведено нижче:
- крохмаль (68,0 – 74,0);
- сирий білок (9,0 – 12,0);
- жир (4,0 – 6,5);
- загальні цукри (2,0 – 3,0);
- клітковина (2,0 – 3,0);
- пентозани (4,0 – 6,0);
- зола (1,0 – 2,0);
- інші речовини (2,5 – 3,5).
Хімічні речовини в зерні розподілені нерівномірно: приміром крохмаль становить в ендоспермі 80% його загальної кількості, решта міститься в оболонці й чохлику. У зародку крохмалю нема, зате міститься основна кількість жиру (78 – 90%). Решта жиру наявна в оболонці і чохлику.
Клітковина і пектинові речовини містяться в оболонці (близько 50%), в зародку (30%) і в ендоспермі (20%). В процесі перероблення зерна клітковина виділяється із зародком та грубою мезгою.
Пентозани частково розчинні й виділяються з екстрактом, а нерозчинні – із зародком, грубою і дрібною мезгою. В оболонці їх міститься близько 43%, у зародку – 20%, в ендоспермі – 37%.
Розчинних вуглеводів в ендоспермі 60 – 65%, а в зародку – 35 – 40%. Вони представлені в основному глюкозою і мальтозою і під час перероблення виділяються з екстрактом.
Для промислової переробки становлять інтерес воскоподібні сорти кукурудзи, крохмаль яких близький за властивостями до картопляного.
Зволоживши кукурудзяне зерно, його можна розділити на складові. Ця властивість покладена в основу технології переробки зерна кукурудзи на крохмаль.
Метою процесу виробництва сирого кукурудзяного крохмалю є максимальне вилучення даного полісахариду з зерна в максимально чистому вигляді і з мінімальними змінами його природних властивостей, проведення ефективного розділення і підготовки до переробки інших цінних складових частин зерна.
Ця мета досягається шляхом використання наступних методів в процесі перероблення кукурудзяного зерна:
– хімічного, фізичного і біологічного з метою розм’якшення зерна в процесі замочування для полегшення подальшого розділення його на компоненти;
– багатоступінчастого мокрого подрібнення зерна із збереженням цілого зародку, мінімальним руйнуванням оболонок зерна і максимальним вивільненням із клітин зерен крохмалю;
– виділення і промивання зародку і оболонок мокрим ситуванням; розділення різних за густиною і розміром частинок білка і зерен крохмалю під дією відцентрових сил за допомогою швидкісних сепараторів.
В процесі виробництва кукурудзяного крохмалю протікають різні мікробіологічні процеси. В одному випадку, при замочуванні зерна, направлене молочнокисле бродіння не лише не заважає, а й допомагає виробництву; в іншому, наприклад при подрібненні зерна, ситуванні і розділенні крохмалю і білка, розвиток мікрофлори ускладнює роботу, і негативно впливає на якість кінцевого продукту.
Технологічний процес виробництва кукурудзяного крохмалю включає наступні стадії:
– замочування зерна в теплому розчині сірчистої кислоти (Н2SО3) з метою розм’якшення зерна і вилучення з нього основної частини розчинних речовин;
– подрібнення замоченого зерна з метою виділення зародку;
– виділення і промивання зародку;
– тонке мокре подрібнення зернової кашки з метою вивільнення зв’язаних зерен крохмалю, що утримуються в клітинах ендосперму;
– виділення з крохмальної суспензії частинок оболонок зерна і стінок клітин ендосперму; відділення від них вільного крохмалю промиванням і мокрим ситуванням;
– розділення крохмально-білкової суспензії з метою виділення білкових речовин;
– промивання крохмалю для очищення його від залишку розчинених в основному азотистих сполук.
Виробництво пшеничного крохмалю. На сьогодні найбільшого розповсюдження отримали два способи виробництва пшеничного крохмалю: спосіб Мартена («солодкий» спосіб) і в США спосіб «збитого тіста».
За способом Мартена сировину – пшеничне сортове борошно, яке містить не менше 25% сирої клейковини, спочатку просіюють, а потім в безперервно діючій тістозмішувальній машині змішують з водою температурою 20±20С в співвідношенні 1 : 0,6 або 1 : 0,7. Для більш рівномірного розподілу вологи тісто направляють на відлежування, після чого його подають в машину для відмивання крохмалю. Для відмивання крохмалю використовують апарати періодичної або безперервної дії.
Найбільш простим є апарат у вигляді шестигранного або круглого ситового барабану на 1/3 зануреного в корито з водою температурою 20±20С. Всередині круглого барабану по осі розміщені планки для захвату тіста. Стінки барабана покриті мідним пробивним ситом з отворами діаметром 2мм. Після обертання барабану у воді протягом 15 – 20хв. отриману в кориті крохмальну суспензію спускають в збірник, а корито наповнюють свіжою водою, для повторного промивання клейковини, що залишилася на ситі всередині барабану. Після другого промивання протягом 15 – 20хв. основна частина крохмалю відмита. Третє промивання проводять як контрольне і суспензію після нього, як правило не спускають, а використовують для промивання нової порції тіста.
Відмита клейковина відбирається через люк в ситовому промивному барабані і подається на транспортний механізм, який направляє її в сушильний апарат, наприклад вальцьову сушарку. Температура клейковини під час сушіння не повинна перевищувати 650С. Більш досконалим способом сушіння є використання пневматичної сушарки особливої конструкції (так званий ультра ротор). В такій сушарці сира клейковина, протиснута через сито, змішується з частиною висушеної клейковини, що рециркулюється. Потім суміш тонко подрібнюється в апараті, що обігрівається гарячим повітрям, подається вентилятором вверх і розділяється на аероциклонах, а відпрацьоване повітря очищується на фільтрах з тканини. Висушена таким способом клейковина при змішуванні з водою майже відновлює властивості, які вона мала до сушіння.
Спосіб «збитого тіста». Американські спеціалісти запропонували безперервний метод отримання пшеничного крохмалю і клейковини шляхом приготування перед відмиванням більш рідкого еластичного тіста. В залежності від якості борошна його змішують з водою температурою 48 – 550С у співвідношенні від 0,7 : 1 до 1,8 : 1(борошно з м’якої пшениці потребує меншої кількості води). Змішування проводять до отримання гладкого еластичного збитого тіста, яке подається на «ріжучий» насос (типу дезінтегратора), куди додатково подають воду в такій кількості, щоб загальне співвідношення води і тіста було доведено до 3 : 1. При інтенсивному перемішуванні крохмаль добре відділяється від клейковини, яка подрібнюється з утворенням дрібних пластівців. Пластівці відділяють від крохмальної суспензії на віброситах і двічі додатково промивають. Відділену клейковину висушують, а крохмальну суспензію обробляють за звичайною схемою і також висушують. Цей метод передбачає повну механізацію і безперервність виробництва.
Виробництво рисового крохмалю. Виробництво крохмалю з рису ускладнює жорстка структура білкових речовин, які утворюють з крохмальними зернами щільні асоціати. Тому для розділення крохмалю і білка необхідна хімічна обробка. Для отримання рисового крохмалю ефективно використовується метод лужного замочування. Сировиною слугує обрушений рис. Він очищується на ситах для вилучення домішок. В чан завантажують рис і заливають 0,3 – 0,5% – вим розчином NаОН, який покриває зерна приблизно на 1м. за допомогою насоса здійснюється циркуляція лужного розчину в чан знизу вверх протягом 10 годин. Потім рідину вилучають з чана и подають для відділення білкових речовин. Процес обробки повторюють декілька разів до тих пір, доки зерно не стане м'яким. Для прискорення замочування воду нагрівають в залежності від якості зерна до температури 40 – 500С.
Розм’якшене зерно подрібнюють на зернодробарці або дезінтеграторі з одночасною подачею NаОН. Суспензію направляють в збірник з мішалкою і, додаючи розбавлений розчин NаОН, встановлюють рН 10. Потім суспензію подають на ситові апарати з капроновою сіткою для відділення надситового продукту, який направляється на повторне подрібнення з метою зменшення втрат крохмалю.
Вторинне подрібнення проводиться в такому ж режимі як і перше. Далі знову обробка на ситах з промиванням надситового продукту. Для зменшення витрат води промивання здійснюють методом протитоку. Надситовий продукт, що утворюється на останній стадії промивання, зневоднюють на пресах до вологості 35 – 45%, подають на висушування і використовують як корм.
Крохмальну суспензію з сит обробляють на центрифугах для відділення крохмалю з високим вмістом білка, він направляється на повторне оброблення. Крохмаль вивантажують з центрифуги, промивають, зневоднюють на вакуум-фільтрі, висушують у пневматичні сушарці, просіюють і пакують. Воду після замочування, зневоднення і центрифугування нейтралізують кислотою до ізоелектричної точки білка (рН6,4), білок осаджують і направляють на центрифугування або фільтрування. Висушений білковий концентрат використовують як корм. Вихід крохмалю складає 75 – 80% його вмісту в зерні.