7 Лекция 6

Технологические схемы получения глюкозы и глюкозно-фруктозного сиропа

Как получают глюкозу?

Какая бывает глюкоза, где ее применяют,

И, наконец, как устроены технологические линии по ее производству.

Это – тема для сегодняшней встречи.

Из курса биохимии вы помните, что такое глюкоза, где и как в клетке она синтезируется и какие физиологические функции несет. Давайте освежим все это в памяти.

Глюкоза – углевод, орг.соед, содержащее альдегидную группу и спиртовый гидроксил. Элементарный состав выражается общей формулой С_mН_2nО_n. Простой углевод. Моносахарид.

Среди углеводов различают простые и сложные углеводы.

Простые углеводы имеют состав CnH2nOn. Простые углеводы не гидролизуются и поэтому их называют моносахаридами.

Все простые углеводы имеют сладкий вкус, это кристаллические тела, растворимые в воде.

. Ряд простых углеводов называют рядом манноз

В организм поступает в виде полисахаридов или в виде глюкозы как таковой. Является универсальным источником энегрии.

В производстве глюкозу получают из крахмала и крахмалосодержащего сырья. В зависимости от назначения получают следующие виды глюкоз: медицинскую, гидратную и ангидридную, пищевую кус­ковую, брикетированную, гранулированную и порошкообразную, техническую, и глюкозно-фруктозные сиропы.

Кристаллическая гидратная глюкоза (С₆Н₁₂О₆ • Н₂О) исполь­зуется в основном для медицинских целей. Медицинская ангид­ридная глюкоза (С₆Н₁₂О₆) идет на изготовление таблеток, а ме­дицинская гидратная глюкоза используется для внутривенных вливаний. Пищевая глюкоза отличается от кристаллической тем, что при ее изготовлении отсутствует стадия разделения кристал­лов и межкристального раствора утфеля, таким образом, затвер­девает вся масса утфеля. Такая глюкоза используется в пищевой промышленности как заменитель сахарозы при производстве мягких конфет, мороженого, восточных сладостей, напитков, хлебобулочных изделий.

Техническую глюкозу получают из низкокачественного сырья. При ее производстве также отсутствует стадия разделения крис­таллов и межкристального раствора. Техническая глюкоза идет только на технические цели в бродильном и кожевенном произ­водстве, а в медицинской и микробиологической промышлен­ности ее используют в качестве питательной среды для выращи­вания микроорганизмов. Глюкозно-фруктозные сиропы находят применение в производстве безалкогольных напитков, соков, джемов, помадки, зефира, пастилы, жевательной резинки и т. д.

Рассмотрим

Принципиальную технологическую схему получения глюкозы и глюкозосодержащих продуктов.

В основе производства всех видов глюкозы лежит кислотный, фермента­тивный или кислотно-ферментативный гидролиз крахмала для получения высокодоброкачественных глюкозных сиропов, из ко­торых и получают глюкозу или глюкозосодержащие продукты.

Первые стадии: подготовка крахмальной суспензии, гидролиз (кислотный или ферментативный), нейтрализация кислоты или инактивация ферментов, очистка сиропа адсорбентом; уварива­ние и охлаждение глюкозного сиропа проводят так же, как при производстве патоки с использованием аналогичного оборудова­ния. Отличия состоят в стадии кристаллизации и последующих операциях, связанных с особенностями производимой продук­ции.

Технологическая схема получения кристаллической гидратной глюкозы путем кислотного гидролиза крахмала. При получении кристаллической гидратной глюкозы с помощью кислотного гидролиза крахмала используют как картофельный, так и куку­рузный крахмал, причем качеству крахмала придают особое зна­чение. Растворимые и нерастворимые азотистые вещества и ми­неральные примеси отрицательно сказываются на качестве глю­козы, снижают ее выход, участвуют в образовании красящих веществ, поэтому крахмал тщательно отделяют от примесей на сепараторах и вакуум-фильтрах.

Для проведения кислотного гидролиза используют крахмаль­ную суспензию концентрацией 22...25 % сухих веществ и соля­ную кислоту концентрацией 0,5...0,65 % хлористого водорода к массе безводного крахмала. Гидролиз ведут в конвертере или непрерывном осахаривателе при температуре 138...147 °С и дав­лении 0,32...0,55 МПа. Процесс длится около 25 мин (в зависи­мости от давления). Получают гидролизаты чистотой 89...91 %. Нейтрализацию осахаренных глюкозных сиропов ведут содовым раствором концентрацией 16 % до рН 4,7...5,0, что облегчает последующее фильтрование сиропов и обесцвечивание их акти­вированным углем.

Глюкозные сиропы очищают так же, как и паточные. Для облегчения фильтрования используют диатомит.

После очистки жидкие сиропы подогревают до 90...95 °С, подкисляют соляной кислотой до рН 4,4...4,5 для снижения ин­тенсивности нарастания цветности и выпаривают в трехкорпусной выпарной установке под вакуумом до содержания сухих веществ 55...57 %. Густой сироп подвергают контрольному фильтрованию, предварительно нейтрализовав до рН 5,0...5,4.

Затем сироп снова подкисляют до рН 4,2...4,3 и уваривают в вакуум-аппарате до концентрации сухих веществ 74...76 %.

Полученный глюкозный сироп чистотой 91...93 % охлаждают в холодильнике до 48...50 °С, фильтруют и заливают в кристал­лизатор. В качестве затравки кристаллов вводят утфель предыду­щей кристаллизации в количестве 30 %.

Сироп смешивают с затравкой в течение 12...24 ч, температу­ра утфеля после смешивания должна быть 43...44 °С. Коэффици­ент пересыщения в начале кристаллизации 1,25... 1,30. Процесс кристаллизации глюкозы идет 110...120 ч, в этом случае темпера­тура падает до 25 °С. Ее регулируют так, чтобы не происходило местного переохлаждения и не выпадали мелкие кристаллы.

В конце кристаллизации коэффициент пересыщения равен 1,10...1,15, концентрация сухих веществ межкристального рас­твора не выше 63 %, а чистота не более 80 %. Полученный утфель представляет собой смесь кристаллов глюкозы и меж­кристального раствора. Для получения кристаллической глюкозы его центрифугируют. Кристаллы глюкозы промывают конденса­том или умягченной водой, свободной от солей железа. Расход воды составляет 20...25 % к массе сырой глюкозы. Массовая доля влаги сырых кристаллов глюкозы составляет 12... 15 %, их сушат до 8...9 %.

Высушенная кристаллическая глюкоза проходит через магнитный сепаратор, ее просеивают через сито с отверстиями диаметром 1,0...1,5 мм и фасуют.

Технологическая схема получения кристаллической глюкозы путем ферментативного гидролиза крахмала. В 30...35%-ю суспен­зию крахмала добавляют раствор кальцинированной соды до рН 6,0...6,5 и раствор амилосубтилина ГЮх в количестве 0,02 % к сухим веществам крахмала. Смесь подогревают до 85 °С и выдер­живают при этой температуре в течение 1,5 ч. Благодаря дейст­вию а-амилазы происходит разрыв длинных цепочек крахмала и вязкость клейстера падает. Для обеспечения более полной клейстеризации и улучшения фильтрационных свойств температуру смеси повышают до 140 °С и выдерживают при этой температуре 5 мин.

Чтобы разжижить клейстеризованный крахмал, смесь мгно­венно охлаждают в циклоне-испарителе до 85 °С и вводят вто­рую порцию амилосубтилина ГЮх (0,05...0,07 % к сухим вещест­вам крахмала), перемешивают и выдерживают при этой темпера­туре до содержания редуцирующих веществ 10...20 %.

Разжиженный крахмал охлаждают до 60 °С и вводят для его осахаривания ферментные препараты очищенной глюкоамилазы. В процессе осахаривания контролируются показатель рН и со­держание СВ. В результате ферментативного осахаривания полу­чают сиропы с содержанием редуцирующих веществ 96...98 %.

Для инактивации фермента и стерилизации сиропа его выдержи­вают при 80 °С в течение 20 мин. Для коагуляции высокомоле­кулярных азотистых соединений рН сиропа доводят до 4,8...5,0 соляной кислотой и фильтруют. После механической очистки сироп обесцвечивают активированным углем. Последний отделя­ют фильтрованием, а сироп выпаривают под вакуумом на выпар­ной установке до содержания сухих веществ 54...56 %. Густой сироп еще раз обрабатывают активированным углем, а затем уваривают в вакуум-аппарате до содержания сухих веществ 70...72,5 %, охлаждают до 50 "С и направляют в кристаллизато­ры. Выделенные и промытые в центрифуге кристаллы глюкозы высушивают, просеивают и упаковывают.

Технологическая схема получения пищевой глюкозы. Для полу­чения пищевой глюкозы готовят менее концентрированную сус­пензию крахмала (18...20 % СВ). Гидролиз проводят как с приме­нением соляной кислоты в конвертере или осахаривателе непре­рывного действия, так и с помощью ферментных препаратов. При кислотном гидролизе концентрация кислоты берется из расчета 0,4...0,55 % газа НСL к сухим веществам крахмала. Процесс гидро­лиза крахмала ведут до содержания редуцирующих веществ 90...92 %, в том числе 85...87 % глюкозы.

Нейтрализацию кислот доводят до рН 4,7...4,8. Сироп обесцвечивают активированным углем, фильтруют, уваривают до концентрации сухих веществ 50...55 %, проводят контрольное фильтрование и уваривают в вакуум-аппаратах при температуре 60...65 °С до концентрации сухих веществ 79...80 %. Готовый сироп охлаждают до 45...50 °С и подают в кристаллизатор. В сироп добавляют затравку в количе­стве 5... 10 % к массе сиропа и тщательно перемешивают, а затем охлаждают до 40 °С. Загустевшую массу разливают в картонные короба. Глюкоза кристаллизуется, кристаллы, срастаясь, захваты­вают межкристальный раствор, и смесь превращается в твердую пищевую глюкозу.

Пищевую глюкозу желтого цвета, сладкую на вкус и без постороннего запаха выпускают в виде кусков, блоков или брикетов.

Если необходимо получить пищевую глюкозу более высокого качества, применяют ферментативный гидролиз. Высокое качество достигается за счет того, что умень­шается количество примесей в межкристальном растворе. Про­цесс ведут в две стадии: разжижением крахмала и его осахариванием. Разжижение крахмала проводят ферментативным или кислотным методом.

При кислотном разжижении в крахмальную суспензию вносят соляную кислоту. Процесс ведут в конверторе под давлением. Затем гидролизат нейтрализуют, охлаждают до 48...50 °С и направляют в ферментеры для осахаривания.

При ферментативном разжижении крахмала в суспензию вводят раствор амилосубтилина Г10х (или ана­логичного ферментного препарата), доводят температуру смеси до 85 °С и выдерживают в течение 2 ч при постоянном помешивании. Для более полной клейстеризации крахмала смесь обрабатывают в конверторе в течение 3...6 мин при 133 °С, охлаждают до 85 °С и вводят вторую порцию ферментного препарата (0,05...0,07 % к массе крахмала), выдерживают при этой температуре 30 мин, после чего охлаждают до 48...50 "С и направляют для осахарива­ния.

Осахаривание проводят с помощью ферментного препарата глюкоэндомикопсина. В результате получают сироп, содержащий при кислотном разжижении 94...95 % реду­цирующих веществ, а при ферментативном — 96...98 %. Для инактивации ферментов сироп нагревают до 90 °С и направляют на адсорбционную очистку. Жидкий сироп упаривают под ваку­умом до содержания сухих веществ 54...55 %, а затем уваривают в вакуум-аппаратах до содержания сухих веществ 70...72 %, после чего охлаждают до 50 °С и направляют на кристаллиза­цию.

Количество затравки составляет 20...30 % от массы утфеля. Кристаллизация глюкозы длится 1 сут, температура при этом снижается до 34...35 °С. Загустевшую массу разливают в формы и выдерживают в течение 3 сут при 10... 15 °С. Затем пищевую глюкозу измельчают, просеивают, подсушивают до влажности не более 9 % и упаковывают.

Получение медицинской гидратной глюкозы. Для получения медицинской гидратной глюкозы используют кристаллы гидрат­ной кристаллической глюкозы, которые растворяют в уваренной до 59...60 % СВ смеси паток, полученных при центрифугирова­нии утфеля и промывании кристаллов перекристаллизованной глюкозы. Полученный сироп с концентрацией 72...72,5 % сухих веществ после очистки активированным углем и фильтровании заливают в кристаллизаторы. В качестве затравки используют утфель предыдущей кристаллизации в количестве 15 % вмести­мости кристаллизатора. По окончании кристаллизации межкрис­тальный раствор отделяют, кристаллы промывают дистиллиро­ванной водой, сушат, просеивают и фасуют. Выделенную белую патоку уваривают вместе с зеленой в вакуум-аппарате до содер­жания сухих веществ 59...60 % и направляют для растворения кристаллической глюкозы.

Производство технической глюкозы. Сырьем для получения технической глюкозы служит картофельный, кукурузный или дру­гой крахмал. Гидролиз ведут с помощью соляной кислоты. Сус­пензию крахмала концентрацией сухих веществ 35...37 % подают в конвертор. Концентрация кислоты берется из расчета 0,5 % хлористого водорода к массе сухих веществ крахмала. Осахаривание проводят в течение 15...45 мин до достижения ГЭ 65...75 %.

Далее сироп выпаривают под разрежением до содержания сухих веществ 54...59 %, после чего его обесцвечивают активированным углем, фильтруют для отделения угля и направляют в вакуум-ап­параты для уваривания до содержания сухих веществ 75...80 %. После охлаждения до 40...45 °С его направляют в кристаллизато­ры. В качестве затравки кристаллов вносят 10 % (к массе сиропа) измельченной глюкозы или утфеля предыдущего цикла.

Кристаллизацию ведут при постоянном перемешивании и ох­лаждении смеси до выпадения большого количества мелких кристаллов, которые не отделяют от межкристальной жидкости. Всю массу разливают в тару, где она затвердевает в течение 2...3 сут. Затем продукт вынимают из тары и выдерживают еще 5...6 сут, измельчают и упаковывают.