Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология крахмала, крахмалопродуктов и глюкозно-фруктозных сиропов. Учебное пособие
.pdf
101
Разность температур греющего пара и кипения сиропа по
ступеням выпарной установки создается за счет барометрического
конденсатора, в котором вследствие конденсации вторичных паров
создается разрежение. При величине разрежения на третьей ступени 0,070 - 0,075 МПа температура кипения сиропа составляет около 68 оС. Температура кипения сиропа на первой ступени 100, на
второй – 86,0 оС. За счѐт пониженного температурного режима выпаривания снижается интенсивность термического разложения
глюкозы и нарастание цветности густого сиропа.
Для сгущения сиропов используются выпарные аппараты с
внутренней циркуляционной трубой (тип ВВ, поверхность нагревания от 25 до 150 м2) и с выносной поверхностью нагревания
(тип А, поверхность теплообмена от 25 до 500 м2). Принимая во
внимание величину рН сиропа (4,6 - 4,8), аппараты изготовляются из нержавеющей стали.
Густой сироп после выпаривания обрабатывается адсорбентом для снижения цветности, фильтруется и направляется в
вакуум-аппараты для окончательного сгущения до нормативного
содержания сухих веществ патоки (78 % мас. СВ). Сироп уваривается при пониженной температуре кипения 60 - 62 оС за счѐт
разрежения в вакуум-аппаратах (0,08 МПа). Продолжительность
уваривания сиропа составляет 50 - 55 мин. Для уменьшения пенообразования в увариваемую массу вводится пеногаситель.
В процессе уваривания с помощью рефрактометра контролируется содержание сухих веществ продукта в вакуумаппаратах. При достижении СВ на 0,5 % меньше требуемого по
стандарту для вырабатываемой патоки прекращается подача в
аппарат греющего пара, перекрывается вентиль паропровода к
барометрическому конденсатору. В аппарате с помощью воздушного вентиля повышается давление до уровня атмосферного и
производится спуск горячей патоки. Для уменьшения термического разложения глюкозы спуск патоки должен быть непродолжительным – не более 6 - 8 мин.
102
5.10. Охлаждение патоки, хранение
Для сохранения нормативной цветности готовой патоки после еѐ уваривания сразу следует охлаждение в течение 40 - 50 мин
до температуры 40 оС. Для этого используются холодильники с
развитой поверхностью теплообмена в виде нескольких кольцевых
трубчатых змеевиков. Холодильник представляет цилиндрическую
емкость с коническим днищем, оснащенную перемешивающим
устройством в виде пропеллера (150 - 180 мин-1). На каждый вакуум-аппарат устанавливаются два холодильника с одинаковой вместимостью, равной объему сваренной патоки. Горячая патока перед поступлением в холодильник проходит через капроновую сетку для улавливания механических примесей.
Охлаждающая вода подается отдельно в каждый змеевик и
выводится в свою воронку. Норма поверхности теплообмена холодильника 5,5 - 6,5 м2 на 1 т патоки. Цикл работы холодильника
включает три операции – заполнение патоки, охлаждение, спуск.
Продолжительность цикла охлаждения соответствует полному
обороту вакуум-аппарата. Обычно холодильник устанавливается
на весах для взвешивания патоки после еѐ охлаждения.
Охлаждѐнная патока выводится в наружные резервуары для
хранения или заливается в цистерны для отправления потребителям.
Резервуары патоки для снижения вероятности микробиологического загрязнения и уменьшения солнечной радиации окрашиваются двумя слоями белой масляной краски (внутри и снаружи). Вместимость резервуаров 1,5 - 2,0 тыс. т патоки. Для облегчения перекачивания патоки резервуары оборудуются трубчатыми системами для нагревания до 45 оС.
Для потребителей патока разливается в бочки вместимостью 250 - 300 кг. Бочки металлические или деревянные – лучше
всего из осины. Металлические бочки внутри окрашиваются специальным пищевым лаком.
103
Глава 6. ПОЛУЧЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ
6.1. Получение кристаллической гидратной глюкозы
Глюкоза в промышленных масштабах вырабатывается из
кукурузного и картофельного крахмала и в зависимости от назначения подразделяется на следующие виды: глюкоза кристаллическая, медицинская, пищевая кусковая, брикетированная и порошкообразная, техническая. Отдельным пищевым продуктом являются глюкозно-фруктозные сиропы.
Кристаллическая гидратная глюкоза вырабатывается путем
глубокого гидролиза крахмала с последующим комплексом операций очистки сиропа, сгущения, уваривания, двухступенчатой
кристаллизации. Глюкоза используется в медицине и пищевой
промышленности. Используется как эффективный энергетический препарат для восстановления сил раненых, больных, выздоравливающих. Непосредственно в медицине применяется чистая
перекристаллизованная гидратная глюкоза.
Глюкоза не изменяет цвета, аромата и вкуса фруктов, поэтому широко применяется в производстве консервированных
фруктов, мороженого, алкогольных и безалкогольных напитков.
Используется в кондитерской промышленности для выработки
особых сортов мягких конфет, шоколада, тортов, в хлебопечении
повышает качество и расширяет ассортимент хлебобулочных изделий.
Пищевая глюкоза используется в производстве пищевых
продуктов как заменитель белого сахара, в хлебопечении, в производстве фруктового мороженого, восточных сладостей, алкогольных напитков.
Техническая глюкоза используется в производстве кожи,
искусственного волокна, в качестве компонента питательных
сред в микробиологической и медицинской промышленности.
Технологические операции получения кристаллической
гидратной глюкозы подразделяются на две стадии: на первой
осуществляется глубокий гидролиз крахмала, получение сиропа,
его очистка и сгущение; на второй – получение кристаллов глюкозы.
104
Основные операции первой стадии – рисунок:
- подготовка крахмальной суспензии;
- глубокий гидролиз крахмала и нейтрализация гидролизата;
- очистка, обесцвечивание, фильтрование;
- сгущение глюкозного сиропа, уваривание и охлаждение.
Операции второй стадии:
- кристаллизация (получение утфеля I);
- центрифугирование утфеля;
- сушка, охлаждение, рассев кристаллической глюкозы;
- переработка оттеков, получение утфеля II;
- получение желтого сахара II, растворение, очистка сиропа.
6.1.1. Подготовка крахмала и его гидролиз
Для выработки глюкозы используется обычно кукурузный
крахмал высокого качества с минимальным содержанием примесей: белковых веществ не более 0,45 - 0,50 %, растворимых веществ – 0,15 %, экстрагируемого жира – 0,10 %, золы – 0,15 %.
При повышенном содержании в крахмале примесей в процессе
гидролиза протекают реакции их термического разложения, появляются растворимые аминокислоты, дополнительные красящие
вещества, увеличивается содержание продуктов реверсии глюкозы, что снижает выход и качество конечной продукции.
Подготовка крахмала заключается в дополнительной очист-
ке его суспензии на центробежных сепараторах – отделяются жиробелковые примеси, и в промывании на вакуум-фильтрах – удаляются растворимые вещества, снижается кислотность.
Гидролиз крахмала проводится в конверторах или в осахаривателях непрерывного действия. Обычно в качестве катализатора используется соляная кислота, имеющая высокую активность. Для обеспечения более глубокого гидролиза концентрация
крахмала в исходной суспензии составляет 22 - 25 %.
105
Рисунок. Технологическая схема производства кристаллической
глюкозы с дополнительным кислотным осахариванием зеленой патоки
106
Режим гидролиза крахмала в конверторах:
- расход соляной кислоты 0,5 - 0,6 % к массе сухих веществ
крахмала;
- максимальная температура гидролиза 140 - 147 оС при
давлении греющего пара 0,32 - 0,55 МПа;
- продолжительность гидролиза 25 - 15 мин.
Оперативный контроль степени осахаривания крахмала вы-
полняется по спиртовой пробе. Для этого используется 96 % об.
этиловый спирт, к которому добавляется несколько капель фильтрованного гидролизата из конвертора. При недостаточной глубине
осахаривания крахмала в растворе образуется муть.
Количественное определение степени осахаривания выпол-
няется аналитическим методом по содержанию в гидролизате редуцирующих веществ (метод Лейна и Эйнона).
Полный цикл гидролиза в конверторе включает следующие
операции:
- заливка подкисленной крахмальной суспензии и предва-
рительное заваривание 6 - 8 мин;
- повышение температуры до начала гидролиза 5 - 6 мин;
- осахаривание крахмала до исчезновения мути по спирто-
вой пробе гидролизата 6 - 7 мин;
- гидролиз крахмала до необходимой концентрации РВ в гид-
ролизате при нормативной температуре около 145 оС 15 -18 мин;
- спуск горячего гидролизата в нейтрализатор 4 - 6 мин.
Продолжительность полного цикла работы конвертора 36 -
45 мин.
Максимальная доброкачественность полученного в конвер-
торе гидролизата 90 - 91 %.
Более высокие стабильные качественные показатели гидролизата можно получить при гидролизе крахмала в осахаривателях
непрерывного действия. За счет автоматизированного регулирования продолжительности осахаривания от 5 до 30 мин в зоне
высокой температуры 142 - 146 оС (давление греющего пара 0,5 0,6 МПа) обеспечивается заданная глубина гидролиза крахмала
при минимальном протекании побочных реакций реверсии и разложения глюкозы.
107
Горячий гидролизат после осахаривателя поступает в предварительный нейтрализатор, затем в испаритель для снижения
температуры до 90 оС и в окончательный аппарат нейтрализации.
Осахариватель работает в режиме автоматического контроля температуры и давления процесса гидролиза крахмала, а также
температуры и рН сиропа после нейтрализатора.
6.1.2. Нейтрализация гидролизата и его очистка
Нейтрализация гидролизата выполняется для прекращения
процесса гидролиза крахмала, а также с целью обеспечения оптимальных условий коагуляции азотистых веществ и различных
солей, снижения до минимума образования продуктов реверсии
глюкозы и ее кислотного разложения. Этим условиям отвечает
величина рН сиропа после нейтрализации 4,7 - 5,0.
В кислый гидролизат, содержащий свободную соляную кислоту, вводится расчетное количество раствора соды с концентрацией 16 %. Необходимая степень нейтрализации контролируется по цветной реакции с индикатором бромтимоловый синий.
При гидролизе крахмала в конверторе нейтрализация осуществляется в нейтрализаторе периодического действия, если
гидролиз в осахаривателе – в нейтрализаторе непрерывного действия.
Очистка сиропа выполняется с целью отделения различных
примесей – взвешенных частиц в виде жиробелкового коагулята,
фрагментов клетчатки, остатка мельчайшей мезги и др. Для этого
используются центробежные сепараторы с выводом двух компонентов – осветленного сиропа и жиробелкового концентрата.
Фильтрование сиропа выполняется с целью повышения его
Дб, полного удаления взвешенных примесей, что обеспечивает
увеличение выхода глюкозы и достижение ее высокого качества.
Фильтруется сироп на аналогичных фильтрах, что и в производстве крахмальной патоки.
Для повышения качества фильтрата используются наполнитель – диатомит (0,8 - 0,9 % к массе сухих веществ крахмала) в
режиме предварительного намывания на фильтровальную ткань.
108
Красящие вещества из сиропа выводятся за счет адсорбции
активным углем в две стадии – из жидкого и сгущенного после
выпарной установки. Адсорбция проводится при 70 - 75 оС в течение 25 - 30 мин при оптимальном значении рН. Расход активного угля составляет 1,0 - 1,3 % к массе сухих веществ сиропа, из
них 20 % используется для обесцвечивания жидкого сиропа,
80 % – для обработки сгущенного сиропа после выпаривания.
Для обеспечения полной прозрачности (при полном отсутствии опалесценции) проводится контрольное фильтрование
сгущенного сиропа через слой диатомита при минимальном перепаде давления 0,05 МПа.
6.1.3. Выпаривание очищенного сиропа и его сгущение
Для снижения интенсивности образования красящих веществ при минимальном разложении глюкозы и органических
соединений очищенный жидкий сироп выпаривается при пониженном температурном режиме на трехступенчатой выпарной
установке. За счет разрежения температура кипения сиропа по
ступеням от 1-й к 3-й снижается от 90 - 95 до 67 оС. Жидкий си-
роп имеет СВ 23 - 25, сгущенный – 55 - 57 % мас.
Сироп после выпарной установки подвергается обесцвечиванию, двукратному фильтрованию, для снижения разложения
глюкозы при уваривании подкисляется соляной кислотой до
рН 4,2 - 4,3 и направляется на вакуум-аппараты для окончательного уваривания. Уваривание густого сиропа проводится под
разрежением 0,092 МПа при температуре 60 - 65 оС до содержания сухих веществ 74 - 76 % мас.
Уваренный сироп при спуске из вакуум-аппаратов проходит
через капроновую сетку и поступает в трубчатый холодильник,
где охлаждается до 48 оС. Для обеспечения непрерывного поступления уваренного сиропа на станцию кристаллизации каждый
вакуум-аппарат имеет два холодильника с соответствующей вместимостью.
При проведении непрерывной кристаллизации глюкозы уваренный сироп охлаждается в автоматизированных холодильных
установках непрерывного действия.
109
6.1.4. Теоретические основы кристаллизации глюкозы
Кристаллизация глюкозы – завершающая операция при вы-
работке товарного кристаллического продукта.
Важными характеристиками глюкозы являются ее раство-
римость и возможность образования пересыщенных растворов,
так как рост кристаллов возможен только в таких растворах.
Гетерогенная система, в которой при определенных условиях достигнуто равновесие между жидкой и твердой фазой, называется стабильной, а жидкая фаза в ней представляет собой насыщенный раствор. Концентрация глюкозы в насыщенном растворе
при заданных определенных условиях называется растворимостью. С повышением температуры растворимость глюкозы заметно увеличивается – при 20 оС – 0,916 кг /кг воды (47,7 % мас.), при
50 оС – 2,438 кг/кг воды (70,9 % мас.), при 90 оС – 5,528 кг/кг воды
(84,6 % мас.). При температуре от 0,5 оС до 50 оС (содержание сухих веществ не более 67,5 % мас.) в водном растворе глюкоза находится в виде моногидрата С6Н12О6•Н2О, формирующиеся в этих
условиях кристаллы относятся к моноклинной системе. Кристаллы глюкозы, растущие при температуре выше 50 оС (ангидридная
форма С6Н12О6), относятся к ромбической системе.
В производстве глюкозы глюкозные растворы не являются
чистыми, они содержат различные примеси – азотистые соединения, красящие вещества, минеральные соли, фрагменты белковых
веществ, которые влияют на растворимость глюкозы. Влияние
примесей количественно оценивается величиной коэффициента
насыщения αо, представляющего отношение коэффициента растворимости глюкозы в нечистом растворе С1 и чистой воде С0. С
ухудшением качества производственных глюкозных растворов,
т. е. при снижении их Дб, коэффициент насыщения обычно возрастает. Например, при 40 оС в чистом глюкозном растворе растворимость глюкозы 1,62 кг/кг воды, в растворе с Дб 85 % – 1,68 кг/кг
воды, т. е. αо в данном нечистом растворе составляет 1,037.
Установлено, что присутствие в растворе хлористого натрия увеличивает растворимость глюкозы, причем коэффициент
насыщения растет пропорционально концентрации этой соли.
Эту закономерность необходимо учитывать при выполнении ней-
110
трализации кислого гидролизата, так как именно на этой стадии в
глюкозных растворах появляется хлористый натрий.
В процессах кристаллизации глюкозы используется показатель коэффициент пересыщения α – это отношение растворимости в данном растворе С к растворимости при состоянии насыщения С1 для данной температуры. Это истинный коэффициент
пересыщения. Для пересыщенных растворов α больше единицы,
для насыщенных равен единице, для ненасыщенных – меньше
единицы. Разность α – 1 представляет избыточное пересыщение и
является движущей силой кристаллизации глюкозы.
При использовании вместо растворимости в нечистых растворах С1 показатель С0 получаем величину видимого коэффициента пересыщения α1
α1 = С / С0 .
Этот показатель легко рассчитать, используя табличные
данные по растворимости глюкозы в чистых растворах, что часто
используется при выполнении технологических расчетов в производственных условиях.
Важным показателем глюкозных растворов является их
вязкость - она оказывает влияние на скорость фильтрования, коэффициент теплопередачи, скорость кристаллизации в пересыщенных растворах.
Вязкость насыщенных чистых глюкозных растворов выше
вязкости производственных глюкозных сиропов при одинаковом
содержании в них сухих веществ. При повышении температуры
вязкость сиропов с постоянной концентрацией сухих веществ
снижается.
Однако вязкость насыщенных глюкозных растворов при
повышении температуры увеличивается, что объясняется резким
ростом растворимости глюкозы. Например, вязкость насыщенного раствора при 40 оС составляет 22,45, при 60 оС – 66,25 мПа∙с.
Коэффициент растворимости при этом соответственно равен 1,62
и 2,94 кг глюкозы /кг воды.
Вязкость насыщенных глюкозных производственных растворов заметно увеличивается при снижении их Дб и увеличении
температуры – вязкость при 40 оС для чистого раствора (Дб =
= 100 %) 22,45; при снижении Дб до 80 % вязкость возрастает
более чем в два раза и составляет 48,2 мПа∙с.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]