Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения сухим методом нативного фракционированного по размеру гранул крахмала

Изобретение относится к крахмало-паточной отрасли пищевой промышленности и может быть использовано при получении нативного фракционированного по размеру гранул крахмала.

Изобретение позволяет разработать высокоэффективный, экономный и экологически безопасный способ получения нативного фракционированного по размеру гранул крахмала.

Известен способ переработки кукурузы на крахмал, предусматривающий пять обязательных стадий: предварительное размягчение структуры зерна кукурузы путем замачивания его в кислой среде, выделение и промывание зародыша, выделение и промывание мезги, выделение и концентрирование белка, промывание крахмала и его сушка [1].

Недостатком известного способа сложность технологического процесса и невозможность получения нативного кукурузного крахмала необходимых органолептических и физико-химических свойств. Таким способом можно получить только нативный кукурузный крахмал с характеристиками регламентированными в ГОСТ 7697-82 «Крахмал кукурузный».

Известны способы переработки картофеля на крахмал с использованием разнообразных технологических схем, оснащенных различными видами применяемого для этих целей технологического оборудования. Однако независимо от аппаратурного оформления каждый из этих способов включает стадии производства, которые свойственны всем современным технологиям производства картофельного крахмала: подготовка картофеля к переработке, измельчение, выделение картофельного (клеточного) сока и мезги, очистка крахмала, его обезвоживание и сушка [2].

Недостатками известных способов громоздкость технологической линий, длительность и сложность технологического процесса при одновременной невозможности получения нативного крахмала заданных свойств.

Наиболее близким к изобретению является способ получения нативного крахмала [3] - прототип, предусматривающий подготовку к переработке и измельчение крахмалсодержащего сырья, использование многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченного крахмалсодержащего сырья на крахмальную суспензию и смесь мезги с другими побочными продуктами, а также впоследствии осуществляют частичное сгущение крахмальной суспензии, с последующим обезвоживание, сушкой, удалением металломагнитных примесей, фасовкой, упаковкой, маркировкой и транспортированием крахмала.

По техническим характеристикам и технико-экономическим показателям гидроциклонная установка многократно превосходит другие виды технологического оборудования.

Недостатком способа является, прежде всего, невозможность получения крахмала с заданными потребительскими характеристиками (органолептическими и физико-химическими свойствами). Данным способам можно получить нативный крахмал только с потребительскими характеристиками регламентированными ГОСТ 7699-78 «Крахмал картофельный».

Нативный крахмал, в том числе и картофельный, широко используется в пищевой промышленности и технических целях. Очень часто для получения качественного конечного продукта требуется применение нативного крахмала с целенаправленно измененными свойствами. Изменение свойств нативного крахмала осуществляют в результате модифицирования (воздействия физическим или химическим или сочетанным модифицирующим фактором), что существенно повышает стоимость крахмала и не является экологическим безопасным. Кроме того, химически модифицированные замещенные крахмалы обладают измененной структурой и имеют небольшое количество включенного в структуру химического модифицирующего фактора, что не является естественным и не всегда полностью безопасно для организма человека.

Таким образом, технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение является разработка высокоэффективного, экономного и экологически безопасного способа получения нативного фракционированного по размеру гранул крахмала сухим методом из сырья различного ботанического происхождения, что позволит осуществлять тонкую регуляцию потребительских характеристик (органолептических и физико-химических свойств) не используя физических, химических и сочетанных модифицирующих факторов.

Решение технической задачи достигается тем, что способ получения сухим методом нативного фракционированного по размеру гранул крахмала из сырья различного ботанического происхождения, предусматривающий подготовку к переработке и измельчение крахмалсодержащего сырья, использование многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченного крахмалсодержащего сырья на крахмальную суспензию и смесь мезги с другими побочными продуктами, а также впоследствии осуществляют частичное сгущение крахмальной суспензии, с последующим обезвоживание, сушкой, удалением металломагнитных примесей, фасовкой, упаковкой, маркировкой и транспортированием крахмала, отличается тем, что полученный сухой нативный крахмал дополнительно разделяется на фракции по размерам крахмальных гранул, при этом разделение осуществляется в три стадии: на первой стадии осуществляется ситовое разделение крахмала с выделением крахмальных гранул размером более 100 мкм. На второй стадии осуществляют разделение крахмальных гранул по размеру в поле центробежных сил для выделения крахмальных гранул в интервале размеров 30-100 мкм. На третьей стадии осуществляется фильтрация при помощи рукавных фильтров с выделением гранул в интервале размеров 10-30 мкм.

Нативный крахмал - природный полимер, в котором мономеры (остатки a-D-глюкопиранозы) связаны α-(1→4)- и α-(1→6)-глюкозидными связями, образуя амилозу (полимер линейного строения) и амилопектин (полисахарид разветвленного строения). Крахмальные фракции (амилоза и амилопектин) компактно упакованы в крахмальные зерна (гранулы). Крахмальные гранулы имеют овальную, сферическую или неправильную форму, их диаметр колеблется в пределах 0,002-0,15 мм. Крахмальные зерна разделяются на простые и сложные: простые зерна представляют собой однородные образования; сложные - сочетание более мелких частиц. Плотность крахмала равна в среднем 1,5 кг/м³.

Таким образом, на основании анализа особенностей строения нативного крахмала можно сделать предположение, что основной структурной характеристикой строения нативного крахмала, обуславливающей его свойства, является крахмальная гранула. Так, особенности размера и формы крахмальных гранул обуславливают (определяют) проявление следующих свойств (характеристик) крахмала:

1. Количество связанной влаги (чем больше крахмальная гранула, тем больше связанной влаги имеется в крахмале и наоборот).

2. Температуру клейстеризации (чем больше крахмальная гранула, тем меньше температура ее клейстеризации и наоборот).

3. Соотношение крахмальных фракций разветвленной фракции амилопектина и линейной амилозы (формирование крахмальной гранулы обусловлено взаимодействием линейных участков амилопектина друг с другом или с амилозой).

4. Реологические характеристики крахмального клейстера (вязкость крахмального клейстера обусловлена соотношением крахмальных фракций амилопектина и амилозы).

Способ реализуется следующим образом.

Для переработки можно использовать крахмалосодержащее сырье (по ТИПА): ржаной, пшеничный, тритикалевый, ячменный, овсяный, кукурузный, рисовый, пшонный, чумизный, сорговый, гречишный, картофельный, тапиоковый или маниоковый, гороховый, нутовый, фасолевый, бобовый, чечевичный, банановый.

Технология получения нативного крахмала включает следующие последовательно осуществляемые технологические операции: подготовку к переработке и измельчение крахмалсодержащего сырья, использование многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченного крахмалсодержащего сырья на крахмальную суспензию и смесь мезги с другими побочными продуктами, а также впоследствии осуществляют частичное сгущение крахмальной суспензии, с последующим обезвоживание, сушкой удалением металломагнитных примесей, фасовкой, упаковкой, маркировкой и транспортированием крахмала.

На фиг. 1 схематично представлен способ получения нативного фракционированного крахмала из сырья различного ботанического происхождения - способ получения нативного фракционированного крахмала.

Полученный сухой нативный крахмал разделяется на фракции отличающиеся размерами крахмальных гранул, при этом разделение осуществляется в несколько стадий:

- ситовое разделение крахмала с выделением крахмальных гранул размером более 100 мкм;

- разделение крахмальных гранул по размеру в поле центробежных сил для выделения крахмальных гранул в интервале размеров 30-100 мкм;

- фильтрация при помощи рукавных фильтров с выделением гранул в интервале размеров 10-30 мкм.

Характеристики фракции гранул нативного крахмала приведены в таблице 1.

Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения.

Пример 1. Фракционирование крахмальных гранул по размеру методом ситового разделения.

При ситовом разделении сыпучие продукты пропускаются через сита или решета. При прохождении сыпучего продукта через сито получаются две фракции. Та часть продукта, которая проходит сквозь отверстия сита, называется проходом, а та, что остается на сите, - сходом. Крупность получаемых фракций при этом определяется размерами отверстий сит.

Для нормальной организации процесса ситового разделения сыпучего продукта необходимо выполнить основное условие - скольжение частиц продукта по поверхности сита.

В связи с тем, что в промышленности неподвижные сита редко применяются ввиду их малой производительности и громоздкости, ситовое разделение сухого нативного крахмала предлагается осуществлять в машинах с подвижными ситами, отвечающих современным требованиям производства - рассевах. Сита рассевов могут быть металлоткаными, шелковыми, капроновыми или полиамидными. Эти группы сит различаются по принятой системе нумерации. В качестве номера металлотканого сита принят размер его ячеек в мм. Так, если сито №056, то это значит, что размер его ячей равен 0,56 мм. Номера шелковых, капроновых и полиамидных сит определяются количеством отверстий на 1 погонный см. Таким образом для выделения той или иной фракции, отличающейся размерами можно использовать различные сита. Пример комбинаций сит рассевов для получения фракционированного нативного крахмала «Максимус», «Макси» и «Пионер» представлен в таблице 2.

Для получения фракционированного нативного крахмала фракций «Максимус», «Макси» и «Пионер» можно использовать рассевы различных конструкций и производителей, применяемые в мукомольной и крупяной промышленности для разделения продуктов измельчения зерна: ЗРШ4-4М; ЗРШ6-4М; Р3-БРБ; Р3-БРВ; МРП; А1-БРУ и другие [4, с. 337-418].

Пример 2. Фракционирование крахмальных гранул по размеру в поле центробежных сил.

Фракции крахмала с размерами частиц менее 50 мкм предлагается перемещать в системах пневмотранспорта, что минимизирует количество крахмальной пыли в производственных помещениях. Для выделения фракций «Супериор» нативного крахмала проходовую фракцию из рассевов по системе превмотранспорта предлагается направлять в циклоны или центробехные уловители, которые применяются для очистки газа от пылей.

В основе конструкции циклона и центробежного уловителя лежит принцип использования центробежной силы. Процесс выделения частиц крахмала посредством циклона или вихревого уловителя представляет собой комплексный аэродинамический процесс, при котором воздух с частицами пыли различных размеров перемещается в разных направлениях вихреобразно. Крупные частицы нативного крахмала собирается во внешних слоях воздуха и выводится с ними в сборник, образуя таким образом фракцию «Супериор», а воздух с более мелкими частицами крахмала выводится из аппарата и направляется на дальнейшую очистку.

Для получения фракционированного нативного крахмала фракций «Супериор» можно использовать циклоны и вихревые пылеуловители различных конструкций и производителей, применяемые для очистки газов от пыли в различных отраслях пищевой промышленности: ЦОЛ; БЦ; УЦ; 4БЦШ; У21-ББЦ; ЦН-24 и другие [4, с. 653-664].

Пример 3. Фракционирование крахмальных гранул по размеру методом сухой фильтрации.

После центробежного уловителя или циклона по системам пневмотранспорта наиболее мелкие фракции нативного крахмала направляются на разделение в рукавные фильтры, где получают фракции «Секунда» и «Отход». Рукавные фильтры применяют для высокоэффективной очистки воздуха от пыли сухим способом (размер пыли не должен быть менее 2 мкм). Для крахмального производства предлагается использовать всасывающие рукавные фильтры различных производителей, применяемые на зерноперерабатывающих производствах и в пищевой промышленности: Г4-1БФМ; ФАГОС; РЦИ; РЦИЭ; НО; FKC/A и другие [4, с. 664-680].

Таким образом, предлагаемый высокоэффективный, экономный и экологически безопасный способ получения нативного фракционированного крахмала из сырья различного ботанического происхождения, позволяющий осуществлять тонкую регуляцию потребительских характеристик (органолептических и физико-химических свойств) нативных крахмалов и других пищевых порошков не используя физических, химических и сочетанных модифицирующих факторов.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:

1. Крахмал и крахмалопродукты / Н.Г. Глюк, А.И. Жушман, Т.А. Ладур, Е.А. Штыркова. - М: Агропромиздат, 1985. - 240 с.

2. Костенко В.Г., Овчинников А.Е., Горбатов В.М. Производство крахмала. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 200 с.

3. Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов. М.: Изд.: Пищепромиздат, 2001. - С.289.

4. Оборудование для производства муки, крупы и комбикормов / А.Б. Демский, В.Ф. Веденьев. - М.: Дели принт, 2005. - 760 с.