Технология производства картофельного крахмала

Центробежно-лопастное сито (ЦЛС) по своему устройству напоминает центробежный насос. Лопатки рабочего колеса заменены на сита-пластинки, вогнутые по направлению вращения. Под каждым ситом расположены: три маленькие камеры. Кашка поступает в ротор ЦЛС под давлением, которое развивается благодаря центробежной силе, и течет по ситам. Крахмальное молоко, процеживаясь сквозь сито, стекает в камеры, расположенные под ситами, а затем удаляется. Мезга перемещается по поверхности сит от центра аппарата и также выводится из нею. Для отмывания свободного крахмала кашка последовательно поступает сначала на барабанно-струйный, а затем на центробежно-лопастной ситовые аппараты и направляется на повторное измельчение (перетир), после чего ее вновь промывают на БСС и ЦЛС.

1.1.6 Рафинирование крахмальной суспензии

После выделения мезги на ситовых аппаратах или гидроциклонах крахмальная суспензия содержит некоторое количество мелкой мезги (4...8 %), водорастворимых веществ (0,1...0,5%) и сильно разбавленного картофельного сока. Поэтому ее подвергают рафинированию. Для этого используют центробежные сита, гидроциклоны или дуговые сита. Концентрация крахмальной суспензии, поступающей на рафинирование, должна быть 12...14%, а рафинированной суспензии — 7...9%.

Рафинирование крахмальной суспензии на центробежных ситах проводят в две ступени, затем образовавшуюся пену гасят на специальном устройстве, песок удаляют на гидроциклонах. Полученная таким образом сгущенная суспензия крахмала поступает в гидроциклоны для промывания и осаждения крах мала. Эту операцию проводят в три ступени, далее крахмал обезвоживают на вакуум-фильтрах и высушивают. Принцип действия гидроциклона прост.

Крахмальное молоко под давлением 0,15 МПа поступает в гидроциклон тангенциально по касательной по трубе 1, при этом поступательное движение продукта без ударов и завихрений преобразуется во вращательное, развивается большая центробежная сила под действием которой тяжелые частицы (крахмал) отбрасываются на внутреннюю поверхность конуса и сползают вниз, к дюзу сгущенного схода 3. Легкая фракция продукте (жидкий сход) вытесняется сгущенной фракцией, поднимается к дюзу жидкого схода 2 и выводится из него. Габаритные размеры микрогидроциклонов зависят от размеров частиц, разделяемой смеси. В картофеле-крахмальном производстве применяют микрогидроциклоны с внутренним диаметром цилиндрической части 20 мм, высотой конуса 92 мм и углом конуса около 12°. Диаметр входного круглого сопла 3,3 мм.

Производительность одного микрогидроциклона невелика, поэтому их объединяют в мультициклоны — батареи гидроциклонов, состоящих из большого количества параллельно работающих микрогидроциклонов.

Рафинирование крахмальной суспензии можно проводить также на дуговых ситах. Слабонапорное дуговое сито марки РЗ-ПРД состоит из ситовой поверхности 3, укрепленной на рамке, вставленной в корпус 1. Продукт под небольшим давлением через питатель 2 поступает сверху вниз на ситовую поверхность. Крахмальная суспензия проходит сквозь сито и собирается в корпусе 1, а мезга сползает в нижнюю часть ситовой поверхности и выводится из него. Процесс рафинирования крахмальной суспензии ведут в две ступени.

Мелкую мезгу промывают на ситах в три ступени. Чтобы получить крахмальное молоко достаточно высокой концентрации, на ситовой станции завода многократно используют разбавленное крахмальное молоко, а процесс ведут по принципу противотока.

Выход и коэффициент извлечения крахмала. Отношение полученного крахмала к массе переработанного сырья, выраженное в процентах, называют выходом картофельного крахмала. Выход крахмала зависит от его содержания в перерабатываемом сырье и потерь, образованных с мезгой и сточными водами. В среднем выход крахмала равен 15,7%, потери крахмала составляют 2,8 %. Отношение массы полученного крахмала к массе крахмала, содержащегося в переработанном сырье, выраженное в процентах, называется коэффициентом извлечения крахмала. Он составляет 82...88 %, по нему оценивают качество работы завода.

1.1.7 Качество сырого картофельного крахмала

Сырой картофельный крахмал в зависимости от содержания нем влаги подразделяется на две марки: марка А (содержание влаги 38...40 %) и марка Б (содержание влаги 50...52 %). Крахмал каждой марки делится на три сорта. Качество его должно соответствовать требованиям ОСТ 18-158 (табл. 1). Крахмал I и II сортов должен быть однородного белого цвета и иметь запах, свойственный крахмалу. Наличие постороннего запаха не допускается. Крахмал III сорта может быть сероватым, без прожилок и вкраплений, в нем допускается слабокислый, но не затхлый запах.

Из-за высокого содержания влаги сырой картофельный крахмал не может долго храниться, поэтому его перерабатывают в сухой крахмал, декстрин, модифицированные крахмалы, патоку, глюкозу и др. При необходимости сырой картофельный крахмал хранят в течение некоторого времени наливным способом или в складах, утрамбовывая и заливая водой. Наиболее надежный способ хранения — замораживание.

Таблица. 1. Показатели качества сырого картофельного крахмала

1.2 Получение сухого крахмала

Сухой крахмал — это готовая продукция крахмальных заводов, который хорошо хранится и транспортируется, не изменяя своих свойств. Равновесная влага сухого картофельного крахмала 20 %, кукурузного— 13%. Содержание влаги в сыром крахмале 52%, причем на долю свободной влаги приходится 12...15%, на долю сорбционно связанной— 35...38 %. Тепловая обработка крахмала при повышенной исходной влажности может привести к значительным изменениям его свойств: растрескиванию крахмальных зерен, частичной клейстеризации крахмала, потере блеска, снижению вязкости крахмального клейстера. Поэтому процесс сушки крахмала ведут в условиях, не допускающих его перегрева.

Принципиальная технологическая схема производства сухого крахмала состоит из следующих операций: подготовки суспензии крахмала к механическому удалению избыточной влаги; механического обезвоживания крахмала; сушки и отделки сухого крахмала (дробление, просеивание и упаковывание).

Подготовка суспензии крахмала к механическому удалению избыточной влаги. Сырой крахмал разводят водой и получают крахмальное молоко с содержанием 12...14 % сухих веществ, затем на ситах отделяют крупные механические примеси, которые могли попасть при транспортировании и погрузке. Далее суспензию обрабатывают на капроновых ситах для удаления мелкой мезги и на гидроциклонах для отделения песка. Очищенный крахмал в виде крахмальной суспензии концентрацией 36...38 % направляют в цех для получения сухого крахмала.

Механическое обезвоживание крахмала. Способствует экономии расхода теплоты на сушку и получению готового продукта высокого качества. Для этой цели используют фильтрующие горизонтальные непрерывно действующие центрифуги (ФГН) или вакуум-фильтры. После центрифугирования содержание влаги в картофельном должно быть 36...38 %.

Сушка крахмала. Крахмал сушат в сушилках различных систем, используя в качестве теплоносителя подогретый воздух. Наибольшее распространение получили пневматические сушильные установки ПС-15 (рис.3), в которых обеспечивается хороший контакт крахмала с теплоносителем. Так как процесс сушки протекает очень быстро, сушилки получили название сушилок мгновенного действия. Обезвоженный на центрифугах крахмал через смеситель-питатель 4 поступает в рыхлитель 3, где смешивается с горячим воздухом, предварительно очищенным в фильтре 1 и подогретым в калорифере 2. За счет вакуума, создаваемого вентилятором, крахмаловоздушная смесь поднимается в трубу 5, где происходит высушивание. Недосушенные комочки крахмала возвращаются в смеситель-питатель -/через карман 6. Высушенный крахмал осаждается в аэроциклонах 7 и через шлюзовые затворы 8 поступает в сборный шнек 9 и бурат 10, транспортирующий воздух очищается в скрубберах 11 и удаляется из сушилки. Отделка сухого крахмэлз Из сушилки крахмал выхолит температурой 55...60 °С и подается в специальный бурат-охладитель. Охлажденный крахмал поступает в бункер-смеситель, а затем в центробежный бурат для разрушения основной массы комочков крахмала, образовавшихся в процессе сушки. Далее крахмал просеивается в призматическом бурате и поступает на фасование. Сходы с буратов (неразрушенные комочки крахмала) направляют в мельницу для измельчения и последующего просеивания. Этот крахмал оценивается уже как крахмал II сорта. Полученный сухой картофельный и кукурузный крахмал должен отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.

рис.3. Схема пневматической сушильной установки ПС-15

1.3 Получение модифицированных крахмалов

Для различных отраслей промышленности кроме обычного сухого крахмала из картофеля и кукурузы выпускают крахмалы с измененными природными свойствами, так называемые модифицированные крахмалы. Такие крахмалы получают за счет физических, химических и биохимических воздействий на исходный крахмал. В процессе обработки нативный крахмал претерпевает следующие основные превращения: расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с сохранением или без сохранения зернистой структуры; увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп; перестройку структурных полисахаридных цепей, сопровождающуюся расщеплением полисахаридов крахмала; взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков; одновременную полимеризацию сахаридов из крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений, цепи которых состоят из разнородных звеньев (сополимеров). Если полимеризуются не мономеры, а крупные однородные участки их цепей (блоки), продуктом синтеза являются блок-сополимеры. Модифицированные крахмалы получают в результате одного, двух и более указанных превращений, которые могут протекать одновременно или последовательно.

По характеру изменений все модифицированные крахмалы условно делят на две группы: расщепленные и замещенные крахмалы (эфиры и сополимеры крахмала).

1.3.1 Расщепленные крахмалы

Эти крахмалы называют еще жидкокипящими, так как клейстеры таких крахмалов имеют низкую вязкость. Крахмалы этой группы получают путем расщепления полисахаридных цепей, воздействуя на крахмал кислотой, окислителями, амилазами, некоторыми солями и т. д. В результате указанных воздействий происходит хаотичное или направленное расщепление глюкозидных и других связей, уменьшается молекулярная масса, возникают внутренние и межмолекулярные связи, появляются новые карбонильные и карбоксильные группы. Может происходить частичное нарушение структуры зерен крахмала. Расщепленные крахмалы находят очень широкое применение. Например, крахмалы, модифицированные кислотой, отличаются высокой растворимостью, они образуют жидкий и прозрачный клейстер, способный при охлаждении давать прочный студень. Такой крахмал используют в полиграфии при проклейке бумаги для улучшения качества печати и увеличения ее прочности, в пищевой промышленности — для приготовления желейных конфет, восточных сладостей и других продуктов, а также в химических анализах в качестве индикатора.

Окисленные крахмалы.

Их получают путем воздействия на крахмал перманганатов, пероксидов, йодной кислоты и ее солей и других соединений. В результате взаимодействий с перечисленными соединениями происходит гидролитическое расщепление глюкозидных связей с образованием карбонильных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные, а затем в карбоксильные. Степень окисления зависит от условий проведения реакции и расхода реагента. Эти крахмалы также отличаются способностью давать жидкие клеистеры с высокой стабильностью при хранении. При окислении картофельного или кукурузного крахмала перманганатом калия в кислой среде получают крахмал, используемый в качестве заменителя агара или пектина в производстве кондитерских изделий, стабилизатора в производстве мороженого, продуктов молочной и пищеконцентратной промышленности. Его применяют также в текстильной промышленности. При использовании в качестве окислителя бромата калия, перманганата калия и гипохлорита кальция получают крахмал с невысокой степенью окисления. Такой крахмал используется в хлебопечении. Он улучшает физические свойства теста, повышает газоудерживающую способность, позволяет сократить время брожения опары, при этом качество хлеба улучшается: увеличивается объемный выход, улучшается структура пористости мякиша, замедляется процесс очерствения хлеба. Окисленные крахмалы находят также широкое применение в бумажной промышленности для проклейки бумаги, в прачечных — для подкрахмаливания белья, в строительной промышленности — для производства изоляционных материалов.

Набухающие крахмалы.

К группе набухающих относят модифицированные крахмалы, полученные при влаготермической обработке, которая вызывает частичное или полное разрушение структуры крахмальных зерен. В суспензию крахмала вводят химические реагенты (алюминиево-калиевые квасцы, соли фосфорной кислоты, метилцеллюлозу и другие реагенты в зависимости от назначения получаемых крахмалов), выдерживают в течение некоторого времени при определенной температуре и подают на вальцовые сушилки для клейстеризации и сушки. Крахмал сушат в тонком слое, затем пленки срезают с барабана, измельчают, просеивают и фасуют. Набухающие крахмалы широко используют для технических целей в нефтяной и газовой промышленности, в производстве бумаги, для брикетирования кормов. В пищевой промышленности их применяют для производства пудингов быстрого приготовления, безбелковых продуктов (хлеба, макарон), для стабилизации влаги кондитерских пен. В этом случае химические реагенты при их производстве не используются.

Экструзионные крахмалы и крахмалопродукты.