Кафедра технології цукру і підготовки води

Лекція з дисципліни “Вступ до фаху”

ТЕХНОЛОГІЯ КРОХМАЛЮ І

КРОХМАЛЕПРОДУКТІВ

д.т.н., професор Грабовська Олена В’ячеславівна

2017

План лекції:

1. Загальна характеристика крохмалепатокового виробництва

2. Сировина для виробництва крохмалю 3. Основні технологічні операції виробництва

кукурудзяного крохмалю та глюкозних сиропів

22

В світі отримують біля 20 найменувань різних крохмалів, більш як 60 сортів модифікованих крохмалів, 20 видів патоки, близько 10 сортів крохмального цукру, 15 видів глюкозних продуктів, різні столові сиропи.

55

Кукурудзяний крохмаль, крохмальну патоку, сиропи в Україні виробляє 2 підприємства:

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

які спеціалізуються на переробці кукурудзи на крохмаль.

Прохідна комбінату Цехи комбінату

Заводи, що переробляють картоплю на крохмальЗаводи, що переробляють картоплю на крохмаль(сумарна потужність заводів - перероблення 1350 т картоплі (сумарна потужність заводів - перероблення 1350 т картоплі

на добу; на добу; виробництво 29 000 т картопляного крохмалю на ріквиробництво 29 000 т картопляного крохмалю на рік

Ринок крохмалепродуктів включає в себе: нативні та модифіковані крохмалі, глюкозні та глюкозно-фруктозні сиропи, глюкозу кристалічну гідратну. Нативний крохмаль – крохмаль натурального (природного) походження, як він формується у рослинах. В світі отримують біля 20 його видів. Основні: картопляний, кукурудзяний, пшеничний, тапіоковий.Модифікований крохмаль – крохмаль, що піддають фізичній, хімічній, біохімічній чи комбінованій обробці задля зміни його властивостей. У харчовій промисловості модифіковані крохмалі застосовують як згущувачі стабілізатори, наповнювачі й емульгатори. В світі отримують більш як 60 видів крохмалю різних модифікацій.Сиропи (патока) – є продуктом неповного гідролізу крохмалю мінеральними кислотами або ферментними препаратами. В світі налічують біля 20 видів сиропів.Глюкоза – кристалічна речовина, продукт повного гідролізу крохмалю.

77

Обсяг виробництва крохмалю в Україні у 2011 році склав 56 782 тонн, що на 19 % перевищує обсяг виробництва крохмалю за 2010 рік - 47 700 тонн.

Кукурудзяний крохмаль є основним видом за обсягом виробництва в Україні. Його частка у виробництві у 2010 році склала 84 %, а у 2011 році - 92,6%. Це пов’язано з суттєвим збільшенням врожаю даної культури.

88

Крохмаль та його похідні широко використовуються у продуктах харчування як вуглеводні продукти, а також як драглеутворювачі, емульгатори, що мають високу водоутримуючу здатність.

В медицині крохмаль використовують як: наповнювач лікувальних засобів, як основу для отримання кровозамінників, глюкоза є широко розповсюдженим медичним

препаратом, сировиною для виробництва вітаміну С.

Крохмаль щорічно відновлюється та біологічно руйнується, тобто є екологічно чистим, що важливо при створенні

пакувальних матеріалів, захисних плівок, посуду разового використання.

Крохмаль як основний вид сировини використовується у виробництві етилового спирту харчового та медичного призначення.

Найбільш широке використання крохмаль та його модифікації

знаходять у паперовій та текстильній промисловості,

а також у ливарному виробництві,

для стабілізації глинистих розчинів при бурінні свердловин у нафтодобуванні.

Для перероблення на крохмаль в різних країнах використовують місцеві сировинні ресурси:

в Європі – картопля, пшениця, кукурудза; у Північній Америці – кукурудза; в Латинській Америці та Азії – маніока, батат, сагова

пальма, сорго, рис; В Україні для промислового перероблення на крохмаль використовують картоплю і кукурудзу

1212

В світі серед нативних видів крохмалю найдорожчим традиційно є картопляний крохмаль.

Серед нативних (натуральних) видів крохмалю за останні роки все більше переваг надається крохмалю з маніоки. Це обґрунтовано тим, що даний вид крохмалю є дешевшим, за властивостями не значно відрізняється від інших видів крохмалю, основні країни-виробники даної продукції (країни Південно - Східної Азії і Латинської Америки) здатні задовольнити світові потреби у крохмалю з маніоки. Але у 2012 році ціни на крохмаль з маніоки підвищилися, більш ніж на 66 %, порівняно з попереднім роком, що викликано постійно зростаючим попитом.

На сьогодні найбільший сегмент на світовому ринку натуральних крохмалів займає кукурудзяний крохмаль, що пояснюється високим рівнем крохмалистості даної культури, гарною транспортабельністю та наявністю в сировині цінних вторинних продуктів.

Маніока (касава) - це багаторічна вічнозелена кущова рослина з родини молочайних, що широко культивується в Африці, країнах Південно - Східної Азії і Латинської Америки. В їжу використовують подібне на картоплину коріння. Маніок виростає висотою ~2 м; Коріння може сягати ~8 см завтовшки й ~1 м завдовжки з масою від 3 до 10 кг. У коренеплодах багато крохмалю (77 %). З сирого маніоку роблять крупу (тапіоку), з якої варять кашу, а сушену маніоку перемелюють на борошно, з якого печуть тонкі коржі, які отримали назву хліб з касави.

1313

Необроблене коріння маніоки

Маніока

Маніока

картоплі – 7; кукурудзи – 1.6; жита – 2.5; ячменю – 2.86; пшениці – 2.3; гороху – 2.5.

Вміст крохмалю ( Вміст крохмалю ( starch) starch) та та інших речовин у %-х до маси інших речовин у %-х до маси сировини сировини (moisture – (moisture – волога)волога)

Вміст крохмалю ( Вміст крохмалю ( starch) starch) та та інших речовин (інших речовин (fibrefibre-клітковина-клітковина,, lipidslipids - жири - жири,, protein protein – білок) у – білок) у %-х до маси сухих речовин %-х до маси сухих речовин сировини сировини (moisture – (moisture – волога)волога)

Споживча вартість побічних продуктів настільки висока, що в декілька разів перебільшує додаткові витрати на їх отримання. Це такі цінні продукти як:

глютен, олія при переробленні кукурудзи; суха клейковина – з пшениці; білковий ізолят – з гороху.

Крохмаль є полімером глюкози. Його хімічна формула (C6H10O5)n. Наукове вивчення будови полісахаридів

крохмалю почалось на початку 40-х років двадцятого століття.

Мейєр довів,що крохмаль являє собою суміш двох гомополісахаридів: лінійної лінійної амілозиамілози та розгалуженогорозгалуженого амілопектинуамілопектину, які різняться за будовою.

Амілоза складається із залишків глюкози, Амілоза складається із залишків глюкози, зв’язаних між собою зв’язаних між собою -1-4- глікозидними зв’язками -1-4- глікозидними зв’язками

1. – кукурудзяний крохмаль2. - воскової кукурудзи3. - картопляний4. - пшеничний5. - сорго6. - цукрової кукурудзи7. - амаранту8. - високоамілозної

кукурудзи9. - рису

Основна реакція – гідроліз крохмалю при достатньому розбавленні та дії каталізаторів крохмаль дає якісний перехід у Д(+)-глюкозу за рівнянням:

Крохмаль не виявляє відновлювальної здатності, проте в ході гідролізу вона з’являється.

(C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6

Весь процес виробництва складається в основному з механічних операцій:

1) підготовка картоплі до перероблення; 2) подрібнення; 3) видалення картопляного соку;4) видалення крохмалю з кашки;5) видалення сокової води;6) рафінування крохмального молока;7) промивання мезги;8) промивання крохмалю;9) утилізація картопляного соку та мезги

замочування зерна; видалення та промивання зародку; видалення та промивання мезги; видалення та концентрування білку; промивання крохмалю.

сирий крохмаль (67 % до вмісту СР), який є сировиною для виробництва сухого крохмалю, патоки, глюкози, різних видів модифікованого крохмалю та інших крохмалепродуктів;

зародок (7 %), з якого отримують кукурудзяну олію (3%) та КФК

(кукурудзяно-фосфатний концентрат) (4%);

мезгу – 10-12% (крупну та дрібну) у вигляді тонко подрібненої клітковини кукурудзяного зерна та частини ендосперму, з якої виробляють сухі кукурудзяні корми;

глютен (8%), який складається в основному з нерозчинних білків кукурудзи та дрібних зерен крохмалю і використовується як цінна кормова добавка, або сировина для інших виробництв, наприклад, глютамінової кислоти;

екстракт – 7 % (замочна вода), що після уварювання використовується у виробництві сухих кормів та в якості живильного середовища у виробництві антибіотиків.

При переробленні кукурудзи отримують такі При переробленні кукурудзи отримують такі основні і побічні продукти:основні і побічні продукти:

3333

Замочують зерно у розчині сірчистої кислоти протягом 48-52 год. за температури 50С. У процесі замочування відбувається послаблення зв'язків між складовими зерна, видалення розчинних речовин і промивання зерна.

Подрібнення і відокремлення зародка. У процесі замочування послаблюється зв'язок зародку з ендоспермом, зародок стає еластичним і майже не подрібнюється, що сприяє його подальшому вилученню на сепараторах або гідроциклонах. При цьому вилучається також до 25 % крохмалю.

3434

Дробарки для грубого подрібнення замоченого зерна кукурудзи

3535

Гідроциклон для видалення кукурудзяного зародку

Подрібнену масу подають на першу стадію видалення зародку на гідроциклони. З верхнім сходом гідроциклонів виходить зародок і основна частина суспензії крохмалю. Важка фракція (кашка) містить частки зерна, оболонки і частину суспензії крохмалю.

Кашку, після видалення з неї зародку на першій стадії гідроциклонів, відціджують на дугових ситах з щілинами 2-2,5 мм для відокремлення дрібних шматочків ендосперму. Відціджену кашку подають на другу стадію подрібнення і другу стадію гідроциклонів для максимально повного вивільнення зародку. При другому подрібненні вивільняється 15-19 % крохмалю і така ж кількість зародку. Використання двох ступенів гідроциклонів на кожній стадії дозволяє звільнити 99 % зародку.Зародок, після гідроциклонів контрольного видалення зародку, надходить на сита відціджування та промивання зародку, а кашка після другого подрібнення та другого видалення зародку надходить на дугове сито для відціджування мезги перед машинами для тонкого подрібнення.

Тонке подрібнення кашки. Після подрібнення зерна і вилучення з нього зародку одержуємо масу (кашку), що складається із крохмалю, великих частинок ендосперму і глютену. Для вилучення крохмалю, зв'язаного з некрохмалистою частиною зерна, кашку піддають подальшому подрібненню на жорнах або млинах.

3636

Безнапірні дугові ситаБезнапірні дугові сита

Фільтрування і промивання мезги. Продукт, одержаний після подрібнення кашки, містить вільні зерна крохмалю, білки, частини глютену, клітковину. Окремі складові відокремлюють із складної суспензії фільтруванням через сита за розміром частинок. Для вилучення більш легких частинок глютену та інших домішок застосовують центрифугування. У сепараторах крохмаль з більшою густиною легко відокремлюється від частинок глютену і мезги з меншою густиною. Для підвищення ступеня розподілу суспензію послідовно обробляють на кількох сепараторах. Одержане крохмальне молоко додатково очищають на вакуум-фільтрах або гідроциклонах. Вихід крохмалю становить від 60 до 66,6 % від маси сухої кукурудзи.

3737

Сепаратор

Із загальної кількості води, що надходить з крохмальним молоком на зневоднення (СР=38…42 %), механічним шляхом видаляється 73 %, висушуванням – 15 % і приблизно 12 % води залишається у сухому кукурудзяному крохмалі.Для механічного зневоднення на крохмальних заводах широко застосовують вакуум-фільтри та автоматичні висушуючі центрифуги. Для висушування крохмалю в основному у крохмальному виробництві застосовують пневматичні сушарки. Швидкість руху суміші крохмаль-повітря 14…20 м/с. За такої швидкості висушування крохмалю триває долі секунди, тобто відбувається миттєво. Це дозволяє використовувати в пневматичних сушарках повітря високої температури (145…150˚С) не боячись перегріву крохмалю.

4040

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.

4141

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

4242

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

4343

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

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

4444

Виробництво крохмальної патоки складається з 3-х основних стадій:

Гідролізу крохмальної суспензії (основна технологічна операція);

Очищення гідролізату; Концентрування сиропу.

4545

      Суспензія крохмалюСуспензія крохмалю                       Гідроліз крохмалюГідроліз крохмалю Кислота або Кислота або

ферментфермент                 Нейтралізація кислоти Нейтралізація кислоти

або інактивація або інактивація ферментуферменту

Розчин Розчин

кальцинованої содикальцинованої соди

           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

4646

1. Ліпєц, А.А. Технологія крохмалю та крохмалепродуктів: навч.посіб. /А.А. Ліпєц. – К.: НУХТ, 2003. – 168 с.

2. Грабовська, О.В. Технологія крохмалю та крохмалепродуктів: курс лекцій/ О.В. Грабовська. – К.: НУХТ, 2010. – 127 с.

3. Технологія крохмалю [Електронний ресурс]: методичні рекомендації до вивчення дисципліни та проведення практичних занять для студ. освітнього ступеня «Бакалавр» спеціальності 181 «Харчові технології» денної та заочної форм навчання / укладач: О.В. Грабовська. – К: НУХТ, 2017. – 26 с.

4747