20.2. Технология крахмальной патоки

Крахмальная патока - это продукт неполного гидролиза крахмала разбавленными ки­слотами или амилолитическими ферментами. Патока представляет собой бесцветную или слегка желтоватую жидкость, очень вязкую, со сладким вкусом. Сладость ее в 3-4 раза ниже сладости сахарозы. В зависимости от степени гидролиза крахмала патока содержит различное количество глюкозы, мальтозы и декстринов. В этом заключается специфич­ность ее использования в качестве дополнительного сырья при получении отдельных ви­дов пищевой продукции.

Патока используется в качестве антикристаллизатора при получении карамели, варке варенья, фруктовых сиропов, повидла, а также для загущения ликеров, подслащивания безалкогольных напитков и улучшения качества хлебобулочных изделий.

В зависимости от назначения крахмальную патоку вырабатывают в трех видах: кара­мельную (К), карамельную низкоосахаренную (КН) и глюкозную высокоосахаренную (ГВ). Карамельная патока выпускается двух сортов: высшего (KB) и первого (KI). Особое место занимает мальтозная патока, содержащая не менее 65% редуцирующих веществ в пересчете на мальтозу. Патока классифицируется в зависимости от ее углеводного состава, который определяют по общему содержанию редуцирующих веществ. Условно выражен­ная в глюкозных единицах, эта величина отражает суммарное содержание всех сахаров в сухом веществе патоки. Содержание редуцирующих веществ, выраженное в процентах от сухого вещества, в карамельной патоке находится в пределах 38-44, в низкоосахаренной - 30-34, в глюкозной - 44-60.

При повышенном содержании редуцирующих веществ патока теряет антикристаллиза­ционные свойства. Поэтому глюкозная высокоосахаренная патока применяется как сахаристое вещество при производстве варенья, фруктовых консервов, хлебобулочных изделий и т. д.

Технологическая схема получения патоки включает в себя следующие стадии произ­водства: подготовка крахмала к гидролизу, гидролиз крахмала, нейтрализация гидролизатов, фильтрование сиропов, обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами, уваривание жидких сиропов до густых, уваривание густых сиропов до патоки, охлаждение патоки.

Подготовка крахмала к гидролизу. Сырье, поступающее на производство патоки, должно содержать минимальное количество примесей, так как они отрицательно влияют на ход технологического процесса и качество патоки. Обычно перерабатывается крахмал, поступающий с различных предприятий, поэтому его подвергают очистке по такой же технологической схеме, что и при выработке сухого крахмала.

Гидролиз крахмала. Первой технологической операцией производства патоки являет­ся гидролиз крахмала. Его проводят в присутствии катализатора кислотным, кислотно- ферментативным или ферментативным способами. Процесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крахмального клейстера и его осахаривание. Клей- стеризация начинается с ослабления и разрыва связей между макромолекулами амилозы и амилопектина, нарушения структуры крахмальных зерен и образования гомогенной массы с высокой вязкостью. Под действием катализатора длинные цепочки молекул крахмала разрываются. При этом образуются продукты с различной молекулярной массой, вязкость клейстера снижается - происходит его разжижение, идет дальнейший разрыв молекул крахмала вплоть до глюкозы.

Кислотный гидролиз крахмала. Кислотный гидролиз крахмала проводится в конвер­торах периодического действия или осахаривателях. Процесс осахаривания крахмала длится несколько минут. Контроль за процессом осуществляют по окраске отбираемых проб с йодом. Так как осахаривание крахмала в конверторе осуществляется периодиче­ским способом, неизбежны колебания содержания редуцирующих веществ в патоке, по­вышенный расход пара и т. д. Для устранения этих недостатков и интенсификации произ­водства гидролиз ведут в аппаратах непрерывного действия.

Получаемые гидролизаты имеют невысокое качество из-за присутствия в них продуктов реверсии и термического кислотного разложения углеводов, продуктов разрушения белковых примесей крахмала под действием кислоты и высокой температуры процесса, а также мине­ральных примесей, которые образуются при нейтрализации кислоты после гидролиза.

Достичь наиболее полного осахаривания крахмала кислотным гидролизом не удает­ся. Поэтому для проведения гидролиза крахмала на любой его стадии целесообразно ис­пользовать ферменты. Благодаря направленности и специфичности действия ферментов можно вырабатывать патоку с различным составом углеводов. Гидролизаты имеют высо­кое качество, низкую цветность, так как ферментативный гидролиз идет при значительно более низких температурах и значениях рН, близких к нейтральным. Глюкозный эквива­лент (ГЭ) может достигать 98%, что значительно повышает выход кристаллического про­дукта в производстве глюкозы.

Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала проводят для устранения недостат­ков кислотного разжижения. Суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8-2,5 и подают в непрерывно действующий осахариватель, где нагревают до темпера­туры 140^оС в течение 5 мин, после чего кислоту нейтрализуют раствором кальцинированной соды до рН 6,0-6,5. Продукт практически мгновенно охлаждают в циклоне-испарителе до температуры 85^оС и немедленно, во избежание ретроградации крахмала, добавляют раствор а-амилазы. В качестве разжижающего вещества используют ферментный препарат амило- субтилин Г20х с оптимумом действия при температуре 85^оС и рН 6,2-6,5. Гидролиз длится в течение 30 мин, после чего полученный гидролизат имеет 10-13% ГЭ и хорошие фильтра­ционные свойства. Осахаривание его проводят также с использованием ферментов.

В настоящее время в крахмалопаточной промышленности для осахаривания гидроли- затов применяют порошкообразные ферментные препараты очищенной глюкоамилазы: глюконигрин Г20х - при производстве кристаллической глюкозы, глюкоаваморин Г20х - при производстве крахмальных паток и глюкозного концентрата. Осахаривание ведут при температуре 60^оС и рН, оптимальном для действия фермента, до необходимого глюкозно- го эквивалента. Фермент инактивируют нагреванием продукта при 80^оС в течение 20 мин.

Ферментативный гидролиз крахмала. При использовании ферментативного разжи­жения крахмала в 30-35%-ную суспензию крахмала вводят раствор кальцинированной со­ды до рН 6,0-6,5, раствор бактериальной а-амилазы (ферментного препарата амилосубти- лина Г10х) и ее стабилизаторов СаО или Са(ОН)₂. Смесь подогревают острым паром до 85^оС и выдерживают при этой температуре 1,5 ч, после чего подогревают до 140^оС в тече­ние 5 мин для улучшения фильтрационных свойств. Температуру разжиженного крахмала быстро снижают до 60^оС и ведут осахаривание амилоглюкозидазой в условиях, оптималь­ных для ее действия, до достижения требуемого глюкозного эквивалента.

Кислотно-ферментативный и ферментативный гидролиз крахмала используют при производстве низкоосахаренной (с содержанием редуцирующих веществ не более 32% от массы сухого вещества), высокоосахаренной (63-67%), мальтозной и декстриномальтоз- ной видов крахмальных паток.

Нейтрализация гидролизатов. Если гидролиз крахмала проводился с помощью ки­слоты, необходимо провести нейтрализацию гидролизатов. Цель нейтрализации - прекра­щение гидролиза крахмала по достижении заданной степени осахаривания, перевод сво­бодных минеральных кислот, недопустимых в пищевых продуктах, в безвредные соли и создание оптимальных условий для последующей очистки сиропов от примесей. Опти­мальная величина рН сиропа обеспечивает устойчивость глюкозы, коагуляцию белков и наилучшие условия обесцвечивания сиропов углями. Нейтрализованный сироп не должен иметь рН ниже 4,5-4,9. Гидролизаты, осахаренные с помощью соляной кислоты, нейтрали­зуют только содой.

Поваренная соль, которая образуется в нейтрализованном сиропе в количестве 0,23­0,25% (от массы сухих веществ сиропа), не влияет на вкус патоки и не ухудшает ее качества.

Нейтрализацию проводят очень осторожно, интенсивно перемешивая, чтобы не до­пустить даже местного перещелачивания. В противном случае глюкоза разлагается с обра­зованием окрашенных продуктов, а карбонат натрия легко вступает в реакцию с кислыми фосфатами, переводя их в средние, что ведет к потемнению и помутнению патоки при хранении.

Процесс ведут в специальных нейтрализаторах периодическим или непрерывным способом. Конструкция аппарата должна обеспечивать быстрое смешивание соды с кисло­той и улавливание капель сиропа из отходящих паров.

Подготовка сиропов к фильтрованию. Промышленные гидролизаты паточного про­изводства содержат 0,9-1,9% взвешенных частиц. Основную массу нерастворимых приме­сей составляет белок (0,3-1%), который под действием кислоты и высокой температуры полностью денатурируется и подвергается пептизации.

В процессе осахаривания кукурузного крахмала высвобождаются жир и жирные ки­слоты (0,2-0,4% от массы сухих веществ). Часть нерастворимых примесей составляет мез­га, которая находится в крахмале. Все эти примеси удаляют фильтрованием гидролизатов. Чтобы облегчить процесс фильтрования, некоторую часть примесей предварительно выде­ляют путем отстаивания сиропов в специальных отстойниках-скиммерах или обработкой их на тарельчатых сепараторах с периодической или непрерывной выгрузкой осадка.

Фильтрование сиропов. Для более полного выделения взвесей гидролизат фильтру­ют. Осадки в основном состоят из скоагулированных хлопьев белка, легко сжимаемых и труднопроницаемых, поэтому для облегчения фильтрования к сиропу добавляют порис­тый наполнитель (перлит, диатомит). На большинстве предприятий гидролизаты фильт­руют на вакуум-фильтрах или автоматических фильтр-прессах. Фильтрование проводят при температуре гидролизатов 75-80°С, при этом давление может достигать 0,3-0,5 МПа.

Обесцвечивание фильтрованных сиропов адсорбентами. После фильтрования паточ­ные сиропы превращаются в прозрачные жидкости желтого цвета. Интенсивность их окра­ски зависит от чистоты перерабатываемого крахмала, способа проведения гидролиза и ус­ловий нейтрализации. К красящим веществам паточного сиропа относятся продукты гидролиза белков, разложения углеводов, а также продукты реакции меланоидинообразо- вания и др. Наряду с красящими веществами в сиропе присутствуют кислые фосфаты, обу­словливающие кислотность патоки, некоторые минеральные вещества, растворимые бел­ки, органические кислоты и другие вещества.

Цель очистки паточного сиропа адсорбентами - полное его обесцвечивание, устране­ние запаха и удаление примесей. В качестве адсорбентов на паточных заводах применяют активированный уголь, который удаляет из раствора красящие и минеральные вещества, коллоидные и азотистые вещества, жир и жирные кислоты. После выделения взвешенных частиц гидролизаты однократно обрабатывают углем в специальных реакторах. Порошко­образный активированный уголь используют в виде водной суспензии 25%-ной концен­трации. Ее вводят непосредственно в сироп, температура которого составляет 65-70^оС, и постоянно перемешивают в течение 20-30 мин. После обработки адсорбент удаляют фильтрованием. Сиропы также обесцвечивают, пропуская их через слой угля, нанесенного на фильтрующую перегородку. Фильтрование ведут при давлении 0,5-0,8 МПа. Кроме то­го, сиропы можно очищать гранулированными углями в непрерывно действующих колон­нах. Отработанный гранулированный уголь подвергают регенерации. Активированный уголь, применяемый в крахмалопаточной промышленности, должен иметь рН водной вы­тяжки в пределах 4-6. Применение щелочных углей значительно снижает эффект обесцве­чивания, поэтому их предварительно обрабатывают кислотой.

Уваривание жидких сиропов до густых. Для получения густого сиропа с минималь­ной цветностью и для экономии расхода теплоты сгущение сиропа от жидкого (с концен­трацией 35-40%) до густого (55-57%) осуществляют в многокорпусных выпарных аппара­тах под разрежением. На паточных заводах работают вакуум-выпарные аппараты различных конструкций, но наибольшее распространение получили вертикальные выпар­ные аппараты, как правило, трехкорпусные. Перед первым корпусом сироп подогревают до 97°С. Температура кипения сиропа в этом корпусе составляет 100°С, соответственно во втором корпусе - 86°С, в третьем - 67,7°С.

Уваривание густых сиропов до патоки. Очищенный густой сироп с концентрацией сухих веществ 55-57% уваривают в вакуум-аппаратах до патоки с содержанием сухих ве­ществ не менее 78%. Для получения патоки высокого качества процесс уваривания ведут при температуре не выше 60°С. Продолжительность процесса уваривания должна быть минимальной (50-55 мин).

Охлаждение патоки. Патока, выходящая из вакуум-аппарата, имеет температуру 60-70°С. Так как это вязкий продукт, то естественное охлаждение идет очень медленно при быстром нарастании цветности за счет образования красящих веществ. Чтобы избе­жать этого, стремятся быстро (в течение 40-80 мин) охладить ее до температуры 40-45°С. Для этой цели используют змеевиковый теплообменник. В центре теплообменника нахо­дятся циркуляционная труба и мешалка. Резервуар имеет коническое днище и крышку. Холодная вода поступает через воронки отдельно в каждый змеевик, а отработавшая вода отводится через общую воронку. Горячая патока, проходя между трубами змеевиков, ох­лаждается и самотеком выходит в сборник. Затем патоку фасуют и хранят.