На нашем интернет портале море информации по пищевой
и перерабатывающей промышленности, АПК и пищевой тематике
» » Гидролиз крахмала при производстве патоки

Гидролиз крахмала при производстве патоки

В крахмало-паточном производстве ; крахмал обычно гидролизуют в виде гидросуспензии (молока) при температуре 100—150°С, применяя в качестве катализатора серную или соляную кислоту. Сначала происходит ослабление и разрыв связей между макромолекулами амилопектина и амилозы, что сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. При дальнейшем действии кислоты в полисахаридах разрываются валентные а-1,4 и а-1,6-глюкозидные связи, и по месту их разрыва присоединяется молекула воды.

Реакция гидролиза крахмала может быть выражена схематично следующим химическим уравнением:

Реакция гидролиза крахмала

В растворимое состояние крахмал переходит сравнительно быстро, а гидролизуется значительно медленнее. Поскольку глюкозидные связи разрываются одновременно в различных частях молекул амилозы и амилопектина, образуются продукты с различной молекулярной массой.

В процессе гидролиза синяя окраска под действием йода, характерная для растворимого крахмала, сначала становится сине-фиолетовой, затем вишнево-красной, характерной соответственно для амило- и эритродекстринов. При образовании ахро- и мальтодекстринов цвет йодного раствора от добавления гидролизата уже не изменяется.

Течение процесса гидролиза крахмала в производственной практике обычно контролируют по окраске, получаемой от прибавления йода.
Скорость кислотного гидролиза крахмала зависит в основном от температуры, вида кислоты и ее концентрации.

Согласно современной теории электролитов соляная и серная кислоты полностью диссоциируют, но активность их водородных ионов из-за проявления межионного притяжения различна. Каталитическая активность кислот пропорциональна не общей концентрации водородных ионов, а только концентрации их активной части. У соляной кислоты она примерно в 2 раза выше, чем у серной.

На каждые 10°С повышения температуры в интервале 100—150°С происходит ускорение процесса гидролиза в 2,7 раза. Так как каталитическая активность кислот пропорциональна активности водородных ионов, то повышение концентрации кислоты приводит к ускорению процесса гидролиза.

Гидролиз крахмала серной кислотой. Гидролиз производится в деревянных гидролизных аппаратах при атмосферном давлении и температуре 102— 105°С. Гидролизный аппарат 1 (рис. 1) имеет форму усеченного конуса. В крышке имеется люк 2 для подачи воды, серной кислоты и крахмального молока. Крахмальное молоко равномерно распределяется по сечению аппарата с помощью зонта 3. По деревянной трубе 4 удаляется в атмосферу пар.

Внутри аппарата над самым его дном находится барботер 6 с отверстиями для нагрева открытым паром, обеспечивающим интенсивное перемешивание. Вокруг барботера расположена трубчатая поверхность нагрева 5 для подогрева глухим паром. Кроме того, имеется вторая поверхность нагрева 8, расположенная над барботером и состоящая из двух змеевиков. Гидролизат выводится в нейтрализатор через спуск 7.

Для гидролиза берут 0,8— 1,0% 100%-ной H2S04 (к массе безводного крахмала).

Рис. 1. Гидролизный аппарат

Рис. 1. Гидролизный аппарат.

Рис. 2. Автоклав (конвертор)

Рис. 2. Автоклав (конвертор).

В гидролизном аппарате одновременно происходит два процесса — гидролиз крахмала до необходимого содержания редуцирующих веществ и уваривание продукта до концентрации 55—57°СА.

Окончание процесса гидролиза определяется по йодной пробе (степень осахаривания) и по ареометру (степень уваривания). Общая длительность цикла работы гидролизного аппарата на крахмале хорошего качества 4— 4,5 ч, а при осахаривании низкосортного крахмала 6 ч и более.

Гидролиз крахмала соляной кислотой. Гидролиз производится в автоклавах (конверторах), представляющих собой цилиндрический котел со сферическими крышкой и днищем (рис. 2). Изготовляют их из бронзы или красной меди.

В крышке автоклава имеется три штуцера. По штуцеру 1 из мерников поступают крахмальное молоко, подкисленная вода или промой. Штуцер 4 сообщает автоклав с ловушкой для крахмала 5, а через нее — с атмосферой. На третьем штуцере установлен предохранительный клапан 6. На крышке помещается также манометр 2.

В нижней части автоклава находится кольцевой барботер 7, служащий для подачи основного количества пара при заварке крахмала и для повышения давления при осахаривании. Кроме того, пар поступает по штуцеру 8 для предотвращения образования комочков клейстера ниже барботера. Через трубку 9 и расположенный на ней краник 10 отбирают пробы сиропа. По трубе 3 сироп выдувают в нейтрализатор.

Благодаря более высокой температуре процесс осахаривания в конверторе происходит в 9—10 раз быстрее, чем в гидролизном аппарате. Полный оборот автоклава вместимостью около 5 м3 длится 18—20 мин: затопление барботера подкисленной водой, доведение ее до кипения и заваривание крахмала — от 6 до 8 мин; повышение давления — 3 мин, осахаривание — 3 мин, выдувание готового сиропа в нейтрализатор— 6 мин.

Осахаривание крахмального молока в автоклавах проводят при избыточном давлении 0,28— 0,32 МПа. Концентрация крахмального молока в зависимости от типа вырабатываемой патоки 25—27°Са при производстве высокоосахаренной патоки и 40—44°СА при производстве карамельной патоки.

Соляной кислоты в пересчете на газ Сl расходуется 0,19—0,25% к массе безводного крахмала (концентрация в осахариваемой массе 0,05—0,08%).

Рис. 3. Схема непрерывного осахаривания крахмала

Рис. 3. Схема непрерывного осахаривания крахмала

 

Обычно устанавливают не менее двух автоклавов на линии второго этажа завода. Общий объем конвертора от 2,5 до 13 м3, полезный объем — от 60 до 70% (по крахмальному молоку).

Осахаривание крахмала в заварном аппарате и в автоклаве имеет ряд крупных недостатков, которые устраняются при непрерывных методах осахаривания. Аппараты непрерывного действия имеют меньшие габариты, расходуют меньше пара и позволяют автоматизировать процесс гидролиза. В последние годы в Советском Союзе и за рубежом они постепенно стали вытеснять аппараты периодического действия.

На рис. 3 представлена схема непрерывного осахаривания крахмала, осуществленная на Бесланском крахмало-паточном комбинате. Крахмальное молоко, предварительно подкисленное в мернике, из сборника 1 насосом 2 нагнетается в подогреватели 3 и 4, представляющие собой пять соединенных последовательно трубчатых теплообменников. Из зоны подогрева продукт температурой 144—146°С подается в зону осахаривания 5. В этой зоне установлены вертикально расположенные медные трубы с подводом продукта снизу в каждую секцию.

За время прохождения молока по трубкам теплообменников крахмал осахаривается при температуре около 145°С. Кислый гидролизат поступает в сепаратор 4, где поддерживается давление, близкое к атмосферному. Вследствие перепада давления происходит усиленное испарение воды, и образующийся пар направляется на обогрев выпарных аппаратов, а гидролизат температурой 105—106°С стекает в нейтрализатор.

  • Похожие материалы