Біотехнологія крохмаловмісної сировини

Розвиток промисловості переробки крохмалю – яскравий приклад застосування біотехнологічних методів для задоволення запиту промисловості та споживачів.

Основна продукція – сухий крохмаль, крохмальні патоки, кристалічна глюкоза, глюко-фруктозні сиропи. Спочатку здійснюєься виробництво сирого крохмалю з картоплі, кукурудзи чи зернових культур, а потім виробництво крохмалопродуктів шляхом модифікації.

Крохмаль, основний резервний полісахарид ростин, є сумішшю гомополімерів D-глюкози – лінійного амілози (1^.10² – 4^.10⁵ залишків, сполучених -1,4- зв’язками ) та розгалуженого ( короткі лінійні 17-23 глюкозні залишки -1,4-зв’язані ланцюжки, сполучені 1,6- та 1,3-зв’язками,що містять1^.10⁴ – 4^.10⁷ залишків глюкози). Ступінь розгалуження та співвідношення гомополімерів залежать від виду та віку ростини.

Залишки глюкози крохмалю розташовані в полімерних ланцюгах, утворюючи сітку, пропускаючи воду. Що надає крохмалю водорозчинності та здатності гідролізуватися .

Крохмаль застосовують для харчової промисловості, у спиртовиробництві, пивоварінні, гідролізуючись до низькомолекулярних компонентів , переважно, у фруктозу та етанол.

Переробки крохмалю здійснюється способами

• кислотної обробки (рН =2, t = 140-150 C,  = 5 хв) соляною чи щавелевою кислотою

• кислотно-ферментної обробки

• ферментативної переробки

Технологія крохмалю

Фізико-хімічний метод обробки сировини.

Основний процес – дифузія (екстракція).

Основні фізико-хімічні стадії:

Розрив клітин або розмягчення - вивільнення зерен крохмалю - вимивання крохмалю - рафінування крохмалю - розмивання крохмалю - виділення крохмалю

Картопляний крохмаль

Сезонне виробництво , середня потужність підприємств – 100 т/ добу сирої картоплі (  = 90 % )

Склад картоплі : крохмаль - 90%; білок- 5% ; клітковина –4 % ; попіл - до 2%

Технологічні стадії:

• Оробка та подрібнення картоплі

( k _{подрібнення} = m_{вільного} кр /m_{зв’язаного} кр ^. 100% на 100г кашки)

• освітлення диоксидом сірки (0,2%)

з утворенням крохмальної кашки (91- 93% кр )

• сепарація - центрифугування, промивка  клітинний сік

• 4-кратне ситування з утвореням крохмального молочка  мезга (< 3% кр)

• центрифугування, спеціальне ситування, промивка

з утворенням крохмального молочка (12 % с.р.)

• ситофільтраційне рафінування (0,5% с.р.) тонкий осад

• розмивання в батареї мікроциклонів (40 –100 шт d=20-30мм; l=92мм)

• центрифугуваня

з одержанням сирого крохмалю марки А з  = 40%; та марки В з  = 52%

• сушка з одержанням крохмалю з вологістю  = 20 %.

Кукурудзяний крохмаль

Річне виробництво, середня потужність підприємства 150т /добу сухої кукурудзи ( = 18%).

Склад кукурудзи : крохмаль – 40-69-72%; білок- 11-13% ; клітковина – до 2 % ; розчині вуглеводи – до 5%; жир- 6,5%; попіл - до 2%

Технологічні стадії:

• Оробка та замочування кукурудзи

(  = 36-56 год.; t = 48-50C;  = 40-46 %)

• освітлення диоксидом сірки (0,2%)

• ситування  кукурудзяний екстракт (7 % с.р.)

• 2-кратне дроблення зерна

• промивна фільтрація  вивільнення зародок  олія (55% жирності)

розмивання в батареї мікроциклонів (40 –100 шт d=150-200мм; l =616- 683мм)

з утворенням крохмального молочка (12 % с.р.)

• ситова фільтрація

з утворенням крохмальної суспензії

• сепарація  мезга

• центрифугуваня  білок глютен (кр < 10%)

• 2-кратна промивка, вакуум-фільтрація (t = 40 - 45C)

• сушка

з одержанням сирого крохмалю з  = 35%;

• сушка з одержанням крохмалю з вологістю  = 13 % ; до 1,7% домішок.

Модифіковані крохмалі

(С₆Н₁₀О₅)_{n +} n Н₂О n/2 С₁₂ Н₂₂ О₁₁ n С₆Н₁₂О₆ (n – m) С₆ Н₁₂ О₆ + m С₆ Н₁₂ О₆

_{кр. мальт. глю. глю. фр.}

Декстринизація

Модифікація крохмалю – одержання продуктів поверхневого часткового неповного та глибокого гідролізу крохмалю гідро тепловою, кислотною та ферментною обробкою з одержанням декстринів (розріджених та клейстерованих) та дикстрозних сиропів( мальтозна, глюкозна, карамельна патоки), крохмального цукру та кристалічної глюкози.

Декстрини – розщеплений крохмаль зі зміненими властивостями. Традиційні крохмальні декстрини – хімічно та ферментно гідролізовані желейні та набухаючі клеї змінюють консистенцію харчових продуктів. Використовують ся як наповнювачі для харчових продуктів (Голандська фірма - , в Україні - Дніпропетровськ)

Желейний крохмаль

Застосовується як стабілізатор морозива

• гідроліз картопляного крохмального молочка – 1% НСl (  = 30 хв; t = 35-40C;)

• з-х кратна промивка водою

• центрифугування

• пневмо сушка

Клейстерний крохмаль

Застосовується як загущувач для клеїв, бібліотечних паст тощо. Одержують з кукурудзи, тапіока. Картоплі залежно від призначення та властивостей клейстера.

• гідроліз кукурудзяної крохмальної суспензії з 1% антисептика капатину 1% розсином алюмокалієвих квасців

• сушка парова вальцева барабанна

• подрібнення сухої плівки

• просів

• (загущення водою до консистенції пасти)

Для виробництва клейстеру застосовують ферменти , що розщеплюють крохмаль при t = 65,6-71,1C без надмірного зацукрювання двома пособами з подальшою інактивацією ферменту:

• розрідження всією кількістю бактеріального ферменту при t = 65,6 C

• порційне додавання протягом всього часу розрідження гриним амілазним ферментом при t = 65,6-71,1C