Технологическая линия производства картофельного крахмала

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Крахмал – мучнистый углевод, который образуется в результате фотосинтеза в клетках зеленых растений из углекислоты и воды под действием света. Крахмал является основным резервным веществом растений и накапливается в семенах, клубнях или корнях. По химической природе это полисахарид, в основе строения которого лежит глюкозный остаток.

Крахмал легко усваивается организмом человека, превращаясь в глюкозу, которая и вовлекается в круг кровообращения. Потребность человека в крахмале составляет 400…450 г в сутки, он покрывает половину калорий, расходуемых организмом в сутки.

Главными источниками промышленного получения крахмала являются картофель, кукуруза, рис и пшеница. В тканях растений крахмал откладывается в виде крахмальных зерен, имеющих овальную, сферическую или форму многоугольников. Размер зерен колеблется от 2 до 150 мкм. Наиболее крупные зерна у картофельного крахмала, самые мелкие – у рисового. Крахмал в зернах находится в виде мельчайших игольчатых кристаллов, между которыми имеются микрокапилляры, обуславливающие высокую гигроскопичность и адсорбционные свойства крахмала, способность поглощать воду. Эти свойства позволяют использовать крахмальные формы при отливке конфетных корпусов.

В России вырабатывают сухой картофельный крахмал четырех сортов – экстра, высший, I и II; сухой кукурузный крахмал двух сортов – высший и I. В зависимости от сорта крахмала установленные допустимые значения показателей качества: содержание золы общей 0,20…1,0 %, кислотность 7,5…25 у.е. и др. Независимо от сорта в сухом картофельном крахмале допускается содержание влаги не более 20 %, а в кукурузном – 13 %. К основным относятся также органолептические показатели качества крахмала: цвет и запах.

Сырьем для производства картофельного крахмала служит картофель. Средний химический состав клубня картофеля состоит из 75 % воды и 25 % сухих веществ, из которых 18,5 % крахмала, 2 % азотистых веществ, 1 % клетчатки, 0,9 % минеральных веществ, 0,8 % сахара, 0,2 % жира и 1,6 % прочих веществ (пектиновые, пентозаны и др.). Расход картофеля с крахмалистостью 14,8 % на 1 т сухих веществ крахмала составляет 7,95 т.

Для получения высоких технико-экономических показателей в производстве крахмала необходимо перерабатывать картофель высококрахмалистых сортов, что позволяет снизить его расход на получение 1 т крахмала, а, следовательно, и его себестоимость. Согласно действующим нормативам, картофель, поступающий на переработку, должен иметь крахмалистость не менее 13 %, а засоренность после мойки – не более 0,1 %.

В производстве картофельного крахмала степень использования сырья характеризуется коэффициентом извлечения крахмала, который колеблется от 82 до 88 %. Выход крахмала зависит от содержания его в перерабатываемом картофеле и от потерь крахмала с побочными продуктами и сточными водами. Основные потери крахмала в производстве происходят с мезгой в виде связанного крахмала (около 40 %) и свободного крахмала (3…4 %), что составляет около 1,7 % массы переработанного крахмала.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Основная задача крахмального производства – максимальное извлечение крахмала в результате разрыва стенок наибольшего числа клеток картофеля и тщательная очистка от посторонних примесей. Процесс очистки основан на свойстве зерен крахмала не растворяться в холодной воде, на их малых размерах и сравнительно большой плотности – 1650 кг/м³.

Для переработки картофеля на крахмал используются разнообразные технологические схемы, оснащенные различными видами применяемого для этих целей оборудования. Наиболее эффективной является технология переработки картофеля на крахмал с использованием многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченной картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. По техническим характеристикам и технико-экономическим показателям гидроциклонная установка многократно превосходит в совокупности все виды оборудования, применяемого на операциях от начала разделения картофельной кашки до получения очищенной крахмальной суспензии и побочных продуктов в виде смеси мезги и картофельного сока.

Совмещение в одной установке операций разделения и промывки позволяет в 4…5 раз уменьшить производственные площади под размещение равнозначного по мощности технологического оборудования, а также на 3…4 % повысить коэффициент извлечения крахмала из картофеля путем как уменьшения числа ступеней обработки картофельной кашки, так и интенсификации производственного процесса в целом, а также снижения количества сбросов и расхода свежей воды.

Сырой крахмал – скоропортящийся продукт, не подлежащий длительному хранению. Для получения сухого крахмала предусмотрено механическое обезвоживание сгущенной крахмальной суспензии с последующим удалением избыточной влаги методом сушки под воздействием сушильного агента (подогретого воздуха).

Прогрессивная технология предусматривает комплексное использование всех компонентов перерабатываемого сырья. Разработаны способы утилизации побочных продуктов – мезги и картофельного сока, одним из которых является получение уваренного углеводно-белкового гидролизата и прессованного белкового корма.

Скоропортящийся сырой картофельный крахмал в холодное время года хранят наливным способом или на складах, при этом емкость с осевшим крахмалом заливают чистой водой, добавляя туда около 0,05 % диоксида серы. Наиболее надежный способ хранения сырого крахмала – в замороженном состоянии.

Сухой крахмал хранят в силосах или упаковывают в джутовые или льняные мешки по 25, 50, 60 кг. Крахмал можно фасовать в бумажные крафт-мешки с последующим их затариванием в мешки из редкой ткани, а также на фасовочных машинах упаковывать в потребительскую тару – бумажные пакеты по 100…1000 г. Упакованный сухой крахмал хранят в складах при оптимальной относительной влажности воздуха 75 % и температуре не выше 10 °С.

Крахмал имеет разнообразное применение в производстве пищевых продуктов. Из него вырабатывают патоку и кристаллическую глюкозу. В кондитерском производстве крахмал используется при придания бисквитному тесту пластических свойств и как формовочный материал при отливке помадных и ликерных конфет. В кулинарии с крахмалом готовят кисели, соусы и пудинги.

Крахмал и его производные находят широко применение в текстильной, бумажной, асбестовой, красочной, полиграфической, обувной, спичечной, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Углеводно-белковый гидролизат – густая коричневая масса, содержащая углеводы, протеины и минеральные вещества, может быть использована либо в качестве биостимулятора при выращивании кормовых дрожжей, либо в хлебопечении как заменитель красного ржаного солода.

Стадии технологического процесса. Переработку картофеля на крахмал можно разделить на следующие основные стадии и операции:

– мойка и взвешивание картофеля;

– тонкое измельчение картофеля (получение кашки);

– выделение картофельного сока из кашки;

– выделение свободного крахмала из кашки, отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока и получение сырого крахмала;

– обезвоживание и сушка крахмала;

– упаковывание сухого крахмала в потребительскую и транспортную тару;

– осветление и коагуляция картофельного сока и получение белкового корма;

– уваривание осветленного картофельного сока и получение уваренного гидроизолята.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки клубней картофеля к переработке, в состав которого входят гидравлический транспортер, камнеловушка, моечная машина и водоотделители.

Ведущим является комплекс оборудования для образования крахмальной эмульсии, включающей терочные машины, фильтры, гидроциклонную установку, сито рафинировальное, центрифугу, винтовой конвейер, сборники и насосы.

Завершающий комплекс предназначен для получения сырого и сухого крахмала и содержит вакуум-фильтр, сушильную установку, бурат-просеиватель, винтовой конвейер, сборники, насосы, весы и мешкозашивочную машину.

В состав линии входят также комплексы оборудования для переработки побочных продуктов. Комплекс оборудования для получения из крахмального сока белкового корма содержит дуговые сита, подогреватель, коагулятор, сборники и насосы. В комплекс оборудования для получения уваренного гидролизата входят подогреватель очищенного картофельного сока, выпарные аппараты, поверхностный конденсатор, вакуум-насос, сборники, насосы, а также устройства для сбора конденсата.

На рис. 2.7. показана машинно-аппаратурная схема линии производства картофельного крахмала.

Устройство и принцип действия линии. Картофель из оборотного склада подается по гидротранспортеру 1 на камнеловушку барабанного типа 2, далее шнеком 3, в котором происходит отделение транспортерной воды, – на бильную мойку 4. Отмытые от грязи клубни поступают через второй шнек-водоотделитель на установку измельчения, где дважды измельчаются в кашку на терках 5, связанных через плунжерный насос 6.

Терка представляет собой устройство, где измельчение осуществляется за счет истирания клубней картофеля зубчатыми пилками, укрепленными на поверхности барабана, вращающегося с большой скоростью внутри металлического корпуса. Измельчение проводят дважды. При первом измельчении используют пилки с высотой зубьев 1,5…1,7 мм, при повторном (перетир) – 1,0 мм. Терки комплектуются прижимами и решетками с отверстиями диаметром 2 мм, что обеспечивает высокую степень измельчения. Эффективность работы картофелетерки зависит от окружной скорости пильной поверхности барабана; она характеризуется коэффициентом измельчения, который достигает 90 %. При использовании пильчатых терок с окружной скоростью барабана 90 м/с коэффициент измельчения может достигать 95 % и более, при этом отпадает необходимость во второй стадии измельчения картофельной кашки. Эффективность и надежность работы терок существенно зависит от качества очистки картофеля при мойке.

Полученная после терочных машин картофельная кашка представляет собой смесь, состоящую из взорванных клеточных стенок, крахмальных зерен и картофельного сока. Важная задача получения картофельного крахмала – скорейшее выделение из кашки сока при минимальном его разбавлении. Контакт сока с крахмалом ухудшает качество крахмала, вызывая его потемнение в связи с окислением тирозина, снижает вязкость крахмального клейстера, способствует образованию пены, слизи и других нежелательных явлений.

Картофельная кашка из сборника-накопителя 8 через самоочищающиеся фильтры 10, на которых отделяются различные примеси, подается плунжерным насосом на гидроциклонную установку 7, состоящую из 14 ступеней гидроциклонной, из которых 6 ступеней являются обескрахмаливающими, а 8 – промывными.

Работу гидроциклонной установки регулируют таким образом, чтобы поступающая на промывание суспензии имела концентрацию 6…8, сгущенный сход с последней ступени – 35…40, а смешанные жидкие сходы с I и II ступеней – 1,0…1,5 % сухих веществ. Давление в мультициклоне поддерживают на уровне 0,3…0,4 МПа. Крахмальная суспензия с 13-й ступени гидроциклонов подается на песковый гидроциклон 9 (единичный), затем на рафинировальное дуговое сито 11. Крахмальная суспензия проходит сквозь сито и направляется для дальнейшей очистки в 14-ю ступень гидроциклонов. Мезга сползает в нижнюю часть ситовой поверхности, выводится из сита 11 и перекачивается плунжерным насосом 12 в сборник верхнего схода 13.

Очищенная крахмальная суспензия перекачивается плунжерным насосом 18 в сборник 19. Из него она поступает для обезвоживания до концентрации 64 % сухих веществ на установку барабанного вакуум-фильтра 20.

При непрерывном вращении перфорированного барабана, его поверхность последовательно проходит зоны фильтрации суспензии, подсушки, промывки и продувки слоя крахмала. С поверхности барабана сырой крахмал снимается ножом в винтовой конвейер 21.

Для получения сухого крахмала сырой крахмал конвейером 21 направляется в пневматическую сушилку 22. В основу работы сушилок пневматического типа положен принцип сушки разрыхленного крахмала в движущемся потоке горячего воздуха; при этом скорость движения смеси крахмал-воздух по сушильному тракту должна быть больше скорости витания зерен крахмала в потоке. Практически сушка крахмала длится доли секунды, т.е. происходит почти мгновенно.

Особенности конструкции и работы пневматической сушилки, ее автоматизация позволяют применять воздух, нагретый до высоких температур. Температура сушильного агента калориферов, входящих в состав сушильной установки, составляет 140…150 °С, однако крахмальные зерна за счет испарения поверхностной влаги не успевают нагреться выше 60 °С.

Разделение сухого крахмала и воздушно-паровой смеси происходит в циклонах; окончательную очистку воздуха от крахмала осуществляют мокрым способом в циклоне-промывателе (скруббере) 23. В нем крахмальная пыль улавливается водой и в виде крахмального молока подается в сборник 19. Высушенный до требуемой (равновесной) влажности крахмал может содержать некоторое количество крупки, образующееся при переработке недоброкачественного сырья, которую отделяют на ситовом аппарате типа бурата 24, разводят и направляют в основное производство для переработки. Очищенный сухой крахмал из бурата затаривается в мешкотару, затем взвешивается на весах 25 и зашивается на мешкозашивочной машине 26.

Из сборника 13 мезга перекачивается центробежным насосом в промежуточную емкость 14, из которой продается в центрифугу 15. В последней мезга разделяется на две фракции: осадок (тяжелая фракция и картофельный сок). Осадок поступает в винтовой конвейер 17 используется в качестве сырого крахмала. Картофельный сок собирается в сборнике-отстойнике 16 и перекачивается насосом в комплексы оборудования для утилизации.

При утилизации побочных продуктов по комбинированной схеме вырабатывается уваренный углеводно-белковый гидролизат и белковый корм. По этой схеме картофельный сок из сборников 27, оснащенных вентилятором-пеногасителем 28 и циклоном 29, подается плунжерным насосом 30 на дуговое сито 31. Верхний сход сита накапливается в сборнике 38, а затем перекачивается насосом в сборник мезги. Очищенный картофельный сок собирается в сборник 32 и подается насосом через подогреватель 33 в коагулятор 34. Отсюда он поступает для отделения белка на дуговые сита 35 и 36. Верхний сход последнего сита является белковым кормом.

Картофельный сок из сборника 16 и осветленный сок из сборника 37 через конденсатор 39 направляется на уваривание на трехкорпусную выпарную установку 40, 41, 42 и из нее откачивается насосом в сборник 47.

Для конденсации паров из третьего корпуса 42 установки используется поверхностный конденсатор 44. Разряжение в выпарной установке и конденсаторе создается вакуум-насосом 45. Конденсат из конденсатора 44 и ловушки 43 поступает в барометрический сборник 46 и насосом откачивается на градирню, где охлаждается и используется вторично для конденсации паров. Конденсат из первого и второго корпусов установки собирается в сборниках 49 и 48.