Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования ФГОУ ВПО

«Красноярский государственный аграрный университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Технология производства картофельного крахмала

Выполнил студент группы Т-53 Михайлов Е. О.

к.с.-х.н., доцент Сергоманов С. В.

Красноярск 2009

Введение

1. Технология производства картофельного крахмала

1.1 Получение сырого картофельного крахмала

1.1.1 Хранение картофеля

1.1.2 Доставка, мойка и взвешивание картофеля

1.1.3 Измельчение картофеля на терочных машинах - получение кашки

1.1.4 Выделение картофельного сока из кашки

1.1.5 Выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги

1.1.6 Рафинирование крахмальной суспензии

1.1.7 Качество сырого картофельного крахмала

1.2 Получение сухого крахмала

1.3 Получение модифицированных крахмалов

1.3.1 Расщепленные крахмалы

1.3.2 Замещенные крахмалы

Заключение

Литература

Введение

Крахмал – главнейший представитель природных углеводов, являющий основным источником энергии для человеческого организма, и обладающий свойствами загустителя, стабилизатора и структурообразователя, необходимыми в промышленном производстве. В многокомпонентных смесях крахмал способен эффективно взаимодействовать с такими веществами, как жиры, сахара и ферменты, усиливать действие ароматизаторов продукции, регулировать влажность. Картофель содержит до 25% крахмала в зависимости от сорта, условий выращивания и иных факторов.

Народнохозяйственное значение крахмалопаточной промышленности определяется весьма разнообразным и постоянно расширяющимся спектром использования крахмала и продуктов на его основе. В настоящее время крахмалопродукты широко востребованы в различных отраслях промышленности - от кондитерского производства до нефтебурения. С появлением новых видов крахмалов области их применения постоянно расширяются, и потребность в них стабильно растёт.

Из крахмала вырабатывается большая группа продуктов его частичного гидролиза: мальтодекстрины, низкоосахаренная, карамельная, высокоосахаренная, мальтозная, глюкозно-мальтозная и другие виды патоки. Её способность предотвращать кристаллизацию сахара имеет решающее значение для производства карамели. Высокоосахаренные, глюкозные и глюкозно-фруктозные сиропы используются в хлебопечении, при изготовлении алкогольных и безалкогольных напитков и многих других продуктов. В последние годы повышенным спросом у производителей пива и пищевых кислот пользуется мальтозная патока.

Лёгкая изменяемость свойств крахмала при его обработке позволяет получить сотни разнообразных по структуре, составу и свойствам видов модифицированного крахмала, успешно используемых как в производстве продуктов питания, так и в непищевых отраслях.

Крахмал и его модификации широко применяются в гофрокартонном производстве, при выработке кондитерских и хлебобулочных изделий, колбас, консервов и многих других пищевых продуктов. Огромны возможности использования модифицированного крахмала в технических целях: текстильной и бумажной промышленности, для стабилизации глинистых растворов при нефте- газобурении, для приготовления формовочных смесей в литейном производстве, клея для обоев и во многих других отраслях.

1 Технология производства картофельного крахмала

Современная крахмалопаточная промышленность - важная отрасль народного хозяйства. Крахмалопаточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрин, глюкозофруктозные сиропы и др. Ассортимент вырабатываемой продукции составляет десятки наименований. Крахмал и крахмалопродукты используют в различных отраслях пищевой промышленности - кондитерской, хлебопекарной, консервной, молочной, пищеконцентратной, а также в медицинской, текстильной, полиграфической, бумажной и др.

Предприятия, перерабатывающие картофель и кукурузу, получают сырой крахмал влажностью 50...52 %. Такой крахмал храниться не может, так как является прекрасной средой для развития микроорганизмов, он закисает. Поэтому сырой крахмал на этих же или на других предприятиях перерабатывают в сухой влажностью для картофельного 20 %, или используют для изготовления патоки, глюкозы и других крахмалопродуктов.

1.1 Получение сырого картофельного крахмала

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Химический состав клубней картофеля колеблется в довольно широких пределах и зависит от сорта картофеля, климатических, почвенных и других условий. Средний химический состав картофеля (%): вода - 75; сухие вещества - 25, в том числе крахмал-18,5, азотистые вещества - около 2, клетчатка -1, минеральные вещества - 0,9, сахара - 0,8, жир - 0,2 и прочие вещества (пектины, пентозаны и др.) -1,6. Содержание крахмала в клубнях картофеля колеблется от 8 до 29 %. Вода в картофеле содержится в двух состояниях: в свободном (78 %) и связанном (22 %). Свободная вода растворяет все водорастворимые вещества картофеля - сахара, соли кислот, азотистые вещества и другие, образуя клеточный сок; коллоидно-связанная вода растворителем не является, и ее свойства существенно отличаются от обычной воды.

В клубнях картофеля может содержаться от 0,46 до 1,72 % Сахаров, представленных преимущественно сахарозой, есть также глюкоза и фруктоза. Хранение картофеля при пониженной температуре приводит к увеличению содержания Сахаров до 5 %, снижению выхода крахмала и увеличению потерь сухих веществ картофеля.

В картофеле содержится от 0,52 до 1,77 % клетчатки. Чем выше содержание клетчатки, тем толще клеточные стенки картофеля, тем труднее картофель истирается на терочных машинах и, следовательно, тем выше будет выход мезги и потери крахмала с мезгой. Пентозаны и пектиновые вещества, которые вместе с клетчаткой входят в состав клеточных стенок картофеля, составляют от 0.74 до 0,95 %. В процессе хранения картофеля пекгиновые вещества под действием фермента протопектиназы могут переходить в растворимую форму, что приводит к размягчению тканей картофеля и затрудняет производство крахмала.

В состав картофеля входят органические кислоты - лимонная, щавелевая, яблочная, молочная, но преобладает лимонная кислота. Общая титруемая кислотность картофеля обусловлена также наличием в его составе кислых фосфатов, рН картофельного сока 5,8...6,6. Кислотность картофеля резко возрастает при его микробиологической порче в процессе хранения, что отрицательно сказывается на ходе технологического процесса.

В картофеле содержится от 0,7 до 4,6 % азотистых веществ, которые на 60 % представлены белковыми соединениями. Белки картофеля полноценны по аминокислотному составу, 40 % азотистых веществ картофеля - небелковые азотистые соединения. По мере созревания клубней содержание азотистых веществ в них снижается, что положительно сказывается на ходе технологического процесса, так как белок, являясь хорошим пенообразователем, затрудняет отделение примесей от крахмала и снижает его качество. Кроме перечисленных веществ в картофеле содержится глкжозид соланин в количестве от 2 до 10 мг на 100 г сырого картофеля. Его содержание резко увеличивается при хранении картофеля на свету, когда он приобретает зеленую окраску. Употреблять такой картофель в пищу нельзя. Соланин также является сильным пенообразователем и затрудняет процесс очистки крахмала от примесей.

В картофеле содержится от 10 до 30мг% витамина С, небольшое количество витаминов группы В и каротиноидов. Зола картофеля составляет от 0,4 до 1,9 %, в ней преобладают соединения калия (72 %), фосфора (20 %), а также содержатся натрий, кальций, магний и железо. Примерно 75 % зольных соединений растворимы в воде и при производстве крахмала теряются со сточными водами, часть нерастворимых соединений остается в мезге, часть - в крахмале, влияя на вязкость и клеящую способность крахмального клейстера.

Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала (рис. 1) состоит из следующих этапов: хранение картофеля; доставка картофеля на завод; мойка, картофеля; взвешивание картофеля; тонкое измельчение картофеля - получение кашки; выделение картофельного сока из кашки; выделение свободного крахмала из кашки; отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока; промывание крахмала.

1.1.1 Хранение картофеля

Предприятия, перерабатывающие картофель, работают сезонно. До подачи на производство картофель хранят в буртах при температуре 2...8 °С. На хранение закладывают только здоровые клубни. При хранении картофель дышит. Хранить картофель свыше 5-7 мес. нецелесообразно, так как это приводит к значительным потерям сухих веществ, в том числе крахмала.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала

1.1.2 Доставка, мойка и взвешивание картофеля

Картофель подают в производство с помощью гидравлического транспорта.

Процессу мойки картофеля придается очень большое значение, так как примеси (песок, камни, солома) затрудняют работу оборудования и могут вызвать его поломку. Кроме того, на последующих стадиях технологического процесса картофель не очищают от кожуры и частицы земли и песка, оставшиеся на поверхности картофеля, в дальнейшем могут перейти в крахмал и снизить его качество. Картофель моют в моечных машинах комбинированного типа. В камерах с высоким уровнем воды отделяют солому и другие легкие примеси, в камерах с низким уровнем воды удаляют землю; в сухих камерах вода, не задерживаясь, стекает в грязевую канаву. Моечные машины снабжены ботво-, песко- и камнеловушками. На крупных заводах широкое распространение получила моечная машина КМЗ-57М. Продолжительность процесса мойки в ней составляет 10... 14 мин, расход воды - 200...400 % к массе картофеля. Для учета массы переработанного картофеля производится взвешивание отмытых клубней на автоматических весах с откидным днищем, снабженных специальным счетчиком, регистрирующим массу взвешенного картофеля нарастающим итогом.

Выпуск крахмала всегда оставался одним из перспективных направлений деятельности, поскольку этот продукт имеет не только пищевую ценность, но и находит применение во многих секторах промышленности. Оборудовав мини-завод и определившись с рынком сбыта, можно достаточно быстро окупить вложенные средства.

Характеристики производственного процесса

Характеризуя технологический процесс, следует отметить, что вне зависимости от того, из какого сырья производится крахмал – кукурузы, пшеницы или традиционного картофеля, основные операции являются идентичными:

• подготовка сырья – очистка от посторонних примесей, мойка, взвешивание;
• измельчение с целью приведения сырья в кашицеобразное состояние;
• отделение жидкой фракции;
• получение крахмала в свободном виде;
• рафинирование – очистка от частиц мезги;
• промывание;
• высушивание;
• фасовка;
• упаковка.

Операция измельчения картофеля обычно проходит в два этапа. На первом из них применяются пилки, имеющие высоту зубьев 1,5 мм. Второй этап – перетир предполагает использование более мелких пилок с зубьями в 1,0 мм.

Для того, чтобы крахмальный бизнес функционировал круглогодично, целесообразно приобрести установку по получению патоки по следующему алгоритму:

• гидролиз крахмала;
• фильтрация полученного раствора;
• обесцвечивание;
• упаривание сиропа для получения патоки с нормативной консистенцией;
• разливание патоки.

Сезонность получения крахмала, особенно из картофеля, обусловлена тем фактом, что хранится он без значительной потери качества не дольше семи месяцев.

Особенности, отличия от масштабных линий

Одним из мотивов, побуждающих установить мини-завод, ориентированный на выработку крахмала, является востребованность этого вида продукции. Отличает небольшое производство от крупномасштабных линий и еще ряд преимуществ.

Небольшой крахмальный завод является привлекательным для начинающих предпринимателей и по причине его мобильности. При необходимости такое производство можно установить в непосредственной близости от места произрастания нужного сырья, что значительно сокращает транспортные расходы.

Крахмальный завод

Необходимый материал, оборудование

Чтобы установить полноценный крахмальный завод, относящийся к разновидностям мини предприятий, достаточно площади около 75 кв. метров, чтобы оборудовать производственный цех и складские помещения. Особенное внимание должно уделяться оборудованию мест хранения сырья, необходимого для переработки.

Если нет возможности оборудовать их рядом с производством, целесообразно заключить договоры с фермерскими хозяйствами, у которых есть собственные складские площади, на своевременную поставку сырья, чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования.

Современная технологическая установка с максимальной автоматизацией позволяет получать крахмал четырех сортов, что значительно расширяет сектор потребления. К основному оборудованию мини-завода относятся следующие станки и механизмы:

• мойка;
• автоматические весы;
• промышленная терка;
• сборник кашицы;
• центрифуга;
• вакуумная сушка;
• упаковочное оборудование.

Наличию моечных машин, оборудованных песко-, ботво- и камнеловушками особое внимание уделяется, если переработке подвергается картофель. Он проходит несколько стадий мойки в течение почти 15 минут с целью получения полной очистки его поверхности от любого вида загрязнений. После мойки клубни взвешиваются с помощью автоматических весов, оборудованных откидным днищем. Вес поступающих партий регистрируется счетчиком.

Крахмал после центрифуги в соответствии с нормами ОСТ 18-158 может содержать влаги от 38 до 40% (марка А) или от 50 до 52% (марка Б). Он также делится по сортам в зависимости от качества. Этот продукт, так называемый сырой крахмал, не может подвергаться длительному хранению, поэтому он должен пройти стадию сушки.

Поскольку крахмал разных сортов можно получать не только из картофеля, но и из кукурузы и пшеницы, то целесообразно рассмотреть вариант комплексного использования оборудования, организовав поставки нескольких видов сырья.

Бизнес план

Учитывая, что на начальном этапе становления бизнеса проще обратиться к производству крахмала из привычного картофеля, целесообразно наладить прочные связи с поставщиками этого вида сырья. Основное внимание уделяется качеству клубней, которые должны быть здоровыми, лишенными повреждений, иметь огрубевшую кожицу. Только такой картофель сможет не утратить свои свойства в процессе хранения.

Впоследствии, установив длительные связи с потребителями, можно расширить производство, обратившись к выпуску продукции из кукурузы, а также пшеницы. Разрабатывая бизнес план, необходимо сразу ориентироваться на потребности в разных видах, а также сортах крахмала, который востребован в пищевой, бумажной, текстильной, фармацевтической промышленности.

Запуская крахмальный завод, следует продумать, какой штат работников сможет эффективно выполнять все необходимые операции. Нужны будут операторы, грузчики, кладовщики. Также потребуется технолог, бухгалтер, наладчик, водитель-экспедитор. Всего около двенадцати человек.

Себестоимость, окупаемость

Планируя начать собственный бизнес по изготовлению крахмала, например из картофеля, нужно быть готовыми к крупным первоначальным вложениям, поскольку оборудованный всеми механизмами мини-завод производительностью 1 т/час ∙ 8 часов ∙ 23 дня = 184 т/месяц будет стоить примерно 6000 тыс. рублей.

Ежемесячные затраты составят, тыс. рублей:

• арендная плата – 40;
• фонд зарплаты – 300;
• сульфат натрия – 5;
• транспортные расходы – 150;
• вода, электроэнергия – 152.

Финансовых средств на закупку сырья потребуется 5 ∙ 5000 ∙ 184 = 4600 тыс. рублей. Из расчета, что на тонну выпускаемого крахмала необходимо потратить 5 тонн картофеля по закупочной цене в 5 руб./кг.

Итого себестоимость крахмала в месяц составит 5247 тыс. рублей.

Доход определяется, исходя из оптовой среднерыночной цены на крахмал в размере 36 руб./кг.

Общий доход составит:

36 ∙ 184000 = 6624 тыс. рублей.

6624 – 5247 = 1377 тыс. рублей.

С учетом налогов можно рассчитывать на чистую прибыль в 1171 тыс. рублей.

Окупаемость капитальных затрат:

6000 / 1171 ≈ 5 месяцев.

В реальных условиях окупаемость мини производства крахмала может составлять более длительный срок, но в целом бизнес будет приносить доход.

Видео: Линия производства крахмала

Для переработки картофеля на крахмал используются разнообразные технологические схемы, оснащенные различными видами применяемого для этих целей оборудования. Однако независимо от аппаратурного оформления каждый из этих способов включает стадии производства, которые свойственны всем современным технологиям картофельного крахмала:

хранение картофеля,

подготовка картофеля к переработке,

измельчение картофеля,

выделение картофельного сока и мезги,

очистка крахмала,

утилизация побочных продуктов при производстве картофельного крахмала.

Наиболее эффективной является технология переработки картофеля на крахмал с использованием многоступенчатой гидроциклонной установки. На гидроциклонной установке осуществляются операции разделения тонкоизмельченной картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. По техническим характеристикам и технико-экономическим показателям гидроциклонная установка многократно превосходит в совокупности все виды оборудования, применяемого на операциях от начала разделения картофельной кашки до получения очищенной крахмальной суспензии и побочных продуктов в виде смеси мезги и картофельного сока.

Совмещение по новой схеме в одной установке операций разделения и размывки крахмала позволяет в 4-5 раз уменьшить производственные площади под размещение равнозначного по мощности технологического оборудования, а также на 3-4% повысить коэффициент извлечения крахмала из картофеля путем как уменьшения числа ступеней обработки картофельной кашки, так и интенсификации производственного процесса в целом, а также снижения количества сбросов и расхода свежей воды.

Для получения сухого крахмала предусмотрено механическое обезвоживание сгущенной крахмальной суспензии с последующим удалением избыточной влаги методом сушки под воздействием сушильного агента (подогретого воздуха). Схема получения картофельного крахмала рассчитана на комплексное использование всех компонентов перерабатываемого картофеля. Разработаны способы утилизации побочных продуктов - мезги и картофельного сока, одним из которых является получение углеводно-белкового гидролизата и прессованного корма.

Описание и функционирование технологического потока переработки картофеля сухой крахмал

Согласно технологической схеме (рисунок) для производства крахмала, картофель из оборотного склада подается по гидротранспортеру 2 на камнеловушку барабанного типа 3, далее шнеком 4, в котором происходит отделение транспортерной воды, - на бильную мойку 5. Отмытые от грязи клубни поступают через конвейер-водоотделитель 5а на станцию измельчения, где дважды измельчаются в кашку на терках 6, 7. Терка для картофеля представляет собой аппарат, где измельчение осуществляется за счет истирания клубней картофеля специальными зубчатыми пилками, укрепленными на поверхности барабана, вращающегося с большой скоростью внутри металлического корпуса. Картофельные терки комплектуются прижимами и решетками с отверстиями диаметром 2 мм, что обеспечивает высокую степень измельчения. Эффективность работы картофелетерки зависит от окружной скорости пильной поверхности барабана; она характеризуется коэффициентом измельчения, который достигает 90%. При использовании пильчатых терок с окружной скоростью барабана 90 м/с коэффициент измельчения может достигать 95% и более, при этом отпадает необходимость во второй стадии измельчения картофельной кашки.

Картофельная кашка из сборника-накопителя 9 через самоочищающиеся фильтры 10, на которых отделяются различные примеси, подается плунжерным насосом 8 на гидроциклонную установку 11, состоящую из 14 ступеней гидроциклонов, из которых 6 ступеней являются обескрахмаливающими, а 8 - промывными.

Работу гидроциклонной установки для выделения крахмала регулируют таким образом, чтобы поступающая на промывание крахмальная суспензия имела концентрацию 6-8, сгущенный сход с последней ступени - 35-40, а смешанные жидкие сходы с I и II ступеней - 1,0-1,5% СВ. Давление в мультициклоне поддерживают на уровне 0,3-0,4 МПа. Крахмальная суспензия с 13-й ступени гидроциклонов подается на песковый гидроциклон 12 (единичный), затем на рафинировальное дуговое сито 14 для выделения мелкой мезги и далее на 14-ю ступень. Очищенная крахмальная суспензия поступает для обезвоживания до концентрации 64% СВ на установку барабанного вакуум-фильтра 17, откуда сырой крахмал винтовым конвейером 18 направляется в пневматическую сушилку для крахмала 19.

В основу работы сушилок для крахмала пневматического типа положен принцип сушки разрыхленного крахмала в движущемся потоке горячего воздуха; при этом скорость движения смеси крахмал-воздух по сушильному тракту должна быть больше скорости витания зерен крахмала в потоке. Практически сушка крахмала длится доли секунды, т.е. происходит почти мгновенно. Особенности конструкции и работы пневматической сушилки для крахмала, автоматизация сушки позволяют применять воздух, нагретый до высоких температур. Температура сушильного агента калориферов, входящих в состав сушильной установки, составляет 140...150°С, однако крахмальные зерна за счет испарения поверхностной влаги не успевают нагреться выше 60° С.

Разделение сухого крахмала и воздушно-паровой смеси происходит в циклонах; окончательную очистку воздуха от крахмала осуществляют мокрым способом в скруббере 19а.

Высушенный до требуемой (равновесной) влажности крахмал может содержать некоторое количество крупки, образующейся при переработке недоброкачественного сырья, которую отделяют на ситовом аппарате типа бурата 20, разводят и направляют в основное производство для переработки. Очищенный сухой крахмал из бурата затаривается в мешкотару, затем взвешивается на весах 21 и зашивается на мешкозашивочной машине 22.

При утилизации побочных продуктов от производства картофельного крахмала по комбинированной схеме вырабатывается уваренный углеводно-белковый гидролизат и белковый корм. По этой схеме картофельный сок из сборников 28, оснащенных вентилятором-пеногасителем 29, насосом 31 подается для очистки от мезги на сито 32, а затем из сборника 33 насосом 34 откачивается через подогреватель 35 (t=60 С) в коагулятор 36. Отсюда он поступает для отделения белка на дуговые сита 39, 40. Осветленный картофельный сок из сборника 41 направляется на уваривание на трехкорпусную выпарную установку 46, 47, 48 и из неё откачи­вается насосом в сборник 54. Для конденсации паров из третьего корпуса 48 установки используется поверхностный конденсатор 50. Разрежение в выпарной установке и конденсаторе создается вакуум-насосом 53. Конденсат из конденсатора 50 и ловушки 49 поступает в барометрический сборник 51 и насосом 52 откачивается на градирню, где охлаждается и используется вторично для конденсации паров. Конденсат из первого и второго корпусов установки собирается в сборниках 42а и 44.

Наиболее простым способом утилизации мезги и картофельного сока является либо использование их смеси в качестве корма для животных, либо разделение этой смеси на центрифуге 24 на две фракции: мезгу, используемую в качестве корма, и картофельный сок, направляемый в пруд-накопитель для последующего удобрительного полива сельскохозяйственных угодий.

Основные характеристики сырья и готовой продукции при переработке картофеля на крахмал

Для получения высоких технико-экономических показателей в производстве крахмала необходимо перерабатывать картофель высококрахмалистых сортов, что позволяет снизить его расход на получение 1 т крахмала, а следовательно, и его себестоимость. Согласно действующим нормативам, картофель, поступающий на переработку, должен иметь крахмалистость не менее 13, а засоренность после мойки - не более 0,1%.

Крахмал сухой картофельный должен вырабатываться в соответствии с нормативной документацией (НД); к числу основных показателей его качества относятся: цвет, запах, массовая доля влаги (не более 20%) и др.

В нормативной документации, разработанной во ВНИИ крахмалопродуктов, отражены технологические режимы и качество побочных продуктов производства картофельного крахмала: углеводно-белкового гидролизата и белкового корма.

Углеводно-белковый гидролизат - густая коричневая масса, состоящая из элементов:

углеводы (в том числе редуцирующие сахара), % СВ. ..........65-66

протеины, % СВ, не менее...................................... .. 16 (N х 6,25)

минеральные вещества, % СВ.................................... .13-14

Белковый корм имеет следующий состав:

Углеводы, % СВ.. .................................. ............... .....40-41

протеины, % СВ не менее........................................................ 20 (N х 6,25 )

Клетчатка, % СВ..................................................................... 30-32

прочие вещества, % СВ.......................................................... до 10

Углеводно-белковый гидролизат может быть использован в производстве этилового спирта без предварительного упаривания путем добавления на стадию замеса или в качестве биостимулятора при выращивании кормовых дрожжей, либо в хлебопечении как заменитель красного ржаного солода.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Крахмал – мучнистый углевод, который образуется в результате фотосинтеза в клетках зеленых растений из углекислоты и воды под действием света. Крахмал является основным резервным веществом растений и накапливается в семенах, клубнях или корнях. По химической природе это полисахарид, в основе строения которого лежит глюкозный остаток.

Крахмал легко усваивается организмом человека, превращаясь в глюкозу, которая и вовлекается в круг кровообращения. Потребность человека в крахмале составляет 400…450 г в сутки, он покрывает половину калорий, расходуемых организмом в сутки.

Главными источниками промышленного получения крахмала являются картофель, кукуруза, рис и пшеница. В тканях растений крахмал откладывается в виде крахмальных зерен, имеющих овальную, сферическую или форму многоугольников. Размер зерен колеблется от 2 до 150 мкм. Наиболее крупные зерна у картофельного крахмала, самые мелкие – у рисового. Крахмал в зернах находится в виде мельчайших игольчатых кристаллов, между которыми имеются микрокапилляры, обуславливающие высокую гигроскопичность и адсорбционные свойства крахмала, способность поглощать воду. Эти свойства позволяют использовать крахмальные формы при отливке конфетных корпусов.

В России вырабатывают сухой картофельный крахмал четырех сортов – экстра, высший, I и II; сухой кукурузный крахмал двух сортов – высший и I. В зависимости от сорта крахмала установленные допустимые значения показателей качества: содержание золы общей 0,20…1,0 %, кислотность 7,5…25 у.е. и др. Независимо от сорта в сухом картофельном крахмале допускается содержание влаги не более 20 %, а в кукурузном – 13 %. К основным относятся также органолептические показатели качества крахмала: цвет и запах.

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Средний химический состав клубня картофеля состоит из 75 % воды и 25 % сухих веществ, из которых 18,5 % крахмала, 2 % азотистых веществ, 1 % клетчатки, 0,9 % минеральных веществ, 0,8 % сахара, 0,2 % жира и 1,6 % прочих веществ (пектиновые, пентозаны и др.). Расход картофеля с крахмалистостью 14,8 % на 1 т сухих веществ крахмала составляет 7,95 т.

Для получения высоких технико-экономических показателей в производстве крахмала необходимо перерабатывать картофель высококрахмалистых сортов, что позволяет снизить его расход на получение 1 т крахмала, а, следовательно, и его себестоимость. Согласно действующим нормативам, картофель, поступающий на переработку, должен иметь крахмалистость не менее 13 %, а засоренность после мойки – не более 0,1 %.

В производстве картофельного крахмала степень использования сырья характеризуется коэффициентом извлечения крахмала, который колеблется от 82 до 88 %. Выход крахмала зависит от содержания его в перерабатываемом картофеле и от потерь крахмала с побочными продуктами и сточными водами. Основные потери крахмала в производстве происходят с мезгой в виде связанного крахмала (около 40 %) и свободного крахмала (3…4 %), что составляет около 1,7 % массы переработанного крахмала.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Основная задача крахмального производства – максимальное извлечение крахмала в результате разрыва стенок наибольшего числа клеток картофеля и тщательная очистка от посторонних примесей. Процесс очистки основан на свойстве зерен крахмала не растворяться в холодной воде, на их малых размерах и сравнительно большой плотности – 1650 кг/м 3 .

Для переработки картофеля на крахмал используются разнообразные технологические схемы, оснащенные различными видами применяемого для этих целей оборудования. Наиболее эффективной является технология переработки картофеля на крахмал с использованием многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченной картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. По техническим характеристикам и технико-экономическим показателям гидроциклонная установка многократно превосходит в совокупности все виды оборудования, применяемого на операциях от начала разделения картофельной кашки до получения очищенной крахмальной суспензии и побочных продуктов в виде смеси мезги и картофельного сока.

Совмещение в одной установке операций разделения и промывки позволяет в 4…5 раз уменьшить производственные площади под размещение равнозначного по мощности технологического оборудования, а также на 3…4 % повысить коэффициент извлечения крахмала из картофеля путем как уменьшения числа ступеней обработки картофельной кашки, так и интенсификации производственного процесса в целом, а также снижения количества сбросов и расхода свежей воды.

Сырой крахмал – скоропортящийся продукт, не подлежащий длительному хранению. Для получения сухого крахмала предусмотрено механическое обезвоживание сгущенной крахмальной суспензии с последующим удалением избыточной влаги методом сушки под воздействием сушильного агента (подогретого воздуха).

Прогрессивная технология предусматривает комплексное использование всех компонентов перерабатываемого сырья. Разработаны способы утилизации побочных продуктов – мезги и картофельного сока, одним из которых является получение уваренного углеводно-белкового гидролизата и прессованного белкового корма.

Скоропортящийся сырой картофельный крахмал в холодное время года хранят наливным способом или на складах, при этом емкость с осевшим крахмалом заливают чистой водой, добавляя туда около 0,05 % диоксида серы. Наиболее надежный способ хранения сырого крахмала – в замороженном состоянии.

Сухой крахмал хранят в силосах или упаковывают в джутовые или льняные мешки по 25, 50, 60 кг. Крахмал можно фасовать в бумажные крафт-мешки с последующим их затариванием в мешки из редкой ткани, а также на фасовочных машинах упаковывать в потребительскую тару – бумажные пакеты по 100…1000 г. Упакованный сухой крахмал хранят в складах при оптимальной относительной влажности воздуха 75 % и температуре не выше 10 °С.

Крахмал имеет разнообразное применение в производстве пищевых продуктов. Из него вырабатывают патоку и кристаллическую глюкозу. В кондитерском производстве крахмал используется при придания бисквитному тесту пластических свойств и как формовочный материал при отливке помадных и ликерных конфет. В кулинарии с крахмалом готовят кисели, соусы и пудинги.

Крахмал и его производные находят широко применение в текстильной, бумажной, асбестовой, красочной, полиграфической, обувной, спичечной, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Углеводно-белковый гидролизат – густая коричневая масса, содержащая углеводы, протеины и минеральные вещества, может быть использована либо в качестве биостимулятора при выращивании кормовых дрожжей, либо в хлебопечении как заменитель красного ржаного солода.

Стадии технологического процесса. Переработку картофеля на крахмал можно разделить на следующие основные стадии и операции:

– мойка и взвешивание картофеля;

– тонкое измельчение картофеля (получение кашки);

– выделение картофельного сока из кашки;

– выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока и получение сырого крахмала;

– обезвоживание и сушка крахмала;

– упаковывание сухого крахмала в потребительскую и транспортную тару;

– осветление и коагуляция картофельного сока и получение белкового корма;

– уваривание осветленного картофельного сока и получение уваренного гидроизолята.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки клубней картофеля к переработке, в состав которого входят гидравлический транспортер, камнеловушка, моечная машина и водоотделители.

Ведущим является комплекс оборудования для образования крахмальной эмульсии, включающей терочные машины, фильтры, гидроциклонную установку, сито рафинировальное, центрифугу, винтовой конвейер, сборники и насосы.

Завершающий комплекс предназначен для получения сырого и сухого крахмала и содержит вакуум-фильтр, сушильную установку, бурат-просеиватель, винтовой конвейер, сборники, насосы, весы и мешкозашивочную машину.

В состав линии входят также комплексы оборудования для переработки побочных продуктов. Комплекс оборудования для получения из крахмального сока белкового корма содержит дуговые сита, подогреватель, коагулятор, сборники и насосы. В комплекс оборудования для получения уваренного гидролизата входят подогреватель очищенного картофельного сока, выпарные аппараты, поверхностный конденсатор, вакуум-насос, сборники, насосы, а также устройства для сбора конденсата.

На рис. 2.7. показана машинно-аппаратурная схема линии производства картофельного крахмала.

Устройство и принцип действия линии. Картофель из оборотного склада подается по гидротранспортеру 1 на камнеловушку барабанного типа 2 , далее шнеком 3 , в котором происходит отделение транспортерной воды, – на бильную мойку 4 . Отмытые от грязи клубни поступают через второй шнек-водоотделитель на установку измельчения, где дважды измельчаются в кашку на терках 5 , связанных через плунжерный насос 6 .

Терка представляет собой устройство, где измельчение осуществляется за счет истирания клубней картофеля зубчатыми пилками, укрепленными на поверхности барабана, вращающегося с большой скоростью внутри металлического корпуса. Измельчение проводят дважды. При первом измельчении используют пилки с высотой зубьев 1,5…1,7 мм, при повторном (перетир) – 1,0 мм. Терки комплектуются прижимами и решетками с отверстиями диаметром 2 мм, что обеспечивает высокую степень измельчения. Эффективность работы картофелетерки зависит от окружной скорости пильной поверхности барабана; она характеризуется коэффициентом измельчения, который достигает 90 %. При использовании пильчатых терок с окружной скоростью барабана 90 м/с коэффициент измельчения может достигать 95 % и более, при этом отпадает необходимость во второй стадии измельчения картофельной кашки. Эффективность и надежность работы терок существенно зависит от качества очистки картофеля при мойке.

Полученная после терочных машин картофельная кашка представляет собой смесь, состоящую из взорванных клеточных стенок, крахмальных зерен и картофельного сока. Важная задача получения картофельного крахмала – скорейшее выделение из кашки сока при минимальном его разбавлении. Контакт сока с крахмалом ухудшает качество крахмала, вызывая его потемнение в связи с окислением тирозина, снижает вязкость крахмального клейстера, способствует образованию пены, слизи и других нежелательных явлений.

Картофельная кашка из сборника-накопителя 8 через самоочищающиеся фильтры 10 , на которых отделяются различные примеси, подается плунжерным насосом на гидроциклонную установку 7 , состоящую из 14 ступеней гидроциклонной, из которых 6 ступеней являются обескрахмаливающими, а 8 – промывными.

Работу гидроциклонной установки регулируют таким образом, чтобы поступающая на промывание суспензии имела концентрацию 6…8, сгущенный сход с последней ступени – 35…40, а смешанные жидкие сходы с I и II ступеней – 1,0…1,5 % сухих веществ. Давление в мультициклоне поддерживают на уровне 0,3…0,4 МПа. Крахмальная суспензия с 13-й ступени гидроциклонов подается на песковый гидроциклон 9 (единичный), затем на рафинировальное дуговое сито 11 . Крахмальная суспензия проходит сквозь сито и направляется для дальнейшей очистки в 14-ю ступень гидроциклонов. Мезга сползает в нижнюю часть ситовой поверхности, выводится из сита 11 и перекачивается плунжерным насосом 12 в сборник верхнего схода 13 .

Очищенная крахмальная суспензия перекачивается плунжерным насосом 18 в сборник 19 . Из него она поступает для обезвоживания до концентрации 64 % сухих веществ на установку барабанного вакуум-фильтра 20 .

При непрерывном вращении перфорированного барабана, его поверхность последовательно проходит зоны фильтрации суспензии, подсушки, промывки и продувки слоя крахмала. С поверхности барабана сырой крахмал снимается ножом в винтовой конвейер 21 .

Для получения сухого крахмала сырой крахмал конвейером 21 направляется в пневматическую сушилку 22 . В основу работы сушилок пневматического типа положен принцип сушки разрыхленного крахмала в движущемся потоке горячего воздуха; при этом скорость движения смеси крахмал-воздух по сушильному тракту должна быть больше скорости витания зерен крахмала в потоке. Практически сушка крахмала длится доли секунды, т.е. происходит почти мгновенно.

Рис. 2.7. Машинно-аппаратурная схема линии производства картофельного крахмала

Особенности конструкции и работы пневматической сушилки, ее автоматизация позволяют применять воздух, нагретый до высоких температур. Температура сушильного агента калориферов, входящих в состав сушильной установки, составляет 140…150 °С, однако крахмальные зерна за счет испарения поверхностной влаги не успевают нагреться выше 60 °С.

Разделение сухого крахмала и воздушно-паровой смеси происходит в циклонах; окончательную очистку воздуха от крахмала осуществляют мокрым способом в циклоне-промывателе (скруббере) 23 . В нем крахмальная пыль улавливается водой и в виде крахмального молока подается в сборник 19 . Высушенный до требуемой (равновесной) влажности крахмал может содержать некоторое количество крупки, образующееся при переработке недоброкачественного сырья, которую отделяют на ситовом аппарате типа бурата 24 , разводят и направляют в основное производство для переработки. Очищенный сухой крахмал из бурата затаривается в мешкотару, затем взвешивается на весах 25 и зашивается на мешкозашивочной машине 26 .

Из сборника 13 мезга перекачивается центробежным насосом в промежуточную емкость 14 , из которой продается в центрифугу 15 . В последней мезга разделяется на две фракции: осадок (тяжелая фракция и картофельный сок). Осадок поступает в винтовой конвейер 17 используется в качестве сырого крахмала. Картофельный сок собирается в сборнике-отстойнике 16 и перекачивается насосом в комплексы оборудования для утилизации.

При утилизации побочных продуктов по комбинированной схеме вырабатывается уваренный углеводно-белковый гидролизат и белковый корм. По этой схеме картофельный сок из сборников 27 , оснащенных вентилятором-пеногасителем 28 и циклоном 29 , подается плунжерным насосом 30 на дуговое сито 31 . Верхний сход сита накапливается в сборнике 38 , а затем перекачивается насосом в сборник мезги. Очищенный картофельный сок собирается в сборник 32 и подается насосом через подогреватель 33 в коагулятор 34 . Отсюда он поступает для отделения белка на дуговые сита 35 и 36 . Верхний сход последнего сита является белковым кормом.

Картофельный сок из сборника 16 и осветленный сок из сборника 37 через конденсатор 39 направляется на уваривание на трехкорпусную выпарную установку 40 , 41 , 42 и из нее откачивается насосом в сборник 47 .

Для конденсации паров из третьего корпуса 42 установки используется поверхностный конденсатор 44 . Разряжение в выпарной установке и конденсаторе создается вакуум-насосом 45 . Конденсат из конденсатора 44 и ловушки 43 поступает в барометрический сборник 46 и насосом откачивается на градирню, где охлаждается и используется вторично для конденсации паров. Конденсат из первого и второго корпусов установки собирается в сборниках 49 и 48 .

Крахмал картофельный. Производство картофельного крахмала, технология

Основная задача производства картофельного крахмала - мак­симальное извлечение крахмала путем разрыва наибольшего чис­ла клеток клубня и дальнейшая очистка крахмальных зерен от нерастворимых и растворимых примесей. Весь процесс такого производства складывается главным образом из механических операций и основан на двух свойствах зерен крахмала: нераство­римости их в холодной воде и малых размерах при сравнительно большой плотности.

Рассмотрим схему получения сырого картофельного крахмала.

Клубни картофеля хорошо отмывают от почвы в специальных мойках, отделяя при этом солому, камни и другие загрязнения. Чистые клубни измельчают на терках или измельчающих маши­нах ударного действия. Полученную кашку обрабатывают на осадительных центрифугах для получения концентрированного кле­точного сока. Кашку после центрифуг разбавляют жидким крахмальным молоком с сит, на которых промывалась мелкая мезга, и направляют на два первых сита, последовательно отмывающих крахмал от мезги.

С сит кашку направляют на окончательное истирание во вто­рую измельчающую машину, отмывают от свободного крахмала, а полученную мезгу направляют на механическое обезвоживание и использование в качестве корма. На последнее промывное сито для мезги поступает возвратная производственная вода после про­мывания крахмала.

Крахмальное молоко, полученное после промывания кашки поступает для отделения соковой воды на шнековые (осадительные) центрифуги. Соковую воду удаляют в ловушки, а сырой крах­мал, разбавленный свежей водой, в виде молока направляют на рафинирование в специальных ситовых аппаратах с тонкой капро­новой сеткой, отделяющей мелкие частички мезги. Мелкую мезгу обычно отдельно промывают также на ситах с капроновой сеткой, и полученное жидкое крахмальное молоко направляют для разбав­ления кашки после второго выделения клеточного сока. Мезгу ис­пользуют при производстве корма.

В рафинированном крахмальном молоке еще содержатся в не­большом количестве остатки растворимых веществ и мельчайших: частичек мезги. Поэтому его направляют на операцию окончатель­ной очистки - промывание в непрерывно действующих гидроцик­лонных станциях. Здесь получают чистый сырой крахмал и часть крахмала с пониженным качеством. Последний перерабатывают отдельно для получения крахмала низких сортов или после тща­тельной дополнительной очистки возвращают в основную схему перед рафинированием крахмального молока.

Качество сырого картофельного крахмала должно соответство­вать требованиям отраслевого стандарта ОСТ-18-158-74. В соот­ветствии с этим стандартом различают две марки сырого крахма­ла по содержанию в нем влаги: А (38-40%) и Б (50-52%). Кро­ме того, по качеству крахмал каждой марки подразделяют на три сорта - I, II и III . Крахмал I и II сорта должен иметь однородный белый цвет и запах, свойственный крахмалу (не до­пускается наличие постороннего запаха). Крахмал III сорта может быть сероватым, без прожилок и вкраплений. В нем допускается слабо-кислый, но незатхлый запах.

Вследствие высокой влажности (38-52%) сырой картофель­ный крахмал является полуфабрикатом, и его перерабатывают, получая такие виды готовой продукции, как сухой крахмал, бес­кислотные декстрины, модифицированные крахмалы, крахмальное саго, различные патоки, глюкоза.

Для получения высококачественной готовой продукции хоро­шее качество сырья (сырого картофеля) имеет очень большое, а иногда и решающее значение. Белый цвет крахмала важен при применении его как вспомогательного материала в текстильной, бумажной, полиграфической, пищевой и друшх отраслях промыш­ленности. Большое значение для многих производств имеет вяз­кость крахмального клейстера, получаемого при нагревании смеси крахмала с водой. Особенностью картофельного крахмала, отли­чающей его от многих других крахмалов, является высокая начальная вязкость крахмального клейстера. Однако при неправильном ве­дении технологического процесса вязкость такого клейстера может сильно уменьшиться. Главное влияние на это оказывают длитель­ное пребывание крахмальных зерен в воде, содержащей значитель­ную концентрацию клеточного сока, наличие растворенных солей кальция и магния (жесткость воды) и некоторые другие факторы. Сырой крахмал сохраняется плохо из-за высокого содержания влаги. Поэтому сразу после выработки целесообразно обезвожи­вать его (на центрифугах), а затем или немедленно высушить или перерабатывать для получения других видов готовой продукции.

Выход крахмала больше всего зависит от крахмалистости картофеля и качества его измельчения. Поскольку, картофель теряет при хранении значительное количество крахмала, его перерабатывают как можно быстрее, не допуская хранения в весенние месяцы. Поэтому обычный сезон переработки картофеля продолжается 180-200 дней - с сентября по март. В весенне-летние месяцы картофель перерабатывают со значи­тельно худшими показателями. Следует стремиться довести дли­тельность сезона переработки до 120 дней.

Кукурузный крахмал. Технология производства кукурузного крахмала

Целью процесса производства сырого кукурузного крахмала является максимальное извлечение этого полисахарида из зерна в возможно более чистом виде и с минимальным изменением его природных свойств, проведение эффективного разделения и под­готовки к переработке других ценных составных частей зерна, зародыша, оболочек, белковых веществ и растворимых соедине­ний.

Эта цель достигается в производстве путем использования следующих методов воздействия на зерно и промежуточные про­дукты, получаемые при его переработке:

• химического, физического и биологического с целью размягче­ния зерна в процессе замачивания для облегчения последующего разделения его на компоненты;

• многоступенчатого мокрого измельчения зерна с сохранением целого зародыша, минимальным разрушением оболочек зерна и максимальным освобождением из клеток зерен крахмала;

• выделения и промывания зародыша и оболочек мокрым сито­ванием;

• разделения разных по плотности и размеру частиц белка и зе­рен крахмала под действием центробежных сил с помощью бы­строходных центробежных сепараторов.

В производстве кукурузного крахмала протекают различные микробиологические процессы. В одном случае, при замачивании зерна, направленное молочнокислое брожение не только не ме­шает, но и помогает производству, однако в других, например при измельчении зерна, ситовании и разделении крахмала и бел­ка, развитие микрофлоры затрудняет работу, ухудшает качество готовой продукции.

Производство кукурузного крахмала включает следующие ос­новные технологические операция (схема):

• замачивание зерна в теплом растворе разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ;
• дробление замоченного зерна с целью выделения зародыша;
• выделение и промывание зародыша;
• тонкое мокрое измельчение зерновой кашки для освобожде­ния связанных зерен крахмала, заключенных в клетках эндо­сперма;
• выделение из крахмальной суспензии частиц оболочек зерна и стенок клеток эндосперма, отделение от них свободного крахма­ла промыванием и мокрым ситованием;
• разделение крахмало-белковой суспензии с целью выделения взвешенных белковых веществ;
• промывание крахмала для очистки его от остатка растворен­ных в основном азотистых веществ.

http://carbofood.ru/starch-technology/

Закрытие ИП