Производство мальтозной патоки (Обуховский) 1959 год

ВВЕДЕНИЕ

      В рационе питания человека большое значение имеют сахара, которые служат основным материалом для восстановления энергии, затрачиваемой организмом на работу, и поддержания его жизнедеятельности.

      Потребность в сахаристых веществах очень велика. Увеличению объема производства сахаров у нас в стране уделяется большое внимание. В ближайшие годы производство сахара получит значительное развитие.

      В общем балансе сахаристых веществ значительную роль играют также и несвекловичные сахара. Однако выработка этих сахаров все еще не удовлетворяет возросших потребностей производства. Так, в 1958 г. при потребности кондитерских фабрик в 245 тыс. т крахмальной патоки выработка ее не превысила 150 тыс. т. Кондитерские (предприятия вынуждены были по этой причине для ее замены израсходовать около 80 тыс. т свекловичного сахара.

      Такая замена патоки свекловичным сахаром не только ухудшает качество кондитерских изделий, но и понижает, рентабельность предприятий в результате повышения себестоимости кондитерской продукции.

      Важную роль в балансе сахаристых веществ может также сыграть кристаллическая глюкоза (виноградный сахар). Однако объем производства глюкозы у нас также незначителен и не превышает 3,5 тыс. т в год.

      Не производятся такие сахаристые продукты, как сорговый сироп и кленовый сахар.

      В США при выработке 2000 тыс. т сахара в год объем производства различных видов латок достигает 700 тыс. т и глюкозы свыше 350 тыс. т, т. е. удельный вес патоки и глюкозы в балансе сахаристых веществ США превышает 34%.

      В Западной Европе из несвекловичных сахаров производятся солодовые сахаристые сиропы под общим собирательным названием мальц-экстракты. Эти сиропы применяются в виде

      столовых диетических продуктов, особенно для детского питания. В хлебопечении мальц-экстракт применяется как диастолической активный продукт, улучшающий качество хлеба; в текстильном производстве он находит применение в процессе расшлихтовки пряжи.

      Мальц-экстракт вырабатывается из сухого солода с добавлением части неосложненного сырья.

      Основной экономической предпосылкой организации данного производства является использование значительных мощностей солодовых заводов в холодное время года, когда уменьшается спрос на пиво и потребность пивоваренной промышленности в солоде частично сокращается.

      В последние годы в СССР получило развитие производство мальтозной, или ферментативной, патоки, являющейся продуктом энзиматического осахаривания крахмала и содержащей до 65% редуцирующих сахаров. Эта продукция предназначается для использования в кондитерской промышленности, хлебопечении, а также в качестве столового сиропа.

      Сырьем для мальтозной патоки являются неосложненные материалы (чаще всего кукуруза), вспомогательным сырьем служит солод, расход которого не превышает 8 — 10% по весу основного сырья. Замена дорогого солода неосложненным сырьем значительно снижает себестоимость мальтозной патоки по сравнению с мальц-экстрактом.

      Производство мальтозной патоки состоит из следующих технологических процессов:

      1) замочка и ращение ячменя; дробление солода;

      2) размол кукурузного зерна в муку; разведение кукурузной суспензии;,

      3) разварка кукурузной суспензии;

      4) гидролиз крахмала, содержащегося в кукурузной суспензии и солоде, ферментами солода;

      5) механическая фильтрация сладкого затора;

      6) сгущение мальтозного сиропа до плотности 50 — 55° Бр;

      7) механическая фильтрация густого сиропа;

      8) сгущение чистого сиропа до плотности 79,4° Бр;

      9) охлаждение мальтозной патоки;

      10) взвешивание и затаривание мальтозной патоки.

      Производство мальтозной патоки в СССР было организовано на базе использования оборудования крахмало-паточных

      заводов в период их межсезонного простоя. Загрузка заводов зерновым сырьем превращает эти сезонные предприятия в работающие 10 — 11 месяцев в году со всеми вытекающими отсюда преимуществами: наиболее полным использованием

      основных средств предприятий, снижением себестоимости продукции за счет уменьшения накладных расходов, увеличением выпуска паточной продукции и т. д.

      В отличие от крахмальной мальтозная патока вырабатывается непосредственно из муки, минуя стадию предварительного извлечения крахмала из зерна. Обычно производство крахмала осуществляется в специальных цехах, строительство которых сопряжено со значительными капиталовложениями.

      В качестве отходов мальтозного производства получается прессованный мальтозный жмых — ценный корм, содержащий около 40% белка.

      Наличие таких отходов может способствовать успешному развитию животноводства в районах расположения мальтоз-ных заводов.

      Мальтозная патока является хорошо усвояемым углеводистым продуктом, рекомендуемым в качестве столового сиропа, а также для. питания детей и больных.

      Особую роль должна сыграть мальтозная патока в хлебопечении, где по отзывам ряда исследовательских организаций она должна найти широкое применение как бесспорный улучшитель качества пшеничного хлеба и изделий расширенного ассортимента.

      Разработанная автором схема производства мальтозной патоки и технологический режим, позволяющие почти полностью использовать технологическое оборудование, паросиловые установки, здания и сооружения картофелепаточных заводов, создали предпосылки для успешного развития производства.

      Ниже приводятся схемы производства крахмальной и мальтозной паток, показывающие степень использования основных средств паточного завода при догрузке его производством мальтозной патоки.

      Сходство технологических схем производства крахмальной и мальтозной паток позволило быстро освоить производство мальтозной патоки на ряде паточных заводов. Казанский, Пензенский, Новлянский паточные заводы уже длительное время 1 производят мальтозную патоку. В отдельные годы мальтозную патоку вырабатывали Хоботовский. Ростовский, Росвянский и Костромской паточные заводы.

      Догрузка зерновым сырьем ряда картофелепаточных заводов во время их сезонного простоя позволяет повысить выпуск паточной продукции, а также высвободить часть картофельного крахмала для непосредственного потребления населением.

      СЫРЬЕ

      Пригодность зернового сырья для производства мальтозной патоки определяется его составом — в основном крамалис-тостью и наличием таких белков и растворимых веществ, которые не препятствуют нормальному течению технологического процесса, позволяя получать продукцию хорошего качества.

      В настоящее время таким сырьем можно считать кукурузу, просо, ячмень, сорго и некоторые другие культуры.

      КУКУРУЗА

      Кукуруза, или маис, — однолетнее растение с очень развитым стеблем и корневой системой. Проникая глубоко в почву, корешки кукурузы обеспечивают растение подпочвенной влагой, что в известной мере уменьшает зависимость его от количества осадков. Позднее вызревание кукурузы также позволяет растению выгодно использовать осадки, выпадающие ранней осенью.

      Мужские цветы кукурузы собраны в метелку на верхушке стебля, женские — образуют початки, сидящие в пазухах листьев.

      Различные сорта кукурузы отличаются формой початка и самого зерна, у которого наиболее характерной является верхняя часть. Последняя бывает выпуклой, вдавленной, остроконечной и пр. Различна также и окраска кукурузных зерен: они бывают белыми, желтыми, красными и других цветов.

      Из многих видов кукурузы наиболее ценными для переработки на мальтозную патоку являются:

      1. Крахмалистая кукуруза, отличающаяся высоким содержанием крахмала и отсутствием роговидного слоя в эндосперме зерна.

      2. Зубовидная кукуруза. В верхушке зерен этого вида имеется впадина, делающая зерно похожим на конский зуб. В эндосперме зерна этого вида содержится небольшое количество роговидного вещества.

      3. Кремнистая кукуруза, отличающаяся развитым слоем роговидного эндосперма. Зерна кремнистой кукурузы имеют округленную форму.

      Кукурузное зерно состоит из ростка, оболочки и эндосперма; эндосперм состоит из мучнистой и роговидной частей.

      У различных видов соотношение основных частей зерна неодинаково (табл.1).

      Приведенные данные указывают, что в мучнистых сортах кукурузы не имеется роговидного слоя в эндосперме зерна (или его очень мало), что позволяет с большей эффективностью перерабатывать это сырье.

      Кукурузное зерно содержит росток (до 12% по весу зерна). Росток содержит в зависимости от сорта зерна от 34 до 41% жира и используется в кукурузо-крахмальном производстве для получения кукурузного масла. Общее содержание жира в кукурузном зерне достигает 6%.

      Кукурузное зерно является наиболее крахмалистым среди злаковых семян, уступая в этом отношении только рису. Химический состав наиболее распространенных сортов кукурузы характеризуется показателями табл. 2.

      Состав лопающейся и сахарной кукурузы значительно отличается от состава перечисленных сортов, имеющих промышленное значение (табл. 3, по данным Братухина и Щербакова).

      Из приведенных данных по содержанию крахмала и растворимых углеводов видно, что мучнистая и зубовидная кукуруза наиболее пригодны для мальтозного производства.

      Хранение кукурузы

      Влажность зерновой кукурузы, поступающей на заводы, имеет решающее значение для хранения этого сырья. Кукурузное

      зерно, влажность которого превышает 20%. быстро подвергается самосогреванию и порче. В сырье появляются грибки черной и зелёной плесени и очаги гниения. Особенно быстро подвергается порче кукурузный росток. В результате теряется много крахмала и других ценных сухих веществ зерна. Одновременно ухудшается технологический режим переработки зерна ухудшает показатели по гидролизу, фильтрации затора, сгущению сиропов и другим станциям; снижается выход и качество готовой продукции).

      Вопросу правильного хранения сырья должно уделяться серьезное внимание.

      Для длительного хранения кукурузы в початках применяются складские помещения легкого типа — сапетки (рис. 1).

      Сапетка представляет собой деревянный склад, стены которого состоят из реек, между которыми имеются щели, обеспечивающие постоянное проветривание хранящегося сырья. Крыша сапетки делается непроницаемой для осадков, полы располагаются на 0,5 м выше земли.

      Обычно сапетка устанавливается на каменных фундаментных столбах, что предохраняет сырье от сырости в осенние и зимние месяцы. Сапетка вместимостью 50 г кукурузы в початках имеет длину ,30 м, ширину 1,8 м, высоту 2 м.

      Складское помещение для хранения зерновой кукурузы следует хорошо вентилировать, толщина слоя хранящегося зерна не должна превышать 1,5 м.

      Длительное хранение зерновой кукурузы повышенной влажности не рекомендуется.

      При поступлении на завод большой партии такого зерна последнее должно быть высушено до влажности 14 — 15% на зерновых сушилках.

      Тепловой режим сушки устанавливается с расчетом, чтобы зерно в начальной стадии не подвергалось действию температуры выше 50°. Предельная температура в конце сушки 100°.

      Такой режим сушки кукурузы оставляет неизменной структуру эндосперма зерна, не вызывая нежелательных процессов клейстеризации крахмала и появления трещин в оболочке зерна.

      Рис. 2. Зерносушилка «Кузбасс».

      Из различных типов зерносушилок наиболее приемлема для небольших мальтозных заводов передвижная сушилка «Кузбасс».

      Сушилка размещается на двух автоприцепах (рис. 2). На первом установлена сушильная камера, две нории, шнек для транспортировки зерна и вентиляторы. Указанное оборудование приводится в движение электромотором мощностью 5,2 кет.

      На втором прицепе расположена топка, выложенная огнеупорным кирпичом.

      Смесь горячих газов с воздухом по специальному трубопроводу подается в сушильную камеру.

      Подающееся в питательный бункер зерно норией транспортируется в сушильную камеру. Высушенное зерно поступает на шнек и далее на норию, подающую его в бункер для сухого зерна.

      Производительность сушилки (при высушивании кукурузы с 20 до 44% влаги) составляет 1,5 т в час. Расход условного топлива на 1 тонно-процент — 2,5 кг.

      Высушенное кукурузное зерно отличается стойкостью при хранении, но вырабатываемая из такого зерна мальтозная патока имеет повышенную цветность.

      Получение наименее окрашенной продукции достигается при переработке кукурузы, поступающей в початках, причем наиболее предпочтительны белые сорта кукурузы, которые меньше окрашивают мальтозные сиропы.

      Размол кукурузы

      Для производства мальтозной патоки кукуруза должна размалываться в муку относительно тонкого помола с максимальным удалением ростка, оболочки зерна, клетчатки и пр.

      Размол кукурузы производится на вальцовых мельницах.

      Обычно мельничные цехи на мальтозных заводах располагаются в производственных или складских помещениях (на Казанском, Пензенском, Новлянском и других заводах). В отдельных случаях помещения надстраиваются для создания необходимого самотека при внутрицеховой транспортировке полупродуктов мельничного производства.

      Размол кукурузы производится на вальцовых станках, изготовляемых машиностроительным заводом имени Ленина в Воронеже. Схема вальцового станка модели ЗМ показана на рис. 3.

      Для измельчения в вальцовом станке зерно поступает в пространство между цилиндрическими валками 11 и 12, имеющими одинаковый диаметр, и подвергается разрушению в рабочей зоне.

      Рабочие валки представляют собой чугунные сплошные или пустотелые цилиндры, насаженные на оси и расположенные в вальцовом станке по диагонали. Нижний валок тихоходный, а верхний быстроходный. Скорости быстроходного и тихоходного валков относятся друг к другу, как 1,5 — 2,5:1. Это отношение называется дифференциальной скоростью.

      Наружная поверхность валков делается рифленой или гладкой, отполированной, в зависимости от назначения вальцового станка.

      Расстояние между валками регулируется специальным механизмом с микрометрическим винтом, а привал (или отвал) тихоходного валка к быстроходному осуществляется автоматически механизмом гидропривода.

      Зерно в вальцовый станок поступает по стеклянной трубе 3, постепенно заполняет ее и своим весом давит на лопасти поплавка 4, который опускается. Поплавок связан системой рычагов с гидроприводом, который при опускании поплавка включает питающий механизм, состоящий из валиков 5 и 7 и секторной заслонки 8, а также осуществляет привал нижнего рабочего валка к верхнему.

      Работа вальцового станка в значительной мере зависит от нормальной подачи зерна валиками питающего механизма в зону измельчения. Зерно в эту зону должно поступать равномерно, слоем одинаковой толщины по всей длине рабочих валков.

      Во время работы вальцовые станки аспирируются для удаления скопляющегося теплого воздуха, влаги и пыли. Воздух для аспирации поступает в станок через отверстия между верхними крышками и средними соединительными угольниками станины и отсасывается через аспирационный канал 18.

      Для очистки во время работы вальцовых валиков от прилипших к ним частиц зерна применяются щетки 16.

      После измельчения зерна в вальцовом станке получаются продукты, состоящие из частиц различных размеров. В процессе повторных помолов после каждого пропуска через размалывающие машины получающиеся продукты рассортировывают на более или менее однородные по величине фракции для дальнейшей раздельной их переработки.

      Почти на всех мальтозных заводах просеивающими машинами в мельничных цехах являются двухкорпусные самобалансирующиеся рассевы, изготовляемые машиностроительным заводом имени Воробьева в Горьком. Рассев (рис. 4) представляет собой машину с набором сит в виде прямоугольных кузовов, совершающих круговые поступательные движения. Основные части рассева: приемное устройство, состоящее из деревянных коробок 1, смонтированных на горизонтальной деревянной доске, подвешенной на болтах к перекрытию; кузова, состоящие из ситовых рам, стягиваемых по высоте болтами; приводной механизм 4, состоящий из приводного шкива и веретена; балансир-ный механизм 5, состоящий из уравновешивающих грузов; подвесное устройство 6, служащее для подвешивания кузовов на тросах к перекрытию. Каждый кузов имеет два приемника, соединяющихся матерчатыми рукавами 7 с приемными коробками; 1.

      Продукт, поступающий на ситовые рамки, движется вместе с ситом. Однако этот продукт будет перемещаться по ситу только при условии, если величина центробежной силы рассева будет больше силы трения просеиваемого продукта о сито.

      Для нормального просеивания продукта требуется не только смещение его на сите, но и движение его по ситам рассева. Перемещение продукта по ситам к сходовому каналу достигается гонками, прикрепленными над ситом к одной из продольных стенок канала ситовой рамки.

      Поступающая в рассев смесь измельченного продукта разделяется на несколько фракций по крупное, причем сходами с сит

      вдут фракции, требующие дальнейшего измельчания, а проходом является мука. Все фракции выводятся из рассева с помощью выводных рукавов 8 и патрубков 9.