ЛЕКЦІЯ № 8ЛЕКЦІЯ № 8

ТЕХНОЛОГІЯТЕХНОЛОГІЯ КРОХМАЛЬНОЇ ПАТОКИКРОХМАЛЬНОЇ ПАТОКИ

Проф. Грабовська О.В.Проф. Грабовська О.В.

2017 р.2017 р.

22

План лекції:

1. Історія виникнення патоки.2. Види крохмальної патоки.3. Огляд ринку цукристих крохмалепродуктів. 4. Основні технологічні операції виробництва

крохмальної патоки та їх характеристика

33

1. ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ ПАТОКИ1. ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ ПАТОКИ

““ПатокаПатока” – походить від приставки “па-“ та ” – походить від приставки “па-“ та дієслова “текти”, спільного для слав’янської дієслова “текти”, спільного для слав’янської групи мов.групи мов.

В середні віки під В середні віки під патокоюпатокою розуміли густі солодкі розуміли густі солодкі сиропи, які отримували шляхом уварювання соку сиропи, які отримували шляхом уварювання соку овочів та фруктів. Отримані продукти були овочів та фруктів. Отримані продукти були низької якості і мали темний колірнизької якості і мали темний колір..

44

В В 1811 1811 році хімік році хімік Кірхгоф К.С.Кірхгоф К.С. вперше провів вперше провів гідроліз крохмалю. гідроліз крохмалю.

З З 1818 1818 року розпочато промислове виробництво року розпочато промислове виробництво крохмального цукру – крохмального цукру – глюкозиглюкози та та солодкого в’язкого сиропу - “солодкого в’язкого сиропу - “патокипатоки”.”.

Кирхгоф Костянтин Сігізмундович (19.02.1764–26.02.1833)

російський хімік, народився в Германії,директор головної аптеки Петербурга,основоположник вчення про каталіз.

55

2. Види крохмальної патоки2. Види крохмальної патоки

Патока крохмальнаПатока крохмальна (карамельна) (карамельна) є продуктом неповного гідролізу є продуктом неповного гідролізу крохмалю мінеральними кислотами або крохмалю мінеральними кислотами або ферментними препаратами.ферментними препаратами.

66

Крохмальну патоку в залежності від призначення поділяють на 5 видів:поділяють на 5 видів:

Назва патоки

Карамельна низькозцукрена

Карамельна високозцукрена (вищого сорту)

Карамельна першого сорту

Глюкозна високозцукрена

мальтозна

ГЕ, %

30…34 38…42 34…44 45…60 до 45

Глюкозний еквівалент (ГЕ) показує загальний вміст редукувальних речовин (у %) до маси сухих речовин (СР), тобто характеризує ступінь гідролізу крохмалю.

Карамельна патока

Мальтозний сироп

77

3. ОГЛЯД РИНКУ ЦУКРИСТИХ 3. ОГЛЯД РИНКУ ЦУКРИСТИХ КРОХМАЛЕПРОДУКТІВКРОХМАЛЕПРОДУКТІВ

В світі налічують біля 20 видів сиропів,близько 10 видів крохмального цукру.

В США більш ніж 60 % крохмалепродуктів припадає на ГФС та етанол.

88

Крохмальну патоку в Україні виробляє 2 підприємства:

ВАТ «Дніпровський крохмалепатоковий комбінат» (75 %), ПАТ «Інтеркорн Корн Просессінг Індастрі» (25 %),

які спеціалізуються на переробці кукурудзи на крохмаль.

Прохідна комбінату Цехи комбінату

99

4. Основні технологічні операції виробництва крохмальної патоки та їх характеристика

Виробництво крохмальної патоки Виробництво крохмальної патоки складається з 3-х основних стадій: складається з 3-х основних стадій:

Гідролізу крохмальної суспензії Гідролізу крохмальної суспензії (основна технологічна операція);(основна технологічна операція);Очищення гідролізату;Очищення гідролізату;Концентрування сиропу.Концентрування сиропу.

1010

Принципова Принципова схема схема

виробництва виробництва цукристих цукристих

крохмалепрокрохмалепродуктів:дуктів:

      Суспензія крохмалюСуспензія крохмалю      

                 Гідроліз крохмалюГідроліз крохмалю Кислота або Кислота або

ферментфермент                 Нейтралізація кислоти Нейтралізація кислоти

або інактивація або інактивація ферментуферменту

Розчин Розчин кальцинованої кальцинованої

содисоди           

Жиро-білкова Жиро-білкова домішкадомішка

Механічне очищення Механічне очищення рідких сиропіврідких сиропів

Фільтрувальний Фільтрувальний порошок порошок

           Відпрацьоване Відпрацьоване

вугіллявугілля Адсорбційне очищенняАдсорбційне очищення Активне вугілляАктивне вугілля

                 Випарювання сиропівВипарювання сиропів                 

Відпрацьоване Відпрацьоване вугіллявугілля

Очищення густих Очищення густих сиропівсиропів

Активне вугілляАктивне вугілля

                 Уварювання густих Уварювання густих

сиропівсиропів     

                 Охолодження патокиОхолодження патоки

та густого сиропута густого сиропу Кристалізація Кристалізація

               Готова патокаГотова патока    ЦентрифугуванняЦентрифугування                        ВисушуванняВисушування                        ПросіюванняПросіювання

та пакуваннята пакування                        Глюкоза Глюкоза

кристалічна кристалічна гідратнагідратна

1111

Варіанти здійснення гідролізу Варіанти здійснення гідролізу крохмалюкрохмалю

Розріджування Зцукрювання кислота

кислота фермент кислота-фермент фермент

фермент фермент

У якості каталізатора гідролізу крохмалю можуть У якості каталізатора гідролізу крохмалю можуть використовуватись використовуватись мінеральні кислоти, ферментимінеральні кислоти, ферменти або ті та інші.або ті та інші.

(C6H10O5) n + n H2O = n C6H12O6

1212

Кислотний гідроліз крохмалюКислотний гідроліз крохмалю

Використання кислоти, крім переваг, які виражені у дешевизні каталізатора та великій швидкості реакції в зв’язку з високою температурою процесу, має ряд суттєвих недоліків:

гідролізати забруднюються продуктами реверсії та термічного розкладання вуглеводів;неможливо досягти повного зцукрювання крохмалю, внаслідок чого знижається вихід глюкози;при нейтралізації кислоти утворюються мінеральні солі, що підвищують зольність сиропів та ускладнюють кристалізацію глюкози.

1313

Суспензія кукурудзяного крохмалю, що надходить в патоковий цех із цеху сирого крохмалю повинна відповідати вимогам:

КонцентраціяКонцентрація 30 – 34% 30 – 34%Вміст протеїнуВміст протеїну 0,55 – 0,6% до СР 0,55 – 0,6% до СРРозчинних речовинРозчинних речовин 0,3 – 0,35% до СР0,3 – 0,35% до СРЗолиЗоли 0,15% до СР 0,15% до СРЖиру, що екстрагуєтьсЖиру, що екстрагуєтьс 0,15% до СР0,15% до СРМезгиМезги 0,035 – 0,04% 0,035 – 0,04%

1414

ГідролізГідроліз

Гідроліз може здійснюватись як у Гідроліз може здійснюватись як у періодичному так і безперервному періодичному так і безперервному режимах.режимах.

Крохмальне молоко з вмістом сухих Крохмальне молоко з вмістом сухих речовин 40-42 % надходить у мірники для речовин 40-42 % надходить у мірники для відмірювання порції крохмального молока відмірювання порції крохмального молока відповідно ємності конвертора. Мірник відповідно ємності конвертора. Мірник встановлюють над конверторами на висоті встановлюють над конверторами на висоті 5,0 м. 5,0 м.

1515

Гідроліз у періодичному конверторі Гідроліз у періодичному конверторі відбувається під надлишковим тиском 0,28 – відбувається під надлишковим тиском 0,28 – 0,32 МПа (2,8-3,2 атм) при температурі 140 – 0,32 МПа (2,8-3,2 атм) при температурі 140 – 144144ооС.С.

Концентрація HCl в зцукрюваній масі 0,05 – Концентрація HCl в зцукрюваній масі 0,05 – 0,08%. 0,08%.

Експрес-контроль за процесом гідролізу Експрес-контроль за процесом гідролізу здійснюють за допомогою йодної проби. здійснюють за допомогою йодної проби.

1616

Конвертор для гідролізу крохмалю

1717

По закінченні гідролізу сироп видувають у По закінченні гідролізу сироп видувають у

нейтралізатор за рахунок перепаду тиску.нейтралізатор за рахунок перепаду тиску.

Тривалість процесу 18 – 22 хвилини, рН 1,4 – 1,6.Тривалість процесу 18 – 22 хвилини, рН 1,4 – 1,6.

1818

Нейтралізація кислотиНейтралізація кислоти

Процес нейтралізації вирішує 2 важливі Процес нейтралізації вирішує 2 важливі технологічні задачі: технологічні задачі: зупиняє кислотний гідроліз;зупиняє кислотний гідроліз;переводить частину розчинених та переводить частину розчинених та колоїдних домішок сиропу в осад.колоїдних домішок сиропу в осад.

1919

Сумарне рівняння реакції нейтралізації можна Сумарне рівняння реакції нейтралізації можна представити у вигляді:представити у вигляді:

NaNa22COCO3 3 + HCl → 2NaCl + H+ HCl → 2NaCl + H22COCO33

Утворений хлористий натрій залишається в розчині і Утворений хлористий натрій залишається в розчині і зумовлює зольність патоки.зумовлює зольність патоки.

Глюкоза найбільш стійка при pH 3,5.Глюкоза найбільш стійка при pH 3,5.Ізоелектрична точка білків 4,75, Ізоелектрична точка білків 4,75, Знебарвлення гідролізатів активним вугіллям краще Знебарвлення гідролізатів активним вугіллям краще відбувається при рН 4,5.відбувається при рН 4,5.

рН готової патоки має бути не нижче 4,6, тому рН готової патоки має бути не нижче 4,6, тому нейтралізацію сиропу закінчують при нейтралізацію сиропу закінчують при pH 4,6 – 4,8pH 4,6 – 4,8

2020

Нейтралізатор

Повний оберт нейтралізатора 23-28 хв.

2121

Основну масу нерозчинних домішок гідролізатів Основну масу нерозчинних домішок гідролізатів складає білок, що надходить з крохмалем. складає білок, що надходить з крохмалем. Вміст Вміст білкубілку від 0,3 до 1 % та більше. від 0,3 до 1 % та більше. Білок, за жорстких умов кислотного гідролізу повністю Білок, за жорстких умов кислотного гідролізу повністю денатурується та пептизується. Білкові молекули денатурується та пептизується. Білкові молекули руйнуються, утворюючи колоїдний розчин. руйнуються, утворюючи колоїдний розчин.

В процесі гідролізу з крохмального зерна звільняється В процесі гідролізу з крохмального зерна звільняється жиржир та жирні кислоти. В зв’язку з цим вміст жиру, що та жирні кислоти. В зв’язку з цим вміст жиру, що визначається екстрагуванням, в гідролізатах визначається екстрагуванням, в гідролізатах збільшується в декілька разів. збільшується в декілька разів. Якщо в крохмалі вміст жиру Якщо в крохмалі вміст жиру 0,05-0,15% 0,05-0,15% до маси СР, то до маси СР, то в гідролізатах - в гідролізатах - 0,2-0,40,2-0,4%. Гідролізний жир знаходиться в знаходиться в дрібноколоїдному стані у вигляді дуже дрібних часток.дрібноколоїдному стані у вигляді дуже дрібних часток.

Очищення нейтралізованого сиропу

2222

Загальний вміст завислих часток в промислових Загальний вміст завислих часток в промислових гідролізатах патокового виробництва коливається в гідролізатах патокового виробництва коливається в межах від 0,9 до 1,9 % , з яких 1,2-2,8 % золи, 9-20 % межах від 0,9 до 1,9 % , з яких 1,2-2,8 % золи, 9-20 % білку, та до 68 % жиру.білку, та до 68 % жиру.

Домішки видаляються фільтруванням гідролізатів.Домішки видаляються фільтруванням гідролізатів.

Проте процес фільтрування, за виключенням Проте процес фільтрування, за виключенням глюкозних гідролізатів кислотного способу гідролізу, глюкозних гідролізатів кислотного способу гідролізу, відбувається досить складно. відбувається досить складно.

Існують способи попереднього видалення деякої Існують способи попереднього видалення деякої частини домішок - частини домішок - відцентровий, відстоювання та відцентровий, відстоювання та флотація.флотація.

Попереднє очищення гідролізатівПопереднє очищення гідролізатів

При нейтралізації кислотних гідролізатів білки коагулюють, при цьому білкові міцели захоплюють частки жиру, утворюючи жиро-білкові конгломерати. Якщо густина таких конгломератів менше густини гідролізату, вони спливають на поверхню. Інші частки білкових конгломератів та крохмалю, що мають більшу густину - осідають в гідролізаті.Жиро-білковий осад підлягає видаленню із сиропу до механічної фільтрації.

2424

Відцентрове сепарування знайшло широке Відцентрове сепарування знайшло широке використання у виробництві гідролізатів, отриманих використання у виробництві гідролізатів, отриманих ферментативним способом, тому що дозволяє ферментативним способом, тому що дозволяє видаляти домішки непрогідролізованого крохмалю. видаляти домішки непрогідролізованого крохмалю.

Зазвичай використовують тарілчасті сепаратори з періодичним або безперервним видаленням осаду.

Жиро-білкові домішки, як більш легкі видаляються з верхнім сходом сепаратора. Більш важкі частинки інших домішок відкидаються на стінки барабана, де збираються в конічній частині на периферії ротора та періодично видаляються. Очищений сироп видаляється через спеціальний канал.

2525

Концентрований жиробілковий продукт Концентрований жиробілковий продукт направляється в корм. направляється в корм.

Відсепарований сироп відразу передається Відсепарований сироп відразу передається на знебарвлення активним вугіллям з на знебарвлення активним вугіллям з наступною механічною фільтрацією.наступною механічною фільтрацією.

2626

Сепаратор для видалення жиро-білкової домішки

2727

Фільтрують Фільтрують гідролізати при t=75-80гідролізати при t=75-80С, тому що С, тому що при понижених температурах підвищується при понижених температурах підвищується в’язкість.в’язкість.

Для фільтрування використовують фільтруючі Для фільтрування використовують фільтруючі матеріали для нанесення намивного шару: матеріали для нанесення намивного шару: порошок порошок перлітуперліту. .

Для фільтрування патокових та глюкозних сиропів в промисловості використовують фільтр-преси камерні та плиточно-рамні, дискові фільтри (ДФ-80, ДФ-100), автоматичні фільтр-преси типу ФПАКМ, патронні та вакуум-фільтри з намивним шаром, що працюють з мікрозніманням осаду.

2828

Перед початком фільтрування на тканину Перед початком фільтрування на тканину наносять шар перліту. Для цього його наносять шар перліту. Для цього його розводять в контактному збірнику з чистим розводять в контактному збірнику з чистим сиропом в кількості 0,3-1,2% до маси СР. сиропом в кількості 0,3-1,2% до маси СР.

Після утворення фільтруючого шару на Після утворення фільтруючого шару на оброблення подають сироп, в який додають ще оброблення подають сироп, в який додають ще трохи порошку. По мірі утворення осаду трохи порошку. По мірі утворення осаду швидкість фільтрування падає, тиск зростає.швидкість фільтрування падає, тиск зростає.

При значному зниженні швидкості При значному зниженні швидкості фільтрування осад видаляють і тканину фільтрування осад видаляють і тканину регенерують. регенерують.

2929

Адсорбційне очищення гідролізатів Адсорбційне очищення гідролізатів активним вугіллямактивним вугіллям

Патокові сиропи після видалення завислих Патокові сиропи після видалення завислих речовин містять певну кількість барвних речовин містять певну кількість барвних речовин, розчинних білків, жиру речовин, розчинних білків, жиру органічних кислот та інших домішок. органічних кислот та інших домішок.

Остаточне очищення сиропів адсорбентами передбачає видалення барвних речовин, протеїну, золи, пониження кислотності, видалення запаху.

3030

Ефективність застосування активного Ефективність застосування активного вугілля або іонообмінної смоли оцінюють вугілля або іонообмінної смоли оцінюють за зниженням забарвленності обробленого за зниженням забарвленності обробленого сиропу. сиропу.

Зниження забарвленості по відношенню до Зниження забарвленості по відношенню до початкового, виражене у відсотках, початкового, виражене у відсотках, називають називають ефектом знебарвленняефектом знебарвлення

3131

Ефективність використання активного вугілля Ефективність використання активного вугілля залежить від температури, тривалості контакту з залежить від температури, тривалості контакту з сиропом, кількості вугілля та pH середовища.сиропом, кількості вугілля та pH середовища.

З підвищенням температури знижується в`язкість З підвищенням температури знижується в`язкість розчину, що полегшує процес дифузії барвних розчину, що полегшує процес дифузії барвних речовин до поверхні адсорбенту. Оптимальною є речовин до поверхні адсорбенту. Оптимальною є температура 70-75 температура 70-75 C.C.

Значний вплив на ефективність оброблення має Значний вплив на ефективність оброблення має pH. З пониженням pH збільшується адсорбційна pH. З пониженням pH збільшується адсорбційна здатність вугілля. Тому, в крохмале-патоковій здатність вугілля. Тому, в крохмале-патоковій промисловості використовують вугілля, що має промисловості використовують вугілля, що має кислу реакцію.кислу реакцію.

3232

Велике значення має тривалість контакту Велике значення має тривалість контакту сиропів з вугіллям. Основна маса барвних сиропів з вугіллям. Основна маса барвних речовин адсорбується за перші декілька речовин адсорбується за перші декілька хвилин.хвилин.

За звичай час контакту 20-30 хвилин при За звичай час контакту 20-30 хвилин при перемішуванні. Витрати вугілля складають перемішуванні. Витрати вугілля складають 0,6% до маси СР сиропу.0,6% до маси СР сиропу.

3333

Рамний-фільтр прес для сиропів

3434

КонцентруванняКонцентруванняВ крохмале-патоковій промисловості сиропи випарюють під В крохмале-патоковій промисловості сиропи випарюють під розрідженням за пониженої температури кипіння, розрідженням за пониженої температури кипіння, використовують трикорпусні випарні установки.використовують трикорпусні випарні установки.

Випарювання здійснюють у два етапи. Спочатку сироп з 38-40 Випарювання здійснюють у два етапи. Спочатку сироп з 38-40 % СР випарюють до 55-57 % СР. % СР випарюють до 55-57 % СР.

Потім проводять додаткове очищення густих сиропів Потім проводять додаткове очищення густих сиропів активним вугіллям, далі уварюють до патоки з вмістом 78 % активним вугіллям, далі уварюють до патоки з вмістом 78 % СР. СР.

Концентрування у два ступеня викликано тим, що при Концентрування у два ступеня викликано тим, що при першому випарюванні патокового сиропу коагулює частина першому випарюванні патокового сиропу коагулює частина розчинених в ньому білкових речовин та підвищується розчинених в ньому білкових речовин та підвищується забарвленість сиропів під впливом t. забарвленість сиропів під впливом t.

3535

Для зменшення витрат пари на випаровування Для зменшення витрат пари на випаровування перед першим корпусом сироп підігрівають у перед першим корпусом сироп підігрівають у двох теплообмінниках послідовно до двох теплообмінниках послідовно до температури 86 температури 86 С і потім 97 С і потім 97 С.С.

Температура кипіння сиропу у першому Температура кипіння сиропу у першому корпусі 100 корпусі 100 С, у другому - 86 С, у другому - 86 С і у третьому С і у третьому 67,7 67,7 С. С.

3636

Сиропи мікробіологічно не стійкі та Сиропи мікробіологічно не стійкі та потребують великих витрат на потребують великих витрат на транспортування, тому їх уварюють у транспортування, тому їх уварюють у вакуум-апаратах до вмісту 78% СР. вакуум-апаратах до вмісту 78% СР.

Уварювання проводять під вакуумом (Р не Уварювання проводять під вакуумом (Р не > 0.021 МПа) за t кипіння не вище 60ºС. > 0.021 МПа) за t кипіння не вище 60ºС. Тривалість уварювання в апаратах Тривалість уварювання в апаратах періодичної дії не повинна перевищувати періодичної дії не повинна перевищувати 60 хв .60 хв .

3737

Температура патоки після вакуум-апарату = 60-62 ºС. Температура патоки після вакуум-апарату = 60-62 ºС. При дуже повільному охолодженні патоки можуть При дуже повільному охолодженні патоки можуть утворюватися барвні речовини, і вона темнішає. утворюватися барвні речовини, і вона темнішає.

Щоб запобігти цьому патоку швидко випускають з Щоб запобігти цьому патоку швидко випускають з вакуум-апарата та впродовж 1-1,5 год. охолоджують вакуум-апарата та впродовж 1-1,5 год. охолоджують до 40-45ºС. до 40-45ºС.

Для цього на патокових заводах використовують Для цього на патокових заводах використовують холодильники, оснащені змійовиками та мішальним холодильники, оснащені змійовиками та мішальним механізмом. механізмом.

Після зважування патока самопливом зливається в Після зважування патока самопливом зливається в баки для зберігання або цистерни.баки для зберігання або цистерни.

3838

Випарна станціяВипарна станція

3939

Вакуум-апарати

4040

Холодильник патоки

4141

Залізничні шляхи комбінатуЗалізничні шляхи комбінату

Дякую за увагу!Дякую за увагу!