Крахмальная промышленность

Получение крахмальной патоки

Крахмальная патока представляет собой бесцветную или желтоватую вязкую жидкость, содержащую до 80 % углеводов, и является продуктом неполного гидролиза крахмала разбавленными минеральными кислотами или ферментами.

Основную массу патоки вырабатывают путем кислотного гидролиза крахмала при температуре 140 — 150 оС. Суспензию крахмала вначале нагревают до температуры 65 — 85 оС для перевода в клейстеризованное состояние, при котором нарушается структура крахмала и ослабляются связи между отдельными макромолекулами. При дальнейшем воздействии кислоты и повышении температуры разрываются гликозидные связи с присоединением воды. Гидролизаты состоят из декстринов, тетра- и трисахаридов, мальтозы и глюкозы.

Теоретические основы гидролиза крахмала

Гидролиз крахмала является главнейшей реакцией его деполимеризации, на основе которой осуществляется промышленное производство различных видов крахмальной патоки и глюкозы.

Расщепление крахмала (инверсия) – сложная многоступенчатая реакция, сопровождающаяся появлением в реакционных растворах не только конечного продукта – глюкозы, но и побочных, образовавшихся в результате полимеризации моносахаридов (реверсия) и вследствие их кислотного разложения.

В крахмало-паточном производстве подвергается гидролизу в присутствии катализатора крахмальная суспензия определенной плотности в узком диапазоне температуры – от 140 оС до 150 оС. В качестве катализатора используется сильная кислота – соляная или серная. Гидролиз проходит ступенчато — вначале разрываются связи между макромолекулами амилозы и амилопектина и происходит растворение крахмала, затем в полисахаридах разрываются глюкозидные связи α-1,4 и α-1,6, а по месту разрыва присоединяется молекула воды.

Теоретически при разрыве всех глюкозидных связей реакция гидролиза крахмала выражается следующим химическим уравнением:

6Н10О5)n + n·Н2О = n·С6Н12О6.

Реакция гидролиза в промышленных условиях проходит при огромном количестве молекул воды и полисахарида, поэтому n можно исключить, тогда реакция будет выглядеть следующим образом:

С6Н10О5 + Н2О = С6Н12О6.

Принимая во внимание молекулярные массы воды (18), глюкозного остатка (162) и глюкозы (180), теоретический выход глюкозы составляет (162/180) ∙ 100 = 111,1 % к массе безводного крахмала.

Гидролиз крахмала является бимолекулярной реакцией, но с учетом избытка воды в системе в любой момент времени, скорость ее с достаточной точностью описывается уравнением первого порядка. Степень гидролиза крахмала можно рассчитать, зная его начальную концентрацию, продолжительность и константу скорости реакции.

Гидролиз проходит с определенной скоростью, обусловленной одновременным разрывом глюкозидных связей сразу в нескольких местах, а также различной химической прочностью – связь α-1,6 примерно в четыре раза прочнее, чем α-1,4. В результате в гидролизате образуется смесь промежуточных продуктов – различных декстринов, сахаридов с различной степенью полимеризации. На начальной стадии гидролиза в растворе появляются амилодекстрины (степень полимеризации СП = 61), затем эритродекстрины (СП = 38), ахродекстрины (СП = 20 ), тетрасахариды (СП = 4), трисахариды, дисахарид мальтоза и конечный продукт – глюкоза. Наряду с изменением степени полимеризации снижается удельное вращение смеси углеводов от начального 199,7о до 52,5о для глюкозы, редуцирующая способность соответственно возрастает от 0,073 % до 100 %.

В производственных гидролизатах показателем достижения необходимой степени расщепления крахмала является содержание редуцирующих веществ (РВ). В составе крахмальных паток, содержащих РВ примерно 40 %, находятся различные декстрины (35 %), тетра- и трисахариды (22 %), дисахарид мальтоза (22 %) и глюкоза (21 %).

В результате дальнейшего более глубокого гидролиза крахмала до содержания РВ в гидролизате 80 % доля глюкозы возрастает до 71 %, мальтозы остается около 22, тетра- и трисахаридов примерно 5 %, декстринов – 2 %.

Для оперативного контроля степени гидролиза крахмала в производстве патоки широко применяется характерная цветная реакция с раствором йода. Для гидролизата с содержанием РВ 36 — 39 % раствор йода имеет вишневую окраску, РВ 40 — 42 % – малиновую или оранжевую, РВ 43 — 45 % – светло-оранжевую.

Параллельно с образованием глюкозы протекает реакция ее полимеризации (реверсии), в результате образуется смесь более сложных сахаридов (ди- и трисахариды), а также появляются ангидриды глюкозы (левоглюкозан). Эта смесь, содержащая примерно 37 % РВ, дрожжами не сбраживается, ее удельное вращение составляет около 65о. Скорость реверсии глюкозы примерно в 560 раз меньше скорости кислотного гидролиза крахмала.

Реакция реверсии является обратимой и при достаточном разбавлении гидролизата водой образовавшиеся продукты превращаются в глюкозу. За счет регулирования степени разбавления реакционной среды водой можно поддерживать на минимальном уровне реакцию реверсии глюкозы. С учетом этого для достижения более высокого выхода и доброкачественности глюкозы при ее промышленном производстве концентрация исходного крахмального молока поддерживается более низкой.

Например, при концентрации крахмальной суспензии 20 %, Дб полученного гидролизата составляет около 93 %, при увеличении концентрации до 30 % Дб гидролизата снижается до 88 %. Часть глюкозы в кислой среде, необходимой для прохождения гидролиза крахмала, подвергается химическому разложению с образованием сложного комплекса соединений. В его состав входят оксиметилфурфурол (ОМФ), красящие вещества желтокоричневого цвета, органические кислоты (левулиновая и муравьиная). В составе крахмальной патоки обнаружено ОМФ 0,002 — 0,008 %. При получении сиропа путем глубокого гидролиза крахмала разлагается 0,3 — 0,5 % образовавшейся глюкозы.

Константа скорости кислотного разложения глюкозы примерно в 300 раз меньше константы гидролиза крахмала. Разложение глюкозы нельзя затормозить изменением концентрации кислоты или снижением температуры реакции.

На скорость гидролиза крахмала влияют вид используемого катализатора (кислоты), концентрация и температура. В производственных условиях наибольшее применение получили соляная и серная кислоты. Активность серной кислоты ниже и составляет 53 % в сравнении с соляной.

Константа скорости гидролиза крахмала прямо пропорциональна концентрации активных водородных ионов, т. е. концентрации кислоты в реакционной среде с учетом наличия в крахмале примесей, нейтрализующих ее активность (соляной кислоты связывается 0,04 — 0,06 % к массе крахмала).

С повышением температуры реакционной среды на каждые 10 оС скорость кислотного гидролиза крахмала возрастает 2,69 раз.

В настоящее время в производственных условиях все большее применение получает гидролиз крахмала с использованием в качестве катализатора различных ферментов. Действие амилолитических ферментов проявляется специфически по отношению к глюкозидным связям полисахаридов. Фермент α- амилаза разрывает только связи α-1,4 в любом месте макромолекул полисахарида, β-амилаза разрывает те же связи, но последовательно отщепляя с нередуцирующих концов цепей по два глюкозных остатка (т. е. мальтозу). Фермент глюкоамилаза (ГА) разрывает обе связи полисахаридов α-1,4 и α-1,6 с накоплением в гидролизате в основном глюкозы и небольших масс фрагментов полисахаридов.

Скорость ферментативного гидролиза зависит от концентрации фермента, температуры и рН среды. С повышением концентрации фермента скорость гидролиза возрастает.

Температурный фактор положительно проявляется в узком диапазоне от 50 оС до 55 оС. Дальнейшее повышение температуры, в отличие от кислотного гидролиза, не увеличивает скорость, так как начинается необратимая инактивация ферментов.

Оптимальная величина рН для наиболее применимых ферментов: α-амилаза солодовая рН 5,5 — 6,6; β-амилаза – 4,6 — 4,9; глюкоамилаза – 4,5 — 4,6; глюкозоизомераза – 8,5 — 9,5.

Для повышения скорости ферментативного расщепления крахмала его гидролиз проводится в две ступени: на первой — клейстеризация и разжижение крахмала, на второй – непосредственно осахаривание. Разжижение путем обработки крахмала ферментом α-амилаза или кислотой. Причем для повышения скорости ферментативное разжижение проводится при повышенной температуре – до 75 — 80 оС, что сопровождается значительной инактивацией фермента. Вторая ступень (осахаривание) проводится путем ввода в разжиженный крахмал новой порции фермента и при оптимальной температуре, не превышающей 55 оС.

При гидролизе за счет подбора определенных ферментов, изменения температуры и рН можно создать оптимальные условия для получения максимального выхода продукта, например глюкозы, или получить патоку с заданным составом углеводов. Реакции разложения глюкозы и ее реверсии при ферментативном гидролизе проходят в минимальной степени, что позволяет получать глюкозный сироп с Дб 98,5 % и выше с выходом кристаллической глюкозы 99 % к массе сухих веществ крахмала или до 109 % к массе крахмала, что очень близко к теоретически возможному 111,1 %.

Виды крахмальной патоки. Требования стандарта к ее качеству

В зависимости от способа производства и углеводного состава патоку подразделяют на следующие виды: низкоосахаренная, карамельная кислотная, карамельная ферментативная, мальтозная и высокоосахаренная.

Требования к качеству крахмальной патоки регламентируются ГОСТ «Патока крахмальная. Общие технические условия» (таблица 1)

Требования 1 - Патока крахмальная. Общие технические условия
Требования 1 — Патока крахмальная. Общие технические условия

Основным показателем, определяющим вид патоки, является содержание в ней редуцирующих веществ. В продуктах крахмалопаточного производства принято выражать содержание всех редуцирующих веществ в пересчѐте на глюкозу в процентах по сухому веществу. Поэтому иногда вместо термина «содержание редуцирующих веществ (РВ)» употребляют термины «глюкозный эквивалент (ГЭ)» или «доброкачественность (Дб) патоки».

С содержанием редуцирующих веществ в патоке связана температура карамельной пробы – специфический показатель низкоосахаренной и карамельной патоки, представляющий собой ту температуру, при нагревании патоки до которой появляются темные прожилки, являющиеся продуктом термического разложения редуцирующих веществ. Изменение цвета патоки и появление темных прожилок дают непрозрачную карамельную массу, в результате чего готовая карамель, особенно леденцовая, не соответствует требованиям стандарта. Учитывая, что с повышением массовой доли и изменением состава редуцирующих веществ температура их термического разложения понижается, температура карамельной пробы определяется массовой долей РВ в патоке. Для высокоосахаренной и мальтозной патоки этот показатель не определяется.

Кислотность крахмальной патоки обусловливается наличием в ней кислых фосфатов, перешедших из крахмала в патоку, возможным остатком минеральной кислоты, а также кислотами, которые образуются при хранении за счет развития кислотообразующей микрофлоры.

Кислотность оказывает влияние на устойчивость патоки при хранении и на качество готовой карамели. Во время варки карамельной массы повышенная кислотность патоки приводит к ускорению процесса гидролиза сахарозы и, следовательно, обусловливает завышенное содержание редуцирующих веществ в готовом продукте. А так как от большего или меньшего содержания редуцирующих сахаров зависят гигроскопические свойства карамели, то чем выше кислотность патоки, тем менее стойкой будет получаться карамель. При хранении карамель с повышенным содержанием редуцирующих веществ поглощает из воздуха влагу и намокает.

Кислотность патоки выражают в градусах кислотности, под которыми подразумевают количество см3 0,1 моль/дм3 раствора NaOH, необходимое для нейтрализации кислых соединений в 100 г сухого вещества патоки при индикаторе фенолфталеине.

Содержание токсичных элементов, пестицидов и радионуклидов в патоке не должно превышать допустимые уровни, установленные СанПиН 2.3.2.1078 (1.9.8). По микробиологическим показателям качество патоки должно соответствовать требованиям, установленным СанПиН 2.3.2.1078 (1.9.8.1)

Применение крахмальной патоки

Патоку применяют в пищевой промышленности как улучшитель вкуса, подслащивающее вещество, антикристаллизатор сахарозы. Область ее применения обусловлена химическим составом и соотношением основных компонентов. Декстрины, обладая высокой вязкостью, играют роль антикристаллизатора сахарозы, что широко используется при производстве карамели.

Редуцирующие вещества патоки также тормозят процесс кристаллизации сахарозы, повышая ее растворимость, но значительно слабее, чем декстрины. Кроме того, редуцирующие вещества повышают гигроскопичность продуктов.

Низкоосахаренная патока содержит 26 — 35 % редуцирующих веществ, в том числе глюкозы 11,0 — 12,5 %, и используется преимущественно при производстве карамели в качестве антикристаллизатора сахарозы. При этом повышается устойчивость карамели, снижается ее гигроскопичность.

Высокоосахаренная патока состоит из глюкозы при общем содержании редуцирующих веществ более 45 %. Она применяется для изготовления помадных конфет и пастильно-зефирных изделий, что повышает стойкость изделий в процессе хранения и улучшает вкусовые качества продукта. Широко используют патоку в консервной, хлебопекарной промышленности, а также в производстве безалкогольных напитков как подсластитель и компонент, препятствующий засахариванию и черствению. Эта патока очень устойчива при хранении в связи с образованием осадка глюкозы.

Мальтозная патока представляет собой продукт гидролиза крахмала ферментами ячменного солода, может выпускаться в жидком или сухом виде и используется для выработки продуктов детского питания, пряников и некоторых кондитерских изделий.

Принципиальная схема производства крахмальной патоки

Основные технологические операции производства крахмальной патоки – рисунок 1:

  • подготовка крахмальной суспензии к переработке;
  • гидролиз крахмала до необходимой степени осахаривания с использованием кислоты, ферментов, или их комбинации;
  • нейтрализация остаточной кислотности или инактивация ферментов;
  • очистка нейтрализованных сиропов и их обесцвечивание;
  • сгущение и уваривание очищенных сиропов до нормативного содержания сухих веществ;о
  • хлаждение патоки, требования к качеству, хранение.
 Рисунок 1 - Схема производства патоки при кислотном гидролизе крахмала и очисткой сиропов активным углем
Рисунок 1 — Схема производства патоки при кислотном гидролизе крахмала и очисткой сиропов активным углем

Подготовка крахмальной суспензии к переработке

Крахмал, используемый для производства патоки, должен соответствовать следующим требованиям: доброкачественность (содержание крахмала к массе сухих веществ, %) не менее 98,2; содержание протеина не более 0,8 %, гидролизного жира в структуре зерен крахмала – 0,55 %; золы – 0,15 %; экстрагируемого жира – 0,15 %; мезги – 0,05 %; растворимых веществ – 0,1 %; кислотность не более 30 см3 0,1 моль/дм3 раствора NаОН на 100 г сухих веществ.

Поступающий для производства патоки сырой картофельный крахмал должен иметь показатели в соответствии с ОСТ 18-158-74 для I сорта марки А.

Крахмальная суспензия, не соответствующая приведенным требованиям, подвергается дополнительной очистке, которая включает:

  • разведение крахмала чистой водой до СВ суспензии 15 % мас.;
  • отделение механических примесей на ситах с капроновой сеткой;
  • отделение примесей на гидроциклонной установке (возможна очистка путем промывания и фильтрования крахмала на вакуум-фильтрах);
  • разведение крахмала водой с температурой 55 оС до СВ суспензии 40 — 42 % мас. и ее подача на станцию гидролиза.

Гидролиз крахмала

Очищенная крахмальная суспензия поступает в мерник, снабженный перемешивающим устройством и предназначенный для отмеривания определенного объема в соответствии с полезной вместимостью аппарата для осахаривания крахмала. Суспензия из мерника направляется на станцию гидролиза самотеком.

В промышленных масштабах наибольшее применение получил кислотный гидролиз крахмала с использованием в качестве катализатора соляной кислоты. Гидролиз осуществляется двумя способами: периодический – в конверторах и непрерывный – в осахаривателях.

Конвертор предназначен для проведения кислотного гидролиза крахмала в периодическом режиме работы. Представляет собой вертикальный цилиндрический герметичный сосуд из нержавеющей стали или бронзы, работающий под избыточным давлением 0,28 — 0,32 МПа.

Процесс гидролиза в конверторе осуществляется следующим образом. Вводится подкисленная соляной кислотой вода и нагревается до интенсивного кипения открытым паром с помощью барботера, затем постепенно подается определенный объем крахмальной суспензии и нагревается до температурного разжижения (102 — 105 оС) с выдержкой 6 — 8 мин. После этого в конверторе за счет подачи пара давление повышается до рабочего, температура в нем возрастает от 102 до 140 — 143 оС, в течение 3 мин производится осахаривание крахмала, затем полученный гидролизат выводится в аппарат для нейтрализации. Весь цикл операций процесса осахаривания протекает 20 — 22 мин.

Контроль за степенью гидролиза крахмала проводится по йодной цветной реакции проб гидролизата, отбираемых из конвертора через 1,5 мин после достижения в нем рабочего давления.

Гидролиз в конверторах имеет ряд недостатков: трудности поддержания заданной степени осахаривания крахмала, неравномерное потребление пара, снижение содержания сухих веществ гидролизата в сравнении с исходной суспензией, невозможность полной автоматизации всех операций процесса.

В настоящее время на передовых предприятиях гидролиз крахмала осуществляется в осахаривателях непрерывного действия. Все операции гидролиза крахмала проводятся в последовательном режиме при прохождении исходной суспензии через теплообменники, подогреватели, секции осахаривания, нейтрализатор, испаритель.

В теплообменнике суспензия крахмала, содержащая 38 -40 % мас. сухих веществ, нагревается до 55 оС, в подогревателе – до 144 — 146 оС, затем продукт с такой температурой проходит несколько секций осахаривания, где достигается необходимая глубина гидролиза. Полученный кислый гидролизат нейтрализуется и поступает в испаритель, где за счет резкого снижения давления с 0,45 МПа до 0,01 МПа происходит интенсивное самоиспарение и снижение температуры от 146 оС до 103 оС. Продолжительность пребывания продукта в секциях осахаривания поддерживается автоматически в заданном интервале 1,5 — 3,5 мин.

Нейтрализация гидролизованного сиропа

После достижения необходимой степени осахаривания гидролиз крахмала должен быть остановлен за счет снижения в гидролизате концентрации активных ионов водорода путем нейтрализации остаточной кислотности. Это достигается путем ввода в кислый гидролизат раствора соды в эквивалентном количестве. Осуществляется реакция нейтрализации

2НСl + Nа2СО3 = 2NаСl + СО2 + Н2О.

В гидролизате появляется хлористый натрий, который на дальнейших операциях очистки из сиропа не выводится и обусловливает показатель содержания золы в готовой патоке. Исходя из этого, расход соды устанавливается с целью снижения кислотности до оптимальной величины рН полученного сиропа. Величина рН сиропа после нейтрализации устанавливается с учетом максимальной коагуляции примесей – азотистых веществ и достижения на станции очистки высокого эффекта обесцвечивания активным углем и находится в интервале 4,6 — 4,8.

Аппарат для нейтрализации в виде вертикального цилиндра из нержавеющей стали устанавливается после конвертора и работает также в периодическом режиме. В него вводится водный раствор соды с массовой долей 18 % с одновременным продуванием воздуха для перемешивания и снижения температуры гидролизата от 140 оС до 96 оС. Расход воздуха составляет 1 м3/мин на 1 м2 зеркала поверхности сиропа. Степень нейтрализации контролируется по цветной реакции с применением индикатора метиловый красный.

После проведенной нейтрализации сиропа с соблюдением оптимальных режимов по температуре, рН и продолжительности его оптическая плотность не должна превышать 0,35 усл. ед. (светло-желтая окраска).

Полный цикл работы нейтрализатора включает операции наполнения, нейтрализации, спуска и продолжается 23 — 25 мин. Расход соды на нейтрализацию сиропа в среднем составляет 3,5 кг на 1 т патоки.

Очистка и обесцвечивание нейтрализованных сиропов

В составе сиропа после нейтрализации находятся различные примеси, в частности жир (0,7 — 0,8 %, из них 0,55 % гидролизного) и белковые соединения. В процессе нейтрализации происходит коагуляция белковых соединений, частицы жира в виде капель поднимаются вместе с коагулятом на поверхность сиропа, образуя жиробелковый осадок. Для обеспечения надежного фильтрования эти примеси должны быть удалены из сиропа.

Для их отделения используются два способа: удаление «осадка» с поверхности сиропа в скиммерах-жироотделителях и с применением центробежных сепараторов.

Скиммер представляет прямоугольную емкость, разделенную перегородками на несколько секций. Одни перегородки не доходят до дна, другие не доходят до уровня сиропа, что увеличивает путь движения сиропа и наибольшее отделение легких жиробелковых примесей. Очищенный сироп выводится через систему гидрозатвора, исключающую попадание в него примесей. Плавающий «осадок» в виде пены удаляется с поверхности сиропа за счет свободного перелива.

При одноступенчатой обработке сиропа в скиммере удаляются 30 — 40 % жира и 50 — 60 % белковых соединений.

В результате очистки сиропа в сепараторе эффект удаления жиробелковых примесей достигает 85 — 97 %.

Сироп после очистки на сепараторе (скиммере) поступает на станцию механического фильтрования. Вследствие наличия в сиропе некоторого количества жиробелковых примесей (0,55 — 0,75 %), образующийся на фильтрующей перегородке осадок является сжимаемым (коэффициент сжимаемости 0,47). С учетом этого максимальный перепад давлений при фильтровании не должен превышать 0,30 МПа.

Для формирования структуры осадка с высокой пористостью и меньшей сжимаемостью при фильтровании сиропа используются наполнители – диатомит и перлит. Диатомит состоит на 93 — 97 % из кремнезема и представляет собой спрессованные останки минерального скелета различных водорослей. Перлит – измельченная горная порода вулканического происхождения, имеющая частицы неравномерной осколочной формы, задерживающие при фильтровании частицы размером менее 1 мкм.

Фильтрование через слой наполнителя производится путем его добавления в ранее отфильтрованный сироп из расчета 0,3 — 1,2 % к массе сухих веществ продукта и предварительного формирования на фильтрующей перегородке «лепешки» толщиной около 7 мм. После нанесения слоя наполнителя на фильтр подается основная масса сиропа с температурой 85 — 90 оС.

Для фильтрования используются камерные фильтр-прессы с поверхностью фильтрования 10 и 25 м2, давление фильтрования 0,35 МПа для нейтрализованного сиропа и до 0,8 МПа для сиропа после обесцвечивания активным углем. Скорость фильтрования паточных сиропов соответственно 0,6 и 0,9 м3/(м2∙ч).

Используются традиционные для сахарного производства фильтры – дисковые и вакуум-фильтры. Дисковые фильтры с поверхностью фильтрования 80 и 100 м2 обеспечивают скорость фильтрования 0,2 и 0,35м3/(м2∙ч) при давлении сиропа 0,2 МПа.

Вакуум-фильтры используются в режиме работы с намывным слоем и микросъемом фильтрационного осадка. Предварительно на поверхность фильтрующей ткани путем прокачивания водной суспензии перлита или диатомита наносится слой наполнителя толщиной 50 – 70 мм. Фильтрование сиропа осуществляется под разрежением 0,05 МПа, скорость фильтрования составляет 0,25 — 0,30 м3/(м2∙ч). Продолжительность непрерывного фильтрования 20 — 22 ч, после чего производится намывание нового слоя наполнителя в течение 1,0 — 1,5 ч.

После фильтрования сироп представляет прозрачную жидкость с желтоватым оттенком. В составе примесей в сиропе имеются красящие вещества, азотистые соединения (фрагменты белка), зола, он характеризуется высокой остаточной кислотностью и специфическим запахом. Для повышения Дб сиропа и снижения цветности предусматривается его физико-химическая очистка с использованием адсорбционного эффекта. В качестве адсорбента наибольшее применение получили активный гранулированный и порошкообразный угли.

Эффект адсорбции (Эф, %) оценивается по показателю снижения цветности сиропа после очистки Эффект адсорбции (Эф, %) оценивается по показателю снижения цветности сиропа после очистки

где Цв1 – цветность сиропа до очистки, усл. ед.; Цв2 – цветность сиропа после очистки, усл. ед.

По нормам ведения технологического процесса очистки минимальный эффект адсорбции не должен быть ниже 50 %. Расход активного угля составляет 0,8 — 1,0 % к массе сухих веществ очищаемого сиропа. Возможны два способа применения активного угля – двукратный ввод адсорбента и однократный. По первому способу предусматривается добавление угля в фильтрованный сироп в количестве 20 % от общего расхода. Продолжительность адсорбционного процесса 25 — 30 мин при температуре 70 — 75 оС и умеренном перемешивании очищаемого продукта. После фильтрования сироп сгущается на выпарной установке, после чего вводится вторая порция угля в количестве 80 % от общего расхода.

По второму способу обесцвечивания вся масса адсорбента вводится в сироп перед выпариванием и после определенной выдержки осуществляется фильтрование. Нарастание цветности при выпаривании хорошо очищенного сиропа незначительное и нет необходимости проводить обесцвечивание продукта после сгущения.

Порошкообразный активный уголь используется для обесцвечивания сиропов только однократно. Отработавший уголь добавляется в качестве наполнителя при фильтровании нейтрализованного сиропа.

Предпочтительным является применение для обесцвечивания сиропов гранулированного активного угля, который используется многократно после соответствующей обработки с целью восстановления его поверхностной активности (регенерация).

Сгущение и уваривание очищенных сиропов

Очищенный жидкий сироп после обесцвечивания и контрольного фильтрования содержит 38 % мас. СВ (гидролиз крахмала в конверторе) и 40 % мас. (гидролиз в непрерывном осахаривателе). Сгущение жидкого сиропа до содержания сухих веществ 55 % мас. с целью снижения расхода греющего пара (энергоносителей) осуществляется в трехступенчатой выпарной установке. За счtт многократного использования потенциала греющего пара его удельный расход снижается примерно в 2,5 раза, т. е. для выпаривания из сиропа 1 кг воды расходуется 0,4 кг пара.

Разность температур греющего пара и кипения сиропа по ступеням выпарной установки создается за счет барометрического конденсатора, в котором вследствие конденсации вторичных паров создается разрежение. При величине разрежения на третьей ступени 0,070 — 0,075 МПа температура кипения сиропа составляет около 68 оС. Температура кипения сиропа на первой ступени 100, на второй – 86,0 оС. За счѐт пониженного температурного режима выпаривания снижается интенсивность термического разложения глюкозы и нарастание цветности густого сиропа.

Для сгущения сиропов используются выпарные аппараты с внутренней циркуляционной трубой (тип ВВ, поверхность нагревания от 25 до 150 м2) и с выносной поверхностью нагревания (тип А, поверхность теплообмена от 25 до 500 м2). Принимая во внимание величину рН сиропа (4,6 — 4,8), аппараты изготовляются из нержавеющей стали.

Густой сироп после выпаривания обрабатывается адсорбентом для снижения цветности, фильтруется и направляется в вакуум-аппараты для окончательного сгущения до нормативного содержания сухих веществ патоки (78 % мас. СВ). Сироп уваривается при пониженной температуре кипения 60 — 62 оС за счет разрежения в вакуум-аппаратах (0,08 МПа). Продолжительность уваривания сиропа составляет 50 — 55 мин. Для уменьшения пенообразования в увариваемую массу вводится пеногаситель.

В процессе уваривания с помощью рефрактометра контролируется содержание сухих веществ продукта в вакуум-аппаратах. При достижении СВ на 0,5 % меньше требуемого по стандарту для вырабатываемой патоки прекращается подача в аппарат греющего пара, перекрывается вентиль паропровода к барометрическому конденсатору. В аппарате с помощью воздушного вентиля повышается давление до уровня атмосферного и производится спуск горячей патоки. Для уменьшения термического разложения глюкозы спуск патоки должен быть непродолжительным – не более 6 — 8 мин.

Охлаждение патоки, хранение

Для сохранения нормативной цветности готовой патоки после ее уваривания сразу следует охлаждение в течение 40 — 50 мин до температуры 40 оС. Для этого используются холодильники с развитой поверхностью теплообмена в виде нескольких кольцевых трубчатых змеевиков. Холодильник представляет цилиндрическую емкость с коническим днищем, оснащенную перемешивающим устройством в виде пропеллера (150 — 180 мин-1). На каждый вакуум-аппарат устанавливаются два холодильника с одинаковой вместимостью, равной объему сваренной патоки. Горячая патока перед поступлением в холодильник проходит через капроновую сетку для улавливания механических примесей.

Охлаждающая вода подается отдельно в каждый змеевик и выводится в свою воронку. Норма поверхности теплообмена холодильника 5,5 — 6,5 м2 на 1 т патоки. Цикл работы холодильника включает три операции – заполнение патоки, охлаждение, спуск.

Продолжительность цикла охлаждения соответствует полному обороту вакуум-аппарата. Обычно холодильник устанавливается на весах для взвешивания патоки после ее охлаждения.

Охлажденная патока выводится в наружные резервуары для хранения или заливается в цистерны для отправления потребителям.

Резервуары патоки для снижения вероятности микробиологического загрязнения и уменьшения солнечной радиации окрашиваются двумя слоями белой масляной краски (внутри и снаружи). Вместимость резервуаров 1,5 — 2,0 тыс. т патоки. Для облегчения перекачивания патоки резервуары оборудуются трубчатыми системами для нагревания до 45 оС.

Для потребителей патока разливается в бочки вместимостью 250 — 300 кг. Бочки металлические или деревянные – лучше всего из осины. Металлические бочки внутри окрашиваются специальным пищевым лаком.