Krakmolo panaudojimas maisto pramoneje
5 (100%) 1 vote

Krakmolo panaudojimas maisto pramoneje

1. Įvadas

Krakmolas yra puiki žaliava fermentacinei pramonei, kuriai priskiriama spirito ir jo gaminių, alaus, vyno, organinių rūgščių, cukrų sirupų, mielių gamyba. Plačiausią pritaikymą jis įgavo spirito ir cukrų sirupų gamyboje.

Spiritas (etilo alkoholis) pradėtas gaminti jau XII amžiuje, distiliujant vyną. Iki XV amžiaus jis buvo naudojamas kaip vaistas ir tik vėliau pradėtas naudoti įvairių produktų gamybai. Spirito pramonė gamina žalią ir rektifikuotą spiritą, kuris naudojamas kaip žaliava ar pagalbinė medžiaga daugelyje gamybos šakų.

Chemijos pramonėje spiritas naudojamas sintetiniam kaučiukui, etilo eteriui, etilo acetatui, etilo laktatui, acetaldehidui, etileno chloridui, švino tetraetilui, etilenui, chloroformui ir kitiems produktams gaminti. Be to pastaruoju metu spiritas vis plačiau naudojamas motoriniam kurui, sumaišius jį su kitais skysčiais (benzolu, benzinu), ir kaip antifrizas – automobilių ir aviacijos variklių cilindrams aušinti.

Spiritas plačiai naudojamas kaip tirpiklis, kolodijumo, bedūmio parako, dirbtinio pluošto, nerūdijančio stiklo, fotografijos, popieriaus filmų ir lakų gamyboje. Taip pat kaip tirpiklis jis plačiau naudojamas vaistų gamyboje ir parfumerijos pramonėje. Kaip dezinfekavimo ir konservavimo priemonė spiritas taikomas medicinoje.

Maisto pramonėje spiritas naudojamas alkoholiniams gėrimams gaminti, įvairioms esencijoms, eteriniams aliejams ištirpinti ir kt. Dėl to, vystantis įvairioms pramonės šakoms, turi būti plečiama spirito gamyba, naudojant nemaistines žaliavas – sintetinio spirito gamyba iš dujų, gaunamų perdirbant naftą.

Išsivysčiusiose šalyse nuo 60 –tųjų metų pabaigos buvo pradėta orientuotis nuo cukraus naudojimo į jo analogų -cukrinių krakmolo produktų –panaudojimą. Tarp daugelio cukraus pakaitalų, naudojamų maisto pramonėje užsienyje, gliukozės – fruktozės sirupas yra vienas iš labiausiai perspektyviausių. Šis produktas savo savybėmis (saldumu, maistine verte ir kt.) konkuruoja su cukrinių runkelių ir cukranendrių cukrumi. Gliukozės – fruktozės sirupo gamyba yra efektyvesnė, nei cukrinių runkelių cukraus, nes reikalingos mažesnės darbo sąnaudos žaliavų (pagrinde kukurūzų) užauginimui bei jas galima visus metus perdirbinėti, kartu gaunant papildomus šalutinius produktus (kukurūzų aliejų, pašarus), kurie veringesni nei cukrinių runkelių perdirbimo atliekos (melasa, išspaudos). Rudenį galima perdirbti žaliavą ir pagaminti krakmolą, kuris saugant negenda, todėl galima visus metus naudoti krakmolą sirupo gamybai. Gliukozės – fruktozės sirupą galima gaminti bet kuriame rajone, šalia produkto vartotojo – pagrinde maisto pramonės įmonių. Iš kukurūzų ir bulvių gaunama daugiau cukraus nei ių cukrinių runkelių: 65 % cukraus, esančio cukriniuose runkeliuose panaudojama cukrui gaminti, o 90% krakmolo iš kukurūzų ir 85 % iš bulvių panaudojama sirupui gauti.


2. Krakmolas. Jo sudėtis ir hidrolizė

Krakmolas (C6H10O5)n randamas įvairiose augalų organuose ir yra jų atsarginė maistingoji medžiaga. Daugiausia krakmolo susikaupia gumbinėse daržovėse, grūduose. Bulvėse 75% sausujų medžiagų sudaro krakmolas, o grūduose – 55 – 80%. Daugelyje vaisių ir daržovių tėra apie 1% krakmolo. Krakmolas karštame vandenyje kleisterizuojasi (sudaro koloidinius tirpalus).

Augalų ląstelėse krakmolas išsidėstęs įvairios formos ir įvairaus dydžio grūdeliais, kurie būdingi kiekvienos rūšies augalui. Didžiausi krakmolo grūdeliai ( 100 mkrm ir didesni) yra bulvėse, vidutinio dydžio (70 – 20 mkrm) – grūduose (rugiuose, kviečiuose, miežiuose) ir patys mažiausi ( 15 –2 mkrm) ryžiuose.

Ne tik skirtingų, bet ir tų pačių augalų krakmolo grūdeliai būna labai įvairaus dydžio. Grūdelių stambumas priklauso nuo daugelio veiksnių: augalo amžiaus (kai sintetinamas krakmolas), krakmolo sintezės vietos ir t.t. Su grūdelių dydžiu susijusios ir kai kurios krakmolo savybės. Paprastai didesni grūdeliai kleisterizuojasi žemesnėje temperatūroje, greičiau pereina į tirpaus krakmolo būvį, yra atsparesni salyklo fermento amilazės veikimui, negu smulkūs grūdeliai.

Krakmolo grūdeliai yra kristalinės struktūros.

Jie yra sudėti iš dviejų skirtingų polisacharidų: amilozės, sudarančios vidinę grūdelio dalį, ir amilopektino, sudarančio grūdelio apvalkalą. Amilozės tėra iki 25% viso amilopektino kiekio. Šie polisacharidai skiriasi vienas nuo kito savo struktūra ir savybėmis Amilozės molekulė yra ilgos neišsišakojusios grandinės (kartais susuktos į spirales) pavidalo ir sudaryta iš 200 – 1000 gliukozės likučių, sujungtų gliukozidiniu ryšiu. Jos molekulinė masė yra 32 000 – 160 000. Kiekviena spiralės pilna apvija susideda iš šešių gliukozės likučių. Spiralės viduje gali būti kitų medžiagų molekulių (vandens), kurios jungiasi su gliukozės likučiais cheminiu arba adsorbciniu ryšiu.

Amilopektino molekulės yra šakotos ir jas galima palyginti su ‘mikromedžiu’, išsišakojusiu į įvairias puses. Jo molekulės grandinėje yra sujungta 600 – 6000 gliukozės likučių. Amilopektino molekulinė masė svyruoja nuo pusės miliono iki miliono.

Virinant su praskiestomis rūgštimis, krakmolas hidrolizinasi į pirminius monomerus – D- gliukozę, o veikiant fermentams (salyklo amilazei) – jis
verčiamas maltoze.

Kadangi amilozės ir amilopektino molekulių struktūra yra skirtinga, jų savybės yra nevienodos. Šaltame vandenyje abi šios molekulės netirpsta. Karštame vandenyje amilozė tirpsta, sudarydama skaidrų koloidinį tirpalą, o amilopektinas – tik išbringsta. Taigi kleisteris susidaro, šildant krakmolaą su vandeniu, iš amilopektino. Kleisterizuojantis krakmolui, pirmiausia pradeda bringti grūdeliai, paskui amilopektino apvalkalėlis susproginėja, ir amilozė pradeda tirpti. Įvairių rūšių krakmolo kleisterizacijos temperatūra nevienoda. Lengviausiai kleisterizuojasi rugių krakmolas ( 50 –56 0 C temperatūroje), po to kviečių (54 – 62 0 C), toliau bulvių (59 –64 0 C), ryžių (65 –73 0 C) ir kukurūzų ( apie 80 0 C).

Jodo tirpalas amilozę nudažo mėlyna, o amilopektiną -violetine spalva.

Hidrolizė vyksta palaipsniui per tarpinius junginius – dekstrinus. Skirtingai nuo krakmolo dekstrinai tirpsta šaltame vandenyje ir lengviau hidrolizinasi, negu krakmolas.

Atsižvelgiant į struktūros sudėtingumą, dekstrinai skirstomi : kelias grupes: amilodekstrinus (jodo tirpalas juos nudažo taip kaip krakmolą), eritrodekstrinus (jodo tirpalas juos nudažo raudonai), achrodekstrinus (jodo tirpalas jų nedažo).

Krakmolo grūdeliai yra smulkiai poringos struktūros, todėl jie pasižymi hidrofiliškumu ir adsorbciniu pajėgumu. Makromolekulių hidroksilinėms grupėms rišantis su vandeniu, krakmolas gali suimti iki 85% vandens.

2. Spirito gamyba iš krakmolingos žaliavos

Spiritui gaminti iš krakmolingos žaliavos fabrikuose priimta technologinė schema (pav 1):

Krakmolinga žaliava

Žaliavos paruošimas

Žaliavos šutinimas

Krakmolo sucukrinimas

Sucukrintos masės rauginimas

Spirito distiliavimas

Žalias spiritas

Spirito valymas

Rektifikuotas spiritas

Technologinė schema pavaizduota (pav 2)



1,7 – elevatoriai, 2 – plovykla, 3 – magnetinis separatorius, 4 – surinktuvas, 5 – dozatorius, 6 – plaktukinis malūnas, 8 – automatinės svarstyklės, 9 – smulkintuvas, 10 – maišytuvas – prieššutintuvas, 11, 22 – plunžeriniai siurbliai, 12 – kontaktinė galvutė, 13,14 –šutinimo kolonos, 15 – lygio reguliatorius, 16 – garo separatorius, 17 – savaiminio išgarinimo kamera, 18 – vakuumo siurblys, 19 – sucukrintuvas, 20, 24, 26,27 – bosai, 21 – akmenų gaudyklė, 23 – vamzdinis šilumokaitis, 25 – raugintuvai, 28, 30 – siurbliai, 29 – spirito gaudyklė, 31 – raugalo kolona, 32 – epiuracijos dalis, 33 – epiuracijos kolona 34, 35 – rektifikacijos kolonos, 36, 39 – deflegmatoriai, 37 – putų gaudyklė, 38 – separatorius, 40 –kondensatorius, 41 – šaldytuvas, 42 –žlaugtų reguliatorius, 43 – rūšiuotuvas.

Grūdai elevatoriumi 1 pakeliami magnetiniame separatoriuje 3 išvalomos iš jų metalinės priemaišos. Paskui jie patenka į surinktuvą 4. Automatiniu dozatoriumi 5 grūdai tiekiami smulkinimui į plaktukinį malūną 6. Susmulkinti grūdai patenka į maišytuvą – prieššutintuvą 10, sumaišomi su vandeniu ir mišinys pašildomas antriniu garu iki 70 –80 0 C temperatūros. Perdirbimui bulvės plaunamos plovykloje 2. Elevatoriumi 7 bulvės pakeliamos į automatines svarstykles 8 ir patenka į smulkintuvą 9. Maišytuve – prieššutintuve 10 bulvės pašildomos iki 40 –50 0 C temperatūros. Mišinys plunžeriniu siurbliu 11 varomas iš prieššutintuvo į pirmo laipsnio šutinimo koloną 13. Kontaktinėje galvutėje 12 mišinys pašildomas iki 100 0 C temperatūros. Šutinama masė praeina antro laipsnio šutinimo kolonas 14 ir per lygio reguliatorių 15 patenka į garo separatorių 16. Šutinama aparate 140 –142 0 C temperatūroje 40 – 45 min.

102 0 C temperatūros šutinta masė iš garo separatoriaus patenka į savaiminio išgarinimo kamerą 17, kurioje sudaromas 80 – 87 kPa slėgis. Savaime išgaruojant drėgmei, masė ataušta iki 62 –63 0 C temperatūros ir pilama į sucukrintuvą 19. Krakmolas sucukrinamas salyklo arba pelėsių grybelių fermentais tiekiamais iš bosų 20. Sucukrinta masė per akmenų gaudyklę 21 siurbliu 22 varoma į vamzdinį šilumokaitį 23, kuriame ataušinama iki rauginimo temperatūros. Rauginama tolydiniu – sroviniu būdu. Mielių bosuose 24 paruoštos mielės patenka į raugintuvus 25, o iš čia jos patenka į pagrindinio rauginimo bosus 26, kuriose masė tolygiai aušinama. Rauginama masė vamzdžiais teka į bosus 27 ir siurbliu 30 varoma distiliuoti. Iš rūgimo metu išsiskyrusių angliarūgšties dujų spiritas atskiriamas spirito gaudyklėje 29. Spiritas iš raugalo išdistiliuojamas, ir žalias spiritas išvalomas tolydiniame raugalo distiliavimo aparate, kurį sudaro keturios kolonos: raugalo kolona 31 su epiuracijos dalimi 32, epiuracijos kolona 33 ir rektifikacijos kolonos 34 ir 35.

Prieš raugalo koloną raugalas pašildomas deflegmatoriuje 36, praeina separatorių 38 ir patenka ant raugalo kolonos epiuracijos dalies viršutinių lėkščių. Raugalo kolonoje išskirtas spiritas praeina putų gaudyklę 37 ir patenka į pirmą rektifikacijos koloną 34. Žlaugtai iš raugalo kolonos išteka pro žlaugtų reguliatorių 42. Dalis vandens garų kondensuojasi deflegmatoriuje 39. Ir kondensatoriuje gautas skystis patenka į epiuracijos koloną 33. Išvalius priemaišas, epiuratas patenka į antrą rektifikacijos koloną, kurioje išvalytas spiritas ataušinamas
šaldytuve 41 ir pro rūšiuotuvą 43 varomas laikymui.

Žaliavos paruošimas. Spirito fabrike žaliava ruošiama skirtingai. Bulvės ir šakniavaisiai plaunami, kartais ir smulkinami. Iš grūdų išvalomos dulkės, pašalinės bei metalinės priemaišos ir jie susmulkinami.

2.1 Salyklo paruošimas

Salyklu vadinami dirbtinėmis sąlygomis (esant tam tikrai temperatūrai ir drėgmei) sudaiginti grūdai. Gaminant salyklą, stengiamasi grūduose sukaupti kuo daugiau aktyvių fermentų, ypač amilolitinių, taip pat ir proteolitinių bei kitų fermentų. Veikiant amilolitiniams fermentams, augalinės žaliavos krakmolas hidrolizuojamas, verčiamas į rauginamą cukrų – maltozę.

Salyklui gaminti vartojami miežiai, rugiai, avižos ir soros, pasižymintys geru daigumu (ne mažesniu kaip 96%). Jo gamybos technologinis procesas susideda iš trijų stadijų: 1) grūdų valymo ir rūšiavimo 2) grūdų mirkimo 3) daiginimo. Gautasis pusgaminis – žaliasis salyklas – spirito gamyboje vartojamas krakmolui sucukrinti.

2.1.1 Grūdų valymas ir rūšiavimas

Salyklui iš grūdų gerai išvalomos priemaišos ir grūdai surūšiuojami separatoriais, magnetiniais aparatais, trijeriais ir sietinėmis rūšiavimo mašinomis.

2.1.2 Grūdų mirkimas

Normalaus (iki 14%) drėgnumo grūduose drėgmė yra surištame būvyje. Jos tepakanka grūdų gyvybingumui palaikyti. Gyvybiniai reiškiniai grūduose vyksta, esant laisvosios drėgmės pertekliui. Pagrindinės sąlygos grūdams daiginti yra pakankama drėgmė, atitinkama temperatūra ir deguonis.

Mirkytuose grūduose drėgmės turi būti 42 – 46%. Didėjant grūdų drėgmei, daug energingiau grūdai kvėpuoja ir daugiau sunaudoja deguonies. Mirkant 1 kg grūdų, jie sugeria 63 mg deguonies ir išskiria 86 mg anglies dioksido dujų. Jeigu viename litre vandens ištirpę 9 – 10 mg deguonies, tai šio kiekio grūdams kvėpuoti tepakanka 15 min, nes į 1 kg grūdų pilama 1,7 l vandens. Trūkstant vandenyje deguonies, prasideda anaerobinis kvėpavimas. Šio kvėpavimo metu susidarę produktai yra ląstelių nuodai, kurie stabdo normalius gyvybinius procesus, ardo audinių struktūrą, sukelia jų autolizę. Dėl to, grūdus mirkant, jie dirbtinai aeruojami.

Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos mirkymo greičiui, yra vandens temperatūra. Kuo vanduo aukštesnės temperatūros, tuo greičiau jis prasiskverbia į grūdus. Grūdai, mirkomi 20 0 C temperatūroje, tą pačią drėgmę pasiekia du kartus greičiau, negu tada, kai jie mirkomi esant 10 0 C temperatūrai. Mirkymo greičiui turi įtakos ir vandens kietumas. Kietesniame vandenyje grūdai mirksta ilgiau. Paprastai grūdai mirkomi 7 mg – ekv/l kietumo vandenyje, esant 20 0 C temperatūrai.

Grūdus mirkant, nuo jų paviršiaus nusiplauna nešvarumai – organinės ir neorganinės medžiagos, ir tokiame vandenyje gali vystytis mikroorganizmai. Dėl to, gerai nuplovus grūdud, nešvarus vanduo tuojau pat nuleidžiamas. Grūdai mirkomi rezervuaruose, kurie vadinami mirkymo bosais. Tai cilindriniai būgniniu dugnu indai, kuriuose yra priemonės šviežiam vandeniui tiekti, aeruoti, grūdams maišyti ir išmesti.

Atsižvelgiant į vartojamo vandens temperatūrą, skiriama šaltas (temperatūra žemesnė kai 10 0 C), normalus (10 – 15 0 C), šiltas (20 – 40 0 C) ir karštas (50 – 55 0 C) mirkymas. Daugiausia mirkoma normalioje (10 – 15 0 C) temperatūroje. Pirmiausia mirkymo bosas iki 2/3 tūrio pripildomas vandens ir, tolydžiai maišant, pilami grūdai. Vandens lygis virš grūdų turi būti 10 – 15 cm. Pirmojoje mirkymo stadijoje grūdai plaunami. Tam tikslui po 1 – 2 h vanduo nuleidžiamas. Po to grūdai gerai nuplaunami. Nuplauti grūdai palaikomi be vandens, kad išsiskirtų anglies dioksido dujos. Paskui pusę laiko grūdai laikomi vandenyje ( šlapiasis mirkymas) ir pusę laiko be vandens (sausasis mirkymas). Tai kartojama kas 3 –6 val. Kas 30 min. Tiek šlapiojo tiek sausoojo mirkymo metu pro grūdų sluoksnį 3 – 5 min leidžiamas suslėgtas oras.

Dezinfekcijai į antrojo mirkymo vandenį pridedama 300 – 400 g chlorkalkių (skaičiuojama 1 t grūdų). Spiritui gaminti miežiai mirkomi 10 – 14 h, rugiai – 6 – 8 h.

Mirkant grūdus tolydinėje vandens – oro srovėje, į mirkimo bosą tolydžiai tiekiamas oro deguonies prisotintas vanduo. Taip mirkant grūdai greičiau išmirksta ir sudygsta.

2.1.3 Grūdų daiginimas

Grūduose didelė dalis fermentų yra ląstelės protoplazmos adsorbuoti ir esti neaktyviame, profermentų būvyje. Fermentuojant svarbiausi salyklo fermentai yra alfa – amilazė ir beta – amilazė. Alfa – Amilazė iš dalies išsilaisvina iš profermentų.

Be to, ji sintetinama iš naujo. Šis fermentas pradeda veikti trečią ketvirtą daiginimo parą ir aktyviausias yra septintą parą, kai daiginama 18 – 20 0 C temperatūroje. Beta – amilazė pereina į aktyvų būvį, kai ją adsorbavusius baltymus suskaldo proteolitiniai fermentai. Proteolitinių fermentų aktyvumas padidėja apie 4 kartus. Apie 7 – 10 kartų padidėja aktyvumas fermento fosfatazės, kuris skaldo organinius fosforo junginius. Maltazės, skaldančios maltozę iki gliukozės, aktyvumas padidėja du kartus. Salykle taip pat yra fermentų: oksidazių, peroksidazių, katalazių.

Fermentų susidarymas priklauso nuo fiziologinių dygimo procesų. Jiems reikalingod tos pačios sąlygos: vanduo, deguonis ir optimali temperatūra. Grūdams
– 25% krakmolo virsta cukrumis, iš kurių 9 -11% eina kvėpavimui, 3 – 4 % – šaknelėms ir daigams susidaryti, o 8 – 12 % lieka salykle ir suteikia jam saldoką skonį.

Pagrindinis procesas dygimo metu yra kvėpavimas. Jis vyksta, viekiant oksidazėms. Dalis angliavandenių hidrolizės produktų iš dalies oksiduojasi. Ir susidaro rūgštys: oksalo, citrinos, obuolių, pieno, gintaro, skruzdžių, acto, propiono.

Salyklo fermentų aktyvumui didelę įtaką turi daiginimo temperatūra. Paprastai salyklo kokybė apibūdinama amilolitiniu aktyvumu. Kai salyklas ilgai (ki 16 parų) daiginamas 14 _16 0 C temperatūroje, susikaupia daugiausia amilolitinių fermentų ir dekstrinazių, tačiau daiginimas ilgai trunka. Trumpai daigintame salykle yra mažiau dekstrinazės. Dėl to spiritui gaminti miežių salyklas daiginamas 10 parų, rugių – 7 – 8 paras laipsniškai žeminant temperatūrą nuo 22 –23 iki 14 – 15 0 C.

Salyklas daiginamas salyklidėse, kurios skirstomos į dvi grupes: 1) grendymines ir 2) pneumatines.

Grenyminių salyklidžių viduje yra lygi cementuota aikštelė grūdams daiginti. Patalpa yra 3 – 3,5 m aukščio ir 1 m įgilinta į žemę, todėl joje palaikoma vienoda temperatūra. Langų plotas sudaro tik 2 – 2,5% grendymo ploto. Jų stiklai daromi matiniai arba mėlyni, kad į patalpą nepatektų tiesioginė saulės šviesa. Optimaliam daiginimo režimui pasiekti salyklidėse palaikoma 10 – 12 0 C oro temperatūra. Grūdams dygstant, išsiskiria daug šilumos ir anglies dioksido dujų. Dėl to salyklidėje yra ventiliacijos kanalai orui keisti.

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 2382 žodžiai iš 7735 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.