Варка утфелей и получение кристаллического сахара.

Очищенный сахарный сироп, содержащий 55-60 % сухих веществ, поступает на дальнейшее упаривание. Он содержит большую часть несахаров, которые не удалось выделить из сиропа практически чистую сахарозу, кристаллизацию проводят в кипящих пересыщенных растворах в вакуум-аппаратах при низкой температуре.

Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит 7,5-8 % воды, 92-92,5 % сухих веществ и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Межкристальная жидкость представляет собой вязкий раствор, содержащий несахара и насыщенный раствор сахарозы.

Для того, чтобы максимально увеличить выход сахара, содержащийся в сахарной свекле, применяют трехкристаллизационную схему продуктового отделения. По данной схеме сироп из сборника поступает в вакуум-аппарат и уваривается до содержания сухих веществ 92,5 %. Готовый утфель 1-ой кристаллизации (утфель I), поступает в центрифуги, где происходит отделение кристаллов сахарозы и двух оттеков. Так как поверхность кристаллов покрыта пленкой межкристальной жидкости, здесь же, в центрифуге, кристаллы пробеливают артезианской водой (температурой 70-95 ⁰С). Таким образом, первый оттек – это межкристальный раствор утфеля, содержащий некоторое количество мелких кристаллов сахара. Сахар-песок выгружают из центрифуги (W=0,8-1 %) и подают в сушильно-охладительную установку, где высушивают до W=0,14 и охлаждают. Далее сахар-песок подается в бункер на хранение.

Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля I, направляют на уваривание утфеля II до содержания сухих веществ ~ 93 %. К утфелю II добавляют небольшое количество воды и направляют в центрифуги. При центрифугировании отбирают II оттека, отличающихся чистотой. Пробеливание кристаллов ведут горячей водой. Оттеки направляют в вакуум-аппарат на уваривание утфеля III и доводят содержание сухих веществ до 93,5-84 %. Готовый утфель спускают в кристаллизационную установку, где происходит дополнительная кристаллизация сахарозы за счет охлаждения утфеля с 70-75 ⁰С до 35-40 ⁰С. Затем утфель подогревают до 45-50 ⁰С и центрифугируют без пробеливания сахара водой. Полученный оттек-мелассу перекачивают в емкость для хранения.

Переработка оттеков.

Полученные после центрифугирования и пробелки утфеля I оттеки являются насыщенными растворами сахарозы. Они используются для варки утфеля II. Он состоит из тех же основных периодов. В первой стадии уваривания оттеки сгущают до концентрации сухих веществ 84-85,5 %, что соответствует коэффициенту пересыщения 1,30-1,35. Затравку кристаллов проводят при помощи сахарной пудры (60-80 г на 40 т утфеля). После наращивания кристаллов утфель окончательно сгущают до концентрации сухих веществ ~ 93 %.

Утфель II подают в центрифугу. Сахар пробеливают чистой горячей водой. При центрифугировании отбирают 2 оттека с разной чистотой.

Утфель III уваривают из второго и первого оттеков утфеля II, аффинационного оттека (аффинация – это растворение сахара III кристаллизации в разбавленном первом оттеке утфеля I) до содержания сухих веществ ~ 89-90 % и раствора, полученного от промывки сит в центрифугах утфеля III. Цикл уваривания утфеля в вакуум-аппарате состоит из тех же операций, только продолжительность больше, чем для утфеля II. Перед самой завозкой кристаллов температуру утфеля повышают до 70-73 ⁰С. сахарную пудру вносят в количестве 150-200 г на 40 т утфеля.

Наращивание кристаллов проводят при коэффициенте пересыщения 1,15-1,25 путем подкачивания первого оттека утфеля II. Конечная концентрация сваренного утфеля должна быть 94,5-96 % сухих веществ. Далее утфель III поступает в кристаллизационную установку. За время кристаллизации температура утфеля снижается с 70-75 до 35-40 ⁰С, коэффициент пресыщения поддерживается в пределах 1,20-1,25, для того, чтобы росли только имеющиеся кристаллы и не образовывалась кристаллическая «мука». Перед центрифугированием утфель нагревают до 45-50 ⁰С и центрифугируют без пробеливания сахара водой с отбором одного оттека-мелассы. При этом на поверхности кристаллов сахара остается слой мелассы и чистота желтого сахара составляет 94-95 %. Для повышения чистоты сахар подвергают аффинации, т.е. сахар III кристаллизации смешивают с разбавленным первым оттеком утфеля I до содержания сухих веществ ~ 89-90 % и перемешивают. В результате этого часть несахаров, содержащихся в пленке, покрывающей кристаллы сахара, переходит в аффинирующий раствор и при центрифугировании утфеля будет получен более чистый сахар-аффинад. Сахар-аффинад и сахар II кристаллизации растворяют (клеруют) очищенным соком II сатурации при 80-85 ⁰С до содержания сухих веществ 65-70 %, смешивают с сиропом из выпарной установки и подают на сульфитацию.

Производство жидкого сахара.

Технологическая схема получения жидкого сахара: сахар-песок после центрифугирования, минуя сушильное отделение, поступает в клеровочные мешалки, где он растворяется в конденсате выпарной установки до содержания сухих веществ ~ 63-65 %. Затем жидкий сахар перекачивается через мерники в резервуары, откуда в ж/д цистерны.

Применяют жидкий сахар: в безалкогольной, кондитерской и фармацевтической промышленности.

Выпускают жидкий сахар трех видов: высшей, I и II категорий.

Жидкий сахар высшей категории фильтруют и очищают адсорбентом (применяют безалкогольной, кондитерской и фармацевтической промышленности). Жидкий сахар I категории фильтруют с применением фильтроперлита (используют хлебопекарной, кондитерской, консервной и др. отраслях пищевой промышленности).

Получение сахара-рафинада.

В свекловичном сахаре-песке содержится некоторое количество несахаров (красящих веществ, зольных элементов), придающих ему желтоватый цвет, а также привкус и запах.

Основная цель сахарорафинадного производства – получение кристаллического продукта высокого качества с содержанием чистой сахарозы не менее 99,9 %.

Сахар-рафинад вырабатывают в виде сахара-песка и кускового сахара-рафинада: прессованного, быстро растоворимого, литого, колотого.

По органолептическим показателям сахар-рафинад должен соответствовать следующим требованиям: цвет белый (без пятен и посторонних примесей), допускается слегка голубоватый оттенок, вкус – сладкий, без постороннего привкуса и запаха, раствор должен быть прозрачным.

Основной процесс рафинирования – отделение сахарозы от несахаров путем ее многократной кристаллизации и физико-химической (адсорбционной) очистке сиропов. При производстве сахара-рафинада различают две группы продуктов: рафинадную (2-3 ступени) и продуктовую (3-4 ступени). Сахар-рафинад получают только в первых двух или трех циклах, последующие циклы служат для обессахаривания оттеков и возвращения желтого сахара на адсорбционную очистку и кристаллизацию в рафинадных циклах. Таким образом, в сахарорафинадном производстве применяют многократную кристаллизацию и каждой кристаллизации предшествует механическая и адсорбционная очистка сиропов. При этом наблюдается циклическая повторяемость технологических операций, в результате которых сахароза сахарного песка превращается в сахар-рафинад, а несахара, удерживая некоторую часть сахарозы, концентрируются в рафинадной патоке.

Технологическая схема производства прессованного рафинада включает следующие стадии: взвешивание и просеивание сахара-песка, приготовление рафинадного сиропа и клерса; удаление из сиропа механических примесей; адсорбционная очистка сиропа; сгущение сиропа до образования кристаллов; кристаллизация; центрифугирование и пробеливание кристаллов; получение рафинадной кашки; прессование рафинадной кашки; сушка и охлаждение брикетов; фасование и упаковывание сахара-рафинада; складирование и хранение.

Сахар-песок взвешивают, просеивают и подают на приготовление сиропа и клерса.

Клерс - это продукт, получаемый из растворенного в воде сахара-песка повышенного качества, сухих отходов рафинадного производства и отбора из адсорберов рафинадной группы.

Температура сиропов 75 ⁰С, рН не ниже 7,5.

Сироп обязательно фильтруют через гравий или фильтроперлит для удаления механических примесей и подвергают адсорбционной очистке для их обесцвечивания и освобождения от минеральных примесей.

В качестве адсорбента используют гранулированный уголь АГС-4, порошкообразные угли марок КАД, МД, глюконат-4, также применяют ионообменные смолы (анионит АВ-17-2П)

Далее сиропы направляют на контрольное фильтрование.

Обесцвеченные сиропы подают в вакуум-аппараты для сгущения. Варка утфеля из рафинадного сиропа такая же, как в свеклосахарном производстве. Только протекает быстрее - 2-3 часа (5,5 –6 часов в свеклосахарном). Особенность получения рафинадного утфеля является введение (75 г на 10 т утфеля) при его уваривании ультрамарина. Уваривают до содержания сухих веществ ~ 91,5-92 %. Готовый утфель спускают в кристаллизаторы для дополнительной кристаллизации. По мере охлаждения и кристаллизации утфель густеет. Чтобы сохранить его установленную плотность, утфель разжижают сиропом очищенного продукта. Для отделения кристаллов сахара утфель обрабатывают на центрифугах.

Сахар пробеливают клерсом, в который добавляют суспензию ультрамарина. После центрифугирования и пробелки получают полупродукт – рафинадную кашку, которая состоит из кристаллов, покрытых пленкой увлажняющего их клерса.

Содержание влаги в рафинадной кашке регулируется в зависимости от желаемой крепости рафинада и, обусловленное количеством остаточного клерса.

Для получения прессованных брикетов рафинада одной окраски, требуемой массы и крепости, рафинадная кашка должна иметь одинаковые кристаллическую структуру, температуру и влажность.

Мелкие кристаллы удерживают излишнюю влагу, крупные – образуют неровную поверхность брикетов. Поэтому рафинадную кашку, поступающую от центрифугирования различных утфелей, смешивают.

Рафинадную кашку прессуют под давлением для формирования брикетов.

Сырой прессованный сахар-рафинад сушат в два периода. Первый период характеризуется интенсивным удалением влаги, второй – резким замедлением процесса сушки. Продолжительность сушки составляет 8- 10 часов.

Контрольные вопросы

1. Сколько сахара содержится в корнеплоде сахарной свеклы ?

2. Из каких этапов состоит технологическая схема производства сахара-песка из сахарной свеклы ?

3. Как получают диффузионный сок ?

4. Как очищают диффузионный сок ?

5. Что представляет собой утфель ?

6. Сколько циклов кристаллизации предусмотрено в сахарном производстве ?

7. Из каких этапов состоит технологическая схема производства сахара-рафинада ?

8. Какие адсорбенты используют для очистки сахаро-рафинадных сиропов ?

9. В чем заключается особенность получения рафинадного утфеля ?

10. Какова продолжительность сушки сахара-рафинада ?

ЛЕКЦИЯ № 3

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КРАХМАЛА И КРАХМАЛОПРОДУКТОВ

1. Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала.

2. Технологическая схема получения сырого кукурузного крахмала.

3. Технологическая схема получения сухого крахмала.

4. Получение и применение модифицированных крахмалов.

5. Получение и применение декстрина.

6. Технологическая схема получения крахмальной патоки.

7. Получение глюкозно-фруктозных сиропов из крахмала.

Введение

Современная крахмало-паточная промышленность – важная отрасль народного хозяйства. Перерабатывая картофель и кукурузу, крахмало-паточные предприятия выпускают сухой крахмал, глюкозу, различные виды крахмальных паток, модифицированные крахмалы, декстрины, глюкозно-фруктозные сиропы и т.д. Крахмал и крахмалопродукты используют в различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, хлебопекарной, консервной, молочной, пищеконцентратной и др., а также в других отраслях промышленности (медицинской, текстильной, полиграфической, бумажной и т.д.).

1 Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала.

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Химический состав клубней картофеля колеблется в широких пределах и зависит от сорта картофеля, климатических, почвенных и др. условий. Средний химический состав картофеля (%): вода – 75; сухие вещества – 25. Из них (%): крахмал – 18,5; азотистые вещества ~ 2; клетчатка – 1; минеральные вещества ~ 0,9; сахара – 0,8; жир – 0,2; прочие – 1,6.

Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала состоит из следующих этапов: хранение картофеля; доставка картофеля на завод; мойка картофеля в моечных машинах; взвешивание картофеля; тонкое измельчение картофеля на терочных машинах – получение кашки; выделение картофельного сока из кашки; выделение свободного крахмала из кашки; отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока; промывание крахмала.

Хранение картофеля. Предприятия, перерабатывающие картофель, работают сезонно. До подачи на производство убранный картофель хранят в буртах при температуре 2-8 ⁰С. При хранении картофель дышит. Хранить картофель свыше 5-7 месяцев нецелесообразно, так как это приводит к значительным потерям сухих веществ, в том числе и крахмала.

Доставка картофеля. Картофель подают на производство с помощью гидравлического транспорта, при этом частично отделяют легкие примеси, песок и землю.

Мойка и взвешивание картофеля. Этому процессу придается очень большое значение, так как на последующих стадиях картофель не очищают от кожуры, а наличие в крахмале минеральных примесей недопустимо. Картофель моют в моечных машинах комбинированного типа, имеющих камеры с высоким уровнем воды, где отделяют солому и другие легкие примеси; и камеры с низким уровнем воды, в которых хорошо оттирают землю; сухие камеры, в которых вода, не задерживаясь, стекает в грязевую канаву. Продолжительность процесса мойки составляет 10-14 минут, расход воды – 200…400 % к массе картофеля.

Измельчение картофеля на терочных машинах, получение кашки. Крахмал содержится внутри клеток картофеля в виде крахмальных зерен. Чтобы извлечь его, необходимо вскрыть клеточные стенки. Для этого картофель измельчают на терочных машинах, принцип работы которых состоит в истирании клубней поверхностью, набранной из пилок с мелкими зубьями. Измельчение проводят дважды. Качество измельчения характеризуется коэффициентом измельчения:

, (3.1)

где: А – содержание свободного крахмала (освобожденного из клеток

клубня) в кашке, %;

В – содержание связанного крахмала (оставшегося в невскрытых

клетках картофеля) в кашке, %.

На современных предприятиях коэффициент измельчения достигает 85-95 %.

Выделение картофельного сока из кашки. Полученная после терочных машин картофельная кашка представляет собой смесь, состоящую из разорванных 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 др. нежелательных явлений. Картофельный сок выделяют из кашки на осадительных шнековых центрифугах, где под действием центробежной силы происходит ее разделение на две фракции. Картофельный сок выводится из центрифуги через сливные окна, а осадок (тяжелая фракция) разбавляется водой и удаляется в виде крахмального молока определенной плотности.

Выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги. После отделения картофельного сока на осадительных центрифугах кашку направляют на ситовую станцию завода. Здесь на различных ситовых аппаратах от нее отделяют и промывают крупную и мелкую мезгу, осаждают и промывают крахмал. Перспективно использовать гидроциклонные установки для разделения тонко измельченной картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. В наше время для выделения из кашки мезги используют центробежные ситовые аппараты: барабанно-струйные или центробежно-лопастные. Под действием центробежной силы кашка равномерно распределяется по внутренней поверхности барабана, навстречу движению кашки подается вода или жидкое крахмальное молоко. Вода под давлением образует против движения кашки как бы водяной шнек, задерживающий ее продвижение по ситу и способствующий отмыванию свободного крахмала. Для отмывания свободного крахмала кашку последовательно обрабатывают на барабанно-струйном и центробежно-лопастном ситовых аппаратах и направляют на повторное измельчение (перетир), после чего ее вновь промывают на БСС и ЦЛС. После выделения мезги на ситовых аппаратах и гидроциклонах крахмальная суспензия содержит некоторое количество мелкой мезги (4-8 %), водорастворимых веществ (0,1- 0,5 %) и сильно разбавленного картофельного сока. Поэтому ее подвергают рафинированию на центробежных ситах, гидроциклонах или дуговых ситах. Концентрация крахмальной суспензии, поступающей на рафинирование, должна быть 12-14 %, а концентрация рафинированной суспензии – 7-9 %.

Рафинирование крахмальной суспензии. Рафинирование на центробежных ситах проводят в две ступени, после чего крахмальную суспензию подают на пеногасящее устройство, а затем на песковые гидроциклоны для удаления песка. Полученную сгущенную суспензию направляют в гидроциклоны для промывки крахмала, которую проводят в три ступени. Далее крахмал обезвоживают на вакуум-аппаратах и высушивают. Гидроциклоны представляют собой батарею микрогидроциклонов. Принцип действия этих аппаратов такой: крахмальное молоко поступает под давлением в аппарат тангенциально по касательной трубе, за счет чего поступательное движение продукта преобразуется во вращательное, развивается большая центробежная сила, в результате действия которой тяжелые частицы отбрасываются на внутреннюю поверхность конуса и сползают вниз к дюзу сгущенного схода. Легкая фракция продукта (жидкий сход) вытесняется сгущенной фракцией, поднимается к дюзу жидкого схода и выводится из него.

Рафинирование крахмальной суспензии можно также проводить на дуговых ситах. Слабо напорное дуговое сито состоит из ситовой поверхности, укрепленной на рамке, вставленной в корпус. Продукт под небольшим давлением через питатель поступает сверху на ситовую поверхность. Крахмальная суспензия проходит сквозь сито и собирается в корпусе, а мезга сползает в нижнюю часть ситовой поверхности и выводится из него.

Процесс рафинирования крахмальной суспензии ведут в две ступени.

Мелкую мезгу промывают на ситах в три ступени. Чтобы получить крахмальное молоко достаточно высокой концентрации, на ситовой станции завода многократно используется разбавленное крахмальное молоко, а процесс ведут по принципу противотока.

Выход и коэффициент извлечения крахмала. Выход картофельного крахмала – это отношение полученного крахмала к массе переработанного сырья, выраженное в процентах. Выход крахмала зависит от его содержания в перерабатываемом сырье и потерь с мезгой и сточными водами. В среднем выход крахмала равен 15,7 %, потери крахмала составляют 2,8 %.

Отношение массы полученного крахмала к массе крахмала, содержащегося в переработанном сырье, выраженное в процентах, называется коэффициент извлечения крахмала. Он составляет 82-88 % и характеризует качество работы завода.

Качество сырого картофельного крахмала. Сырой картофельный крахмал в зависимости от содержания в нем влаги подразделяется на две марки: А (содержание влаги 38…40 %) и Б (содержание влаги 50-52 %). Крахмал каждой марки делится на три сорта. Качество его должно соответствовать требованиям отраслевого стандарта ОТС 18-158. крахмал I и II сортов должен иметь однородный белый цвет и запах, свойственный крахмалу. Наличие постороннего запаха не допускается. Крахмал III сорта может быть сероватым, без прожилок и вкраплений, в нем допускается слабокислый, но не затхлый запах. Показатели качества сырого картофельного крахмала приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Показатели качества сырого картофельного крахмала.

Из-за высокого содержания влаги сырой картофельный крахмал не может долго хранится, он закисает и поэтому его перерабатывают в сухой крахмал, бескислотные декстрины, модифицированные крахмалы, патоку, глюкозу и др. При необходимости сырой крахмал хранят в течение некоторого времени наливным способом или в складах, утрамбовывая и заливая его водой. Еще один способ хранения в замороженном состоянии. Однако при хранении в крахмале протекают микробиологические процессы, приводящие к появлению кислого запаха, увеличению кислотности, нарастанию растворимых веществ и снижению сухих веществ крахмала.