Крахмальная промышленность

Получение крахмала из картофеля

Сорта картофеля, приемка и хранение

Для промышленной переработки необходимо использовать сорта картофеля с высокими показателями крахмалистости и урожайности, с тонкой кожурой, низким содержанием клетчатки, пентозанов, белковых соединений, растворимых сахаров и золы.

Картофель для промышленной переработки по основным показателям должен отвечать требованиям ГОСТ 6014-68: клубни не должны быть проросшими, крахмалистость не менее 14 %, размер по наибольшему диаметру не менее 30 мм. В некрупных клубнях больше содержится клетчатки, что снижает коэффициент измельчения, ухудшает выделение свободного крахмала, повышает потери крахмала с отходами производства.

Разрешается принимать на переработку картофель в ограниченных количествах со следующими показателями:

  • недозрелый, с неокрепшей кожурой, позеленевший (не более 2 %);
  • механически поврежденных (не более 2 %);
  • с клубнями размером от 2 до 3 см (не более 5 %);
  • с поверхностными загрязнениями (не более 1,5 %).

Не принимается на переработку картофель загнивший (мокрая или сухая гниль), а также мороженый и запаренный.

Для промышленной переработки заготавливают преимущественно среднепоздние и поздние сорта картофеля, достигшие технической спелости, устойчивые к болезням и вредителям, например, Лорх, Вольтман, Белорусский крахмалистый и другие.

При приемке картофеля проводится отбор проб для определения загрязненности, крахмалистости, наличия мелких, больных, поврежденных клубней. С учетом физического состояния картофеля принимается решение о возможности его хранения или направления на переработку.

Массовая копка картофеля проводится в сентябре-начале октября, когда ботва картофеля отмирает, клубни имеют достаточно твердую кожицу и легко отделяются от корневой системы.

Уборку картофеля и перевозку на завод необходимо завершить до наступления осенних заморозков.

После извлечения клубней из земли в них продолжаются все жизненные процессы: дыхание, углеводный обмен, действие ферментов и др. Для протекания этих процессов используется энергия, накопленная в процессе вегетации в зернах крахмала. С целью снижения потерь крахмала в разные периоды необходимо обеспечить оптимальные условия хранения картофеля.

В первый период хранения после уборки клубни интенсивно дышат, на их поверхности происходит образование защитной кожуры, за счет биохимических процессов часть сахаров превращается в полисахарид крахмал, а некоторая их часть за счет дыхания превращается в углекислоту и воду. В этот период продолжительностью 20 — 30 дней картофель должен храниться при 12 — 18оС, относительной влажности воздуха 88 — 95 %.

Второй период хранения картофеля характеризуется снижением интенсивности дыхания, замедляются основные биохимические процессы — наступает состояние зимнего покоя. Температура хранения картофеля должна составлять 3 — 5 оС при достаточном притоке воздуха. Снижение температуры, например до нулевой отметки, вызывает в клубнях увеличение содержания растворимых сахаров до 5 — 8 %, что объясняется продолжающейся деятельностью гидролитических ферментов при минимальном уровне дыхания. В этих условиях хранения заметно возрастают потери крахмала, картофель становится сладким.

Влажность воздуха при хранении картофеля во втором периоде выше 90 % способствует развитию плесневых грибов и бактерий, что инфицирует все полупродукты при переработке картофеля и снижает выход крахмала.

Влажность воздуха ниже 70 % вызывает увядание (сморщивание) клубней. Такие клубни хуже измельчаются в картофелетерке, затрудняется выделение свободных зерен крахмала.

В марте-апреле начинается третий период хранения, характеризующийся повышением интенсивности дыхании и прорастания, что вызывает увеличение потерь массы картофеля и снижение крахмалистости.

Картофель хранится в буртах, которые размещаются на ровной поверхности с небольшим уклоном местности для обеспечения самотечного движения смеси воды и картофеля в завод. Продольная ось буртов устанавливается с учетом характерной в данном районе «розы ветров». Уровень залегания грунтовых вод не менее 1м от поверхности почвы. Ширина буртов при хранении здорового картофеля 4м, для частично заболевшего 2 — 3 м. Высота бурта формируется в зависимости от угла естественного откоса.

В холодный период производственного сезона бурты укрываются несколькими слоями теплоизолирующего материала, которые сверху закрываются слоем земли. Бурты должны быть полностью укрыты для предохранения картофеля от солнечного облучения, что необходимо для уменьшения прорастания и появления зеленой окраски клубней.

В процессе хранения осуществляется постоянный контроль температуры, для чего в буртах устанавливаются специальные термометры.

В зависимости от сорта картофель замерзает при температуре от -1,5 до -2,5 °С. В случае подмораживания картофель необходимо быстро направить на переработку, постоянно контролируя электрическую нагрузку на приводах измельчающих машин. Если такой картофель будет оттаивать в буртах, то в клубнях очень быстро развивается болезнетворная микрофлора, они загнивают и получить товарный крахмал из них уже невозможно.

Для обеспечения оптимальных условий хранения картофеля в буртах, в хранилищах используется механическое вентилирование с кратностью подачи воздуха около 70 м3/ч на 1 т картофеля.

За счет регулирования расхода воздуха, его влажности и температуры в буртах при хранении снижаются потери крахмала, картофель меньше прорастает, доля заболевшего картофеля на конец апреля (начало мая) снижается в несколько раз.

За счет механического вентилирования обеспечивается необходимое содержание в атмосфере бурта углекислоты. Если дыхание проходит при недостатке кислорода (анаэробный тип), в клубнях накапливаются сахара, которые затем превращаются в спирт и диоксид углерода. Образующийся спирт губительно действует на протоплазму, что приводит к гибели растительных клеток картофеля. Температура картофеля при хранении в буртах должна находиться в интервале от 0 о до + 5 оС.

Технология получения картофельного крахмала

Основные операции получения сырого крахмала из картофеля являются механическими (отмывание клубней картофеля, измельчение, отделение и промывание свободных зерен крахмала и др.) и осуществляются в присутствии значительного избытка воды (рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема производства сырого картофельного крахмала
Рисунок 1 — Принципиальная технологическая схема производства сырого картофельного крахмала

Подача картофеля на переработку

Основная задача картофелекрахмального производства заключается в максимальном извлечении из картофельной кашки свободных зерен крахмала и последующая их очистка от примесей с целью получения товарного продукта стандартного качества.

Весь комплекс операций получения крахмала основан на двух физических характеристиках его зерен: нерастворимость в холодной воде и значительная разность плотностей зерен и воды.

На заводах по переработке картофеля его подача обычно осуществляется с помощью гидротранспортеров. На складах картофеля они прокладываются в грунте вдоль каждого бурта и соединяются в главный гидротранспортер. Желоб гидротранспортера шириной не менее 200 мм выполняется из дерева, стали или бетона. Движение картофеля в смеси с избытком воды обеспечивается за счет уклона желоба не менее 12 мм на 1м длины.

Транспортирующая вода в количестве 600 — 700 % к массе картофеля подается в верхнюю точку гидротранспортера, что обеспечивает дальнейшее движение потока самотеком со скоростью 1,0 — 1,5 м/с, но не менее 0,8 м/с.

Из буртов картофель смывается в желоб за счет мощной струи воды из гидранта под избыточным давлением 0,30 -0,40 МПа.

Для отделения от картофеля различных механических загрязнений на пути гидравлического потока устанавливаются устройства – камнеловушки (для отделения тяжелых примесей) и соломоловушки (для отделения легких плавающих примесей). Удаление тяжелых примесей из потока за счет разности плотностей примесей и воды и изменения скорости и направления потока.

Ловушки тяжелых примесей различаются по конструкции – вертикальные, барабанные, ротационные.

Отделение легких примесей за счет их улавливания зубчатыми граблинами с поверхности движущегося потока и вывода из зоны гидротранспортера. Устанавливаются двух- и трехвальные ботвосоломоловушки.

Степень отделения различных примесей влияет на эффективность работы измельчающих машин и их безаварийную эксплуатацию.

Из гидротранспортера картофель в завод на дальнейшую переработку подается на высоту до 15 м с помощью специальных центробежных насосов.

Для подъема картофеля также используются наклонные шнеки и вертикальные элеваторы с карманами на цепной тяге.

После подъема от картофеля отделяется транспортирующая вода в специальных устройствах (водоотделителях) в виде вращающегося перфорированного барабана.

Мойка картофеля

Основной задачей этой стадии является максимальное отделение с поверхности картофеля всех остаточных примесей – частичек почвы, песка, камни, легкие растительные примеси и др. На операции мойки картофеля необходимо удалить их в полной мере, так как на дальнейших операциях этого сделать уже будет невозможно вследствие соосаждения примесей и зерен крахмала.

Попадание тяжелых твердых примесей в измельчающие машины вызывает быстрый абразивный износ рабочих органов и даже механические поломки. Легкие примеси (ботва, солома, древесные и растительные остатки) забивают режущие кромки пилок, что снижает производительность и рабочий ресурс машин, увеличивает расход энергии, ухудшает показатели картофельной кашки.

Для отмывания картофеля используются мойки различных конструкций. На современных заводах устанавливаются ротационные мойки, выполненные в виде перфорированного стального барабана, установленного под углом 5о по ходу движения картофеля и вращающегося с частотой 18 – 24 мин-1. Барабан диаметром 1,2 — 1,5 м и длиной 2,0 — 2,7 м имеет отверстия 10х45 мм.

Производительность таких моек от 500 до 700 т картофеля в сутки в зависимости от его начальной загрязненности.

Распространенными на заводах являются горизонтальные корытные мойки, оснащенные вращающимися валами с закрепленными на них кулаками (билами). Такие мойки различаются по числу рабочих камер (зон): однокамерные, двух- и трехкамерные.

Однокамерные (тип КМЗ-57М) имеют горизонтальный корпус с одним моечным отделением и постоянным высоким уровнем воды в нем – выше верхних концов вращающихся кулаков. Удаление мытого картофеля за счет выбрасывающей камеры, в которой вращается вал с ковшами. Картофелемойка имеет двойное днище – верхнее перфорированное, нижнее сплошное, к которому крепятся устройства-камнеловушки для накопления и вывода тяжелых примесей (камни, песок). Валы моечного и выбрасывающего отделений имеют отдельные приводы, включающие электродвигатель и редуктор. Производительность таких моек до 600 т картофеля в сутки. Расход воды на мойку 300 — 400 % к массе картофеля.

Комбинированные мойки имеют горизонтальный корытный корпус, включающий камеры трех видов: камеры с высоким уровнем воды (полностью погруженными кулаками), камеры с пониженным уровнем воды (на середине кулачкового вала) и камеры сухие.

В камерах первого типа происходит отмывание картофеля при наличии избытка воды, одновременно удаляются через перелив и легкие плавающие примеси. Камеры второго типа предназначены для механического интенсивного трения клубней, что повышает эффект отмывания и отделения примесей. В сухих камерах происходит отделение поверхностной грязной воды, что уменьшает ее попадание в последующие камеры и остаток примесей на мытом картофеле.

При рациональной последовательности пребывания картофеля в камерах разного типа обеспечивается высокая степень отмывания и отделения примесей.

Расход воды на отмывание от 200 % до 320 % к массе мытого картофеля. Продолжительность отмывания в зависимости от вида почвы от 10 до 18 мин. Удельная норма моечного объема 0,75 м3 на 1 т картофеля в час.

В двухкамерных мойках на первой стадии картофель моется при малом уровне воды (полусухое истирание клубней), на второй ступени окончательное отмывание, отделение легких плавающих примесей и ополаскивание в условиях избытка воды (высокий уровень).

Взвешивание картофеля и его измельчение

После отмывания картофель взвешивается с целью точного определения массы сырья, поступившего в завод на переработку.

Эта величина является исходным параметром для ведения учета продуктов, расчета производительности завода и количественного установления показателя выхода крахмала.

Картофель взвешивается на автоматических порционных весах. Определенная масса картофеля (50 кг, 100 кг) накапливается в ковше весов, после чего он опрокидывается и картофель высыпается в бункер. Каждое опрокидывание фиксируется специальным счетным устройством, где указывается число опрокидываний ковша и масса картофеля (в том числе и возможные перевесы сверх номинальной загрузки ковша).

Допустимая погрешность взвешивания из десяти отвесов ± 0,5 %. Производительность весов с разовым отвесом 50 кг до 6 т картофеля в час. Весы допускаются к эксплуатации только после их осмотра, проверки и опломбирования Государственным поверителем.

Механическое измельчение картофеля является первой технологической операцией, непосредственно влияющей на коэффициент извлечения и выход крахмала. Основная задача этой стадии – максимальное разрушение растительных клеток клубня и обеспечение беспрепятственного выхода зерен крахмала. Крахмал, освобожденный из разрушенных клеток называется «свободным». Крахмал, оставшийся во внутриклеточном объеме, называется «связанным».

Эффективность разрушения растительных клеток оценивается коэффициентом измельчения (К, %) – отношение свободного крахмала к общему его содержанию в клубне.

Эффективность разрушения растительных клеток оценивается коэффициентом измельчения (К, %) – отношение свободного крахмала к общему его содержанию в клубне.

где А и В – соответственно масса свободного и связанного крахмала, г в 100 г кашки.

Техническим устройством для разрушения клубней являются истирающие машины терки. Главный рабочий орган – барабан, вращающийся в неподвижном массивном корпусе. На цилиндрической поверхности барабана имеются поперечные канавки (пазы глубиной не менее 5 мм), в которых закрепляются режущие зубчатые пилки. Выступ зубьев пилки над поверхностью барабана составляет 1 — 2 мм в зависимости от состояния картофеля и его качества. Для обеспечения измельчения картофеля терки снабжены прижимами, позволяющими регулировать полноту разрушения клеток.

В нижней части терки имеется вогнутое сито из нержавеющей стали, установленное с регулируемым зазором 2,5 — 3,0 мм от поверхности вращающегося барабана. Сито с отверстиями 2 х 15 мм (или диаметром 2 мм) обеспечивает более полное измельчение картофеля в терке.

Степень измельчения картофеля зависит от окружной скорости вращения барабана, силы кинетической энергии удара, состояния зубчатых пилок и материала, из которого они изготовлены. Например, коэффициент измельчения при окружной скорости барабана 23,5 м/с составляет 83,5 %, при скорости 53,2 м/с – 93,4 %. Пилки изготовляются из легированной стали высокой твердости, что обеспечивает их непрерывную работу в течение 65 — 72 ч.

Число зубьев в виде равнобедренного треугольника составляет на пилке 80 на 100 мм ее длины.

Измельчение картофеля на терках проводится в две ступени с промежуточным выделением из кашки свободного крахмала. На второй ступени измельчения используются аналогичные терки (перетиры) с высотой режущей кромки зубьев пилки не более 1 мм. Эти терки имеют нижнее вогнутое подбарабанное сито с отверстиями меньшего диаметра (1,5 — 1,8 мм).

Картофелекрахмальные заводы оснащаются отечественными и импортными (в основном из Польши) терочными машинами производительностью до 10 т картофеля в час при диаметре барабана 650 — 850 мм, частоте его вращения 960 — 1450 мин-1, окружной скорости 42 — 50 м/с.

Зная эффективность работы терочных машин, можно прогнозировать ожидаемый коэффициент извлечения крахмала из картофеля, так как его нормативные потери на последующих операциях не превышают 3 %. Например, степень измельчения 93 % позволяет ожидать коэффициент извлечения крахмала 90 % от его содержания в исходном картофеле.

Удаление из кашки клеточного сока

Полученная на терочных машинах картофельная кашка содержит наряду со свободными зернами крахмала различные примеси: клеточный сок, частицы разорванных клеток картофеля (мезги), фрагменты белковых соединений, органические и минеральные вещества. Необходимо быстро удалить из полученной кашки клеточный сок, так как содержащиеся в нем природные красящие вещества под действием ферментов и кислорода воздуха приобретают бурую и даже черную окраску, что ухудшает качество крахмала и клейстеров из него.

Клеточный сок содержит 5 — 7 % мас. сухих веществ, в составе которых имеются ценные компоненты для производства корма: белок, небольшая доля крахмала, различные сахара, минеральные соединения, микроэлементы, набор ферментов.

Техническим устройством для удаления из кашки клеточного сока являются осадительные шнековые центрифуги (ОГШ), работающие в непрерывном режиме. Конструкция такой центрифуги включает два вращающихся с различной частотой барабана.

Под действием центробежной силы в барабане происходит разделение компонентов разбавленной картофельной кашки, более легкая фракция клеточного сока и примесей выводится через торцовые сливные окна. Тяжелая фракция, в основном содержащая зерна крахмала, выводится с противоположной стороны за счет шнека на внутреннем барабане. При однократной обработке кашки на таких центрифугах удаляется до 70 % клеточного сока, при двухступенчатой очистке с промежуточным разбавлением выводимой тяжелой фракции эффект достигает 90 %.

Производительность центрифуг при факторе разделения 1220 — 1900 составляет от 4,5 до 9 т картофеля в час. Содержание сухих веществ в выводимом из центрифуги осадке 40 — 43 %, в клеточном соке 4 — 6 %.

Отмывание крахмала (отделение мезги от крахмала)

Следующая технологическая операция – отмывание крахмала (отделение мезги от крахмала) – механическая операция выделения из кашки зерен свободного крахмала под действием кинетической энергии струи воды. Для этого используются сита различных конструкций. Простейшими являются сотрясательные сита, оснащенные ситовой поверхностью в виде рамок. Рамки обтягиваются ткаными сетками из медной проволоки или капрона.

На образовавшуюся ситовую поверхность равномерно подается разбавленная картофельная кашка. Для выделения из нее зерен крахмала сверху через сопла подаются струи воды. Производительность таких сит устанавливается из расчета переработки 340 кг картофеля в час на 1 м2.

Современными для отмывания крахмала являются ситовые аппараты в виде дуговых и центробежных сит. Дуговые низконапорные сита могут использоваться при обязательном предварительном отделении из кашки клеточного сока. Сито, штампованное из нержавеющей стали, устанавливается в специальном корпусе под углом 72о. Кашка подается сверху через питатель и равномерно распределяется по всей ширине сита (960 мм). Зерна крахмала проходят через отверстия сита и выводятся через нижний коллектор. Мезга сползает по наклонной поверхности сита в нижний приемник.

Производительность такого сита площадью 1,6 м2 до 100 т картофеля в сутки.

Для эффективного мокрого выделения крахмала из кашки используются барабанно-струйные сита (БСС). В таких устройствах в поле действия центробежных сил рационально сочетается противоточное движение кашки и струй воды, подаваемых через сопла. Основным элементом является вращающийся ротор в виде усеченного конуса, оснащенный соответствующей сеткой, в котором по внутренней поверхности ровным слоем распределяется картофельная кашка. Во внутреннем пространстве ротора вращается ороситель с соплами для организованного встречного движения промывной воды в виде «водяного шнека». Частота вращения конусного ротора 900, оросителя – 950 мин-1, производительность сита площадью 0,8 м2 около 100 т картофеля в сутки.

Используются также центробежно-лопастные сита (ЦЛС), эффективно отделяющие зерна крахмала в поле действия центробежных сил. Рабочим органом является вращающийся ротор с лопастями, оснащенными ситами, имеющими карманы для приема и отвода крахмальной суспензии. Принцип действия такого сита аналогичен работе лопастного колеса центробежного насоса. Разбавленная картофельная кашка поступает через центр ротора на лопасти, где под действием центробежных сил происходит разделение зерен крахмала и частиц мезги.

Такие сита с числом рабочих лопастей от 6 до 12, площадью ситовой поверхности 0,33 — 0,80 м2 при частоте вращения ротора 1460 мин-1 позволяют перерабатывать от 100 до 200 т картофеля в сутки.

Для более полного выделения зерен крахмала кашка промывается на ситах в две ступени: после первого и второго измельчения вначале на БСС, затем на ЦЛС. Ситовые аппараты оснащаются плетеными сетками из медной или латунной проволоки с отверстиями 0,24 мм, или штампованными из нержавеющей стали с отверстиями 0,24х5 мм.

Расход промывной воды на сита для выделения крахмала до 200 % к массе картофеля. Для повышения качества крахмала используется сульфитированная питьевая вода, содержащая до 0,03 % SО2.

Мезга после ситовых аппаратов с минимальным содержанием крахмала направляется на барабанные прессы для удаления избыточной влаги, а затем в цех производства корма. При прессовании из мезги выводится около 75 % воды.

Полученное на всех ситовых аппаратах крахмальное молоко объединяется в один поток и направляется на операцию дополнительного отделения оставшихся в нем примесей.

Отделение соковой воды и рафинирование крахмального молока

В крахмальном молоке после его выделения на ситовых аппаратах содержится значительное количество различных примесей: часть клеточного сока (до 30 %), мелкая мезга, фрагменты белковых соединений и др. Жидкость в составе крахмального молока называется соковой водой. За счет наличия большого набора различных компонентов эта вода является благоприятной средой для развития микроорганизмов. Для обеспечения выработки крахмала стандартного качества ее необходимо удалить из молока до рафинирования крахмальной суспензии.

С этой целью широко используются осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка, в которых за счет действия центробежных сил происходит разделение исходной суспензии с выводом достаточно чистого крахмала. При вращении двух барабанов центрифуги с фактором разделения около 800 в зависимости от плотности компонентов, находящихся в крахмальном молоке, отводится в режиме перелива вместе с другими примесями практически вся соковая вода (95 % и более).

Рекомендуемая концентрация крахмала в очищаемом молоке 2,7 — 3,3 % при условии его равномерной подачи в центрифуги. Содержание крахмала в отводимой соковой воде не выше 0,26 г/дм3, влажность осадка крахмала при выходе из центрифуги около 60 %. Доброкачественность (Дб) крахмальной суспензии после отделения соковой воды около 75 %.

Полученная крахмальная суспензия после центрифуг разбавляется водой и поступает на двухступенчатое рафинирование. Эта операция дополнительной очистки крахмала от мелкой мезги и других примесей необходима для повышения степени его чистоты (доброкачественности). Для этого используются центробежные сита (БСС и ЦЛС), оснащенные различными сетками. На первом рафинировании сита имеют медную сетку саржевого плетения номером не ниже 80 (отверстия не более 0,2 мм) или шлицевую штампованную сетку из нержавеющей стали, на втором рафинировании — из шелковой или капроновой ткани № 58 — 64 (отверстия в сетке 0,12 — 0,10 мм).

Концентрация крахмального молока, подаваемого на первое рафинирование, около 3 %, содержание мелкой мезги в молоке не более 1,2 — 1,5 % к массе сухих веществ, доброкачественность молока около 80 %. После второго рафинирования остаток мелкой мезги в очищенном молоке не выше 0,5 % к массе сухих веществ, а Дб крахмального молока 92 — 96 %.

Потери крахмала в отмытой мелкой мезге составляют не более 3 г на ее объем 1 дм3.

Промывание крахмала, требования к его качеству

Для повышения качества крахмала, направляемого на выработку пищевого сухого, модифицированных крахмалов и глюкозы, крахмал после рафинирования подвергается очистке в режиме промывания с избытком воды. В результате из крахмальной суспензии удаляются остаточные взвешенные примеси, мельчайшая мезга, оставшаяся небольшая доля соковой воды и др.

Простейшим аппаратом является размывной чан, представляющий цилиндрическую емкость из бетона (кирпича) вместимостью до 15 м3, оснащенную перемешивающим устройством. Чан заполняется разбавленной крахмальной суспензией с концентрацией около 18 %, затем после перемешивания осаждается более тяжелая фракция зерен крахмала, а в верхнем слое воды остаются различные сопутствующие примеси. Через 8 ч верхний слой воды с примесями спускается с поверхности осадка крахмала, после чего в чан подается чистая вода, осадок крахмала взмучивается и повторяется операция длительного осаждения. Обычно промывание проводится в две, а иногда и в три ступени.

Преимуществом такого способа промывания крахмала являются простота и надежность. Однако из-за высокой длительности и периодичности процесса размывные чаны практически не используются на современных крахмальных заводах.

Широкое применение нашли интенсивные способы промывания крахмала на гидроциклонных установках. Очищаемая разбавленная суспензия с концентрацией крахмала 6 — 7 % подается в цилиндрическую часть через сопло под избыточным давлением около 0,40 МПа. Отделение остаточных примесей из крахмальной суспензии происходит в поле действия центробежных сил, возникающих при вращении во внутреннем пространстве гидроциклона. В нижней конусной части циклона накапливается тяжелая фракция зерен крахмала, которые выводятся через отверстие (нижний сход). Легкая фракция промывной воды и примесей накапливается ближе к оси вращения у воздушного столба и выводится через отверстие в торце цилиндрической части (верхний сход). С целью повышения фактора разделения используют микроциклоны высотой 125 мм.

Для обеспечения высокого эффекта удаления примесей из крахмала необходима его очистка на нескольких последовательных ступенях гидроциклонов – обычно 3 или 4. Зерна крахмала (нижний сход) после каждой ступени разбавляют водой и направляют на следующую стадию промывания. С целью снижения расхода промывной воды ее используют многократно в режиме противотока с крахмальной суспензией. После третьей ступени промывания остаточное содержание мельчайшей мезги не превышает 0,05 % к массе сухих веществ крахмального молока.

Необходимая производительность микроциклонов достигается за счет их объединения в компактные установки – мультициклоны, включающие 48 и более отдельных микроциклонов. Производительность таких установок 24 м3/ч крахмального молока и более, что соответствует переработке 100 т картофеля в сутки.

Для эффективной работы установки исходное крахмальное молоко предварительно фильтруется через сито с отверстиями не более 1 мм, также фильтруется на тканевых фильтрах и промывная вода.

Тяжелые примеси предварительно удаляются из крахмального молока в специальном циклоне-пескоуловителе производительностью 24 м3/ч при подаче исходной смеси под избыточным давлением 0,16 МПа.

Промытая сгущенная крахмальная суспензия после третьей ступени промывания с содержанием крахмала около 38 % направляется на дополнительное обезвоживание и затем в склад или на дальнейшую переработку с целью получения сухого крахмала, патоки и др.

Выход сырого крахмала в зависимости от уровня организации производства и применяемого оборудования составляет 86 — 90 % от его содержания в картофеле. Основные учтенные потери крахмала в крупной и мелкой мезге и сточных водах (около 2,0 % к массе картофеля).

Показатели качества сырого картофельного крахмала должны отвечать требованиям отраслевого стандарта ОСТ-18-158-74.

Вырабатывается сырой крахмал двух марок – А и Б, соответственно с влажностью 38 — 40 % и 50 — 52 %. Помимо влажности в сыром крахмале нормируется содержание золы, кислотность (см3 0,1 моль/дм/3 раствора NаОН на 100 СВ крахмала), содержание мезги, цвет и запах. Каждая марка крахмала имеет три сорта I, II и III. Содержание золы от первого сорта к третьему возрастает от 0,35 до 0,75 % к массе сухих веществ крахмала, кислотность – от 12 до 40 (марка А) и от 25 до 45 (марка Б), содержание мезги от 0,12 до 0,45 % (марка А) и от 0,15 до 0,50 % (марка Б) к массе сухих веществ крахмала. Крахмал I и II сорта должен иметь белый цвет, крахмал III сорта может иметь серый оттенок при отсутствии вкраплений и прожилок. Крахмал III сорта может иметь слабокислый, но не затхлый запах.

Сырой крахмал после его получения необходимо сразу направлять на дальнейшую переработку, при этом обеспечивается более высокое качество сухого и модифицированных крахмалов, сохраняется необходимая вязкость клейстеров. Допускается хранение сырого крахмала при соблюдении следующих условий.

Хранение под слоем сульфитированной воды с рН 5,6 – первоначальные свойства крахмала сохранялись в течение 4 мес. При хранении под слоем обычной питьевой воды уже спустя 3 мес. повышалась кислотность крахмала в 6 — 9 раз, содержание растворимых веществ увеличивалось в 10 — 15 раз, величина рН снижалась с 7 до 3 — 2, появлялся кислый и даже затхлый запах.

Лучшее хранение сырого крахмала в замороженном состоянии, слоями по 250 мм. Сверху масса крахмала закрывается теплоизоляционным материалом. В таких условиях удовлетворительное качество крахмала сохраняется в течение 5 — 6 мес.

В процессе хранения постоянно контролируются температура крахмала в слоях и его кислотность.

Объемная масса сырого утрамбованного картофельного крахмала составляет 1250 кг/м3; при свободной насыпи без утрамбовки – 900 кг/м3; замороженного – 700 кг/м3.

Использование побочных продуктов картофелекрахмального производства

При производстве крахмала из картофеля вырабатываются также побочные продукты: мезга, клеточный сок и соковая вода.

Выход мезги после выделения крахмала из кашки составляет около 18 % к массе картофеля или в среднем 4,5 % к массе сухих веществ. В ее составе – крахмал, клетчатка, минеральные соединения, сахара, азотистые вещества. Обычным является ее использование для кормления животных в свежем и силосованном виде. Мезга является кормом с высоким содержанием углеводов, поэтому ее необходимо дозировать в смеси с кормами, включающими белок и жир. Повышает кормовую ценность мезги добавление коагулята клеточного сока (соковой воды), содержащего фрагменты белковых веществ, и последующее силосование смеси. Применение такого корма увеличивает надои молока у коров на 18 — 30 %.

Высушенная мезга может быть использована после завершения основного сезона переработки картофеля для получения спирта, кормовых дрожжей, мальтозной патоки, декстринового клея и др.

В составе клеточного сока 4,5 — 6,5 % сухих веществ, в том числе 25 — 28 % азотистых соединений (из них более половины белка), до 5 % крахмала, 19 — 21 % различных сахаров, 10 — 12 % минеральных веществ. Для выделения белка целесообразна тепловая обработка клеточного сока и последующее использование коагулята для повышения ценности сухого концентрированного корма, получаемого в смеси с сухой мезгой.

Соковая вода содержит основные компоненты картофеля, из которых в наибольшем количестве белок – до 30 %, азотистые вещества (небелковый азот) – до 22 %, различные сахара – до 38 %, зола – до 8 %. В составе золы соли калия, фосфорной кислоты, аммония, которые являются необходимыми соединениями для восстановления баланса питательных веществ в почве. При поливе соковой водой сельскохозяйственных угодий, занятых картофелем и другими техническими культурами, их урожайность повышалась на 30 — 40 %.

Существуют также схемы комбинированной переработки картофеля на крахмал и этиловый спирт. По этим схемам примерно 50 % крахмала выделяется в виде товарного продукта, а остальное количество передается в спиртовой цех вместе с соком и мезгой. При этом более рационально используются компоненты сырья.

Водопотребление картофелекрахмального завода

Все операции получения крахмала из картофеля сопровождаются потреблением значительных объемов воды. Усредненные данные по расходу воды на основные операции (% к массе картофеля):

  1. гидравлическая подача картофеля в завод 600 — 700;
  2. отмывание картофеля 250 — 400;
  3. измельчение на терках 60 — 80;
  4. выделение свободного крахмала,
  5. промывание мезги 450 — 500;
  6. рафинирование и промывание крахмала 250 — 300;
  7. прочие расходы 300.

Общий расход воды в режиме прямоточного потребления составляет около 2200 % к массе картофеля. При организации процессов с повторным многократным использованием производственных вод в режиме противотока потребление свежей воды сокращается до 350 — 400 % к массе картофеля.

Вода, используемая для технологических процессов в контакте с крахмалом, должна отвечать следующим требованиям. По традиционным показателям эта вода должна соответствовать питьевой (общая жесткость, микробиологическая загрязненность, содержание фтора и железа, отсутствие механических примесей), однако с учетом особых свойств зерен крахмала и присутствующих в крахмальной суспензии примесей к ней предъявляются особые требования. Для получения прозрачных неокрашенных крахмальных клейстеров с высокой вязкостью вода должна содержать минимум солей кальция (не более 80 мг/дм3), солей железа (не более 30 мг/дм3), солей магния (не более 20 мг/дм3), солей марганца, сульфатов и хлоридов, органических веществ. Не должны присутствовать аммиак, азотистая кислота.

На заводах средней и большой производительности (200 т картофеля в сутки и более) в лаборатории постоянно контролируется качество воды. Если показатели воды не соответствуют приведенным требованиям, то она подвергается специальной химической очистке.

Сточные воды сбрасывать в водоемы недопустимо, т. к. они обладают большой биологической активностью, содержат ядовитые для рыб вещества.

Из мероприятий по сокращению расхода свежей воды и очистки производственных вод можно применять следующие:

  1. воду после промывания мелкой мезги возвращать в производство и применять для разбавления кашки после терок и кашки после центрифуг для отделения клеточного сока;
  2. отстаивание сточных вод перед использованием их для орошения для завершения биохимических процессов, осветления и выравнивания концентрации. Здесь воду также нейтрализуют известковым молоком (для полива нельзя применять кислую воду). Отстаивают воду в прудах-накопителях не менее 2 — 3 мес.;
  3. транспортерные и моечные воды очищать от взвешенных примесей в поле действия центробежных сил и использовать повторно для транспортирования и мойки картофеля;
  4. прессование мезги и использование прессовых вод на стадии вымывания крахмала из кашки.

Свежая вода должна использоваться только для разбавления оборотной гидротранспортерной, для снижения БПК, промывки крахмала.