Производство картофельного 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 сырья,
подготовка его к переработке,
измельчение,
выделение картофельного сока и мезги,
очистка крахмала,
утилизация побочных продуктов.
Рисунок 1 – Технологическая схема производства картофельного крахмала
От грязи и посторонних включений картофель отмывают на картофелемойке, потом подают на измельчение. Чем сильнее он будет измельчен, тем полнее будет выход крахмала из клеток, но при этом важно не повредить сами зерна крахмала. Сначала картофель двукратно измельчают на скоростных картофелетерках. Принцип их действия заключается в истирании клубней между рабочими поверхностями, образованными закрепленными на вращающемся барабане пилками с мелкими зубьями. На терках первого измельчения пилки выступают над поверхностью барабана на 1,5…1,7 мм, на терках второго измельчения - не более 1 мм. При втором измельчении дополнительно извлекают 3…5 % крахмала. Качество измельчения также зависит от состояния картофеля (свежий картофель измельчается лучше, чем мороженый или вялый).
После измельчения клубней, обеспечивающего раскрытия большей части клеток, получают смесь, состоящую из крахмала, почти полностью разрушенных клеточных оболочек, некоторого количества неразрушенных клеток и картофельного сока. Эту смесь называют картофельной кашкой. Крахмал, оставшийся в неразорванных клетках, теряется с побочным продуктом производства - картофельной мезгой. Этот крахмал принято называть связанным, а выделенный из клубней картофеля - свободным.
Степень измельчения картофеля оценивают коэффициентом измельчения, который характеризует полноту разрушения клеток и количество извлечения крахмала. Его определяют отношением свободного крахмала в кашке к общему содержанию крахмала в картофеле. При нормальной работе он не должен быть меньше 90 %. Для повышения качества крахмала, его белизны и предупреждения развития микроорганизмов в картофельную кашку добавляют диоксид серы или сернистую кислоту.
В состав азотистых веществ сока входит тирозин, который под действием фермента тирозиназы окисляется с образованием окрашенных соединений, которые могут сорбироваться зернами крахмала и снижать белизну готовой продукции. Поэтому сок отделяют от кашки сразу же после измельчения. Для выделения песка из крахмальной суспензии и отделения мезги с картофельным соком используют гидроциклоны. Принцип их действия основан на возникающей при вращении центробежной силе. В результате обработки получают суспензию крахмала концентрацией 37…40 %. Ее называют сырым картофельным крахмалом.
Для высушивания крахмала наиболее часто используют непрерывно действующие пневматические сушилки разной конструкции. В основу их работы положен принцип сушки разрыхленного крахмала в движущемся потоке горячего воздуха.
Выход готового крахмала зависит от содержания его в перерабатываемом картофеле и от потерь крахмала с побочными продуктами и сточными водами. В связи с этим содержание крахмала в картофеле, поступающем на переработку, нормировано стандартом и должно составлять не менее 13…15 %.
При производстве крахмала предусмотрен его выпуск в двух формах: сухой и сырой картофельный крахмал. Количество сырого картофельного крахмала определяют в соответствии с ОСТ 10-103-88. Различают сырой крахмал марки А и марки В с влажностью 38 и 50 % соответственно. В зависимости от качества (цвета, наличия вкраплении, постороннего запаха) сырой крахмал подразделяют на три сорта - первый второй и третий. Сырой крахмал - скоропортящийся продукт и длительному хранению не подлежит, для консервации можно использовать диоксид серы 0,05 %-ной концентрации.
Сухой крахмал фасуют в мешки и мелкую упаковку. Картофельный крахмал упаковывают в двойные тканевые или бумажные мешки, а также мешки с полиэтиленовыми вкладышами массой не более 50 кг. По качеству крахмал, в соответствии с требованиями ГОСТ 7699-78 «Крахмал картофельный» подразделяют на следующие сорта: «Экстра», высший, первый и второй. Влажность крахмала должна быть 17…20 %, содержание золы 0,3…1,0 %, кислотность 6…20 в зависимости от сорта. Содержание сернистого ангидрида не более 0,005 %. Важный показатель, характеризующий чистоту и белизну крахмала, - количество крапин на 1 квадратный дм при рассмотрении невооруженным глазом. Для «Экстра» - 80, для высшего - 280, для первого - 700, для второго не нормируется. Крахмал второго сорта предназначен только для технических целей и промышленной переработки. Гарантийный срок хранения крахмала 2 года со дня выработки при относительной влажности воздуха не более 75 %.
4.
Крахмалы по своим технологическим функциям играют роль стабилизатора, загустителя и наполнителя. Они не обладают эмульгирующей способностью, но имеют выраженную ВСС, которая проявляется в результате термообработки при развитии процесса клейстеризации.
Молекула крахмала построена из большого числа остатков простых сахаров и представляет собой смесь двух типов полимеров – амилозы и амилопектина. Их соотношение определяет способность крахмала растворяться при нагревании с образованием вязких коллоидных систем, называемых клейстерами.
При обычной температуре крахмальные зерна не растворяются в воде. Нагрев крахмала в присутствии воды вызывает его клейстеризацию: разрушается внутренняя структура крахмальных зерен, растворяется и частично выходит во внешнюю среду полисахарид амилоза и сильно набухает другой полисахарид – амилопектин. Первая стадия клейстеризации наступает при 50-65°С: вода проникает внутрь крахмальных зерен, растворяет часть амилозы и вызывает набухание амилопектина. Зерна сильно увеличиваются в размерах, но сохраняют свою форму. При более высоких температурах разрушается структура крахмальных зерен, исчезает их слоистое строение. Размеры зерен увеличиваются в десятки раз. Часть полисахаридов переходит в воду. Образуется клейстер, обладающий высокой водосвязывающей способностью и склеивающий частицы продукта.
Образующийся вязкий коллоидный раствор после охлаждения превращается в гель, обладающий термотропными свойствами. Кроме того, для него характерен процесс самопроизвольного необратимого упрочнения, сопровождающийся сжатием сетки геля с выделением влаги – так называемый процесс синерезиса.
Крахмалы образуют гелеобразные структурированные слои, сольватированные дисперсионной средой и диффузно переходящие в золь по мере удаления от поверхности частиц дисперсной фазы. Подобные тонкие прослойки в составе фаршевой эмульсии, обладая механической прочностью, мешают коагуляционному взаимодействию между частицами дисперсной фазы и являются стабилизаторами .
Таким образом, нативные крахмалы способны к образованию клейстеров, которые имеют ряд недостатков: они чувствительны к действию температур, склонны к синерезису, недостаточно стабильны при хранении.
Кроме того, ингредиенты, присутствующие в мясных системах, оказывают определенное действие на функционально-технологические свойства крахмалов и степень их выраженности во время термообработки: наличие белка и жира сопровождается обволакиванием молекул крахмала, что замедляет гидратацию гранулы и снижает как скорость гелеобразования, так и уровень вязкости, адгезии, ВСС. Низкие значения рН ускоряют набухание гранул крахмала. Добавление сахара повышает адгезию и водосвязывающую способность .
Поэтому для создания крахмалов, обладающих наилучшими функционально-технологическими свойствами, их подвергают направленным изменениям (модификации).
5.
Основных способов модификации крахмала четыре – физический, химический, биохимический или комбинированный способ. Меж тем в мире производятся десятки видов модифицированных крахмалов, которые используются при производстве пищевых продуктов, как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных функциональных добавок.
Некоторые модифицированные крахмалы сравнительно мало отличаются по своему составу и свойствам от природного крахмала. Их основные виды – это крахмал, лишенный запаха, с измененным цветом, рассыпчатый и др.
Наряду с ними известны многие другие модифицированные крахмалы, получаемые путем сильного изменения их природных свойств: набухающие, термически расщепленные, жидкокипящие и др.
Чаще всего для производства мясопродуктов применяют следующие модификации:
E-1404 – окисленные крахмалы;
E-1412 – дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийфосфатом или хлорокисью фосфора;
E-1414 – ацетилированный дикрахмалфосфат;
E-1420 – ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом;
E-1422 – ацетилированный дикрахмаладипат.
Для производства этих продуктов используют:
а) окислители (например, перманганат калия), которые местами расщепляют крахмальные цепочки, и после реакции удаляются из раствора;
б) натриевую соль триметафосфорной кислоты и фосфороксихлорид;
в) ангидрид адипиновой кислоты;
г) ангидрид уксусной кислоты.
Вещества из пп. б) и в) используются для перекрестного связывания полимерных цепей крахмала, а уксусный ангидрид (г) – для этерификации (стабилизации) полисахаридов крахмала с образованием простых и сложных эфиров. Данные вещества в крахмалах химически связаны и находятся в микроскопических количествах, так что они не могут нанести вреда здоровью человека.
Модифицированные крахмалы применяются не только в пищевой промышленности.
Окисленные крахмалы получают в результате обработки крахмалов окисляющими агентами (пероксид водорода, перманганат калия и др.), в результате чего образуются более короткие молекулярные цепи. Такие крахмалы обладают повышенной прозрачностью раствора, но пониженной вязкостью, а также высокой стабильностью.
Крахмалы, модифицированные кислотами (жидкокипящие), получают при нагревании водных растворов крахмалов с соляной, ортофосфорной, серной кислотами при температуре, не превышающей точку клейстеризации. Отличительной особенностью таких крахмалов является то, что их клейстеризованные растворы в нагретом состоянии имеют значительно меньшую вязкость, чем у обычных крахмалов. Вместе с тем после охлаждения их растворы образуют прочные студни.
Фосфатирование крахмала позволяет получать клейстеры с повышенной устойчивостью к перемешиванию, низким значениям рН, хранению, замораживанию-оттаиванию.
Ацетилирование крахмала снижает вязкость его клейстеров, но повышает их стабильность и пленкообразующую способность. Такие крахмалы применяют как структурообразователи, загустители.
Стабилизированные крахмалы – это продукты химической модификации функциональными реагентами с образованием производных с простой или сложной эфирной связью по гидроксильным группам глюкозных остатков. Эти крахмалы имеют пониженную температуру клейстеризации, высокую растворимость, повышенную прозрачность и стабильность геля.
Сшитые крахмалы получают при сшивании поперечных молекул крахмала между собой, в результате взаимодействия их гидроксильных групп с помощью различных органических реагентов. При этом упрочняется трехмерная сетка геля, но снижается растворимость.
Путем модификации можно добиться следующих свойств у крахмалов:
понижения или повышения температуры клейстеризации;
понижения или повышения вязкости;
повышения растворимости в холодной воде;
снижение склонности к ретроградации (процесс, обратный желатинизации);
устойчивости к синерезису;
устойчивости к кислотам;
устойчивости к высоким температурам;
устойчивости к циклам оттаивания - замораживания.