Жизненный цикл крахмала и крахмалопродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ведение

Крахмал - главнейший представитель природных углеводов, синтезирующийся в растениях и являющийся основным источником энергии для человеческого организма.

Крахмал, находящийся в клеточных структурах получаемый в виде продукта , представляет собой мелкие глобулы - зерна. Они формируются в некоторых растениях в результате постепенного отложения углеводов как резервного вещества для дальнейшего развития и формирования нового поколения данного растения. крахмал идентификация углевод

Крахмал издавна применяется в кулинарии, в кондитерской промышленности и для других целей. В настоящее время из крахмала вырабатывают разнообразные по свойствам крахмалопродукты. Их используют в пищевой промышленности в качестве заменителей сахара , эмульгаторов , загустителей , стабилизаторов структуры, наполнителей , снижающих калорийность изделий. В кондитерском производстве необходимым сырьем являются крахмальные патоки, обладающие антикристаллизационным действием.

Крахмал получают из запасающих органов растений , в которых он откладывается как резервный углевод. По внешнему виду - это сыпучий порошок белого или слегка желтоватого цвета. Энергетическая ценность 100 г крахмала ( в кДж): картофельного - 1251, кукурузного - 1376. Крахмал хорошо переваривается и легко усваивается организмом.

Являясь основным резервным углеводом растений , крахмал в больших количествах находится почти во всех семенах , так же в клубнях , корневищах и других частях растений. Однако для промышленного получения крахмала человечество прис-пособилось использовать , прежде всего, клубни картофеля , зерна кукурузы, пшеницы, риса, ржи.

Обладая большой энергетической ценностью, крахмал и некоторые углеводные продукты его переработки являются концентратом энергии, благодаря чему они активно используются человеком для употребления в пищу (после кулинарной обработки), а также для получения различных пищевых продуктов.

Крахмал в России вырабатывают в основном из картофеля и кукурузы. В некоторых, преимущественно южных и восточных, зарубежных странах его получают также из клубней маниокини (крахмал тапиоки), зерен сорго и др. В США крахмал вырабатывают главным образом из кукурузы.

В России промышленное производство крахмала началось в начале XVIII века , когда около Петербурга была создана мастерская для выработки крахмала из пшеницы. Этот крахмал использовался для технических целей, в частности, при изготовлении хлопчатобумажного полотна (для его шлихтования). В дальнейшем в качестве сырья для производства крахмала начали применять и картофель.

Целью выполнения курсовой работы является обзор рынка крахмаловой продукции, изучение жизненного цикла крахмала и крахмалопродуктов, а также их свойств, пищевой ценности, методов идентификации и изучение ассортимента магазиана «Пятёрочка».

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

-изучить ассортимент продукции;

-узнать технологии производства разных видов продукции данной категории;

-определить факторы влияющие на показатели качества крахмала и крахмалопроодуктов;

-выяснить основные методы фальсификации крахмала и крахмалопродуктов.

1. Теоретическая часть

1.1 Состав и основные свойства крахмала и крахмалопродуктов

В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, получивших название крахмальных зерен. Форма, структура и размер крахмальных зерен характерны для каждого вида крахмала, в связи с чем с помощью микроскопа можно определить его происхождение и наличие примесей крахмалов других видов. Для каждого вида крахмала характерны определенная форма, размер и свойства (различная вязкость, устойчивость клейстера, цвет), на чем и основана его идентификация.

Для рисового крахмала характерны следующие показатели:

- массовая доля влаги колеблется от 11 до 13%;

- зерна рисового крахмала при микрокопировании имеют многогранную форму очень маленьких размеров от 3 до 8 мкм.

Кукурузный крахмал имеет следующие характерные отличия:

- массовая доля влаги колеблется от 11 до 13%;

- при микроскопировании зерна крахмала, выделенные из роговидной части эндосперма кукурузы - многогранные, из мучнистой - круглые. При этом зерна представляют собой пирамиды, поэтому в центре зерна видна точка, от которой отходят лучи-грани этой пирамиды.

Картофельный крахмал имеет следующие отличия от других:

- массовая доля влаги колеблется от 17 до 20%;

- при микроскопировании крахмальные зерна около 100 мкм в поперечнике, которые имеют овальную форму (напоминающие форму клубня, но в малых размерах) и на поверхности присутствуют бороздки, концентрически размещенные вокруг глазка-точки или черточки.

У пшеничного крахмала имеются следующие особенности:

- массовая доля влаги колеблется от 11 до 13%;

- при микроскопировании для пшеничного крахмала характерно присутствие зерен крупного размера (около 40 мкм) и мелких - от 2 до 10 мкм, при этом они имеют плоскую эллиптическую или округлую форму.

Плотность зерен крахмала (в кг/м): картофельного - около 1,65, кукурузного - 1,61. Масса 1 м картофельного крахмала влажностью 20 % - 650 кг.

Важнейшее свойство крахмала - способность подвергаться гидролизу под действием кислот и ферментов. В состав крахмальных зерен входят две природные фракции: крахмала - амилоза и амилопектин. В амилозе остатки глюкозы соединены в основном а-1,4-гликозидными связями. Линейная или слабо разветвленная цепь амилозы способна благодаря а-1,4- гликозидным связям закручиваться в спираль с периодом в 6-7 остатков глюкозы. Спиралеобразное строение амилозы обусловливает ее способность образовывать комплексные соединения с йодом и некоторыми другими веществами. Полимеризация макромолекул амилозы различна - достигает 1000 - 6000 и более глюкозных остатков. Для амилопектина характерна разветвленная структура. В линейных участках остатки глюкозы связаны а-1,4-, а в точках ответвлений - а-1,6-гликозид-ными связями. Степень полимеризации амилопектина значительно выше, чем амилозы.

Свойства этих полимеров различаются. Так, амилоза образует в горячей воде гидратированные мицеллы, но со временем ретроградирует (осаждается ) в виде труднорастворимого геля. Амилопектин набухает в воде и дает стойкие вязкие коллойдные растворы; он препятствует ретроградации амилозы в растворах крахмала. Благодаря способности амилозы образовывать упорядоченные кристаллические структуры из амилозной фракции крахмала получают эластичные пленки. В растворе амилоза окрашивается йодом в чисто синий цвет. Амилопектин дает с йодом фиолетово-красное окрашивание. В крахмале большинства растений на долю амлозы приходится 17 - 25 %. В восковидных зернах кукурузыамилоза почти отсутствует.

Химический состав кукурузного и картофельного крахмала представлен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав кукурузного и картофельного крахмала:

Название вещества	Содержание на 100г,%
	Картофельный	Кукурузный
Вода	20	13
Белки	0,1	1,0
Жиры	Следы	0,6
Углеводы усвояемые	79,6	85,2
Зола	0,3	0,2
Минеральные вещества (Na, K, Сa, P, Mg)	0,1	0,07

Природные крахмалы помимо углеводов содержат некоторые количества (2,4 - 3,9 %) и неуглеродных компонентов.

Зольные элементы (в количестве 0,2 - 0,7 %) представлены главным образом фосфорной и сернистой кислотами. При этом в крахмале они связаны с углеводной частью сложно - эфирной связью, а кукурузном, пшеничном, рисовом фосфорная кислота находится в связи с другими веществами и удаляется экстрагированием теплой водой, спиртом и другими растворителями. В амилопектине картофельного крахмала фосфора значительно больше, чем в амилозе, и соответственно, фосфорная кислота влияет на свойства крахмала и обусловливает в некоторой степени его кислотность.

В крахмале обнаружены такие высокомолекулярные жирные кислоты, как пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая и другие, и общее их содержание достигает 0,6 %. Поскольку эти жирные кислоты адсорбированы на полисахаридной фракции крахмала и могут быть удалены из него путем экстрагирования нейтральными органическими растворителями, например, метиловым спиртом. Жирные кислоты оказывают влияние на свойства крахмала, например, на его запах и цвет. При производстве крахмала по обычной схеме их отделить не удается, однако перед гидролизом крахмала они обязательно должны быть удалены.

В крахмале, особенно кукурузном и пшеничном, содержатся небольшие количества азотистых веществ, которые остаются в нем в виде примесей даже при очень тщательной очистке крахмала в процессе производства.

Запах крахмала слабый, более выраженный у картофельного, содержащего эфирные масла (0,0001 - 0,1 %). Крахмал как запасной полисахарид присутствует в растительных клетках в водонерастворимой форме. Поэтому хорошо промытый, не подвергавшийся порче крахмал безвкусен.

Крахмальные зерна имеют кристаллическую структуру, способны к двойному лучепреломлению. Микрокристаллы крахмальных зерен образованы макромолекулами амилозы и амилопектина. На свойства крахмала влияет прочность валентных (водородных, эфирных) связей между ними. Внешний слой крахмальных зерен - отличается от внутренних большей плотностью к внешним воздействиям.

В зависимости от строения и степени полимеризации макромолекул, прочности связей между ними, структуры и величины зерен крахмалы разного происхождения различаются по свойствам. Особенно значительны различия между крахмалом картофельным и злаковым - пшеничным, кукурузным и др.

Микропористое строение крахмальных зерен обусловливает их высокую сорбционную способность. Благодаря гидрофильным свойствам амилозы и амилопектина крахмальные зерна при тонкопористой структуре очень гигроскопичны, особенно высока гигроскопичность картофельного крахмала.

Таблица 2. Содержание амилозы и амилопектина в разных видах крахмала:

Виды крахмала	Содержание амилозы, %	Содержание амилопектина, %
Картофельный	19-22	78-81
Пшеничный	24	76
Кукурузный	21-23	77-79
Рисовый	17	83

К основным физико-химическим свойствам крахмала, имеющим большое значение для потребительских свойств, относятся способность крахмала к клейстеризации, вязкость клейстеризованных растворов и их способность давать студни.

Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание. Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру. При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде. В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала.

Температура клейстеризации крахмала - величина довольно постоянная, и концентрация крахмала почти не влияет на эту температуру. Однако она колеблется в зависимости от многих факторов: сорта крахмала, района и условий выращивания расте-ния и др. Обычно температура клейстеризации находится в пре-делах 60 - 70о С. Кукурузный крахмал имеет более высокую (примерно на 5о С ) температуру клейстеризации, чем картофельный, рисовый и пшеничный крахмалы. В холодной воде (до 40 - 45о С) крахмал набухает ограниченно, зерна сохраняют первоначальный внешний вид.

В таблице 3 указывается температура клейстеризации основных видов крахмала.

Таб. 3.

Вид крахмала	Температура клейстеризации, С
	Начальная	конечная
Картофельный	59	68
Пшеничный	58	64
Кукурузный	62	72
Рисовый	68	78

Вязкость крахмальных клейстеров имеет очень важное практическое значение. При этом вязкость амилопектиновой фракции выше, чем амилозной, вследствие своего ветвистого строения молекулы амилопектина (внутреннее строение у растворов с такими объемистыми молекулами больше). Вязкость клейстеров картофельного крахмала значительно выше, чем у кукурузного и пшеничного.

Пищевые кулинарные изделия, получаемые из крахмала (соусы, подливки, кисели и пр. ), должны обладать необходимой вяз-костью. Чем большую вязкость имеет клейстер, содержащий определенное количество крахмала, тем меньше его надо расходовать для получения продуктов с требуемой вязкостью. Картофельный крахмал дает клейстеры со значительно большей (в среднем) вязкостью, чем кукурузный. Для получения клейстеров с одинаковой вязкостью нужно брать разные количества того или иного крахмала, например, 100 частей картофельного крахмала или 130 частей кукурузного крахмала. Однако эти соотношения меняются в зависимости от того, насколько значительной должна быть получаемая вязкость: чем она выше, тем меньшая разница наблюдается между свойствами картофельного и кукурузного крахмала.

Студнеобразующая способность, проявляется при достаточном содержании крахмала в клейстеров , а образование и свойства студней из них зависят, в основном, от амилозной фракции. Амилоза картофеля имеет меньшую скорость ретроградации, чем кукурузы или пшеницы. Студни из картофельного крахмала сохраняются дольше. Важным свойством студней является их прозрачность, определяемая свойствами амилопектина, наличием связанной с ним фосфорной кислоты, ионов щелочных или щелочно-земельных металлов. Студень картофельного крахмала- прозрачный, бесцветный, тягучий; кукурузного - молочно-белого цвета, пастообразный. Известно, что студни образуются в тех случаях, когда молекулы имеют цепочное (линейное) строение.

Образование студней используются, например, при изготовлении киселей, запеканок, конфет, колбас и др.

Свойства крахмальных студней зависят от концентрации крахмала, продолжительности выстойки и других факторов. Прочность студней быстро возрастает при их хранении и выстойке, причем наиболее быстро у концентрированных студней.

Студни из крахмалов разных видов по своим свойствам не одинаковы. Так, студень, содержащий 20 % рисового крахмала, имеет вначале в 1,5 раза большую прочность, чем такой же студень из картофельного крахмала. После 4-часовой выстойки прочность первого студня возрастает примерно в два раза, а второго - в пять раз, поэтому второй студень оказывается почти в два раза прочнее, чем первый.

Студни, изменившие первоначальную прочность во время хранения, после вторичного нагревания приобретают ее снова, т. е. явления структурообразования обратимы при нагревании, причем у рисовых и пшеничных крахмалов наблюдается полная обратимость, а у картофельных - ограниченная.

Скорость структурообразования при выстойке уменьшается с повышением температуры выстойки, и процесс уплотнения студня из картофельного крахмала прекращается при 70 о, а из рисового - при 50о.

У крахмальных студней, особенно из картофельного крахмала,с течением времени наблюдается синерезис, проявляющийся в том, что в результате уплотнения гелевой структуры выделяется свободная вода на поверхности.

В растворе амилоза окрашивается йодом, в синий цвет, а амилопектин, отделенный от амилозы, дает с йодом фиолетово-красное окрашивание. Таким образом, легко можно отличить обычный кукурузный крахмал от крахмала, полученного из восковидной кукурузы, по реакции с йодом.

Поэтому крахмал легко гидролизуется под влиянием неорганических кислот и амилолитических ферментов и дает гидролизаты, содержащие более простые углеводы, то на этом свойстве крахмала и основаны технологии получения из него патоки и глюкозы.

В молекуле крахмала имеется много свободных гидроксильных (спиртовых) групп, которые способны вступать в химические реакции со многими соединениями и давать эфиры и различные производные. На этом основано получение различных модифицированных его производных. Крахмал отличается большой лабильностью: под влиянием многих химических, физико-химических и физических факторов его свойства могут изменяться в большей или меньшей степени.

В качестве сырья для производства крахмала наиболее пригодны устойчивые к заболеваниям технические или универсальные сорта картофеля, так как они отличаются высокой урожайностью, большим содержанием крахмала и малым содержанием клетчатки и азотистых веществ, хорошей лежкоспособностью (т. е. способностью сохранять свои качества во время хранения). Для этого используются также и районированные сорта картофеля: из ранних - Эпикур, Ранняя роза; из среднеспелых - Лорх; из позднеспелых - Вольтман. Сезон работы картофеле-крахмального завода ограничен сроками сохранности картофеля. Его хранят обычно при заводах чаще всего в буртах, иногда в стационарных хранилищах при соблюдении обычных для картофеля условий хранения.

В картофеле крахмальные зерна находятся в клетках клубня и окружены клеточным соком. На качество вырабатываемого крахмала отрицательно влияет повышенное содержание белков, аминокислот и соланина. Белковые вещества, являясь хорошими пенообразователями, затрудняют промывку крахмальных зерен, загрязняют крахмал, осаждаясь на поверхности глобул в виде хлопьев.

При окислении аминокислоты тирозина образуются темноокрашенные меланины, что увеличивает цветность крахмала. Тирозин также дает окрашенные соединения с ионами железа.

Соланин, чаконин, представляющие собой гликозиды, являются хорошими пенообразователями, а также затрудняют качественную промывку крахмальных зерен.

Зольные элементы, переходящие в крахмал из клубня, влияют на его вязкость и клейстеризацию. Повышенное содержание зольных элементов в крахмале, в том числе нерастворимых в соляной кислоте, указывает на несоблюдение технологического процесса и попадание частиц земли, песка в готовый продукт.

Крахмалопаточная промышленность вырабатывает крахмалопродукты нескольких сот наименований. К крахмалопродуктам, используемым для пищевых целей, относятся: саго искусственное, модифицированные крахмалы, сахаристые гидролизаты крахмала - крахмальная патока, глюкоза и др.

Саго искусственное.

Саго искусственное вырабатывают из крахмала, который подвергают частичной клейстеризации. Саго натуральное получают из сердцевины саговых пальм. Саго имеет нежный вкус, хорошо усваивается Из него готовят каши, начинки и др.

Сырой крахмал, поступающий на изготовление саго, дополнительно очищают, обезвоживают до влажности 45-47 %, при которой он способен при просеивании разделяться на отдельные кусочки. Кусочкам придают шарообразную форму в катальном барабане и сортируют на ситах по размеру. Полученную крупку запаривают, продувая воздух температурой 70-80 °С. На поверхности саго образуется роговидная корочка из оклейстеризованного слоя. Картофельное саго высушивают до влажности 16%, кукурузное - до 13 %. Высушенное саго снова сортируют и полируют. Выпускают саго с зернами диаметром (в мм): мелкое - от 1,5 до 2,1 и крупное - от 2,1 до 3,1. Крупного саго в мелком и мелкого в крупном допускается не более 10 %.

По качеству саго делят на высший и 1-й сорта. Саго высшего сорта из картофельного крахмала матово-белое, 1-го сорта может иметь сероватый оттенок. Саго из кукурузного крахмала имеет желтоватый оттенок. В саго не допускаются посторонние привкусы, запахи, хруст при кулинарной пробе. Нормируются влажность, зольность, кислотность, набухаемость саго, содержание в нем мелочи (частичек менее 1,4 мм).

Упаковывают саго в мешки массой по 50 кг или фасуют в мелкую тару. Условия хранения те же, что и крахмала.

Модифицированные крахмалы.

Модификация нативного крахмала - направленное изменение его свойств - растворимости, вязкости, прозрачности, стабильности клейстеров и др. В производстве пищевых продуктов применяются модифицированные крахмалы: расщепленные - гидролизованные кислотой, окисленные, набухающие: замещенные - эфиры и сополимеры.

Расщепленные крахмалы. Модифицированные крахмалы этой группы получают путем нарушения физической или химической структуры крахмала. Клейстеры расщепленных крахмалов отличаются пониженной вязкостью, большей прозрачностью и стабильностью. Из-за сравнительно низкой вязкости клейстеров расщепленные крахмалы называют жидкокипящими.

Крахмал, модифицированный кислотой, приготовляют при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры ниже температуры клейстеризации крахмала. Нагрев и длительность обработки суспензии определяются заданными свойствами модифицированного крахмала. Под действием кислоты в зернах крахмала ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными. Вследствие этого крахмал дает более прозрачные студни. Клейстеры крахмала, модифицированного кислотой, при охлаждении образуют эластичные студни. Этот крахмал широко применяют в пищевой промышленности, например пшеничный и кукурузный для приготовления желейных конфет, картофельный для пудинговых смесей.

Окисленные крахмалы вырабатывают с применением перманганата и бромата калия, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты и других окислителей. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей с образованием альдегидных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. При окислении разрушаются или ослабляются межмолекулярные связи в крахмальных зернах, снижается их прочность. Окисляют крахмал в водных суспензиях и полусухой. По сравнению с исходным окисленные крахмалы способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, аг'ароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого, продуктов молочной и пищеконцентратной промышленности. Их добавки улучшают структуру пористого хлеба, способствуют большей эластичности мякиша, замедлению черствения хлеба.

Набухающие крахмалы при контакте с водой поглощают ее значительно больше, чем исходный крахмал. Они отличаются повышенной растворимостью в холодной и теплой воде.

Получают набухающие крахмалы следующим образом: предварительно клейстеризуют исходный крахмал и высушивают клейстер в тонком слое; нагревают при ограниченном присутствии влаги; подвергают влаготермической и механической обработке крахмал с низкой влажностью.

Набухающие крахмалы оценивают по увеличению объема в водной среде при комнатной температуре (в мл/г), растворимости, вязкости клейстеров (в МПа-с), водоудерживающей способности. Их применяют: для получения загущенных продуктов быстрого приготовления, пудингов, сухих смесей кексов и т. п.; в производстве сбивных кондитерских изделий; в качестве связующего вещества и стабилизатора влажности при производстве мясных полуфабрикатов.

В кулинарии набухающий крахмал, особенно амилопектиновый, вводят в начинки пирогов для загущения.

Перспективно развитие производства экструзионных крахмалов и крахмалопродуктов. Они по своим свойствам относятся к группе набухающих крахмалов. При их изготовлении исходное сырье в специальных аппаратах - экструдерах подвергают влаго-термомеханическому воздействию при температуре выше температуры клейстеризации крахмала. Порошкообразный крахмал клей-стеризуется и в виде тестообразной массы выпрессовывается из аппарата через матрицы. В результате изменения давления объем выдавливаемого продукта мгновенно увеличивается в несколько Раз, приобретая пористую структуру, образуемую высушенными "ленками клейстера.

Путем экструзионной обработки получают новые продукты (ароматические масла, пряности, вкусовые добавки и др.) в капсулах из набухающего крахмала. Экструдаты кукурузного крахмала используют для производства мясных и рыбных продуктов.

Замещенные крахмалы. В результате присоединения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высокомолекулярными соединениями крахмал приобретает новые свойства. В пищевой промышленности.чаще применяют крахмалофос-фаты - эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих вкуса и запаха.

Клейстеры фосфатных крахмалов при замораживании и оттаивании ретроградации не подвергаются. Поэтому они пригодны для стабилизации и загущения пищевых продуктов, сохраняемых в замороженном состоянии. Полученный в определенных условиях дикрахмалофосфат образует клейстеры, устойчивые к действию высоких температур, кислой среды, перемешивания. Его используют для загущения консервов, подвергающихся стерилизации.

Фосфатный крахмал применим в производстве мучных кондитерских изделий, кремов, майонезов, продуктов детского и диетического питания. В монофосфатах, используемых для пищевых целей, допускается содержание замещенного фосфора не более 0,4 %, в дикрахмалофосфатах - не более 0,04 %.

Эфиры крахмала и уксусной кислоты отличаются повышенной стабильностью и прозрачностью растворов, способностью образовывать прочные пленки. Ацетилированные крахмалы сохраняют свои свойства при низких значениях рН, высоких температурах, образуют клейстеры, устойчивые при хранении, замораживании и оттаивании. Для пищевых целей используют ацетаты крахмала низкой степени замещения. После предварительной клейстериза-ции их вводят в сухие смеси кремов и начинок. Поперечносвязанные ацетилированные крахмалы применяют при производстве консервов, замороженных, выпекаемых продуктов.

1.2 Технология производства картофельного крахмала

Крахмал можно изготовить, используя различное сырье. При этом технология производства немного различна. В данной работе представлена технология производства картофельного и кукурузного крахмалов. Технологическая схема производства крахмала включает следующие технологические процессы: мойку картофеля, его измельчение, выделение крахмала из кашки, выделение крахмала из крахмального молока и промывание крахмала, его сушку. При переработке картофеля на первой стадии получают сырой крахмал, из которого далее вырабатывают или сухой крахмал, или крахмалопродукты (патоку, саго и др.).

Переработку картофеля начинают с тщательной его мойки, используя для этой цели механизированные моечные машины непрерывного действия с противоточным движением воды и картофеля, передвигаемого с помощью бил. Эти машины имеют камнеловушки и приспособления для отделения соломы. Мойка должна быть проведена очень тщательно, чтобы в готовый продукт не попали посторонние примеси (земля, песок и пр.) Измельчение картофеля проводят с целью вскрытия клеточных структур клубня, получения кашки и выделения из нее зерен крахмала. Чем сильнее он будет измельчен, тем полнее будет выход крахмала из клеток, но при этом важно не повредить сами зерна крахмала. Картофель измельчают в скоростных непрерывно действующих терках. 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 замороженный или вялый). Выделение крахмала из кашки осуществляют на цилиндрических щеточных горизонтальных ситах непрерывного действия. При этом через сита проходят зерна крахмала, имеющие меньщие размеры, чем преобладающая часть обрывков клеточных стенок - мезги, сходящей с сита. Сход с каждого сита, содержащий неразорванные клетки, идет снова на терку, после чего его снова пропускают через более мелкое сито. Всю протертую массу направляют для очистки от более мелких частиц мезги, чем крахмальное зерно, на более плоское, сотрясательное рафинированное сито, затем получают крахмальное молоко. При пропускании кашки через сита ее промывают водой для лучшего отделения крахмала.

Выделение крахмала из молока и промывание крахмала является наиболее ответственной технологической операцией, влияющей на качество готового продукта. Благодаря указанным операциям происходит дальнейшая очистка крахмальных зерен от растворимых клеточных примесей и мелких взвешенных частиц. К растворимым примесям, содержащимся в клеточном соке, относятся минеральные вещества (соли калия, фосфорной кислоты и др.), органические кислоты (яблочная, щавелевая и др.), азотистые и другие органические вещества. Эти примеси способны загрязнить крахмал, увеличивая его зольность и кислотность, придавая крахмалу посторонний запах и привкус, обуславливая его потемнение.

Выделение крахмала можно вести при помощи отстойных чанов или на осадительных центрифугах. Крахмальные зерна, имея удельный вес во влажном состоянии около 1,25 оседают на дно. Эта операция занимает около 8 часов в отстойных чанах или несколько секунд на осадительных центрифугах. Осевший крахмал промывают водой. При промывке, наряду с крахмальными зернами, оседают и нерастворимые примеси (мелкие частицы мезги ), но оседая медленнее из-за своего меньшего удельного веса и большей парусности, они образуют на осевшем крахмале верхний загрязненный слой. После сливания воды ловушечный крахмал отделяют и перерабатывают отдельно.

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.

Сушку крахмала после вторичной промывки водой вначале проводят на осушающей центрифуге для удаления механически связанной с крахмалом воды. При этом влажность крахмала снижается с 50-55 до 35-40 %. А далее крахмал сушат до остановочной влажности не более 20 %. Для сушки применяют непрерывно действующие сушилки, в которых крахмал передвигается либо на по лотняных конвейерных лентах, либо во вращающихся горизонтальных барабанных сушилках. Более совершенными и дающими более качественный продукт являются вакуум-сушилки. Повышенная температура крахмала при сушке, особенно в ее начале, может вызвать клейстеризацию крахмала, его потемнение и снижение вязкости клейстеризованных растворов. Поэтому температура крахмала в начале сушки не должна превышать50о - 55о , а в конце может повышаться до 80о - 85о. После сушки крахмал охлаждают и пропускают через сита, где отделяется крупка (заклейстеризовавшиеся частички) и пр-сеиваются крахмальные зерна. При этом происходит разделение крахмала на сорта: вначале собирают крахмал высших, затем более низких сортов. Мелкие раздробленные крахмальные зерна просеиваются через сита в первую очередь, затем просеиваются целые крахмальные зерна, а крупка, измельчаясь трением частиц друг о друга при передвижении вдоль сит, просеивается на некотором отдалении от начала. Крупка, которая не прошла через сита, дополнительно измельчается и просеивается на особых мельницах.

Выход сухого крахмала из картофеля составляет около 18 - 20%, и коэффициент извлечения крахмала (т. е. выход крахмала в процентах от всего крахмала, содержащегося в картофеле) обычно составляет 80 - 85 %, а при более совершенном оборудовании повышается до 90 - 95 %. При производстве крахмала предусмотрен его выпуск в двух формах: сухой и сырой картофельный крахмал. Количество сырого картофельного крахмала определяют в соответствии с ОСТ10-103-88. Различают сырой крахмал марки А и марки В с влажностью 38 и 50 % соответственно. В зависимости от качества (цвета, наличии вкраплений, 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.

1.3 Технология производства кукурузного крахмала

Сырьем для производства данного крахмала наиболее пригодны малоокрашенные сорта зубовидной, полузубовидной и крахмалистой кукурузы. Среди сухих веществ кукурузы, при почти одинаковом с картофелем содержании крахмала, значительно больше присутствует азотистых веществ и жира и меньше золы и клетчатки. Кроме того, в семенах кукурузы отсутствует свободная вода. Все это обуславливает отличия в технологической схеме производства и влияет на качество готового крахмала. В зерне кукурузы, в отличие от картофеля, крахмальные зерна довольно плотно соединены с белками и другими сухими веществами зерна, вследствие чего для получения кукурузного крахмала необходимо применение специальных технологических приемов.

Технологическая схема производства кукурузного крахмала включает следующие технологические операции: кукурузные зерна очищают от посторонних примесей, затем замачивают, дробят, размалывают, отделяют от мезги, после чего промывают и сушат. Очистку зерна от посторонних примесей проводят на зерновых сепараторах - машинах для просеивания и провеивания зерна, удаляя из него сорные и зерновые примеси. Замачивание зерна необходимо для увеличения в зерне содержания свободной воды и извлечения из него части растворимых примесей - минеральных и азотистых веществ, растворимых углеводов. Зерно замачивают в слабом водном растворе сернистой кислоты ( 0,2 - 0,3% SO ) при 50 в течении 48 часов. После замочки зерно промывают.

Дробление зерна - технологическая операция, подготавливающая к отделению зародыша от зерна. Поскольку зародыш содержит около 40 % жира и имеет меньший удельный вес, чем крупка эндосперма, то после дробления в аппаратах-отделителях зародыш всплывает в воде, а крупка собирается отдельно. Зародыш отделяют и используют для выработки кукурузного масла. Из крупки, после повторного дробления, отделяют и отмывают оставшиеся зародыши, которые также направляют для выработки масла. Тонкий размол крупки, отделенной от зародыша, проводят на жерновах и получают крахмальную кашку. Ее перерабатывают по технологической схеме, сходной с переработкой кашки из картофеля.

Отделение крахмала от мезги осуществляют на барабанных ситах с последующей очисткой на рафинировальных сотрясательных ситах. Образовавшееся при промывании кашки крахмальное молоко является полидисперсной суспензией из зерен крахмала, глютена (нерастворимого в воде кукурузного белка), водного раствора экстрактивных веществ зерна, мелких частиц мезги, песка. Поэтому для отделения крахмальных зерен от посторонних компонентов используют следующую технологическую операцию.

Выделение из молока крахмала и его промывание ведут обычно на центробежных сепараторах. Крахмальное молоко пропускают через сепараторы, при этом оседают более плотные зерна крахмала. В молоке присутствуют и небольшие частицы кукурузного белка - глютена, но вследствие меньшего удельного веса их и большой парусности не успевают осесть и отводятся в цех по переработке глютена. Крахмал смывают с саморазгружающегося сепаратора и затем промывают на вакуум - фильтрах. Полученный сырой крахмал затем перерабатывают так же, как и сырой картофельный крахмал, и получают сухой крахмал с влажностью 13%. Коэффициент извлечения крахмала из кукурузного зерна на современных технологических линиях доходит до 95%.

1.4 Технология производства крахмало-подуктов

Современная крахмало-паточная промышленность, используя в основном традиционные источники сырья -- картофель и кукурузу, -- вырабатывает большой ассортимент продукции, включающий десятки наименований, которые используются в различных отраслях промышленности. В первую очередь это отрасли пищевой промышленности (кондитерская, хлебопекарная, молочная, консервная, пищеконцентратная и т.д.), а также другие отрасли (медицинская, текстильная, полиграфическая и др.).

Основными продуктами крахмало-паточного производства являются:

-- сухой крахмал;

-- модифицированные крахмалы: расщепленные крахмалы (окисленные и набухающие); замещенные крахмалы (фосфатные, ацетилированные, сополимеры крахмала);

-- декстрины;

-- различные виды крахмальных паток: карамельная (38 -- 44% РВ), карамельная низкоосахаренная (30 -- 34% РВ), глюкозная высокоосахаренная (44 -- 60% РВ), мальтозная (не менее 60% РВ);

-- глюкоза (техническая, пищевая, кристаллическая);

-- глюкозо-фруктозные сиропы.

В настоящее время в России ведется поиск новых источников крахмала и разработка новых технологических приемов с целью увеличения объема и расширения ассортимента вырабатываемых сахаристых крахмало-продуктов. Одним из таких перспективных видов крахмалсодержащего сырья является зерновое сорго, которое может быть использовано наряду с картофелем, кукурузой, рисом и пшеницей. Кроме того, ведется поиск и исследование новых амилолитических ферментных препаратов и способов ферментативного получения сахарных сиропов (гидролизатов) различного углеводного состава с учетом их целевого назначения. Применение амилаз. Ферментные препараты амилаз нашли широкое применение в технологиях получения различных паток и глюкозы.

Первой технологической операцией производства крахмальных гидролизатов является гидролиз крахмала. Его проводят кислотным, кислотно-ферментативным или ферментативным способом. Во всех случаях процесс гидролиза включает стадии клейстеризации крахмала, разжижения крахмального клейстера и его осахаривания.

Кислотный гидролиз в настоящее время осуществляется в основном, с применением соляной кислоты. При этом можно достичь различной степени гидролиза и получить гидролизаты с различной степенью осахаривания. Однако кислотный гидролиз крахмала, несмотря на дешевизну и быстроту процесса, имеет весьма существенные недостатки: получаемые гидролизаты имеют невысокое качество из-за присутствия в них продуктов деградации белков, а также минеральных примесей, которые образуются при нейтрализации кислоты после гидролиза.

Кислотно-ферментативным методом производят разжижение крахмала сначала кислотой, для этого суспензию крахмала подкисляют соляной кислотой до рН 1,8-2,5, нагревают до 140°С в течение 5 мин. Затем нейтрализуют раствором кальцинированной соды до рН 6,0 -- 6,5 и охлаждают до 85°С, после чего добавляют ферментный препарат б-амилазы и ведут гидролиз в течение 30 мин.

С целью разжижения на этой стадии используют ферментный препарат амилосубтилин Г10Х. Этот препарат выпускается в виде порошка; содержит в основном б-амилазу и в-глюконазу. Оптимальные условия действия препарата: рН 6,2 -- 6,8, температура -- 85 -- 87°С. Осахаривание полученного гидролизата также проводят с использованием ферментов. Для этой цели наиболее широко применяют порошкообразный ферментный препарат глюкавомарин Г20Х. Препарат содержит в основном глюкоамилазу. Оптимальные условия действия препарата глюкоавомарина Г20Х: оптимум рН 4,0 -- 5,5; оптимум температуры 56 -- 58°С.

Ферментативный способ заключается в том, что 30 -- 35%-ю крахмальную суспензию прогревают до 55°С, доводят рН до 6,3 -- 6,5, добавляют раствор ферментного препарата амилосубтилина Г1 ОХ и раствор кальцинированной соды в качестве стабилизатора. Процесс разжижения длится в течение 1 часа при температуре 85 -- 90°С при непрерывном перемешивании. Далее стадия декстринизации и осахаривания проводится с использованием препаратов амилосубтилина ПОХ, амилоризина ПОХ и П10Х. Этот процесс идет 2 -- 3 ч при температуре от 53 до 85°С и рН 4,7 -- 5,5.

Дальнейшее осахаривание ведут при 60°С и оптимальном рН, а продолжительность осахаривания зависит от желаемого результата (требуемой степени осахаривания). Инактивацию фермента и остановку процесса гидролиза производят нагреванием продукта при 80°С в течение 20 мин.

Ферментный препарат амилоризин П10Х и ферментный препарат ами-лоризин ПОХ имеют оптимальные условия действия: рН 4,8 -- 5,3 и температуру 53 -- 55°С.

Применение глюкозоизомеразы. Фермент глюкозоизомераза (Н.Ф. 5.3.1.18) катализирует реакцию изомеризации глюкозы во фруктозу, то есть превращение альдозы в кетоформу за счет внутримолекулярного процесса окисления одной части молекулы и соответствующего восстановления другой части. Фермент обнаружен в растениях и продуцируется различными микроорганизмами. В промышленности преимущественно используются препараты глюкозоизомеразы, продуцируемые микроорганизмами, которые относятся к роду Streptomyces, а также к родам Aerobacter и Lactobacillus.

На реакции ферментативной изомеризации основана технология получения глюкозно-фруктозных сиропов из крахмала. Для получения глюкозно-фруктозных сиропов используют гидролизаты кукурузного крахмала с высоким содержанием крахмала (96 -- 98%), полученные с помощью ферментативного гидролиза. Процесс изомеризации под действием иммобилизованного (закрепленного на носителе) ферментного препарата глюкозоизомеразы длится в течение 20 -- 24 часов (до содержания в гидролизате 42% фруктозы и 52% глюкозы). В ходе процесса необходимо контролировать и поддерживать оптимальные условия для работы фермента: температура 60°С, рН 7,0 -- 8,5. Кроме того, для повышения активности фермента и его стабильности в субстрат добавляют ионы магния и кобальта (в виде растворимых солей), а также бисульфит для предупреждения развития микрофлоры. Ионы кальция ингибируют фермент.

Иммобилизованные препараты глюкозоизомеразы характеризуются двумя важными показателями: период полужизни препарата, то есть время, за которое активность фермента снижается наполовину (при оптимальных условиях проведения процесса), и продуктивность, то есть количество килограммов глюкозы (на абсолютное СВ), изомеризованное 1 кг или 1 л ферментного препарата при многократном использовании. Для большинства препаратов период полужизни -- 20 -- 35 сут, продуктивность -- до 2000 кг глюкозы на 1 кг фермента.

Полученные с помощью ферментативной изомеризации глюкозо-фруктозные сиропы обладают более высокой степенью сладости, по своим свойствам они близки к инвертному сахару, благодаря чему широко применяются при производстве детского и диетического питания, хлебобулочных изделий, безалкогольных напитков, кондитерских изделий, мороженого и т. д.

1.5 Экспертиза и оценка качества крахмала и крахмалопродуктов, маркировка, упаковка и хранение

Экспертиза и оценка качества крахмала и крахмалопродуктов.

Факторы, формирующие качество. При производстве картофельного крахмала используют технические сорта картофеля с содержанием крахмала не ниже 14 %. Картофель моют, измельчают в кашку (смесь крахмальных зерен, клеточного сока, мезги, клеточных стенок и воды), промывают водой и центрифугируют. Отделение мезги проводят на ситах, орошаемых водой, получая крахмальное молочко (суспензия зерен крахмала в воде). Его тщательно промывают, очищают, осаждают из него сырой крахмал с влажностью 38--49 %, который используют для получения товарного крахмала и крахмалопродуктов. Товарный крахмал получают путем высушивания до влажности 20 % с последующим измельчением и просеиванием.

Кукурузный крахмал получают из белозерных сортов кукурузы (содержание крахмала около 70 %). Процесс выделения крахмала из зерна осложнен тем, что крахмальные зерна в нем как бы сцементированы белком, для растворения которого зерно замачивают в растворе сернистой кислоты (при температуре 65 °С). Затем зерно дробят и отделяют зародыш, тонко измельчают крупку, смешивают с водой до образования кашки (смесь крахмала, белка и мезги). Из отделенного зародыша получают кукурузное масло. Из кашки вымывают крахмальные зерна и получают крахмальное молочко. Из него на центробежных сепараторах отделяют частицы белка кукурузы (глютена), который используется как белковый корм для скота. Из очищенного крахмального молочка осаждают сырой крахмал, который сушат до влажности 13 %.

По качеству картофельный крахмал делят на сорта экстра, высший, первый и второй (для технических целей); кукурузный -- на высший и первый; пшеничный -- на экстра, высший и первый.

Органолептические методы при экспертизе качества крахмала используют для оценки внешнего вида, цвета, запаха, наличия хруста из-за присутствия песка (не допускается).

Цвет картофельного крахмала -- от белого до серого (второй сорт), крахмал сортов экстра и высший отличается кристаллическим блеском (люстр) благодаря наличию крупных зерен. У кукурузного крахмала цвет белый с желтоватым оттенком.

Запах -- специфический для данного вида крахмала, без посторонних примесей.

Посторонние запахи в крахмале могут появляться в результате либо порчи крахмала (при молочнокислом, масляно-кислом брожении), либо адсорбции крахмалом посторонних пахучих веществ.

Примеси (мезга, песок) могут встречаться в крахмале в виде темных крапин, число которых определяется на 1 дм2 (не более): в картофельном сорта экстра 60 шт., высшего сорта -- 280 шт., первого сорта -- 700 шт., второй сорт не нормируется; в кукурузном высшего сорта -- 300 шт., первого сорта -- 500 шт.

Из физико-химических показателей для крахмала нормируются следующие.

Массовая доля влаги в картофельном крахмале -- не более 17--20 %, в кукурузном -- не более 13 %.

Массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество: в картофельном крахмале сорта экстра -- не более 0,30 %; высшего сорта -- 0,35 %; первого сорта -- 0,50 %; в кукурузном высшего сорта -- 0,20 %; первого сорта -- 0,30 %.

По показателю кислотности можно определить степень свежести крахмала. Кислотность крахмала повышается при хранении в результате различных видов брожения -- масляно-кислого, пропионово-кислого и др. (см3 0,1 моль/дм3 NaOH, не более): в картофельном сорта экстра -- 6,0, высшего сорта -- 10, первого сорта -- 14, второго сорта --20; в кукурузном высшего сорта -- 20, первого сорта -- 25.

Массовая доля сернистого ангидрида во всех сортах картофельного крахмала не более 0,005 %, кукурузного 0,008 %. Для кукурузного крахмала, кроме того, нормируется массовая доля протеина в пересчете на сухое вещество: в высшем сорте -- не более 0,8%; в первом -- не более 1,0 %. Примеси других видов крахмала, а также присутствие металлопримесей не допускаются.

Саго высшего сорта из картофельного крахмала -- матово-белое, первого сорта -- может иметь сероватый оттенок; саго из кукурузного крахмала имеет желтоватый оттенок, в первом сорте допускается более высокая зольность, кислотность, большее содержание мелочи (частицы размером менее 1,4 мм) и склеенных зерен, меньшая набухаемость. Содержание крупного саго в мелком и мелкого в крупном должно быть не выше 10 %. Кроме того, независимо от сорта нормируется влажность (для картофельного -- 16 %, для кукурузного -- 13 %). Не допускается наличие солей тяжелых металлов и посторонних примесей.

Патока должна быть прозрачной (допускается легкая опалесценция), без посторонних привкусов и запахов. Присутствие примесей и свободных минеральных кислот не допускается. Ниже приводятся физико-химические показатели качества патоки.

Массовая доля, %, не менее

Сухих веществ	78
Редуцирующих веществ	30-50
Золы	0,4-0,05
Кислотность в пересчете на сухое вещество, см3 0,1 моль/дм3 NaOH	12-27
Показатель pH, не ниже	4,6

Использование в кулинарии. Крахмал широко применяется в кулинарии, пищевой промышленности (при производстве мороженого, в хлебопечении, колбасном и кондитерском производстве).

Дефекты крахмала.

К дефектам крахмала относятся посторонние запахи.

Посторонние запахи в крахмале могут появляться по двум причинам:

-в результате порчи крахмала (молочно-кислом, масляно-кислом брожении)

-в результате адсорбции крахмалом посторонних пахучих веществ.

Хруст- свидетельствует о наличии в крахмале песка.

Слеживание- возникает при хранении крахмала в помещении с повышенной влажностью. Если комочки не рассыпаются при легком надавливании, то такой крахмал к реализации в торговле не допускается, а используется на технические цели.

Упаковка, маркировка и хранение крахмала и крахмалопродуктов.

Упаковка и маркировка крахмала. Упаковывают крахмал в мешки льняные, кенафные, джутовые новые или бывшие в употреблении, чистые, сухие, I и II категории массой нетто 25, 50, 60 кг. Наружную поверхность мешков обмазывают клейстером, чтобы крахмал не проникал через ткань, зашивают шпагатом или суровыми нитками. Крахмал, упакованный в двойные бязевые или бумажные многослойные мешки, помещают в наружные мешки из редкой ткани. Для розничной торговли крахмал может быть расфасован массой нетто от 250 до 1000 г в тару из бумаги, полиэтилена и других полимерных материалов. Пачки и пакеты с крахмалом укладывают в чистые ящики по 30 кг.

Маркировка наносится на бирки, которые вшивают в горловину мешка, или бумажные этикетки, наклеиваемые на ящики и бумажные мешки. Маркируют упаковки с крахмалом в соответствии с требованием стандарта; на внешней таре должна быть предупредительная надпись «Боится сырости».

Хранение и транспортирование крахмала. Транспортирование крахмала и крахмалопродуктов производят всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, а также в контейнерах в соответствии с правилами перевозок на данном виде транспорта. Не допускается его перевозка совместно с продуктами, обладающими специфическими запахами.

Хранение крахмала и крахмалопродуктов в складских помещения, которые должны быть чистыми, хорошо вентилируемыми, не зараженными насекомыми-вредителями, осуществляют при относительной влажности воздуха не более 75 %. При хранении крахмала в помещениях с повышенной влажностью возникает его слеживание. Если комочки крахмала не рассыпаются при легком надавливании, то он к реализации в торговле не допускается, а используется в технических целях. Не допускается резких колебаний температуры; оптимальная температура около 10 °С. Необходимо соблюдать принцип товарного соседства. Крахмал в мешках и ящиках укладывается на деревянных стеллажах.

Срок хранения со дня выработки крахмала и крахмалопродуктов: картофельного и кукурузного -- 2 года, пшеничного -- 1 год.

Сохраняемость крахмала зависит в основном от содержания в нем влаги и примесей и относительной влажности воздуха на складе. Влажный крахмал - благоприятная среда для развития микроорганизмов, он легко слеживается, приобретает вначале затхлый, а затем гнилостный запах. Крахмал с признаками порчи хранению не подлежит.

Хранят крахмал при относительной влажности воздуха не более 75 %, не допуская резких колебаний температуры, так как на поверхности холодного крахмала возможна конденсация влаги. Оптимальная температура хранения крахмала - около 10°С. Увлажненный крахмал не следует хранить при температуре выше 15 °С.

Благодаря высокой сорбционной способности крахмал быстро приобретает посторонние запахи. Склады для его хранения должны быть чистыми, хорошо вентилируемыми, не зараженными вредителями. На складах магазинов необходимо соблюдать товарное соседство. Крахмал в мешках и ящиках укладывают штабелями на деревянных стеллажах. При перевозках крахмал следует защищать от атмосферных осадков. Гарантийный срок хранения со дня выработки крахмала (в годах) : картофельного и кукурузного - 2, пшеничного - 1.

...