> Техника, страница 5 > Производство патоки и крахмального сахара (глюкозы)

Производство патоки и крахмального сахара (глюкозы)

Крахмал при нагревании в присутствии минеральных кислот присоединяет воду и переходит в глюкозу (называемую также крахмальным сахаром, виноградным сахаром, декстрозой). Этот процесс, называемый осахариванием или гидролизом крахмала, был открыт в 1811 г. адъюнктом Российской Академии Наук Кирхгофом.

При гидролизе (осахаривании) крахмал превращается в глюкозу не сразу, а постепенно, переходя через целый ряд промежуточных продуктов, до сих пор еще мало изученных и носящих общее название декстринов.

Сущность производства патоки и глюкозы и заключается в осахаривании, причем в случае производства глюкозы стараются осахаривание провести возможно полнее, то есть чтобы весь крахмал перешел в глюкозу; наоборот, при производстве патоки осахаривание ведут так, чтобы только % крахмала превратилась в сахар, а остальная часть осталась в виде промежуточных продуктов —декстринов.

У нас в СССР, а также в Германии и Голландии исходным материалом служит главным образом картофельный крахмал, в Америке же почти исключительно кукурузный крахмал.

До войны в различных странах вырабатывалось патоки и глюкозы примерно следующее количество (в тоннах):

Страны:	Патоки	Глюкозы
Россия	60 610	1 160
Германия	65 463	11 343
Северо-Американские Соединенные Штаты	400 000	120 000

В среднем до войны потребление патоки и глюкозы на душу населения составляло (в килограммах):

в Америке	в Германии	в России
4,8	1,1	0,4

Сущность паточного производства заключается в трех основных процессах:

1. Осахаривание крахмала
2. Очищение осахаренного сиропа
3. Сгущение сиропа

Рисунок 297. Ареометр.

Поступающий в завод крахмал взвешивается и разводится в каменных чанах с мешалками в крахмальное молоко с содержанием приблизительно около 40% безводного крахмала. Крепость, то есть концентрация молока, определяется помощью приборов, называемых ареометрами. Ареометр представляет собою полое стеклянное тело с тонкой шейкой с делениями; снизу полого тела имеется шарик, наполненный ртутью (рисунок 297).

Если ареометр поместить в жидкость, то он будет плавать в отвесном положении, погрузившись на некоторую высоту. По степени погружения ареометра судят о плотности (то есть удельном весе) данной жидкости. Чем больше в данной жидкости растворено вещества, тем она плотнее, и тем меньше погрузится в нее ареометр. Поэтому, зная плотность данной жидкости, можно судить о содержании в ней растворенного вещества.

В паточном производстве наибольшее распространение имеют ареометры с градусами Брикса и Боме.

Ареометр Брикса приготовлен по сахарным растворам так, что его деления показывают прямо содержание сахара, растворенного в воде, в процентах. В чистой воде он опустится до деления, против которого стоит 0, в 15% растворе сахара он опускается до черты, против которой стоит цифра 15, и так далее.

Если пользоваться ареометром Брикса для других жидкостей (не сахарных растворов), то его показания можно принять за приблизительное содержание сухих веществ в процентах. Ареометр Боме имеет шкалу произвольную (1° Боме соответствует 1,8° Брикса). Так как на показание ареометра имеет большое влияние температура жидкости, то определение плотности производится при температуре, указанной на каждом ареометре (обычно при 15 или 17,5° Ц). Можно пользоваться ареометром и при других температурах, но потом по особым таблицам приводить его показания к нормальным.

Крахмальное молоко обычно разводят до 22—23° Боме, или 39,4—41,2° Брикса. Это крахмальное молоко и поступает на осахаривание. Осахаривание в СССР ведется двумя способами:

1. В заварных чанах или
2. В автоклавах (более совершенный и быстрый способ)

Заварной чан представляет собою деревянный чан, в котором имеются нагревательные паровые трубы. В чан наливается немного воды и кислоты, обычно серной ¹). Кислоты берут от 0,3 до 0,5 килограмм на каждые 100 килограмм безводного крахмала. Когда вода с кислотой сильно закипит, в чан начинают лить медленной струей крахмальное молоко. После того как все молоко прилито, жидкость продолжают кипятить еще некоторое время до надлежащей степени осахаривания. За процессом осахаривания следят с помощью иодной пробы; в начале осахарйвания иод дает синее окрашивание, затем фиолетовое и красное и в конце осахаривания совершенно не дает окраски. Осахаривание длится обычно от 4 до 6 часов; за это же время вследствие выкипания жидкость сгущается приблизительно до 46,8° Брикса (или 26° Боме).

1) Вместо серной кислоты у нас в СССР в последние годы стали применять и соляную кислоту.

Осахаривание крахмала в автоклаве (конверторе) много рациональнее. Этот способ отличается от предыдущего тем, что процесс ведут в закрытых медных сосудах под давлением в одну или две атмосферы. При этом способе время осахаривания сокращается до 1 часа и менее.

По окончании осахаривания сироп спускают в другой, ниже стоящий чан с мешалкой, куда для удаления серной кислоты прибавляют мел, разболтанный с водой в виде густого молока. Мел соединяется с серной кислотой и образует нерастворимую соль — сернокислый кальций (гипс). Этот процесс носит название нейтрализации. Для удаления гипса, а также и сора сироп фильтруют. Для фильтрации употребляют или механические фильтры или чаще всего особые фильтр-прессы.

Сироп, прошедший фильтр-прессы, мутноват и окрашен в желтоватый цвет; для окончательной фильтрации и обесцвечивания сироп пропускают через угольные фильтры. Эта фильтрация основана на свойстве угля поглощать из сиропа красящие и пахучие вещества. Когда уголь насытится этими веществами, он перестает обесцвечивать сироп. Для восстановления обесцвечивающей способности отработанный уголь промывают горячей водой, затем выгружают из фильтра и кипятят сначала в слабом растворе соды, а потом в растворе кислоты. После этого уголь промывают в воде, высушивают и прокаливают в особых печах.

Профильтрованный и обесцвеченный сироп сгущается до 74 —78° Брикса (или 40—42° Боме) и разливается в бочки. Так как глюкоза при высокой температуре разлагается, то сгущение ведут в особых выпарных аппаратах, называемых вакуум-аппаратами.

Кипение всякой жидкости тем выше, чем выше дагление, под которым она находится, и наоборот: когда желают понизить температуру кипения, то понижают давление. Вода при нормальном атмосферном давлении, соответствующем высоте ртутного столба в 76 см, кипит при 100° Ц, а при давлении, соответствующем высоте столба ртути в 60 см, она кипит уже при 61,6° Ц. На этом принципе и ведется сгущение сиропа.

Патока вырабатывается двух сортов: карамельная и варенная. Карамельная патока идет главным образом для изготовления карамели (конфет), а варенная — для варенья, мармелада и прочие. Наиболее ценной является карамельная патока; она должна быть по возможности бесцветна и не темнеть при нагревании до 145° Ц, а также давать хорошую карамель. Чтобы обладать этими качествами, патока не должна содержать, кроме декстринов и глюкозы, никаких других примесей, то есть должна быть приготовлена из хороших сортов крахмала; кроме этого для получения хорошей карамели патока не должна быть сильно осахаренной. Обычно содержание глюкозы и декстринов колеблется в отношении 1:1,5 или 1:2. Наоборот, варенная патока должна быть более сладкой, окраска же ее большой роли не играет.

Производство глюкозы — твердого крахмального сахара — в СССР развито очень слабо. До войны в небольшом количестве вырабатывали только „техническую глюкозу“, применявшуюся исключительно для технических надобностей; готовилась она из плохих сортов крахмала. Выработка пищевой глюкозы начала развиваться только с 1918/19 года; наоборот, в других странах, особенно в Америке, выработка ее достигает значительных размеров.

Производство глюкозы отличается от паточного производства только более полным осахариванием крахмала, которое обычно ведут в конверторах.

Далее процесс ведется так же, как и при производстве патоки, то есть сироп обесцвечивается на угольных фильтрах и сгущается. Сгущенный в вакуум-аппарате до 38° Боме сироп разливается в бочки или формы, где и затвердевает. Такая глюкоза не обладает высокими вкусовыми качествами, так как, кроме глюкозы и небольшого количества декстринов, содержит еще и все примеси, перешедшие из крахмала, а также и продукты разложения глюкозы, придающие товару горький вкус. Получение чистой глюкозы основано на отделении глюкозы от всех посторонних веществ. Для этого сироп уваривают только до 35—36° Боме и разливают его в чаны, где оставляют кристаллизоваться. Через некоторое время в жидкости начинают появляться кристаллы глюкозы, и количество их быстро возрастает. Для ускорения кристаллизации прабавляют немного чистой твердой глюкозы. Когда кристаллизация достигнет надлежащей степени (до консистенции жидкой кашицы), глюкозу обрабатывают на обычных дырчатых центрифугах. Отжатые кристаллы промывают в центрифуге водой или крепким раствором чистой глюкозы, а стекающую жидкость и промой снова сгущают, кристаллизуют и вновь отделяют кристаллы от патоки на центрифугах. Полученную глюкозу сушат. Такая глюкоза белого цвета, очень чиста и похожа на сахарный песок.

Для получения глюкозы в виде кусков к полученному порошку глюкозы прибавляют немного воды и нагревают осторожно до 60—70° Ц, причем она расплавляется. Расплавленную глюкозу разливают в формы, где она и затвердевает.

Производство декстринов

Как было указано ранее, декстрины представляют собой промежуточные продукты осахаривания крахмала. Декстрины применяются в технике чаще всего как клеющие вещества; они употребляются также при крашении (как загустители для красок), при производстве типографской краски и прочие.

Для производства декстрина могут быть применены различные виды крахмала, но чаще всего применяют картофельный крахмал и только в Америке — кукурузный.

Декстрины приготовляются двумя способами:

1. Поджариванием крахмала; способ этот основан на способности крахмала переходить в декстрин при высокой температуре и
2. Одновременным действием на крахмал кислоты и высокой температуры; способ этот носит название „кислотного способа“.

Получение декстрина поджариванием

При нагревании крахмала до 170 — 220° Ц он переходит в декстрин, причем, чем ниже в этих пределах будет температура и чем менее времени он подвергается нагреванию, тем светлее получится продукт. Более светлые сорта получаются при осторожном нагревании крахмала до 180—190°Ц, а более темные (лейогом, гоммелин) — при нагревании до 190—200° Ц. Нагревание до более высокой температуры хотя и ускоряет процесс, но невыгодно, так как продукт получается очень темным. Так как обыкновенный продажный сухой крахмал содержит до 20% влаги, которая при быстром нагревании может частично оклейстеризовать крахмал и склеить его, то необходимо крахмал предварительно„высушить до содержания влаги не свыше 10%. Систем аппаратов для поджаривания существует много, но наибольшее распространение имеют две: аппарат Уланда и вращающаяся цилиндрическая печь. Опишем здесь аппарат Уланда, который представлен на рисунке 298 в разрезе; он представляет собой двустенный железный сосуд; промежуток между стенками сосуда заполняется маслом, в которое погружен термометр. Во внутреннем сосуде имеется мешалка для перемешивания крахмала. Внизу, под аппаратом, находится топка. Горячие газы нагревают масло, которое равномерно обогревает внутренний сосуд. Так как при поджаривании образуются газы, то для отвода их в крышке аппарата имеется вытяжная труба. Существуют аппараты этой системы, обогреваемые паром, то есть вместо масла между двойными стенками пропускают пар.

В Америке чаще пользуются барабанным аппаратом, который представляет собой железный медленно вращающийся барабан, помещенный в несколько наклонном положении. Аппарат этот действует непрерывно; крахмал поступает с одного конца, проходит барабан, поджаривается в нем и с другого конца выходит в виде готового продукта.

Рисунок 298. Аппарат Уланда (разрез).

Барабан обогревается горячими газами, идущими из топки, расположенной под ним.

Поджариванием готовят только низкие сорта декстринов — лейогом, гоммелин и другие, так как при этом трудно получить светлые сорта. Для получения высших (светлых) сортов работу ведут по кислотному способу. По этому способу работа ведется следующим образом: высушенный крахмал смешивается с кислотой, которой берется от 0,1 до 0,15 килограмм на каждые 100 килограмм крахмала.

Кислота берется летучая, в большинстве случаев соляная (реже — азотная). Температуру поджаривания при кислом способе держат ниже; так, для получения светлого декстрина массу нагревают не выше 150°Ц. Продолжительность нагревания различна и зависит от сорта: темные сорта требуют более продолжительного нагревания— до 4 и более часов, а светлые — около 1—2 часов.

Полученный тем или иным способом декстрин охлаждают, для чего рассыпают его по железным плитам или цементному полу, и затем просеивают и упаковывают в мешки.