Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в технологии производства продуктов питания. Часть 1. Конспект лекций
.pdf
мелких предприятиях, работающих только на картофельном крахмале, используют в качестве катализатора серную кислоту.
10.2 Технологическая схема производства патоки
Получение патоки включает следующие основные операции:
1) подготовка крахмала к переработке;
2) гидролиз крахмала;
3) нейтрализация гидролизата;
4) фильтрование сиропов (осветление);
5) обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами;
6) уваривание жидких сиропов до густых;
7) обесцвечивание густых сиропов адсорбентами;
8) уваривание густых сиропов до патоки;
9) охлаждение патоки.
10.2.1 Подготовка крахмала к гидролизу
Сырье, поступающее на производство патоки, должно содержать минимальное количество механических примесей, так как они оказывают отрицательное влияние на ход технологического процесса и качество патоки. Обычно перерабатывается сырой крахмал, поступающий с различных предприятий, поэтому
его подвергают очистке по такой же технологической схеме, как и при выработке сухого крахмала.
10.2.2 Гидролиз крахмала
Гидролиз соляной кислотой осуществляется периодическим (в конверторах) и непрерывным способами. Крахмал подается в виде крахмального молока с
91
концентрацией от 25 % до 27 % при производстве высокоосахаренной патоки и
от 40 % до 44 % при производстве карамельной патоки. Гидролиз ведут при температуре от 140 °С до 145 °С.
В начальной стадии процесса нарушается структура крахмальных зерен
(разжижение), затем идет расщепление глюкозидных связей с присоединением
по месту разрыва молекул воды (осахаривание). Образуются продукты с различной молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза и др.).
10.2.3 Осахаривание крахмала в конверторе
Осахаривание крахмала в конверторе идет при избыточном давлении от
0,28 до 0,32 МПа. Конвертор представляет собой цилиндрическую емкость со
сферическим днищем и крышкой, изготовленную из стали, бронзы или меди. В
крышке конвертора имеется труба для подвода крахмальной суспензии и подкисленной воды, установлен манометр и предохранительный клапан. В нижней
части аппарата около днища имеется барботер для подвода пара.
Расход соляной кислоты составляет от 0,19 % до 0,25 % к массе сухого
вещества крахмала (в пересчете на газообразный НСI), ее концентрация в осахариваемой массе – от 0,05 % до 0,08 %. Процесс осахаривания крахмала длится
несколько минут. Контроль за процессом осуществляют по окраске отбираемых
проб йодом.
Так как осахаривание крахмала в конверторе осуществляется периодическим способом, неизбежны колебания содержания редуцирующих веществ в патоке, повышенный расход пара и т.д. Для устранения этих недостатков и интенсификации производства гидролиз ведут в аппаратах непрерывного действия.
Осахаривание крахмала в аппаратах непрерывного действия. Аппараты
непрерывного действия обеспечивают равномерное протекание процессов
нагревания, клейстеризации и осахаривания, а также высокое качество конечного продукта.
92
Процесс осахаривания крахмала в них идет следующим образом: суспензию крахмала с содержанием сухого вещества 40 % и температурой от 45 °С до
55 °С подкисляют соляной кислотой и направляют в специальный сборник. Из
сборника смесь насосом последовательно подается в пять трубчатых теплообменников. Внутри каждого теплообменника находятся медные трубки малого
диаметра, в которых и идет процесс осахаривания крахмала. Обогревающий пар
под давлением 0,45 МПа подается в межтрубное пространство каждого теплообменника и подогревает гидролизат до 143 °С. После теплообменников продукт
попадает в зону доосахаривания - трубу определенной длины и диаметра, после
которой сироп направляется в испаритель. В испарителе за счет перепада давления происходит интенсивное выделение пара, сироп охлаждается и подается на
нейтрализацию.
10.2.4 Нейтрализация гидролизата
Цель нейтрализации - прекращение гидролиза крахмала по достижении
заданной степени осахаривания, переведение свободных минеральных кислот 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. Гидролизаты, осахаренные с помощью соляной кислоты, нейтрализуют только содой. Поваренная соль,
получающаяся в нейтрализованном сиропе в количестве от 0,23 % до 0,25 % к
массе сухих веществ сиропа, не сказывается на вкусе патоки и не ухудшает ее
качества.
Нейтрализацию необходимо вести очень осторожно при интенсивном перемешивании, чтобы не допустить местного перещелачивания, которое приводит
к разложению глюкозы с образованием окрашенных продуктов. Кроме того, уг-
93
лекислый натрий легко вступает в реакцию с кислыми фосфатами и переводит
их в средние, что приводит к потемнению и помутнению патоки при хранении.
Процесс ведут в специальных периодически или непрерывно действующих нейтрализаторах.
10.2.5 Фильтрование сиропов (осветление)
Осадок в сиропе, приготовленном из картофельного крахмала, состоит в
основном из хлопьев скоагулированных при нейтрализации белков, легко сжимаемых и труднофильтруемых. К такому сиропу перед фильтрованием добавляют вспомогательные фильтрующие материалы - пористые наполнители диатомит или перлит.
Сироп из кукурузного крахмала содержит клейкую слизистую массу, состоящую из хлопьев белка, пропитанных жиром. Если этот жирный осадок предварительно не выделить, то при последующем фильтровании сиропа слизистые
вещества забьют поры фильтрующей ткани и вспомогательного фильтрующего
материала.
Выделение осадка производят в простейших аппаратах-скиммерах, представляющих собой резервуар, разделенный перегородками на 5 частей. В них
жирный осадок всплывает и периодически убирается в приемный желоб, а очищенный сироп уходит непрерывно через специальное устройство. Лучший способ выделения из сиропа жира и белка - обработка его на центробежных сепараторах.
В процессе фильтрования отделяются примеси, перешедшие в сироп из
крахмала (белок, клетчатка, жир) и примеси, образующиеся в процессе нейтрализации.
Фильтрование ведут на дисковых напорных фильтрах, фильтр-прессах
или фильтрах с центробежной выгрузкой осадка под давлением от 0,3 до 0,6
МПа при температуре сиропа от 85 °С до 90 °С; толщина слоя осадка от 5 до
94
7 мм. Непрерывное фильтрование сиропов производят на вакуум-фильтрах с
намывным слоем фильтрующего порошка.
10.2.6 Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами
Паточные сиропы после фильтрования представляют собой прозрачные
жидкости, окрашенные в желтый цвет. Интенсивность их окраски зависит от чистоты перерабатываемого крахмала, способа проведения гидролиза и от условий
нейтрализации. К красящим веществам паточного сиропа относятся продукты
гидролиза белков и продукты разложения углеводов. Наряду с красящими веществами в сиропе содержатся кислые фосфаты, обусловливающие кислотность
патоки, и некоторые минеральные вещества.
Целью очистки паточного сиропа адсорбентами является полное его
обесцвечивание, устранение запаха, снижение кислотности. В качестве адсорбентов на паточных заводах применяют активный уголь и ионообменные смолы.
Активный уголь хорошо адсорбирует красящие вещества, органические
примеси и почти не удаляет минеральные. Используют активный уголь в виде
водной суспензии с концентрацией 25 %. Ее вводят непосредственно в сироп,
находящийся в специальных реакторах, и постоянно перемешивают в течение 20
- 25 мин. Расход угля для жидких сиропов от 0,1 % до 0,15 % к массе сухого вещества сиропа, для густых от 0,5 % до 0,6 %; температура сиропа от 65 °С до
70 °С. Адсорбент удаляют путем фильтрования сиропов на фильтр-прессах или
других типах фильтров.
Ионообменные смолы в отличие от активного угля являются универсальными адсорбентами. Сиропы обрабатывают сначала, на катионите, затем на анионите, что позволяет удалить до 70 % азотистых веществ, 95 % минеральных и
80 % красящих и получить патоку высокого качества.
95
10.2.7 Уваривание жидких сиропов до густых
Для получения густого сиропа с минимальной цветностью и с целью экономии тепла, сгущение жидкого сиропа с содержанием сухого вещества от 35 %
до 40 % до густого с содержанием от 55 % до 57 % ведут в многокорпусных вы-
парных аппаратах под вакуумом. На паточных заводах работают выпарные аппараты различных конструкций, но наиболее распространены аппараты вертикального типа.
При сгущении сиропа происходит коагуляция части оставшихся в сиропе
белковых веществ, и в результате повышается его цветность, поэтому сироп после уваривания очищают адсорбентами (активным или костяным углем).
10.2.8 Уваривание сиропов до патоки
Очищенный густой сироп упаривают в вакуум-аппаратах до патоки с содержанием сухого вещества не менее 78 %.
Для получения патоки высокого качества процесс ведут при температуре
не выше 60 °С. Продолжительность процесса уваривания должна быть не более
60 мин.
Патока, выходящая из вакуум-аппарата с температурой от 60 °С до 62 °С
представляет собой вязкий продукт. Ее естественное охлаждение идет очень
медленно и при этом происходит быстрое нарастание цветности в результате образования красящих веществ. Чтобы избежать этого, стремятся быстро (в течение 1,5 ч) охладить ее до температуры от 40 °С до 45 °С. Для этой цели используют специальные холодильники, представляющие собой теплообменник, внутри которого размещаются змеевики с циркулирующей в них холодной водой, а в
центре - циркуляционная труба и мешалка. Горячая патока подается в циркуляционную трубу, проходит между трубами змеевиков и охлаждается. Охлажденная патока самотеком выходит в сборник, далее ее фасуют в емкости и хранят.
96
11 Производство этилового спирта
Этиловый спирт (винный спирт, этанол) широко используется в различных отраслях народного хозяйства. В технических отраслях используется технический этиловый спирт, получаемый из этиленсодержащих газов, древесины и
отходов производства целлюлозы. В отраслях пищевой промышленности, а также в медицинской промышленности используется пищевой спирт, получаемый
из пищевого сырья.
Этиловый спирт представляет собой бесцветную, прозрачную жидкость с
характерным запахом и жгучим вкусом. Он смешивается с водой в любых соотношениях. Температура кипения спирта при нормальном давлении 78,3 °С, температура замерзания минус 117 °С. Этиловый спирт гигроскопичен, поглощает
влагу из воздуха, из растительных и животных тканей, вызывая их разрушение.
Химически чистый этиловый спирт имеет нейтральную реакцию; спирт, вырабатываемый пищевой промышленностью, имеет слабокислую реакцию, обусловленную присутствием органических кислот. Спирт и его крепкие водные растворы легко воспламеняются и горят некоптящим пламенем. Пары спирта вредны
для человека, предельно допустимая их концентрация в воздухе 1 мг/л. Спирт
взрывоопасен.
Существует два способа получения спирта: биохимический (микробиологический) и химический. В основе первого способа лежит сбраживание сахаров
дрожжами. По второму спирт получают из этилена путем его гидратации.
Биохимическим путем спирт получают из растительного сырья, содержащего большие количества углеводов.
Технология производства спирта состоит из следующих стадий:
1) подготовка крахмалсодержащего сырья и осахаривающих материалов;
2) разваривание крахмалсодержащего сырья;
3) осахаривание крахмалсодержащего сырья;
4) культивирование дрожжей;
97
5) сбраживание осахаренной массы;
6) извлечение спирта из бражки и его очистка.
11.1 Сырьё спиртового производства
Основным видом сырья в производстве пищевого спирта является растительное сырье, богатое крахмалом (зерновые культуры, картофель), сахаром (меласса, сахарная свекла) и клетчаткой (древесина).
Картофель - лучший вид сырья для производства спирта. На спиртовых
заводах перерабатывают технические сорта картофеля, удовлетворяющие следующим требованиям: высокая крахмалистость, высокая урожайность, стойкость к заболеваниям, устойчивость при хранении. Картофель, поступающий на
спиртовые заводы, сортируют на полноценные клубни, закладываемые на хранение, и поврежденные, отправляемые на переработку. Хранят картофель преимущественно в буртах.
Зерновые культуры используются в спиртовом производстве, во-первых,
для получения солода, необходимого для осахаривания крахмала, и, во-вторых,
непосредственно перерабатываются на спирт. Для приготовления солода используют ячмень, овес, просо, рожь. Качество зерна, поступающего на непосредственное получение спирта, не регламентируется, но желательно, чтобы оно
имело высокую крахмалистость. Для получения спирта используются рожь,
пшеница, ячмень, кукуруза, овес и просо.
Предприятия спиртовой промышленности потребляют значительное количество воды. Источниками водоснабжения спиртовых заводов являются реки,
пруды, артезианские скважины. Вода, используемая в спиртовом производстве,
должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде, кроме того,
нежелательно использовать воду с высокой карбонатной жесткостью и щелочностью.
98
11.2 Подготовка зерна и картофеля
Подготовка заключается в доставке сырья на предприятие отделении
примесей и измельчении.
Все виды зерна, поступающего на производство спирта, очищают от пыли,
земли, мелких камней, соломы и т.д.
На спиртовых заводах, работающих по непрерывной схеме разваривания
сырья, производят измельчение всего сырья, направляемого на разваривание.
Картофель дробят на молотковых дробилках, зерно - на вальцовых станках. В измельченном картофеле не должны оставаться частицы размером более 3
мм. Зерно должно быть раздроблено равномерно и проход измельченной массы
через сито с диаметром отверстий 1 мм должен составлять от 75 % до 100 %.
Измельченное сырье смешивают с водой, подогревают до определенной
температуры и подают на разваривание.
11.3 Подготовка осахаривающих материалов
Для осахаривання крахмала на спиртовых заводах используется солод и
ферментные препараты.
Солодом называют зерно, которое проросло в определенных условиях.
При прорастании в зерне образуются амилолитические, протеолитические и другие ферменты. Солод на спиртовых заводах получают из ячменя, ржи, пшеницы,
овса и проса по следующей схеме:
1) очистка зерна;
2) замачивание;
3) проращивание;
4) измельчение;
5) смешивание с водой.
Очистку зерна производят на воздушно-ситовом сепараторе, магнитном
99
сепараторе и триере. Очищенное зерно сортируют па фракции по величине на
сортировочной машине. Полученные фракции раздельно поступают на замачивание и проращивание.
Применяют следующие способы замачивания зерна: воздушно-водяной,
замачивание в непрерывном потоке воды и воздуха, оросительное замачивание и
воздушно-оросительное замачивание. При воздушно-водяном способе зерно выдерживают под водой от 2 до 3 раз в течение от 3 до 4 ч. После каждого замачивания воду сливают и зерно оставляют без воды в течение от 2 до 3 ч. При достижении влажности зерна от 38 % до 40 % его отправляют на проращивание.
Цель проращивания зерна - накопление достаточного количества активных ферментов амилолитического комплекса для обеспечения возможно более
полного осахаривания крахмала. Поэтому спиртовой солод должен иметь активные α- и β-амилазы и декстриназу. Фермент α -амилаза расщепляет крахмал до
декстринов, β- амилаза - до мальтозы и предельных декстринов, которые могут
расщепляться до сахаров только декстриназой. В зерновых культурах различных
видов при проращивании эти ферменты образуются в различных соотношениях,
поэтому применяют смесь солодов из двух или трех культур, с тем, чтобы солод
содержал достаточное количество ферментов.
При проращивании в зерне возрастает количество микроорганизмов по
сравнению с первоначальным от 10 до 15 раз. Часть микроорганизмов безвредна
для спиртового производства, но ряд микроорганизмов (молочнокислые, уксуснокислые, масляно-кислые бактерии и другие) нежелательны. Для дезинфекции
солода его обрабатывают раствором хлорной извести или формалином, выдерживая его в дезинфицирующем растворе в течение от 20 до 25 мин.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]