Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология крахмала, крахмалопродуктов и глюкозно-фруктозных сиропов. Учебное пособие
.pdf
121
более 7 %), хлористый натрий (не более 6 %), рН не ниже 4,0.
Механические примеси в его составе не допускаются. Темный
цвет гидрола обусловлен наличием меланоидинов и продуктов
карамелизации глюкозы.
Вследствие особых свойств гидрол используется в производстве комбикорма – повышает их кормовую ценность за счет
наличия глюкозы и минеральных соединений, является связующим элементом, повышает прочность и улучшает внешний вид в
производстве гранулированных кормов, служит растворителем
карбамида при получении кормов из стержней кукурузы.
Гидрол находит применение в кожевенном производстве
при дублении кожи, при выработке искусственных волокон как
восстановитель, в качестве связующего вещества при подготовке
формовочных смесей в литейном производстве, как компонент
питательных сред в производстве антибиотиков. Возможно его
использование для получения спирта методом сбраживания присутствующих в нем сахаров.
6.2. Получение глюкозы при ферментативном
гидролизе крахмала
Ферментативный гидролиз крахмала выполняется в не-
сколько стадий: предварительная клейстеризация, тепловая обработка и окончательное ферментативное разжижение.
Предварительная клейстеризация крахмала может прово-
диться с использованием соляной кислоты в конверторах или осахаривателях. Концентрация крахмала в исходной суспензии 38 -
40 % мас., расход кислоты 0,20 - 0,25 % к массе СВ. В результате
этого процесса в клейстеризованном крахмале появляется до 20 %
редуцирующих веществ. Далее смесь направляется на стадию
ферментативного осахаривания.
При ферментативном разжижении крахмала в исходную
его суспензию при 55 оС и рН 6,0 - 6,5 вводится ферментный препарат (0,02 % к массе СВ крахмала), затем при перемешивании
смесь выдерживается при 85 оС в течение 2 ч. Для завершения
клейстеризации смесь нагревается в конверторе при 133 оС в течение 3 - 6 мин. После охлаждения смеси до 80 оС вводится вто-
122
рая порция ферментного препарата (0,06 %) и выдерживается в
течение 30 мин.
Разжиженный таким образом крахмал с температурой не
выше 60 оС и соответствующей величиной рН поступает на стадию ферментативного осахаривания. Для этого используются
ферментаторы – вертикальные цилиндрические сосуды вместимостью 83 м3 с перемешивающим устройством. Расход фермента
0,3 - 0,4 % к массе СВ крахмала, продолжительность осахаривания 60 - 72 ч. В процессе осахаривания контролируется рН, содержание редуцирующих веществ, регулируется температура
гидролизуемой смеси.
При ферментативном разжижении и осахаривании получаемый сироп имеет Дб 96 - 98 %. Для инактивации фермента и
стерилизации сироп нагревается до 95 оС.
Полученный сироп имеет в своем составе различные примеси – жир и белковые вещества, минеральные соли, красящие
вещества, соединения со специфическим запахом, которые затрудняют получение глюкозы требуемого качества. Очистка сиропов включает коагуляцию высокомолекулярных соединений с
целью перевода их в осадок с последующим фильтрованием.
Коагуляция проводится после подкисления сиропа соляной кислотой до рН 4,8 - 5,0. Образовавшийся осадок отделяется путем
фильтрования сиропа с использованием вспомогательных материалов в количестве 0,5 % к массе СВ крахмала.
Фильтрованный сироп обесцвечивается активным углем с
расходом 0,5 % к массе СВ сиропа, дополнительно фильтруется и
выпаривается на выпарной установке под разрежением до СВ 54 56 % мас. Сгущенный сироп обрабатывается активным углем,
фильтруется и уваривается в вакуум-аппаратах до СВ 71,0 -
72,5 % мас. После охлаждения до 50 оС уваренный сироп с Дб 97 98 % поступает в кристаллизатор с определенной частью утфеля и
кристаллизуется в течение 48 - 50 ч. При пониженной Дб сиропа
94 - 95 % продолжительность кристаллизации составляет 72 - 74 ч.
После разделения утфеля в центрифугах кристаллы глюкозы высушивают и направляют на упаковку.
Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля второго
продукта, направляются на очистку, обесцвечивание, фильтрова-
123
ние и сгущение. Очищенный густой сироп второго продукта,
имеющий содержание СВ 74 - 75 % мас. при Дб 90 - 95 %, направляется в кристаллизатор (затравка 15 - 20 % утфеля), где происходит выкристаллизовывание глюкозы в течение 70 - 100 ч. Полученный утфель разделяется в центрифугах с образованием желтого
сахара и гидрола. Желтый сахар имеет высокую доброкачественность, поэтому допускается его возврат на высушивание совместно
с глюкозой первой ступени кристаллизации. При пониженном качестве исходного сырья желтый сахар растворяется, и клеровка
возвращается в линию получения первого продукта.
В результате ферментативного гидролиза крахмала обеспечивается более высокая доброкачественность всех продуктов
глюкозного производства, что увеличивает выход глюкозы с 71 72 % при кислотном гидролизе до 80 - 85 % к массе СВ крахмала
при снижении еѐ потерь в гидроле.
Гидрол, полученный при центрифугировании утфеля второго продукта, имеет содержание сухих веществ 60 - 65 % при Дб
80 – 85 % и используется как углеводный компонент питательной
среды в производстве антибиотиков.
6.3. Производство медицинской глюкозы
Медицинская глюкоза вырабатывается из кристаллической
глюкозы методом перекристаллизации.
Исходная гидратная глюкоза растворяется при перемешивании в течение 45 мин при температуре 80 - 85 оС в смеси двух
оттеков, полученных при центрифугировании утфеля, содержащего кристаллы медицинской глюкозы. Полученный сироп, содержащий 72,0 - 72,5 % мас. СВ, обесцвечивается активным углем при температуре 80 - 85 оС, продолжительность адсорбционного контакта около 40 мин, расход угля 1 % к массе СВ сиропа,
после чего фильтруется в две ступени.
После контрольного фильтрования сироп представляет совершенно прозрачную бесцветную жидкость, не содержащую
посторонних примесей. После охлаждения до 55 оС сироп направляется в кристаллизаторы, где в качестве затравки имеется
15 % утфеля предыдущего цикла кристаллизации. Глюкоза кри-
124
сталлизуется при постоянном пересыщении 1,15 - 1,25, достигаемом за счет регулируемого охлаждения утфеля от 45 оС до 40 оС в
течение 48 ч. Утфель охлаждается путем циркуляции в системе
теплообмена кристаллизатора воды с температурой 38 оС. Кристаллизация глюкозы завершается после достижения массы кристаллов в утфеле 45 - 50 оС при снижении содержания СВ межкристального раствора до 60 - 62 % мас.
Полученный утфель центрифугируется с отделением двух
оттеков (зеленая и белая патока), кристаллы медицинской глюкозы в центрифуге промываются дистиллированной водой с температурой 35 оС. Оба оттека сгущаются в вакуум-аппарате до содержания СВ 59 - 60 % мас. и используются для первой операции
получения исходного сиропа – растворения кристаллической
глюкозы. Для исключения накопления красящих веществ в продуктах и повышения цветности вырабатываемой медицинской
глюкозы постоянно выводится примерно 25 % первого оттека
(зеленая патока), полученного при центрифугировании утфеля.
Влажные кристаллы медицинской глюкозы высушиваются
в прямотоке с горячим (85 оС) фильтрованным воздухом, просеиваются, проходят через магнитный сепаратор и упаковываются в
двойные мешки с вкладышем вместимостью по 35 кг.
Качество вырабатываемой медицинской глюкозы должно соответствовать требованиям «Государственной фармакопеи РФ»,
статья «Глюкоза».
6.4. Производство пищевой глюкозы
Пищевая глюкоза вырабатывается при проведении гидролиза крахмала кислотным или ферментным способом. Как продукт для потребления пищевая глюкоза представляет смесь кристаллов гидратной глюкозы и закристаллизованного межкристального раствора, в составе которого имеются красящие и реверсивные вещества, тетра- и трисахариды.
При осуществлении кислотного гидролиза для более глубокого расщепления используется суспензия крахмала с низким содержание СВ (18 - 20 % мас.) при расходе соляной кислоты 0,45 -
0,55 % к массе сухих веществ крахмала. Гидролиз проводится
125
при температуре 134 - 138 оС (давление 0,30 - 0,32 МПа) до содержания РВ в гидролизате 90 - 92 %, что соответствует 85 - 87 %
глюкозы. Контроль степени гидролиза осуществляется по спиртовой пробе.
Гидролизат нейтрализуется раствором кальцинированной
соды до рН 4,7 - 4,8, фильтруется с применением наполнителя
(0,4 - 0,5 %), обесцвечивается активным углем (0,20 %), выпаривается до СВ 52 - 55 %. Сгущенный сироп обесцвечивается (1,2 %
угля), дважды фильтруется, уваривается в вакуум-аппарате при
температуре 62 - 65 оС до СВ 79 - 80 %.
После охлаждения до 45 - 48 оС уваренный сироп поступает
в кристаллизатор, где в качестве затравки оставлена часть (10 %)
утфеля предыдущего цикла. Сироп в течение 1,5 ч перемешивается с кристаллами затравки при одновременном охлаждении до
40 оС.
Полученная густая гетерогенная смесь разливается в картонные короба, где в течение 28 - 36 ч происходит массовая хаотичная кристаллизация с образованием ложных кристаллов, которые переплетаются между собой и образуют твердую пищевую
глюкозу в виде брикетов желтого цвета.
Вырабатываемая пищевая глюкоза должна иметь СВ не менее 85 % мас., золы не более 1 %, должны отсутствовать свободные минеральные кислоты. Вследствие наличия хлористого натрия глюкоза имеет солоноватый привкус.
Используется в различных пищевых отраслях как заменитель белого сахара – в кондитерском и хлебопекарном производстве, при получении безалкогольных напитков, в медицинской и
микробиологической промышленности.
6.5. Производство технической глюкозы
Техническая глюкоза вырабатывается из кукурузного или
картофельного крахмала пониженного качества.
Крахмал гидролизуется в конверторах с использованием в
качестве катализатора соляной кислоты – расход 0,5 % к массе
СВ крахмала. Содержание крахмала в исходной суспензии 35 -
37 %, температура гидролиза 127 - 130 оС, продолжительность
126
30 - 45 мин. Контроль необходимой глубины осахаривания про-
водится по спиртовой пробе до исчезновения в ней мути, что
свидетельствует об отсутствии декстринов и достижении Дб гидролизата 70 - 75 %.
Полученный гидролизат нейтрализуется раствором кальцинированной соды, фильтруется, выпаривается и сгущенный сироп
обесцвечивается активным углем – расход 0,5 % к массе сухих
веществ сиропа.
Очищенный сироп с СВ 57 - 59 % мас. и Дб около 80 %
сгущается в вакуум-аппарате до СВ 75 - 80 %, охлаждается до
40 - 45 оС и смешивается в течение 3 - 4 ч в мешалке с 10 % за-
травки. Полученная смесь разливается в картонные короба с полиэтиленовым вкладышем, где при охлаждении до 28 - 30 оС
происходит кристаллизация глюкозы.
Продолжительность заключительной стадии кристаллизации 5 - 6 сут, после чего блоки технической глюкозы извлекаются, разрезаются и упаковываются в мешки или коробы. Техническая глюкоза представлена в виде бесформенных кусков темнокоричневого цвета.
Техническая глюкоза должна отвечать следующим требованиям: содержание СВ – не менее 78 % мас., из них РВ – не менее 75 % мас., минеральных соединений – золы не более
1,3 % мас., соединений железа не более 0,25 % мас. Не допускается присутствия свободных минеральных кислот.
Используется в технических целях как восстановитель в
производстве искусственных волокон, при выделке кожи, в качестве углеводного компонента питательных сред в микробиологической и медицинской промышленности.
127
Глава 7. ПОЛУЧЕНИЕ ГЛЮКОЗНО-ФРУКТОЗНЫХ СИРОПОВ
И ФРУКТОЗЫ
7.1. Получение глюкозно-фруктозных сиропов
В последние годы в мире растѐт спрос на заменители сахара, в том числе глюкозу, фруктозу, глюкозно-фруктозные сиропы
(ГФС).
Открытие Р. Маршалла и Н. Коуи в 1957 г. препарата ксилозоизомеразы, а в 1960 г. – процесса ферментативной изомеризации глюкозы во фруктозу положили начало производству нового сахаристого продукта – глюкозно-фруктозного сиропа, содержащего и глюкозу и фруктозу примерно в равных количествах, в
связи с чем сладость его идентична сладости сахара. В настоящее
время получают также высокофруктозные сиропы с повышенным
содержанием фруктозы. Большой вклад в развитие и технологии
ГФС внесли японские учѐные И. Таказаки и К. Яманака и др., которые разработали недорогой способ получения указанного фермента.
Глюкозно-фруктозные сиропы имеют приятный вкус, желаемую сладость в зависимости от соотношения глюкозы и фруктозы, хорошо растворяются в воде и усваиваются организмом
человека без побочных проявлений. В составе ГФС имеется моносахарид фруктоза, имеющий самую высокую сладость – 173 %
в сравнении с сахарозой. Сладость глюкозы примерно 74 % от
сахарозы.
Например, использование сахара при получении хлебобулочных изделий имеет существенный недостаток: дрожжи, прежде чем утилизировать сахарозу, должны проинвертировать еѐ.
Замена сахара инвертными сиропами в этом случае интенсифицирует газообразование, увеличивает подъѐмную силу дрожжей,
создаѐт предпосылки для сокращения расхода дрожжей при производстве хлеба. При этом улучшаются показатели качества хлеба: удельный объѐм, пористость, вкус и аромат, замедляется процесс черствения.
При замене части сахара хлебобулочные изделия дольше
остаются свежими, улучшаются их потребительские свойства
128
(вкус, аромат, цвет корки, состояние пористости мякиша). Это
объясняется тем, что фруктоза, будучи гигроскопичным веществом, влияет на гидрофильность коллоидов мякиша. В результате
изделия получаются мягкими, разрыхленными и медленнее черствеют. При полной замене сахара инвертом снижаются физические свойства теста, что отрицательно сказывается на формировании и качестве изделий. Изделия лучшего качества получаются
при неполной замене сахара инвертом.
ГФС могут быть более высокой концентрации (77 %), чем
раствор сахарозы (67 %). Вязкость насыщенных ГФС на 20 - 40 %
меньше вязкости насыщенного сахарных сиропов. Поэтому ГФС
легче транспортировать и хранить. ГФС не кристаллизуется, поэтому на стенках резервуаров осадок не образуется.
Высокое осмотическое давление ГФС предотвращает возможность микробного инфицирования пищевых продуктов и напитков. Употребление продуктов с ГФС в меньшей степени сопряжено с развитием зубного кариеса.
ГФС используют в кондитерском производстве, например,
при изготовлении мармелада, желе, в хлебопекарном, в производстве соков, фруктовых напитков, ликеров.
Глюкозно-фруктозные сиропы имеют в своем составе неустойчивые моносахара, поэтому хранятся в особых условиях. Для
исключения кристаллизации глюкозы температура хранения ГФС
должна составлять 29 - 35 оС.
В настоящее время вырабатываются ГФС, содержащие 60 90 % фруктозы, что достигается за счет вывода глюкозы из сиропа путем ее кристаллизации.
В соответствии с требованиями ТУ-18-8-52 ГФС представляет собой сироп светло-желтого цвета, сладкого вкуса, содержащий СВ не менее 71 % мас., из них фруктозы не менее 42 %, золы
не более 0,1 %, цветность не более 0,1 ед. оптической плотности,
рН 4,0 - 5,0 при отсутствии свободных минеральных кислот.
В основе технологии ГФС лежит ферментативное превращение (изомеризация) глюкозы во фруктозы под действием фермента
глюкоизомеразы. Глюкоизомеразу продуцируют несколько видов
микроорганизмов. Примечательно, что в ходе реакции изомеризации не обнаруживаются побочных продуктов (рисунок).
129
Риунок. Изомеризация глюкозы во фруктозу
Температура, °С
Концентрация фруктозы после изомеризации, % мас.
30
46,5
40
47,5
45
48,2
60
49,9
70
52,4
75
53,1
80
54,2
85
54,7
ОН-, Са
2+
Изомеризация глюкозы во фруктозу является обратимой
реакцией. Равновесное состояние характеризуется содержанием
48 - 52 % фруктозы и зависит от температуры реакции (таблица).
Таблица
Влияние температуры на равновесие изомеризации глюкозы во фруктозу
При повышении температуры равновесие сдвигается вправо. Это обстоятельство используют для получения сиропов с повышенным содержанием фруктозы.
Глюкозоизомераза является металлоферментом, т. е. содержит в активном центре катионы различных металлов, поэтому
активизирующее действие на него оказывают катионы магния, а
стабилизирующее – катионы кобальта.
Для получения ГФС с высоким содержанием фруктозы необходимым условием является высокая доброкачественность исходного глюкозного сиропа – 97 - 98 % при содержании глюкозы
95 - 97 % мас. Такие сиропы можно получить из кукурузного
130
крахмала только при использовании ферментов на стадии разжижения и осахаривания.
Технология производства ГФС основана на многократном
использовании фермента глюкозоизомеразы за счет его закрепления (иммобилизации) на некоторых неорганических веществах и
полимерах природного и синтетического происхождения. Эти
носители фермента должны быть термостойкими, обладать достаточной механической прочностью, иметь сродство к воде (гидрофильность) и развитую удельную поверхность.
Фермент в иммобилизованном виде должен обладать высокой стабильностью и активностью, обеспечивающими экономическую целесообразность многократного его применения. Активность фермента глюкозоизомеразы должна сохраняться на необходимом уровне при температуре выше 60 оС (для тепловой стерилизации глюкозных сиропов), в глюкозных растворах с концентрацией СВ не менее 80 % мас., при рН ниже 6,5 (для уменьшения щелочной изомеризации глюкозы). Кроме того, фермент
не должен изомеризовать другие моносахара, имеющиеся в составе углеводов гидролизата.
Технология производства ГФС включает следующие операции:
Крахмальная суспензия, содержащая 35 - 40 % мас. СВ, под
действием фермента α-амилаза разжижается, при 60 оС подкисляется до рН 4,5, осахаривается ферментом глюкоамилаза до содержания РВ 97 - 98 % мас. Полученный гидролизат для отделения жиробелковых примесей и азотистых соединений фильтруется на вакуум-фильтрах с намывным слоем.
Для удаления остаточных примесей в виде красящих веществ, различных катионов и анионов, аминокислот, сиропы
подвергаются обесцвечиванию активным углем, фильтруются и
обрабатываются ионообменными смолами обычно по схеме катионит – анионит.
Очищенный сироп с содержанием СВ около 35 % мас. сгущается на выпарной установке до СВ 40 - 45 % мас. Полученный
сироп нагревается до 65 оС, нейтрализуется до рН 6,5 - 8,5, активируется добавками солей (сульфаты магния кобальта), стерилизуется за счет ввода гидросульфита натрия и направляется на ста-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]