Технология производства патоки из кукурузы

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 21.09.2024

Крахмальная патока – это продукт неполной реакции гидролиза крахмала. Она представляет собой густую, вязкую, сладкую жидкость, имеющую светло-желтый цвет.

В состав сухих веществ патоки входят декстрины различной степени деполимеризации, а также редуцирующие сахары, а именно мальтоза и глюкоза.

Патоку, полученную из кукурузного либо картофельного крахмала, разделяют на три вида, различием которых является содержание редуцирующих сахаров.

Виды патоки:
• Карамельная низкоосахаренная патока —30—34 % редуцирующих сахаров.
• Карамельная высокоосахаренная патока —38—44 % редуцирующих сахаров.
• Глюкозная высокоосахаренная патока — 44—60 % редуцирующих сахаров.

Соотношением редуцирующих веществ и декстринов определяется вкус патоки, а также ее технологические свойства. Благодаря редуцирующим веществам продукты приобретают гигроскопичность и сладкий вкус. Засчет же декстринов патока имеет вязкую структуру и обладает антикристаллизационными свойствами, благодаря чему патока противодействует засахариванию кондитерских и черствению мучных изделий.

Получают мальтозную патоку из кукурузной муки, не выделяя предварительно из нее крахмал, следующим образом: кукурузная мука смешивается с водой, к полученной смеси добавляется неферментированный солод и смесь проходит процесс осахаривания при температуре 50—65 °С. После этого полученный в результате гидролизат фильтруется и очищается от примесей, сироп уваривается до плотности 1,4 и до содержания СВ 78%.

Мальтозная патока характеризуется светло-коричневым цветом и слегка солодовым запахом. В ней редуцирующих веществ содержится (при пересчете на мальтозу) не менее 65 % на СВ.

Рафинадная патока является одним из пищевых отходов рафинадного производства.

Рафинадная патока представляет собой густую, вязкую массу темно-коричневого цвета. Она имеет сладкий вкус с горько-солоноватым привкусом. Сухих веществ содержится не менее 73 %, сахарозы не менее 53 %.

Где используют патоку?

Крахмальная патока используется главным образом в кондитерской промышленности, мальтозная патока — для производства пряников и хлеба. Рафинадная патока применяется при выпечке ржаного хлеба (орловского, бородинского и др).

Ключевые слова: пшеница, ячмень, животные, фермент, технологический процесс, химический состав, питательные вещества.

В связи с переходом к интенсивным методам ведения животноводства и значительным повышением продуктивности сельскохозяйственных животных одной из важнейших проблем становится рациональное использование имеющихся в хозяйстве кормовых средств. Создание прочной кормовой базы — это не только увеличение производства и повышение качества кормов разных видов, но и применение современных высокоэффективных способов и средств их приготовления, способствующих высокой усвояемости животными содержащихся в кормах питательных веществ и обеспечивающих их рациональное использование.

Для оптимальной жизнедеятельности и образования молочной продукции необходимо постоянное поступление в организмы молочных коров питательных веществ. В соответствии с современными научными данными кормовые рационы для сельскохозяйственных животных должны балансироваться по 20–30 и более питательным и биологически активным веществам. Важное значение имеет рациональное использование концентрированных кормов. Доля концентрированных кормов составляет около 45‒50%, применение большего количество зернофуража нерационально. Основное назначение комбикормов — оптимизация рационов по энергии, питательным веществам, а также макро- и микроэлементам, витаминам (Фицев, 1986; Боярский, 2001; Кислякова, 2014).

Скармливание одной-двух зернофуражных культур в чистом виде не решает этой задачи, так как биологическая ценность отдельных видов зерна не удовлетворяет потребности животных во всех питательных веществах. Многочисленные исследования показывают, что скармливание зерновых кормов в чистом виде экономически невыгодно.

Цель наших исследований — изучить химический состав жидкой зерновой патоки, приготовленной из цельного зерна ячменя и пшеницы, выращенного в условиях Княгининского района Нижегородской области.

Методика исследований. Исследования проводились в ГБОУ ВО НГИЭУ. Материалом для изучения служило зерно ячменя и пшеницы, взятое из хозяйства Княгининского района Нижегородской области. Жидкую зерновую кормовую патоку готовили на установке, разработанной в университете, механизм установки основан на гидромеханическом разрушении зерна.

Для точности аналитической работы и характеристики питательности важно правильно отобрать образцы кормов, транспортировать и хранить их в соответствии с существующими ГОСТами. Пробы концентрированных кормов и зерновой патоки были взяты из однородной партии. Перед взятием патоки вся масса была тщательно перемешана, и порции брали с разной глубины ёмкости, также проведена органолептическая оценка. Оценка качественных характеристик исследуемых образцов проводилась в испытательном лабораторном центре Чувашской государственной сельскохозяйственной академии. В исследованиях применяли общепринятые и стандартные методы определения в зерне и готовой зерновой продукции содержания влаги и сухих веществ, сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира, сахара, крахмала (Методы биохимического анализа, 1997).

Статистическую обработку данных оценивали по t-критерию Стьюдента (Асатиани, 1965).

Результаты исследований. Повышение эффективности использования питательных свойств рациона — одна из важнейших проблем животноводства. Для её решения необходимо знать закономерности процессов питания, определяющие степень усвоения и использования питательных веществ рациона сельскохозяйственных животных.

Высокое качество зерновой патоки — одно из главных и существенных резервов снижения удельного веса концентратов и зерна в кормах, расходуемых на единицу продукции животноводства. В результате проведённых исследований установлено, что произошло изменение содержания питательных веществ.

При производстве зерновой патоки с использованием препарата МЭК-СХ-3, содержащего комплекс ферментов, установлено, что доля сухих веществ была ниже на 61,68 и 60,2 абс.% (табл. 1) в патоке из ячменного и пшеничного сырья соответственно. Поскольку приготовленная зерновая патока содержит большое количество влаги (60,3–73,58%, необходимо давать её животным сразу после приготовления, создавая запас не более чем на сутки, иначе корм портится и теряет свои питательные свойства.

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.

Эталон единицы силы электрического тока: Эталон – это средство измерения, обеспечивающее воспроизведение и хранение.

Крахмальная патока – продукт, получаемый из крахмала путем неполного гидролиза разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами.

Она представляет собой бесцветную или слегка желтоватую, очень вязкую жидкость сладкого вкуса. Сладость ее в 3-4 раза ниже сладости сахарозы.

В зависимости от глубины гидролиза патока может вырабатываться различной степени осахаривания с различным содержанием сахаров – глюкозы, мальтозы и декстринов. Патоку используют как антикристаллизатор при варке варенья, повидла, карамели, а также при выработке фруктовых соков, ликеров, хлебобулочных изделий и др.

Производственный процесс получения патоки состоит из ряда операций:

Блок-схема производства крахмальной патоки

Блок-схема производства крахмальной патоки

Крахмал, поступающий на гидролиз, должен быть достаточно чистым. Он должен содержать не более 0,2% растворимых веществ (в том числе не более 0,01% растворимого белка), не более 0,7% нерастворимого белка, не свыше 0,13% золы. Общее количество примесей не должно превышать 1,7–1,8%. Патоку производят преимущественно из кукурузного крахмала.

Полный оборот автоклава вместимостью около 5 м3 длится 18–20 мин: налив в барабан подкисленной воды, доведение ее до кипения и заваривание крахмала — от 6 до 8 мин; повышение давления (до 0,28– 0,32 МПа) – 3 мин, осахаривание – 3 мин, выдувание готового сиропа в нейтрализатор – 6 мин. Непрерывная схема осахаривания позволяет получать продукт стабильного качества, использовать АСУ ТП, управлять процессом с одного пульта.

Для достижения полного осахаривания используют ферменты. При осахаривании продукт направляют в испаритель, а затем в нейтрализатор, в котором сироп нейтрализуют раствором кальцинированной соды при интенсивном перемешивании.

Процесс нейтрализации проводится с целью прекращения гидролиза крахмала по достижении заданной степени осахаривания; переведения свободных минеральных кислот, недопустимых в пищевых продуктах, в безвредные соли.

Гидролизаты содержат от 0,9 до 2% взвешенных частиц, в основном белка. Нейтрализованный сироп из кукурузного крахмала содержит гидролизный жир, который удаляют жироотделителями (скиммерами).

Часть нерастворимых примесей гидролизатов составляет мезга. Для удаления примесей используют фильтрование и осаждение. После фильтрования из паточных сиропов получают фильтрат желтого цвета. Интенсивность окраски фильтрата зависит от чистоты крахмала, продуктов гидролиза белков, содержания минеральных веществ, органических и жирных кислот, фосфатов и др.

Для обесцвечивания паточного сиропа применяют очистку адсорбентами – активным углем. Процесс проводят в адсорберах при интенсивном перемешивании при температуре +65…70 °С в течение 20–30 мин. Очистка паточных сиропов ионообменными смолами позволяет получать продукт более высокого качества, более устойчивый при хранении и повторных нагревах.

После завершения адсорбции в течение 20–30 мин суспензию разделяют на нутч-фильтрах. Процесс адсорбционной очистки сиропов может также осуществляться по непрерывной схеме в колонных адсорберах.

С целью получения патоки густой сироп концентрируют в вакуум-выпарных аппаратах до массовой доли сухих веществ не менее 80%. Процесс проводят при температуре не выше +60 °С в течение 50– 60 мин.

Концентрирование сиропов от начальной концентрации 35-40% до конечной, равной 55-57%, проводят непрерывно в трехкорпусных выпарных аппаратах под вакуумом.

Патока на выходе из выпарного аппарата имеет температуру +60…62 °С. Для предотвращения повышения цветности патоки после уваривания ее немедленно удаляют из вакуум-аппарата и охлаждают до температуры +40…45 °С в теплообменниках с мешалкой и змеевиком.

Продолжительность охлаждения не более 1,5 ч. Охлажденная патока самотеком поступает в сборники, из которых ее выливают в бочки или цистерны или в специальные баки для хранения.

Читайте также: