СОВРЕМЕННАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ

КРАХМАЛ
И КРАХМАЛО
ПРОДУКТЫ

Под ред. д-ра техн, наук Н. Г. Гулюка

МОСКВА
АГРОПРОМИЗДАТ
1885
воримую часть сухих веществ картофельного сока рекомендуется при «том
использовать на орошение полей.

В последние годы появились разработки по концентрированию картофель-
ного сока с использованием мембранной техники. Эти методы применяются ие
только для концентрирования, но и для очистки этих продуктов.

При использовании гидроциклонных установок для выделения картофель-
ного сока последний получается концентрацией около 3 %. Из такого сока
белок выделяют следующим образом. Сок поступает через пеногасящее
устройство на ультрафильтрационную установку. При этом в концентриро-
ванном виде получают 16 % продукта и 84 % осветленного раствора. Из
концентрата методом тепловой коагуляции выделяют белок, который затем
высушивают. В этом процессе отмечается сильное пенообразование, однако
процессы выделения и сушки белка проходят легко. При этом выделяется
75—80 % высокомолекулярных белковых веществ картофельного сока. Для
разделения используются мембраны с ячеистой структурой с порами диамет-
ром 25—50 нм.

При использовании мембран «Владипор» марок УАМ получен концент-
рат с содержанием 18 % СВ и ультрафильтрат концентрацией 1,2 % СВ.
В сухих веществах концентрата 73 % составляют азотистые вещества, из них
65%—белковые. Содержание золы в концентрате составило 9 %. Поскольку
в ультрафильтрате была еще достаточно высокая концентрация сухих ве-
ществ, провели опыты по концентрированию его на обратноосмотических мем-
бранах. При этом в концентрат перешло более 80 % СВ, а концентрация
фильтрата составила 0,2—0,4 % СВ. При сочетании ультрафильтрации и
обратного осмоса можно получить белковый концентрат и достаточно очи-
щенный фильтрат. Фильтрат может быть использован на операциях промы-
вок в технологическом процессе.

Таким образом, мембранная фильтрация является весьма перспективным
методом рационального использования клеточного сока картофеля и очистки
сточных вод.

Суммируя сказанное, следует отметить, что выбор наиболее рациональ-
ного способа утилизации картофельного сока и мезги зависит от конкретных
условий: мощности предприятия, его расположения, применяемой технологии
и других факторов.

ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ КУКУРУЗНОГО
КРАХМАЛА

Как известно, технология кукурузного крахмала включает
ряд процессов: диффузию, измельчение, сепарирование. Она
характерна большими продуктовыми потоками, возвратами
продуктов, многостадийностью обработки, что создает впечат-
ление сложности технологической схемы. Тем не менее техно-
логический процесс значительно упрощается для его понимания,
если учесть, что он состоит из пяти отдельных обязательных
стадий производства (рис. 9): замачивание зерна; выделение и
промывание зародыша; выделение и промывание мезги; выде-
ление и концентрирование белка; промывание крахмала.

Технологический процесс на каждой стадии трудно органи-
зовать строго целевым. Здесь возможны побочные процессы.
Так, замачивание зерна может продолжаться и после его дроб-
ления, выделение оставшегося в кашке зародыша идет также
и на стадии выделения и промывания мезги, а выделение белка
и оставшейся мелкой мезги из крахмала дополнительно осу-
ществляется на стадии промывания крахмала. Однако это не
22
основные процессы, они играют
вспомогательную, хотя в основ-
ном и полезную роль.

В соответствии с названными
стадиями производства описыва-
ется технологический процесс по-
лучения кукурузного крахмала.

ЗАМАЧИВАНИЕ ЗЕРНА

Поскольку кукурузное зерно
представляет собой единый слож-
ный растительный организм, раз-
деление его составных частей без
ослабления их внутренних связей
невозможно. Эти процессы, как
известно, происходят при замачи-
вании зерна. При этом также осу-
ществляется экстрагирование ра-
створимых веществ. Поскольку
растворимые вещества кукурузы
имеют большую ценность, их не-
обходимо выделить в возможно
более концентрированном виде
для последующей утилизации.

Все сорта кукурузы по внешнему
виду, форме зерен, консистенции эндо-
сперма принято делить на девять под-
видов. Для крахмало-паточного произ-

I

-----------? 56

I



водства практическую ценность пред-
ставляет кукуруза четырех подвидов:
крахмалистая, зубовидная, полузубовид-
иая и кремнистая.

Крахмалистая характеризуется вы-
соким содержанием крахмала и низким
содержанием белка. Эндосперм ее поч-

Зерно

130

870

Mi

Заначидание
зерна

Выделение и 1355
проныдание.

УУ, зародыша

819

81 i

Зародыш 68,

68

2695

7i6

Мезга

83

125£ Выделение h ш?
qq рроныванце —
незги

Выделение и у

-* концентрирование
глютена t „

1988

Глютен

----31

56

\252	Ъ i

39	I

Д--------

Пропывание

1550
790

Крахыал g!3
Л......

Рнс. 9. Схема и баланс продук-
тов кукурузокрахмального про-
изводства. В числителе —коли-
чество воды, в знаменателе — ко-
личество СВ в 1 кг на 1000 кг
введенного товарного зерна

ти ие содержит роговидной части.

Зубовидная — наиболее распространенный подвид для крахмало-паточного
производства. Зерно ее легко определить по впадине на верхушке. Большую
часть зерна занимает мучнистый эндосперм, по бокам зерна расположен ро-
говидный эндосперм.

Полузубовидная выделена в отдельный подвид недавно. Зерно ее имеет
округлые края и небольшую впадину на верхушке. Роговидный эндосперм
занимает большую, чем у зубовидной кукурузы, часть зерна.

Кремнистая имеет округлую форму зерна. Основная часть эндосперма
роговидная, только во внутренней части и у зародыша небольшое количество
мучнистого эндосперма. Из-за прочной структуры эндосперма, относительно

низкого содержания крахмала этот подвид мало пригоден для крахмало-па-
точной промышленности.

Количественное соотношение оболочек, эндосперма и зародыша в за-
висимости от подвида и сорта зерна может изменяться. В среднем на долю
оболочки приходится от 4,7 до 5,15 % массы зерна. Максимум достигает
6,2 %. Примерный химический состав оболочки (в % к СВ): пентозаны — 50,
клетчатка — 20, лигнин—11, зола— 1, жир—1.
Эндосперм занимает 80—90 % массы зерна. В клетках мучнистого эндо-
сперма крахмальные зерна расположены свободно, они имеют округлую
форму. Содержание белка в таком эндосперме небольшое. Клетки роговид-
ного эндосперма представляют собой структуры плотно упакованных крах-
мальных зерен, погруженных в белковую матрицу. В роговидном эндосперме
содержание белка почти в 2 раза выше, чем в мучнистом.

Величина клеток кукурузного эндосперма от 80x50 до 240x100 ммк.
В них может находиться 30—90 крахмальных зерен.

Крахмальные зерна, расположенные в непосредственной близости от
алейронового слоя, имеют значительно меньшие размеры, чем крахмал глу-
бинных клеток. Алейроновый слой не содержит крахмала, в нем в основном
расположены запасы белковых веществ. Средний химический состав эндоспер-
ма (в % к СВ): крахмал — 79, белковые вещества—10, жиры — 0,8, клет-
чатка — 0,5, пентозаны — 1,3, водорастворимые углеводы — 3, зола — 0д4.

Зародыш занимает от 10 до 14 % массы зерна. Как известно, основным
составным веществом зародыша является жир, содержание которого дости-
гает 35 %, что составляет 80 % общего количества жира в зерне. В зароды-
ше много минеральных примесей — около 10 %.

Химический состав кукурузного зерна меняется в зависимости от сорта
кукурузы, ее спелости, условий выращивания и хранения. Даже зерно раз-
личных початков одного и того же сорта может иметь неодинаковый хими-
ческий состав.

Средний химический состав зерна кукурузы (в % к СВ): крахмал — 70,
белковые вещества—10, пентозаны и другие углеводы—10, жир — 4,6, клет-
чатка— 2.1. зола—1,3, другие вещества —2.

Физические свойства кукурузного зерна в значительной степени.зависят
от сорта, условий выращивания и хранения. Важным показателем качества
кукурузного зерна является объемная масса. Для применяемых в крахмаль-
ной промышленности сортов зерна этот показатель составляет 700—750 кг/м’,
початков — 450—480 кг/м3. Зерно характеризуется также плотностью орга-
нического вещества. Для зубовидной кукурузы этот показатель равняется
в среднем 1,275 г/см3, для кремнистой—1,322 г/см3.

Кукурузное зерно содержит внутри промежутки и поры. Это свойство
характеризуется пористостью, составляющей для зерна зубовидной кукуру-
зы в среднем 9,6 %, а для кремнистой — 5,7 %.

При оценке пригодности зерна кукурузы для производства крахмала не-
обходимо учитывать целый ряд факторов. Основным при этом является со-
держание крахмала и прочность связи с белковой матрицей. Количество
крахмала в значительной степени определяет его потенциальный выход в про-
изводстве. Зерно с высоким содержанием крахмала легче замачивается и
перерабатывается. Однако не менее важным для достижения высокого вы-
хода крахмала является состояние зернового эндосперма. Большое содер-
жание белка, значительная доля роговидного эндосперма затрудняют про-
ведение последующих операций. </

Важным показателем качества зерна является его жизнеспособность, оп-
ределяемая всхожестью. Всхожесть может быть утрачена по разным причи-
нам. Известно, что всхожесть свежеубранного зерна ниже, чем зерна после
хранения. Примерно через 30 дней после уборки всхожесть достигает 100 %.
Всхожесть может быть снижена в результате механических повреждений и
даже хранения при низкой температуре. Однако переработка такого зерна
идет без осложнений, и выход крахмала из него достаточно высок. Для
крахмального производства особенно опасна потеря жизнеспособности зерна
при высушивании под действием высоких температур^Установлено, что высу-
шивание зерна при умеренной температуре ускоряет процессы послеубороч-
ного дозревания. Если нагревание не вызвало денатурацию белков, оио спо-
собствует также снижению обсемененности зерна микроорганизмами при хра-
нении.

Максимальная температура нагрева зерен при высушивании зависит от
их исходной влажности, продолжительности нагрева и колеблется от 50 до
70 °C. Исследования показали, что при переработке на крахмал кукурузы,
подверженной термическому воздействию, максимальный выход можно полу-
24
чить из зерна, высушенного сразу после уборки при температуре теплоноси-
теля 80—90 °C. Выход крахмала существенно снижается, если высушивание
производится при температуре выше 100 СС. Высушивание при температуре
140°C снижает выход крахмала на 12—35 %. Структура протеиновой матри-
цы эндосперма зерна, высушенного при высокой температуре, изменяется,
крахмал в ней удерживается прочнее. Переход растворимых веществ такого
зерна в экстракт также уменьшается.

Вызывает значительные трудности переработка недозрелого и убранного
с высокой влажностью зерна. При его замачивании снижается производи-
тельность станции замачивания, возникают трудности при уваривании
экстракта.

Емкость замочных чанов определяется в основном мощ-
ностью предприятия и может достигать 400 м3. При этом в них
можно загружать до 200 т товарного зерна кукурузы. Чан
обычно представляет со^ой вертикальный цилиндрический со-
суд с конусным днищем. Зерно, очищенное на сепараторах, за-
гружается в один из чанов. Поскольку среда при замачивании
является коррозионной, материалы для изготовления чанов
должны быть достаточно химически стойкими.

Для транспортирования сухого зерна применяют ленточные
транспортеры или шнеки. При гидравлической подаче зерна в
чан используют жидкий экстракт, откачиваемый после этого
на уваривание. После загрузки чан заполняется замочной водой
из предыдущего чана батареи. В это время по всей батарее
экстракт перекачивается насосами в последующие чаны. После
заполнения жидкостью загруженного зерном чана производится
рециркуляция экстракта «на себя». Для поддержания необхо-
димого температурного режима в батарее экстракт прокачива-
ется насосом через теплообменник. Применяется два вида по-
догрева замочной жидкости: путем непосредственного барботи-
рования пара в поток и с использованием поверхностного теп-
лообменника, обогреваемого паром. Первый способ более де-
шев по первоначальным капитальным затратам. Однако при
вдувании пара происходит частичное разбавление замочной
жидкости, что вызывает дополнительные затраты на ее упари-
вание. Кроме того, при непосредственном вдувании пара в жид-
кость может происходить частичная клейстеризация крахмаль-
ных зерен, всегда в некотором количестве присутствующих в
жидкости. Это увеличивает вязкость экстракта, затрудняя про-
ведение процесса замачивания и уваривание. Поэтому, несмотря
на дополнительные затраты, желательна установка теплооб-
менников поверхностного типа «труба в трубе» или пластин-
чатых.

После выдерживания жидкости в чане, загруженном свежим
зерном, жидкий экстракт откачивается из -батареи в специаль-
ный сборник, откуда поступает на станцию выпаривания. Вмес-
то удаленной жидкости в чан подается замочная жидкость из
предыдущего чана. Зерном загружается следующий чан. Таким
образом, рассматриваемый нами чан с зерном оказывается все
дальше от конца батареи. В него с каждым новым загружен-
ным чаном перекачивается все более разбавленный раствор за-
мочной жидкости. Наконец, перед завершением цикла в этот
чан подается раствор сернистой кислоты. После циркулирова-
ния в течение определенного времени он откачивается в после-
дующий чан, и зерно направляется на переработку.

Перед дроблением зерно в чане подвергают промывке про-
цессовой водой, которую затем используют для насыщения сер-
нистым газом. Промытое зерно обычно направляется на пере-
работку с помощью гидроподачи. В качестве гидротранспортер-
ной жидкости применяют многократно используемую глютено-
вую воду или крахмальное молоко со станции выделения за-
родыша.

Зерно попадает в замочную жидкость, имеющую достаточ-
но высокую концентрацию СВ. При этом сразу же начинается
увлажнение зерна, сопровождающееся его набуханием. Какое-то
время после начала замачивания зерно продолжает оставаться
живым. Однако вместе с водой при увлажнении в зерно посту-
пают вещества, являющиеся ядом для клеток зародыша и эндо-
сперма. Клетки гибнут, их стенки становятся проницаемыми.
Растворимые в воде вещества через стенки клеток диффундиру-
ют в раствор. При этом в растворе накапливаются растворимые
углеводы, белки и минеральные вещества. Под действием зане-
сенных с зерном и с производственной водой микроорганизмов
начинают протекать различные процессы, в том числе молочно-
кислое брожение.

Проникший в клетки сернистый ангидрид изменяет структу-
ру белковой матрицы. Белки сворачиваются в глобулы, и скреп-
ляющая крахмальные зерна протеиновая матрица становится
рыхлой, освобождая крахмал. Продолжают свое действие не-
которые ферменты, находящиеся в зерне — карбогидразы и про-
теазы. Поскольку концентрация SO2 нарастает, микробиологи-
ческие процессы замедляются, под действием высокой кислот-
ности внешнего раствора снижается pH внутри зерна. Происхо-
дит некоторое кислотное модифицирование крахмала, вследст-
вие чего частично теряются его нативные свойства. Если про-
должать замачивание, стенки клеток эндосперма становятся
рыхлыми и при измельчении образуют много мелкой мезги, что
неблагоприятно отразится на качестве крахмала.

После замачивания кукурузные зерна промываются процес-
совой водой. При этом значительно снижается содержание SO2
в зерне и дополнительно выделяется в экстракт некоторое ко-
личество растворимых веществ. Замоченное и промытое зерно
направляется на переработку.

Набухание. Проникновение влаги в зерно начинается сразу
же после помещения его в жидкость. ЕКнастоящее время нет
единого взгляда на механизм этого явления. Большинство
исследователей склоняются к тому,-одю влага'поглощается всей
поверхностью зерна, но с разной интенсивностью. Основная
часть влаги проникает через семяножку и по сосудистым пуч-
26
кам продвигается к зародышу. Кукурузный зародыш отличает-
ся от зародышей других зерновых культур своей величиной и
способностью к влагопоглощению. Влага со стороны зародыша
через щиток передается в эндосперм слоем цилиндрических
клеток.

Одновременно значительная часть влаги проникает в зерно
и через оболочку. Последняя, особенно ее внутренний липидный
слой, оказывает определенное сопротивление проникновению
воды.

Перенос влаги в глубину эндосперма происходит по слож-
ным законам. Движущей силой такого переноса является гради-
ент концентрации влаги в отдельных частях зерна, осмотичес-
кое давление, капиллярный эффект и некоторые биологические
факторы. Механизм проникновения влаги в глубь зерна можно
упрощенно представить так. Эндосперм зерна состоит из белка,
крахмала, клетчатки, пентозанов и других веществ. Все они
обладают разной способностью к влагопоглощению. Так, крах-
мал может вобрать до 44 % воды. Белок поглощает около 180 %
воды. Еще большей водопоглотительной способностью облада-
ют пентозаны. При поступлении влаги в наружные слои зерна
его составные части поглощают влагу неравномерно. Это при-
водит к концентрации напряжений в слое и сдвигу одних частей
зерна относительно других, в результате образуются микротре-
щины. Они заполняются водой, которая затем диффундирует
в нижележащие слои зерна. Таким образом, влага в зерно про-
никает как путем медленного диффузионного переноса, так и
скачкообразно. Ускорению переноса влаги в зерно способствует
наличие трещин и царапин в сухом зерне.

Динамика поглощения воды зависит от сорта зерна, его со-
стояния, температуры воды, присутствия в ней примесей и т. д.
Увеличение температуры воды ускоряет увлажнение зерна
вследствие снижения вязкости воды и увеличения скорости ее
диффузионного переноса.

Особенно сильно влияет на скорость влагопоглощения сер-
нистая кислота и ее соли, причем этот эффект растет с повыше-
нием концентрации SO2 в растворе. Так, при замачивании ку-
курузы в 0,22 %-ном растворе SO2 количество поглощенной зер-
ном воды за первые 8 ч почти в 2 раза выше, чем при замачи-
вании в воде. В дальнейшем темп влагопоглощения снижается
и конечная влажность зерна бывает лишь незначительно вы-
ше— на 1—2 % —нежели при замачивании в воде. Ускоряющий
влагопоглощение эффект наблюдается только при повышении
концентрации SO2 до 0,2—0,3 %. При замачивании зерна в
1 %-ном растворе молочной кислоты по сравнению с замачива-
нием в воде скорость влагопоглощения увеличивается пример-
но на 15 %.

Необходимо учитывать, что в условиях производства зерно
начинает поглощать влагу из экстракта с концентрацией СВ
5—6% с большим содержанием электролитов в растворе. Кон-
центрация сернистой кислоты в этом экстракте довольно низ-
кая — около 0,03 %. Показано, что из сортов с большим влаго-
поглощением выход крахмала выше. Зерно с ободранной обо-
лочкой замачивается быстрее, но конечная влажность его ниже,
чем зерна с оболочкой. Это явление объясняется тем, что обо-
лочка способствует осмотическому удержанию части влаги,
чего нет в зерне без оболочки.

Важным показателем процесса замачивания является время
достижения зерном максимальной влажности. При замачива-
нии в воде зерно медленно вбирает влагу и в зависимости от
сорта при одинаковой температуре достигает максимальной
влажности через 25—30 ч и более. Это объясняется тем, что
при замачивании в воде клетки еще длительное время сохраня-
ют жизнеспособность и оболочки регулируют количество посту-
пающей в них воды. При замачивании в растворе SO2 вследст-
вие денатурирующего действия сернистой кислоты проницае-
мость оболочек и клеток зерна увеличивается. Благодаря этому
влагопоглощение зерна в растворах SO2 заканчивается через
12—16 ч после начала замачивания.

При замачивании разные части зерна поглощают влагу не-
равномерно. Влажность зародыша к концу замачивания состав-
ляет примерно 60%, влажность эндосперма — 38—43%.

С увлажнением изменяется механическая прочность зерна.
В начале замачивания механическая прочность зерна резко па-
дает. Через 12 ч она составляет только 25 % первоначальной.
При замачивании в растворе сернистой кислоты прочность сни-
жается сильнее, чем при замачивании в воде. Зерно при зама-
чивании увеличивается в объеме. Однако в чанах при замачи-
вании наблюдается увеличение объема всего на 5—10 % по
сравнению с объемом, занимаемым сухим зерном. Это объясня-
ется тем, что в нижних слоях чана зерно сдавливается вышеле-
жащими слоями. Такое сдавливание расширенного при зама-
чивании и значительно утратившего прочность зерна неизбежно
дглжно привести к снижению скважистости нижних зерновых
слоев. Действительно, опыты показывают, что скважистость на-
бухшего в закрытом объеме зерна против скважистости воздуш-
но-сухого снижается почти в 2 раза.

Микробиологические и биохимические процессы. В произ-
водственных условиях значительную часть времени кукурузное
зерно замачивается в кукурузном экстракте. Такая среда явля-
ется наиболее благоприятной для жизнедеятельности многих ви-
дов микроорганизмов. В свою очередь продукты жизнедеятель-
ности микроорганизмов оказывают существенное влияние на
протекание процесса замачивания.

На початках свежеубранной кукурузы насчитывается от 0,5
до 5 тыс. бактерий и от 7 до 42 тыс. плесневых грибов на 1 г
массы початков.

В начальный период хранения в зерне преобладает типич-
ный представитель эпифитной микрофлоры Pseud, herbicola —
28
'	90 % всех микроорганизмов. Кроме того, в зерне примерно рав-

ное количество дрожжей, плесени и споровых бактерий. При
длительном хранении в благоприятных для зерна условиях при
' снижении общего количества микроорганизмов до 70 % возрас-
тает доля спорообразующих бактерий.

При высушивании кукурузы в сушилках количество микро-
организмов снижается, особенно при повышении температуры.

Важный источник инфицирования — используемая для за-
мачивания кукурузы глютеновая вода, хотя перед подачей на
замачивание она насыщается сернистым газом до концентра-
ции 0,1—0,25 % и значительное количество микроорганизмов
- при этом погибает. Влияние небольших количеств сернистого
ангидрида в растворе на споры мезофильных и термофильных
микроорганизмов незначительно, однако снижается обсеменен-
ность спорами плесневых грибов.

Условия замачивания являются оптимальными только для
! немногих видов микроорганизмов. При относительно высокой
I температуре, низком pH, наличии в растворе сернистого ангид-
рида могут развиваться в основном термофильные молочнокис-
| лые бактерии.

Как известно, все бактерии, вызывающие молочнокислое
i брожение, являются анаэробами, но могут развиваться и в
аэрируемой среде. В качестве питания кроме сахаров эти бак-
। терии используют азотсодержащие соединения, причем в основ-
ном органических форм — белки и аминокислоты. При благо-
приятных условиях клетка бактерии за час вырабатывает мо-
лочную кислоту в количестве, в 3 раза превышающем ее соб-
ственную массу.

।	Условия среды при замачивании кукурузы оказывают значи-

тельное влияние на развитие молочнокислых микроорганизмов.
В замочной воде вследствие перехода в нее из зерна раствори-
мых сахаров, аминокислот и других веществ существуют все
условия, необходимые для питания бактерий.

Основным фактором, значительно угнетающим развитие мо-
лочнокислой микрофлоры, является сернистый ангидрид.

При 0,45 %-ной концентрации SO2 в растворе молочнокис-
лое брожение не обнаружено. При оценке влияния SO2 в раст-
воре на молочнокислое брожение необходимо учитывать одно
очень существенное обстоятельство. Дело в том, что. применяе-
мые в производственной практике методы определения коли-
чества SO2 в растворе в большинстве случаев не дают истинно- _
1 го его содержания в свободном состоянии, а определяют и зна-
чительную часть связанного сернистого ангидрида. Бактерицид-
ное действие его совсем не идентично такому же количеству
SO2 в чистой воде. Этим можно объяснить тот факт, что добав-
ление небольшого количества свежего раствора сернистой кис-
лоты в глютеновую воду вызывает больший бактерицидный
эффект, чем значительные количества «старого» раствора SO2.

При использовавшемся ранее методе стационарного зама-
чивания зерна в экстракте образовывалось около 0,3 % молоч-
ной кислоты, что составляло около 5 % СВ экстракта. Внедре-
ние противоточного метода замачивания создало более благо-
приятные условия для развития молочнокислого брожения. Со-
держание молочной кислоты в экстракте увеличилось при этом
в 2—3 раза.

Молочная кислота накапливается более интенсивно при за-
мачивании лежалого зерна. Объяснением этому может служить
то, что переход в экстракт растворимых веществ из свежего
зерна осуществляется значительно медленнее, чем из старого
зерна.

Основным проявлением молочнокислого брожения при зама-
чивании является увеличение кислотности экстракта. Однако
значительная часть этой кислотности обусловливается не мо-
лочной кислотой, образованной при замачивании. Только 30—
45 % титруемой кислотности экстракта приходится на долю мо-
лочной кислоты. Некоторая часть кислоты переходит в экстракт
из зерна. Кислотность здорового зерна составляет 35—45 мл
0,1 М раствора NaOH на 100 г зерна. При хранении кислотность
зерна может значительно увеличиться за счет ряда органичес-
ких кислот, в том числе молочной.

Раньше при разработке технологического режима замачива-
ния стремились создать наиболее оптимальные условия для
молочнокислого брожения. Использовался возврат части жид-
кого экстракта для молочнокислого инфицирования при замачи-
вании. Считалось, что молочная кислота способствует размяг-
чающему действию сернистой кислоты, улучшает условия ува-
ривания экстракта вследствие перевода некоторых катионов
экстракта в растворимые лактаты. Однако последующие опыты
замачивания кукурузы по ускоренному режиму показали, что
размягчающее белковую матрицу действие SO2 достаточно вы-
сокое и без развития молочнокислого брожения и обеспечивает
высокий выход крахмала из кукурузы.

Имеются сведения о лучшем уваривании экстракта кукуру-
зы, содержащего большие количества молочной кислоты, в ре-
зультате перевода части осаждающихся солей в лактаты. В то
же время большое количество молочной кислоты действует от-
рицательно из-за возрастающего растворения нативных про-
теинов и ухудшения условий проведения последующих техноло-
гических операций. Нужно учитывать также и то, что при мо-
лочнокислом брожении в результате действия гетерофермент-
ных бактерий образуются кроме молочной кислоты значитель-
ные количества газов и летучих органических веществ. Следо-
вательно, молочнокислое брожение становится источником по-
терь некоторого количества сухих веществ зерна. При замачи-
вании в результате молочнокислого брожения теряется около
0,5 % СВ зерна.

Таким образом, все микробиологические процессы, протека-
ющие при замачивании, являются нежелательными и необходи-
30
Мб стремиться не допускать их. Для этого применяются высо-
кая температура замачивания и сернистый ангидрид как анти-
септик. Однако применение SO2 в больших концентрациях от-
рицательно сказывается на проведении процесса замачивания,
а повышение температуры вызывает опасность клейстеризации
„крахмала. Поэтому выбранные концентрации SO2 и температу-
ра тормозят другие виды микробиологической жизнедеятельно-
сти, кроме молочнокислого брожения. С последним технологи
вынуждены мириться, так как не имеют пока эффективных
средств борьбы с ним.

При замачивании кукурузы наряду с микробиологическими
происходят другие ферментативные процессы. Они вызываются
ферментами, содержащимися в зерне. В кукурузном зерне ран-
них фаз спелости обнаружены значительные количества а- и
0-амилазы, причем активность последней почти в 4 раза выше.

При созревании зерна активность амилаз, особенно а-амилазы, несколь-
ко снижается. Амилазная активность разных сортов кукурузы может ко-
лебаться в больших пределах. Наибольшей амилазной активностью обладает
щиток зародыша.

В зерне кроме названных выше ферментов обнаружены фосфорилаза,
0-фруктозидаза, а- и 0-глюкозидаза, а также липаза, протеиназа н др. Фер-
ментные системы кремнистых сортов кукурузы более активны, чем зубовид-
ных. Если кукурузное зерно высушивалось при высокой температуре (около
100°C), способность его ферментных систем к автолизу увеличивается.

В некоторых исследованиях указывается на то, что действие многих фер-
ментов активизируется в присутствии незначительных количеств сульфгид-
рильных соединений. Такие соединения могут образовываться в результате
реакции SO2 с веществами зерна при замачивании. В связи с этим присут-
ствие в растворе при замачивании небольших количеств сернистой кислоты
значительно повышает активность ферментов, однако увеличение ее концентра-
ции свыше 0,03 % вызывает снижение деятельности ферментов. Необходимо
отметить, что оно все же не опускается ниже исходной активности фермента
в растворах без SO2. Инактивирующее действие SO2 вызвано в основном
снижением pH. Для а-амилаз оптимум pH 4,5, а для 0-амилаз — 5,2, опти-
мальная температура 50 °C. Амилолитические ферменты проявляют активность
только в начальной стадии замачивания зерна, расщепляя крахмал. В ре-
зультате их деятельности образуется около 0,15 % мальтодекстринов к массе
кукурузы.

Оптимум действия липаз — температура 40 °C и pH 8, при pH 5 актив-
ность ферментов составляет только 20 % максимальной. В связи с этим дей-
ствие липаз при замачивании незначительно.

На протяжении всего процесса замачивания протеолитические ферменты
проявляют активность, но в начале она выше, а через 30 ч значительно сни-
жается. В замочной воде количество аминного азота растет быстрее, чем об-
щего, что можно объяснить в некоторой степени протеолизом.

Изменение белков кукурузы. В крахмальном производстве
процесс отделения белковых веществ от крахмала занимает
значительное место в технологической схеме.

Характерной особенностью кукурузного зерна является боль-
шое различие в содержании белка в разных частях. Примерно
четвертая часть белка находится в зародыше и оболочке, ос-
тальной— в эндосперме.
Белок зерна, являясь в основном резервным, находится в
клетках эндосперма и расположен в виде тонких перегородок
между крахмальными зернами, которые как бы впрессованы в
белковую матрицу. В роговидной части эндосперма белок плот-
ной массой окутывает крахмальные зерна, в мучнистой — бел-
ковая масса менее плотна и зерна крахмала не сдавлены ею.

При замачивании кукурузы происходит набухание белков.
Под действием температуры могут проходить процессы их тер-
мической денатурации. Считают, что умеренная (около 40%)
тепловая денатурация не влияет на удерживание крахмальных
зерен в зерновой клетке, а значит, и на выход крахмала.

Наиболее важной реакцией при замачивании является вза-
имодействие белковых веществ с сернистой кислотой. В резуль-
тате этого взаимодействия происходит кислотная денатурация
белка, коренным образом изменяется структура белковых ве-
ществ, что способствует высвобождению крахмальных зерен,
делает клеточные структуры проницаемыми для диффузионного
перехода растворимых веществ.

Сернистая кислота в начале замачивания интенсивно адсор-
бируется зерном, концентрация ее в замочной жидкости снижа-
ется. Однако через некоторое время (16—20 ч) наблюдается
повышение концентрации SO2 в растворе. Это объясняется час-
тичным гидролизом связавших сернистый ангидрид белков.
Большая часть адсорбированного зерном SO2 связывается с бел-
ковыми веществами и выводится с глютеном при сепарировании.

Технологический режим замачивания. Хорошо замоченное
зерно в процессе переработки позволяет получить максималь-
ный выход крахмала при минимальных затратах на измельче-
ние и проведение других технологических операций.

Е. Р. Лейкиным с сотрудниками предложен метод оценки
качества замачивания по количеству крахмала, полученному из
замоченного зерна, измельченного и переработанного в одина-
ковых условиях. Метод получил название «завод на столе» и
нашел широкое применение в производственной и исследова-
тельской практике.

Основными показателями технологического режима стан-
ции замачивания являются температура процесса, его длитель-
ность, а также содержание сернистого ангидрида в кислоте,
применяемой для замачивания. Оптимальное содержание сер-
нистого газа в кислоте для замачивания 0,2—0,05 %.

Общепринятым считается в настоящее время температурный
предел замачивания 48—55 °C. На практике иногда применяют
и более низкую температуру, однако это отрицательно сказыва-
ется на качестве замачивания. Имеются также рекомендации
повышать температуру замачивания до 55°C при переработке
зерна кремнистых сортов кукурузы. Перегрев зерна в чане ве-
дет к клейстеризации крахмала и завариванию зерна. Случай-
ный перегрев зерна, способствующий завариванию, резко уве-
личивает его объем, что ведет к разрушению крышек и стенок
чанов. Перерабатывать такое заваренное зерно, Даже неболь-
шими добавками к нормально замоченному, очень трудно.

Продолжительность замачивания определяет емкость стан-
ции замачивания и связанные с этим капитальные затраты.
Практикой отечественных предприятий выработано время за-
мачивания около 2 сут. На заводах США длительность замачи-
вания 36 ч и даже меньше. Результаты опытов, проведенных на
крупных предприятиях СССР, по сокращению времени замачи-
вания до 32—36 ч показали, что выход крахмала в производ-
стве не снижается, зерно перерабатывается легко. При этом
наблюдается некоторое снижение выхода экстракта, что явля-
ется закономерным, так как уменьшается переход нераство-
римых веществ зерна в растворимое состояние.

Удлинение замачивания кремнистых сортов кукурузы тоже
не приводит к существенному увеличению выхода. Некоторые
технологи идут на увеличение времени замачивания, чтобы ком-
пенсировать недостаточную температуру процесса или концент-
рацию сернистого газа. Однако такой путь неэффективен.

При выдерживании на оптимальном уровне всех показате-
лей режима замачивания продолжительность замачивания 36—
48 ч является оптимальной при переработке любых сортов ку-
курузы на крахмал.

Исследователи ищут способы дальнейшего сокращения дли-
тельности замачивания. Обычно на практике сернистая кислота
подается на замоченное зерно и движется противотоком к
свежезагруженному. При этом концентрация ее уменьшается.
Свежезагруженное зерно длительное время сохраняет недена-
турированные клетки, что ухудшает диффузию из них раство-
ренных веществ. Если кислоту дать сначала на свежезагружен-
ное зерно, это значительно ускорит процесс денатурации. Затем
кислота из этого чана возвращается в чан, предшествующий
промывке, и движется в батарее, как обычно,__Такой способ по-
лучил название «петлевого» -Он позволяет на неЁКолвко часов
сократить србк”замачивания без существенных затрат.

Предложен также способ замачивания зерна не в чистой
сернистой кислоте, а в смеси сернистой и серной кислот. Серная
кислота, снижая pH замочной жидкости, усиливает действие
сернистой. Однако без сернистой кислоты эффективное замачи-
вание невозможно. Применение комбинированного реагента ус-
коряет замачивание зерна.

Промышленное применение нашел также способ ускорения
замачивания путем ввода небольшого количества молочной сы-
воротки.

Применяемый периодический способ замачивания зерна в
чанах, объединенных в замочную батарею, имеет ряд недостат-
ков. В связи с тем что весь комплекс технологических опера-
ций— загрузка, откачивание экстракта, замачивание, подача
сернистой кислоты, промывание и выгрузка зерна — осущест-
вляется в каждом чане батареи, они должны быть снабжены

3 Зак. 1970	33
Зерно

Экстракт

flpomtHM
вода.

Рис. 10. Схема станции непрерывного замачивания кукурузы

необходимым оборудованием, трубопроводами и запорной ар-
матурой. Недостаточно используются емкости замочных чанов
при выгрузке и загрузке зерна, имеют место большие затраты
ручного труда при обслуживании периодической станции.

Применение непрерывного замачивания зерна может зна-
чительно упростить устройство станции замачивания, так как
каждая часть станции выполняет только определенные техноло-
гические функции.

В нашей стране наибольшее распространение получила ус-
тановка непрерывного замачивания, в которой используются от-
дельные чаны традиционной станции замачивания (рис. 10).

Установка состоит из замочных чанов, число которых позво-
ляет выдерживать определенную длительность и кратность тех-
нологических процессов — промывания и диффундирования
растворимых веществ.

Зерно загружается в первый чан батареи. Подача зерна мо-
жет осуществляться разными способами, однако лучшим яв-
ляется гидроподача, так как при этом с поверхности зерна вы-
мывается зерновая пыль и другие примеси, которые могут в
последующем затруднять работу установки, накапливаясь в
загрузочном чане. Из загрузочного чана зерно в смеси с замоч-
ной жидкостью подается в следующий чан. Наиболее эффек-
тивным считается эрлифтный способ подачи зерно-водяной сме-
си сжатым воздухом. При этом не повреждается зерно. Перед
следующим чаном зерно отделяется от замочной жидкости. Мо-
гут применяться различные способы разделения зерна и жид-
кости— ситование, гидроциклонное разделение и др. Примене-
ние дуговых сит обеспечивает наиболее полное разделение сме-
си, не требует затрат механической энергии.

Следует учитывать также особенности движения зерна в
чане сверху вниз к выгрузочному устройству. Обычно зерно в
центральной части опускается быстрее, чем в периферийной,
что вызывает неравномерное замачивание его. Для устранения
34
этого явления применяются различные приспособления — мно-
готочечный отбор смеси разветвленным эрлифтом, установка в
чане конусного подпорного устройства, обеспечивающего забор
зерна по периферийной части чана и др. Таким образом, зерно
перемещается из чана в чан и из последнего направляется на
переработку. В этот последний чан, в верхнюю его часть пода-
ется процессовая вода для промывания.

Отделенная на дуговом сите перед дроблением промывная
вода подается в абсорбер для поглощения сернистого ангид-
рида. Сернистая кислота с концентрацией ангидрида 0,2 % по-
дается в предпоследний чан. Отделенная на сепарирующих
устройствах жидкость поступает в предыдущие чаны. Для под-
держания температуры замачивания на уровне 50 °C на трубо-
проводах установлены паровые подогреватели. Уровень жид-
кости регулируется при помощи поплавковых регуляторов. При
превышении уровня жидкости в чане клапан закрывается и
жидкость через переливное устройство возвращается в исходный
чан. Общее количество жидкости на станции регулируется от-
бором экстракта. При достижении экстрактом заданной кон-
центрации (7—8 %) он выводится из станции. Убыль Жидкости
в ней компенсируется непрерывной подачей соответствующего
количества промывной процессовой воды.

Станция непрерывного замачивания позволяет значительно
снизить капитальные затраты на ее установку, улучшить зама-
чивание зерна, сократить затраты ручного труда на ее обслужи-
вание.

Приготовление сернистой кислоты. В крахмало-паточной про-
мышленности сернистую кислоту приготовляют непосредственно
на предприятии растворением в глютеновой или чистой воде
сернистого ангидрида. Сернистый ангидрид или применяют го-
товый, выработанный на предприятиях химической промыш-
ленности, или получают сжиганием серы.

При сжигании серы без избытка воздуха теоретически можно получить
газ, содержащий 21 % SO2. Однако в связи с подачей некоторого избытка
воздуха содержание сернистого ангидрида в отходящем из печи газе состав-
ляет 8—10 %. При избытке воздуха свободный кислород может соединяться
с сернистым ангидридом, образуя серный ангидрид SO3.

Использование печей более совершенной конструкции позволяет получать
газ с содержанием SO2 до 16 %. Наиболее прогрессивным методом следует
считать способ сжигания предварительно расплавленной серы. Сера плавится
в сосуде с паровой рубашкой, отфильтровывается от примесей и подается
в расплавленном состоянии в сернистую печь. Сера через форсунку с воз-
душным распылением вдувается в камеру сжигания. Это значительно сни-
жает затраты ручного труда. Несгоревшие пары серы выходят с газом и
могут сильно засорять газопровод, поэтому для полного сжигания серы це-
лесообразно устанавливать камеру догорания с организованным интенсивным
движением газа и дополнительной подачей воздуха. Соотношение объема
печи сжигания и камеры догорания 1 :2,5.

В барабанной печи за сутки может сгореть 700—800 кг серы в расчете
на 1 м2 площади горения. При утилизации тепла, выделяемого при сжига-
нии, можно получать 3,0—3,5 кг пара на 1 кг сжигаемой серы.
Тенпература, ‘С

11.

Зависимость концентрации

Рис.

SO2 в

водном растворе от температуры:

/ — 0,25%; 2 — 0,5®/»: 3 — 1%; 4 — 2%; 5 —
3%: 6 — 4»/.; 7-5%

Газ после сернистой печи по-
ступает в нижнюю часть абсор-
бера, где поглощается водой, по-
даваемой сверху.

Сернистый ангидрид относит-
ся к среднерастворимым газам.
Плотность его 2,9 кг/м3. Равно-
весное содержание SO2 в водном
растворе определяется темпера-
турой воды н содержанием ангид-
рида в газе, поступающем в аб-
сорбер (рис. 11).

Для условий кукурузно-крах-
мального предприятия при темпе-
ратуре воды 30 °C и содержании
SO2 в газе 7,5 % равновесная кон-
центрация SO2 в растворе на вы-
ходе из абсорбера составит 0,7 %.

С повышением температуры и
снижением концентрации SO2 в газе равновесная концентрация снижается.
С точки зрения снижения производственных затрат н упрощения обору-
дования по приготовлению сернистой кислоты наиболее рациональным явля-
ется применение сжиженного сернистого ангидрида. Сернистый ангидрид по
трубке подается непосредственно в сборник с водой, и никаких поглотитель-
ных башен не требуется.

В крахмало-паточной промышленности обычно применяются полочные
абсорберные башни, предусматривающие поглощение газа в две ступени, од-
нако абсорберы такого типа несовершенны. Они не обеспечивают достаточно

большой поверхности контакта газовой и жидкостной сред. В результате
эксплуатации в высококоррознонной среде полки быстро выходят из строя,
что еще больше ухудшает процесс абсорбции.

Простые расчеты показывают, что на крахмало-паточных предприятиях
используется только 40—50 % полученного при сжигании серы SO2, так
как теоретически потребное количество серы для переработки 1 т товарной
кукурузы составляет около 1,3 кг. Наиболее приемлемым типом абсорбера
можно считать абсорбер с насадками, выполненными в виде вставленных в
колонну деревянных решеток или керамических колец Рашига. При этом по-
верхность контакта значительно увеличивается и требуемая высота колонны
снижается. Такие колонны позволяют получить коэффициент поглощения ан-
гидрида 90 % и более. Для поддержания определенной скорости движения
газа через абсорбер на выходе колонны создают определенное остаточное

давление с помощью вентилятора, который устанавливают между печью и
абсорбером либо иа выходной трубе абсорбера. Особенно эффективным сред-
ством является эжекция отходящего газа воздухом, который подается от
стоящего рядом вентилятора в эжектирующее устройство выходной трубы.
При этом рабочие органы вентилятора не соприкасаются с агрессивной сре-
дой и могут работать длительное время без износа.

ВЫДЕЛЕНИЕ И ПРОМЫВАНИЕ ЗАРОДЫША

Выделение зародыша связано не только с целесообраз-
ностью его утилизировать с целью получения ценного кукуруз-
ного масла, но и с необходимостью обеспечить возможно пол-
ную очистку крахмала от жира, который затрудняет промывку
и ухудшает качество крахмала. Выбор схемы определяется в
основном оборудованием, а также наличием производственных
площадей, энергоресурсов и требованием к качеству крахмала
и зародыша. Поскольку кукурузное зерно после замачивания
может содержать некоторое количество механических примесей,
их необходимо предварительно выделить. Некоторые технологи
пренебрегают этой операцией, однако она имеет важное значе-
ние для последующего ведения технологического процесса и
предотвращения износа оборудования, в частности дробильного.
Перед дроблением примеси значительно легче выделить, чем на
последующих операциях. Для выделения примесей обычно при-
меняют гидроциклоны, размер которых определяется мощностью
предприятия. При выгрузке кукурузы из станции непрерывного
замачивания количество и напор смеси, поступающей в гидро-
циклоны, обычно постоянны, и в этом случае особых устройств
для регулирования подачи воды в выгрузочную емкость не тре-
буется. Однако при работе на периодически действующей за-
мочной батарее в процессе выгрузки зерна из чана напор смеси,
поступающей в гидроциклон, изменяется. Поэтому требуется
постоянно изменять и напор воды в выгрузочную емкость.
В гидроциклонах-камнеуловителях конструкции ВНИИК это
осуществляется автоматически путем отбора части жидкой фа-
зы через решетку из входного трубопровода.

Камни из гидроциклона следует удалять автоматически че-
рез определенные промежутки времени. При этом в камни по-
падает и некоторое количество кукурузы, которое затем выде-
ляется. Одним из способов такого выделения может быть вы-
грузка в конусную емкость и вымывание кукурузы потоком во-
ды. Верхний сход гидроциклонов-камнеуловителей направляется
на отцедочное сито, с которого кукуруза, отделенная от гидро-
транспортерной жидкости, поступает в бункер-накопитель. Его
роль — обеспечить запас зерна перед дробилками на случай пе-
рерыва в подаче при переходе от одного чана периодически ра-
ботающей батареи к другому. Если применяется непрерывное
замачивание зерна, надобность в таком бункере отпадает, так
как сама станция обеспечивает непрерывную равномерную по-
дачу зерна. Подача зерна из бункера-накопителя на дробление
регулируется обычной заслонкой или задвижкой по нагрузке
двигателя дробилки. Какие-либо дозирующие устройства не
применяются.

Зерна дробятся с целью возможного полного выделения це-
лого зародыша. Обычно применяются дробилки дисковые с
зубьями различной формы — цилиндрическими, конусными, тра-
пециевидными и др. Зерно подвергается сложному механическо-
му воздействию, в результате которого разрушается эндосперм,
от него отделяется зародыш и оболочка. Дробление ведут та-
ким образом, чтобы не разрушить зародыш. При первом дроб-
лении кукурузные зерна разбиваются на несколько частей раз-
ной величины. При этом значительная часть крахмала мучнис-
той части эндосперма высвобождается и переходит в суспен-
зию. В зависимости от сорта кукурузы при первом дроблении
высвобождается от 20 до 40 % крахмала, содержащегося в зерне
кукурузы.
В результате двух дроблений и обработки кашки на станции
выделения зародыша выделяется от 30 до 60 % свободного
крахмала, содержащегося в зерне. На дробление вместе с зер-
ном подается некоторое количество крахмального молока в ка-
честве сопровождающей жидкости. Это количество обычно 1
строго не регламентируется и составляет около 40—80 % к мае- I
се СВ зерна.	I

Большое значение для успешного проведения процесса дроб- j
ления имеет температура зерна. Зерно на дробление должно i
поступать с температурой 35—40 °C. Ее снижение ведет к увели-
чению механической прочности зерна и расхода энергии. Одна-
ко повторное нагревание охлажденного зерна полностью восста-
навливает его свойства. Кашка после первого дробления направ-
ляется в аппарат для выделения зародыша.

Для выделения зародыша в настоящее время широко при-
меняются гравитационные сепараторы и гидроциклоны. Их ра-
бота основана на принципе разности плотностей суспензии и
зародыша. Плотность зародыша составляет примерно 1010—
1020 кг/м3. Такая плотность соответствует плотности крахмаль- ,
ной суспензии, содержащей 2,5—5 % крахмала. Таким образом, ।
если зародыш поместить в крахмальную суспензию с большей
концентрацией, он всплывает.

Сепараторы и гидроциклоны как аппараты-зародышевыдели-
тели имеют преимущества и недостатки. Так, к недостаткам гра-
витационных сепараторов относятся необходимость большей
производственной площади, открытые поверхности, ухудшающие
условия воздушной среды крахмальных предприятий, значи-
тельная масса, что требует усиленных перекрытий. Гидроцик-
лоны лишены перечисленных выше недостатков, так как пред-
ставляют собой компактные аппараты небольших размеров за- '
крытого типа. Однако они требуют значительно больших зат- ।
рат электроэнергии. Работу гидроциклонов труднее контроли- |
ровать, кроме того, подача продуктов должна быть стабильной.	i

С учетом практического опыта, по-видимому, наиболее целесо-	|

образно применять усовершенствованные гравитационные сепа- I
раторы на заводах небольшой мощности. Модернизация касает-
ся в первую очередь способа выгрузки. Для этой цели применя-
ют вертикально установленный выгрузочный шнек. Это позво-
ляет забирать концентрированную кашку и не ведет к опорож-
нению аппаратов при прекращении подачи продукта в сепара-
тор. На наших заводах гравитационные сепараторы практически
не используются.	,

Гидроциклоны для выделения зародыша из кашки могут 1
применяться различных типов и форм. Основным отличием
применяемых гидроциклонов является диаметр цилиндрической
части. Он может изменяться от 100 до 500 мм и более. Такие I
гидроциклоны имеют угол конусности от 10 до 15°.

Схемы соединения зародышевыделителей и направление
продуктов могут несколько различаться. Однако общим у всех
38
применяемых в настоящее время схем является выделение за-
родыша в две стадии с проведением промежуточного второго
дробления. На рис. 12 приведено несколько вариантов схем за-
родышевыделения с использованием гидроциклонов и гравита-
ционных сепараторов.

Схемы а, б, в, г предусматривают использование гидроцик-
лонов. При этом различают двухстадийные схемы (а, б), в ко-
торых предусмотрен возврат верхнего схода второй стадии гид-
роциклонов на первую стадию. Такие схемы могут комплекто-
ваться одной или двумя ступенями гидроциклонов на каждой
стадии. Наибольшее применение на зарубежных предприятиях
получила схема двухстадийного двухступенчатого выделения за-
родыша (б). Кашка после дробилок, смешанная с возвратами
насосом под давлением 0,4—0,5 МПа, подается на первую ста-
дию первой ступени гидроциклонов. Обычно применяют нейло-
новые гидроциклоны диаметром 150—200 мм. Соотношение
диаметров верхней и нижней насадок на первой ступени мень-
ше, чем на второй — 25/50 и 38/50 мм для гидроциклонов диа-
метром 150 мм.

Нижний сход с первой ступени под остаточным давлением
около 0,2 МПа подается на вход в гидроциклоны второй сту-
пени. С верхним сходом первой ступени удаляется около 20 %
всего поступившего в циклоны продукта, второй ступени —
30 %. Такой режим работы и подбор диаметров выходных от-
верстий вызван необходимостью получить возможно чистый
зародыш с первой ступени, пренебрегая его потерями с нижним
сходом. Кашка нижнего схода еще трехкратно обрабатывается
на гидроциклонах, и потерянный зародыш возвращается в ис-
ходную первую ступень. Такой же режим работы гидроцикло-
нов и на второй стадии. Суточная производительность гидро-
циклонов первой ступени первой стадии около 50 т товарной
кукурузы, остальных—100 т.

Применение двух ступеней на каждой стадии позволяет из-
влечь около 99 % зародыша, причем на первой ступени извлека-
ется 80%, на второй — 20 % выделяемого зародыша. Соединение
гидроциклонов по схеме в с выводом зародыша с верхними схо-
дами из двух стадий позволяет получить довольно высокий по-
казатель извлечения зародыша, но он может быть загрязнен
значительным количеством связанного крахмала. Поэтому обыч-
но объединенный верхний сход обеих стадий направляют на
контрольное выделение зародыша. Такая схема (г) получила
наиболее широкое распространение в отечественной практике.
При этом применяют гидроциклоны, соответствующие по раз-
мерам производительности предприятия. Для расчета пользу-
ются эмпирической формулой

77= (0,8 £>—85) 3,15 р0-5,
где П — производительность гидроциклона, т товарной кукурузы в сутки;
D — диаметр цилиндрической части гидроциклона, мм; р — давление продукта
на входе в гидроциклон, МПа.
Применение вместо боль-
шого количества зародыше-
вых гидроциклонов одного
аппарата значительно упро-
щает технологический про-
цесс и обслуживание стан-
ции, требует меньших произ-
водственных площадей.

Применение схемы с кон-
трольным выделением заро-
дыша вносит свои особенно-
сти в конструктивные разме-
ры гидроциклонов и продук-
товые потоки. При этом с
верхним сходом первой и
второй ступеней стараются
возможно полнее выделить
зародыш, не особенно забо-
тясь о его чистоте, так как
на контрольном выделении
зародыша загрязняющие
примеси выводятся. Поэтому
в верхний сход гидроцикло-
нов выводится около 40—
60 % поступившего в аппа-
рат продукта и диаметр на-
садки верхнего схода боль-
ше или равен нижнему.

При применении гравита-
ционных сепараторов (схе-
мы д и е) применяют как
двухстадийную схему выде-
ления с объединением заро-
дышевых сходов из обеих
стадий, так и обработку это-
го схода на контрольном за-
родышевыделителе. Воз-

Рис. 13. Технологическая схема и ба-
ланс продуктов станции выделения
зародыша:

I — дробилка I дробления; II, III, VI,
VII — гидроциклоны; IV, VIII—X — дуго-
вые сита; V —дробилка II дробления;
XI — шнековый пресс.

Цифры показывают количество товар-
ного продукта в килограммах иа 1000 кг
товарного зериа кукурузы

можно также комбинированное применение гидроциклонов и

гравитационных сепараторов, как это показано на схеме ж.

На рис. 13 приведена технологическая схема и продуктовый
баланс потоков схемы выделения и промывания зародыша,
применяемой на многих зарубежных предприятиях.

Крахмальная суспензия, содержащая весь выделенный заро-
дыш, направляется на станцию промывания зародыша. Такое
промывание, если оно осуществляется на дуговых ситах, обычно
проводится в три ступени с противотоком промывной суспензии.
Перед последней промывкой в зародыш подается процессовая
промывная вода со станции выделения и концентрирования
глютена.
Рис. 14. Технологическая схема выделения и промывания зародыша:

/ — замочный чан; 2 — гидроцнклон-камнеловушка; 3, 7, 9, 15 — рутовые сита; 4 —
бункер зерна; 5 — гидроциклоны I стадии выделения зародыша; 6 — гидроциклоиы иа
II стадии выделения зародыша; 8— распределительное устройство; 10— шнековый
пресс; 11, 13» 14, 16, 18 — сборники: 12 — измельчитель; /7 — дробилка I дробления;
19 — дробилка II дробления

В качестве ситовой поверхности в дуговых ситах применя-
ются колосниковые сетки с шириной щели 1 мм. Крахмальное
молоко из первого сита возвращается на зародышевыделение
для создания соответствующей концентрации суспензии и кон-
систенции кашки. При этом большая часть молока подается
на первую стадию выделения зародыша, остальное — на вторую.

Как уже говорилось, для успешного проведения процесса
зародышевыделения необходимо создать определенные условия.
К ним относится концентрация крахмальной суспензии. На
первой и второй стадиях выделения зародыша концентрация
крахмальной суспензии должна выдерживаться в пределах 12—
14 %, что соответствует плотности около 1050 кг/м3 и обеспечи-
вает условия для всплывания зародыша и выделения его с верх-
ним сходом гидроциклонов. Повышение концентрации крахмаль-
ной суспензии улучшает всплывание зародыша, связанного с
некоторым количеством эндосперма, что загрязнит зародыш и
вызовет потери крахмала с ним. На второй стадии выделения
зародыша целесообразно иметь несколько большую концентра-
цию для более полного выделения зародыша из кашки перед
выводом ее на следующую технологическую операцию. Поэто-
му концентрация крахмальной суспензии на второй стадии
выделения зародыша предпочтительна в пределах 14—15%.
Температура кашки при этом не должна быть ниже 35 °C, так
как с понижением температуры увеличивается вязкость суспен-
зии и ухудшается разделение.
Рис. 15. Распределительное регулиру-
ющее устройство для крахмального мо-
лока:

1 — приемная емкость; 2 — отклоняющие пат-
рубки; 3, 4 — распределительные емкости;

5 — грузы

Кроме концентрации
крахмального молока
кашка на стадиях выде-
ления зародыша должна
иметь определенную кон-
систенцию — содержание
взвешенных веществ в
граммах в 1 л продукта.
Высокая консистенция
значительно увеличивает
вязкость продукта, созда-
ет затруднения для всплы-
вания и выделения заро-
дыша. Низкая консистен-
ция ведет к большому
кольцеванию крахмально-
го молока и перегрузке
оборудования ненужными
перекачками. Оптималь-
ной консистенцией кашки
следует считать 250—
300 г/л товарного про-
дукта.

Важным следует счи-
тать также вопрос стаби-
лизации потоков продук-
тов станции выделения и
промывания зародыша.
Кашка после последнего

зародышевыделительного аппарата направляется на следующую
станцию — выделение и промывание мезги. Первым аппаратом
этой станции является сито для отцедки крахмального молока из
кашки перед измельчителями. Выделенное крахмальное молоко
поступает на станцию рафинирования. Однако при некотором
разбалансе в продуктовых потоках часть этого крахмального
молока может возвращаться на станцию зародышевыделения
для компенсации дефицита продуктов. Применяемая на некото-
рых предприятиях система выделения и промывания зародыша
приведена на рис. 14. Замоченное зерно из чана 1 насосом гид-
роподачи подается в гидроциклон-камнеуловитель 2 и оттуда
на дуговое сито 3. Для создания непрерывного потока зерна на
дробление устанавливают бункер зерна 4. После дробилки пер-
вого дробления 19 кашка поступает в расположенный под дро-
билкой сборник 18, откуда кашка подается на гидроциклоны 5
I стадии зародышевыделения, состоящей из двух последова-
тельно установленных гидроциклонов. Зародыш из первого цик-
лона ступени выводится на станцию дуговых сит 9 промывки
зародыша, а кашка после отцедки на дуговом сите 15 поступа-
ет на дробилку второго дробления 17, а затем в сборник 16 каш-
ки после дробления. Разбавленная возвращаемым крахмаль-
ным молоком до определенной консистенции кашка подается
на гидроциклоны 6 II стадии зародышевыделения. Кашка после
них поступает в сборник 14, установленный перед измельчающи-
ми машинами 12, на которые она подается после предваритель-
ного отцеживания на дуговом сите 7. Крахмальное молоко с сит
отцедки поступает в распределительное регулирующее устройст-
во 8. Более подробно схема этого устройства приведена на
рис. 15.

Устройство состоит из трех емкостей, установленных одна
над другой. Первая, приемная, емкость 1 имеет два выхода,
равномерно распределяющих молоко на два потока. На выход-
ных патрубках установлены подвижные отклоняющиеся патруб-
ки 2. Они устроены таким образом, что подвешенные на трос-
сах через систему блоков грузы отклоняют патрубки в среднее
отделение разделенной перегородками на три части емкости 3.
В противоположную сторону патрубки могут отклониться на-
тяжением тросов, соединенных с поплавками, установленными
в соответствующих сборниках.

Так, если в сборнике кашки после первого дробления мало
продукта, поплавок опускается и прикрепленный к нему трос
оттягивает отклоняющийся патрубок так, что крахмальное мо-
локо попадает в правую часть емкости 3, а оттуда — в сборник
кашки после первого дробления. Если в сборнике избыток про-
дукта, поплавок поднимется, трос освободится и отклоняющий-
ся патрубок под действием груза направит молоко в централь-
ную часть емкости для подачи его на участок измельчения
кашки. Аналогичным образом действуют и другие отклоняю-
щиеся патрубки. Применение такого регулирующего устройст-
ва стабилизирует работу станции выделения зародыша и1, из-
мельчения кашки.

ВЫДЕЛЕНИЕ И ПРОМЫВАНИЕ МЕЗГИ

Следующим технологическим процессом переработки куку-
рузы на крахмал после выделения зародыша является выделе-
ние и промывание мезги. Он включает несколько основных опе-
раций: измельчение кашки, выделение мезги ситованием, про-
мывание выделенной мезги. Выделение мезги может осущест-
вляться в одну или несколько стадий. В последнем случае сна-
чала выделяют наиболее крупные частицы мезги, затем более
мелкие и, наконец, еще более мелкие и случайно попавшие час-
тицы при рафинировании крахмального молока перед подачей
его на последующую технологическую операцию. Выделенная
крупная и мелкая мезга промывается раздельно. Применение
такой системы выделения и промывания мезги значительно ус-
ложняет технологию, вызывает необходимость создавать и
эксплуатировать много ситовых блоков, требует большого числа
перекачек продуктов, сборников, насосов, трубопроводов. На-
44
против, одностадийное выделение мезги и последующее ее сов-
местное промывание значительно упрощает схему ситового от-
деления завода, позволяет снизить затраты на ее осуществление
и эксплуатацию.

Первой операцией станции выделения и промывания мезги
является ситование кашки перед измельчением. Основной зада-
чей этой операции является выделение из кашки части жидкой
фазы, не требующей измельчения, для разгрузки измельчающих
машин.

Кашка после дробления и выделения зародыша представляет
собой сложную систему, состоящую из водной суспензии крах-
мала, белка, измельченных до различной степени частиц эндо-
сперма и оболочек. После дробления зерна из кашки может
быть выделено 35—40 % сухих веществ исходного сырья в виде
крахмального молока. Эту часть крахмального молока необхо-
димо выделить на первой операции ситования. Кашка после
ситования перед поступлением на измельчители должна иметь
определенную консистенцию. Оптимальной для современных
измельчающих машин ударного действия является консистен-
ция 500—600 г/л товарного продукта. При этом концентрация
СВ кашки составляет 23—28 %. Снижение концентрации ведет
к перегрузке измельчителя водой, увеличение консистенции
увеличивает измельчение мезги и затрудняет подачу продукта
в измельчитель.

Ситование кашки перед измельчителями необходимо прово-
дить на аппаратах с такими отверстиями ситовой поверхности,
чтобы молоко после них не требовало дополнительной очистки
от меЗги. Эта часть крахмала должна выводиться на последую-
щую технологическую операцию — выделение глютена. Осталь-
ная часть крахмала оказывается связанной в виде крупки —
частиц эндосперма разной величины. Оболочка зерна при дроб-
лении разрушается мало. Обычно она связана с некоторым ко-
личеством кремнистого эндосперма.

Задачей измельчения является высвобождение зерна крах-
мала и глютена из эндосперма, отделение эндосперма от обо-
дочки. При этом крахмал и глютен должны перейти в суспензию
в несвязанном виде для облегчения их последующего разделе-
ния. Измельчение является чисто механическим процессом. Он
может проводиться практически на любых типах измельчите-
лей, позволяющих достичь измельчения, соизмеримого с разме-
ром крахмальных зерен. Однако к процессу измельчения предъ-
являются определенные требования, которые можно условно
разделить на две категории. К первой относятся требования,
связанные с необходимостью получать крахмал определенного
качества и с возможно полным его извлечением. Таким обра-
зом, измельчители не должны производить разрушающего меха-
нического воздействия на крахмальные зерна, во всяком случае,
воздействие это должно быть минимальным. Наряду с этим в
процессе измельчения крахмальные зерна должны быть по воз-
МОжйости полностью освобожденными. Другая категбрйя тре-
бований определяется принятой в настоящее время технологи-
ческой схемой переработки зерна на крахмал.

Поскольку общепринятым сейчас является способ выделе-
ния мезги ситованием, она должна быть как можно крупнее, что-
бы облегчить последующее ситование. Однако, если бы в тех-
нологии применялся способ выделения мезги не по признаку
размера, а, например, по признаку плотности частиц, возмож-
но, потребовалось бы измельчать мезгу более сильно, чем это
допустимо сейчас.

В крахмало-паточном производстве существуют понятия
крупная и мелкая мезга. Частицы, остающиеся на сите 0,6 мм,
относят к крупной мезге, частицы более мелкие — к мелкой.
Однако кроме такого условного деления можно более четко
сформулировать понятия мелкой и крупной мезги по ее про-
исхождению. Крупная мезга — это обычно оболочка. Известно,
что оболочка составляет 4,7—6 % к массе зерна. Примерно та-
кое количество ее получается в процессе производства. Мелкая
мезга состоит в основном из остатков клеточных структур
эндосперма и алейронового слоя. Таких клеточных структур в
кукурузном зерне по массе около 2%. Учитывая наличие зна-
чительного количества связанных с ними зерен крахмала, об-
щее количество мелкой мезги колеблется от 3 до 5 %. Для тех-
нолога представляют интерес вопросы влияния режимов работы
и конструктивных элементов измельчающих машин на показа-
тели их работы.

В отечественной промышленности применяются измельчи-
тели с соосными дисками, вращающимися в противоположные
стороны и имеющие разгонные лопатки и пальцы-штифты для
измельчения. Широко начали применяться измельчители, диски
которых снабжены только штифтами. Основной характеристи-
кой измельчителей ударного действия является относительная
скорость рабочих органов. Исследования показали, что количе-
ство связанного крахмала в кашке снижается при увеличении
относительной скорости рабочих органов.

Некоторое влияние на качество измельчения оказывает диа-
метр пальцев. Его уменьшение улучшает качество измельчения
и одновременно ведет к некоторому снижению энергозатрат. Это
объясняется увеличением разламывающего действия на частицу
при ударении ее о поверхность большей кривизны. Однако
уменьшать диаметр пальцев можно- до определенного предела,
определяемого интенсивностью их износа.

Кашка после измельчения поступает на станцию выделения
мезги, после чего мезга многократно промывается водой для
уменьшения содержания в ней крахмала. Эту операцию прово-
дят на ситовых аппаратах.

На рис. 16, а представлены результаты седиментационного
анализа смеси, состоящей из двух компонентов — А и В. Ком-
понент А имеет частицы размером от Х\ до Хз, компонент
4в
Рис. 16. Седиментационный анализ смеси двух компонентов (о) и кукуруз-
ной кашки (б)

Раз пер частно, Х,мкм
б

В — от Хз до Xi. При ситовании смеси через сита с увеличиваю-
щимся размером отверстий сначала будут проходить частицы
только компонента А. Затем при увеличении размера ситовых
отверстий до Х3 в проход сита начинают попадать частицы
компонента В, имеющего такие же размеры. Количество этих
частиц возрастает с увеличением размера отверстий до Х2,
после чего в проходе будут все частицы компонента А и часть
частиц компонента В. Сход сита при таком размере отверстий
будет представлен только частицами компонента В.

Таким образом, полностью разделить ситованием смесь двух
компонентов, имеющих некоторое количество частиц одинако-
вых размеров, невозможно, поэтому требуется четко сформули-
ровать задачу ситования таких смесей. Если необходимо в ре-
зультате ситования получить только чистый компонент А, си-
тование проводят при отверстиях сит до Хз, если только чистый
компонент В — ситование проводят при отверстиях сит >Х%.

Кашка после измельчения представляет собой смесь компо-
нентов, аналогичную описанной выше (рис. 16, б). Двумя ком-
понентами смеси являются крахмал с глютеном и мезга. В каш-
ке содержится около 90 % частиц размером от 0 до 60 мкм,
около 4 % частиц размером 60—600 мкм и 6 % частиц разме-
ром 600 мкм и более. Крахмало-белковая фракция отситовыва-
ется полностью при размере отверстий сит 50 мкм. Однако при
этом в нее попадает около 0,1 % мезги. С увеличением размеров
отверстий количество мезги в крахмальном молоке возрастает.

Поскольку мезга загрязняет крахмал и отрицательно влияет
на качество многих получаемых впоследствии крахмалопро-
дуктов, содержание ее в крахмале стремятся сократить. Однако
снижение размера отверстий сит вызывает опасность ухода с
мезгой крупных зерен крахмала, затрудняет проведение процес-
са и требует значительного увеличения ситовых поверхностей
аппаратов. Поэтому технологи выбирают компромиссный ва-
риант — мирятся с некоторым количеством мезги, попавшей
при ситовании в крахмальное молоко, за счет чего значительно
увеличивают производительность ситовых поверхностей. Обычно
ситование проводят при размерах отверстий 50—80 мкм. Сито-
вание мезги при ее промывании может производиться на ситах
с несколько большими отверстиями — до 150 мкм. При исполь-
зовании схемы двойного выделения мезги (крупной и мелкой)
разделение ее ведут на ситах с отверстиями 0,6 мм.

Ситовые аппараты для выделения и промывания мезги долж-
ны отвечать определенным требованиям. Они должны иметь
достаточную удельную производительность, малую энергоем-
кость, быть простыми в эксплуатации. Всем этим требованиям
в достаточной степени отвечают нашедшие широкое применение
в мировой и отечественной практике дуговые сита. Они чрезвы-
чайно просты и представляют собой изогнутое сито, на один
конец которого подается разделяемая суспензия. Двигаясь по
ситовой поверхности самотеком или за счет кинетической энер-
гии входной струи, суспензия разделяется на прошедший через
сито и удаляемый с внешней стороны ситовой поверхности про-
ход и сходящий с поверхности сход.

Дуговые сита имеют изогнутую сетку с разным центральным
углом дуги — от 45 до 300°. Последние называют круговыми.
На сита с центральным углом дуги до 90° продукт обычно по-
дается самотеком, на сита с большим углом — под определен-
ным напором. Производительность дугового сита определяется
в первую очередь количеством подаваемого на него продукта.
При определенной величине и качестве ситовой поверхности в
достаточном интервале производительности доля прохода оста-
ется практически постоянной и мало зависит от напора продук-
та на сито.

Работа сита определяется главным образом качеством при-
меняемой разделительной сетки. Наиболее эффективны колос-
никовые щелевые сетки с минимальным размером полок-колос-
ников. На зарубежных предприятиях для выделения и промы-
вания мезги широко используются колосниковые сита с шири-
ной полки 0,8—1 мм и шириной щели 50 и 75 мкм. Такие сита
позволяют достичь величины прохода на стадии выделения
мезги 60 % > а на стадиях промывания мезги — еще больше. Их
основное преимущество — малая засоряемость. Такие сита не
меняют производительности в течение довольно продолжитель-
ного времени и практически не требуют промывания. На оте-
чественных предприятиях наряду с колосниковыми ситами для
промывания зародыша и мезги применяют капроновые и из не-
ржавеющей стали плетеные сита. Недостатком их является от-
носительно быстрая засоряемость отверстий.

На рис. 17 показана зависимость изменения во времени до-
ли прохода на плетеном нержавеющем сите при промывании
мезги. Наиболее сильно забивается сетка при более низких на-
порах и при всех напорах в первое время работы сита. Такие
сетки приходится часто промывать сильной струей воды. Еще
больше забиваются капроновые сетки самотечных сит, приме-
48
Рнс. 17. Изменение во времени доли
прохода напорного дугового снта при
давлении на входе, МПа:

нйемые на многих предприяти-
ях для выделения и промыва-
ния мезги. Поскольку удельная
производительность таких сит
относительно невелика, число
самотечных сит мезговых стан-
ций довольно большое. Так,
при использовании напорных
колосниковых сит их удельная
производительность составляет
примерно 1 т товарной кукуру-
зы в час на 1 м2 ситовой по-
верхности в то время как при-

менение самотечных сит, осна- , '	’	'

щенных капроновыми сетками,
позволяет достичь производительности всего 0,15—0,25 т на 1 м2
поверхности.

Технологические схемы станций выделения и промывания
мезги, как уже говорилось, могут быть различными. На рис. 18
представлено несколько вариантов схем ситования.

Схема, приведенная на рис. 18, а, является традиционной в
кукурузокрахмалыюм производстве и до сих пор применяется
на многих предприятиях. Однако она представляется сейчас
наиболее неудачной из всех существующих схем. Основным
недостатком ее является большое число технологических опера-
ций, что затрудняет эксплуатацию станции, стабилизацию пото-
ка продуктов и автоматизацию процесса.

Несколько проще схема, приведенная на рис. 18, б, преду-
сматривающая выделение и промывание мезги без разделения
ее на крупную и мелкую, как в схеме на рис. 18, а. Промыва-
ние мезги обычно проводится на дуговых ситах в 6—8 ступеней
до содержания свободного крахмала в мезге 2,5—3,5 % к мас-
се СВ мезги. Однако наиболее совершенной является схема,
представленная на рис. 18, в. Ее особенностью является выде-
ление и противоточное промывание всей мезги, а также отсут-
ствие рафинировки крахмального молока. Крахмальное молоко
пропускается перед тонким измельчением через сита с отвер-
стиями такого размера, чтобы содержание мезги в нем не пре-
вышало 0,1 г/л. Обычно это колосниковая сетка с размером
щели 0,05 мм. Особенностью таких сит является надежность ра-
боты, исключающая попадание мезги в молоко. Кроме колос-
никовых на этих позициях могут применяться плетеные нержа-
веющие сетки № 100, устанавливаемые на напорные дуговые си-
та. Промывание мезги осуществляют на напорных ситах с ко-
лосниковой сеткой со щелями 0,075 мм или на нержавеющей
плетеной сетке № 76.

Аппаратурно-технологическая схема такой станции приве-
дена на рис. 19. Кашка после последней стадии гидроциклонов
выделения зародыша отцеживается на напорном колосниковом
4 Зак. 1970	49

Крахмальная сут№зи.я to станции
пропы^ания крахмала.___________

Рис. 19. Аппаратурно-технологическая схема выделения и промывания мезги:

1 — дуговое сито отцеживания кашки перед измельчением; 2 — измельчитель; 3 — сбор’
ник кашки и крахмального молока; 4~9— дуговые сита; 10—14 — промежуточные сбор-
ники промывании кашки

дуговом сите 1 с шириной щели 0,05 мм. Проход сита направ-
ляется на станцию выделения глютена. Часть его возвращается
для стабилизации потока продуктов станции выделения заро-
дыша. Сход поступает на измельчающие машины 2. При дав-
лении на входе 0,2 МПа производительность колосникового
сита на этой позиции составляет 7—8 т товарной кукурузы на
1 м2 ситовой поверхности в час. Кашка после измельчителя
подается в сборник 3, имеющий разделенные перегородкой два
отделения. Кашка поступает в первое отделение и насосом пе-
рекачивается на дуговое сито 4 отцеживания мезги. Сход с него
поступает во второе отделение сборника 3 и далее перекачива-
ется на станцию выделения глютена.

Над перегородкой сборника устроена заслонка, которая при
помощи тросов соединена с поплавком в первом отделении сбор-
ника.

В случае снижения производительности измельчающей ма-
шины и уменьшения количества продукта в этом отделении за-
слонка отклоняется поплавком в сторону первого отделения
сборника и проход сита 4 возвращается на станцию, обеспечи-
вая стабильность работы насосов и сит. При нормальной работе
проход сита через второе отделение сборника выводится из стан-
ции, дуговые сита 5—9 служат для промывания смеси крупной
и мелкой мезги. Если отцедочное сито 4 имеет производитель-
ность 2,7—3 т зерна на 1 м2 в час, то сита промывания мезги
обеспечивают 5,5—6 т зерна на 1 м2 ситовой поверхности каж-
дой станции в час.

Сборники 10—14 снабжены насосами для перекачивания
продукта на последующую станцию, имеют небольшой объем —
~ 1 м3 на Ют перерабатываемого зерна в час, не снабжены
перемешивающими устройствами, и каждый последующий сбор-
ник имеет перелив в предыдущий. В сборник перед последним
ситом промывания мезги подается глютеновая вода из расчета
1,1 м3 на 1 т перерабатываемого товарного зерна. Для разбав-
ления кашки в сборник 3 после измельчителей вводится сгу-
щенный на сепараторах верхний сход станции гидроциклонов
промывания крахмала.

Промытая мезга обезвоживается и фильтрат возвращается в
сборник 14. Обезвоживание мезги, содержащей смесь мелких
и крупных частиц, происходит несколько труднее, чем обезво-
живание крупной мезги, осуществляемое на шнековых прессах.
В этом случае необходимо проводить обезвоживание в две ста-
дии.

На первой стадии можно применять центробежно-лопастные
сита, шнековые центрифуги или другое аналогичное оборудо-
вание. На второй стадии успешно используются шнековые прес-
сы, обеспечивающие получение мезги влажностью 68—70 %.
Поскольку шнековые мезгопрессы проще и надежнее центро-
бежных машин, можно практиковать применение здесь одних
мезгопрессов, однако при этом необходимо организовать воз-
врат части отпрессованной мезги на концентрирование перед
первым прессованием. Число мезгопрессов увеличивается, зато
отпадает необходимость в других видах оборудования. Крах-
мальное молоко с концентрацией СВ 12—14 % поступает на
станцию выделения и концентрирования глютена.

ВЫДЕЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ГЛЮТЕНА

При обработке крахи ало-белковой суспензии на центробеж-
ных сепараторах, гидроциклонах, флотационных установках
исходный продукт разделяется на две части, одна из которых
содержит в основном крахмал и незначительное количество
белка, а вторая включает выделенный белок и часть попадаю-
щего в него крахмала.

Количественное распределение исходного продукта и его
взвешенных и растворимых веществ на две части зависит от осо-
бенностей устройства разделителей, их технической характерис-
тики, условий разделения. К последним относится продолжи-
62
Рис. 20. Зависимость изменения ча-
сового расхода сухих веществ сгу-
щенного (/) и жидкого сходов (2)
от количества взвешенных веществ,
поступающих на разделение

Рис. 21. Зависимость содержания
белка в сгущенном сходе от относи-
тельного количества взвешенных ве-
ществ в жидком сходе при выделе-
нии глютена. Содержание белка в
исходном продукте 5 % на СВ

тельность разделения, зависящая от рабочего объема машины
или аппарата, количества исходного продукта, содержания в
нем крахмала, белка и т. д.

Между количествами исходного и получаемых продуктов, их
взвешенного вещества существует строго определенная зависи-
мость: увеличение расхода взвешенных веществ со сгущенным
крахмальным сходом приводит к снижению этого расхода с
жидким белковым сходом, и наоборот.

Аналогично происходит распределение крахмала и белковых
веществ.

Обычно при разделении крахмала и белка вывод крахмаль-
ного схода из машин осуществляют через калиброванные от-
верстия (дюзы, насадки, диафрагмы), что определяет количест-
во уходящего продукта и содержание в нем взвешенных ве-
ществ. Выход второй части (жидкого схода) разделяемого про-
дукта осуществляется относительно свободно, что при измене-
нии подачи исходного продукта приводит к колебаниям как ко-
личества, так и состава жидкого схода.

Эффективность работы разделяющих сепараторов зависит
от распределения белковых веществ, введенных в машины (N)
и выведенных с жидким (MJ и сгущенным (М2) сходами.

Изменение часового расхода сухих веществ продукта со
сгущенным и жидким сходами в зависимости от количества су-
хих веществ, поступающих на разделительный сепаратор,
приведено на рис. 20. Сепаратор ПРИ работал на I ступени раз-
деления и был оснащен дюзами диаметром 2 мм. Концентрация
СВ исходного продукта при испытаниях составляла 11—12%,
содержание белковых веществ в нем 7,7—9,2 % на СВ. Сгущен-
ный сход имел концентрацию 29—36,5 %, содержание белка 2—
6,3 % на СВ. Жидкий сход уходил из машины концентрацией
1,4—3,9 %, содержание белка в нем составило 33,4—72,4 %,
крахмала — 5—52,6%. Повышенные потери крахмала в жид-
ком сходе были при высоких нагрузках на сепаратор.

С увеличением нагрузки на сепаратор с 4,5 до 7,5 т/ч расход
СВ со сгущенным сходом сначала (при нагрузке до 6 т/ч) рав-
номерно возрастает с 4,2 до 5,4 т/ч, а при дальнейшем росте
нагрузки увеличивается незначительно. В то же время с повы-
шением нагрузки на сепаратор интенсивно возрастает расход
СВ с жидким сходом. При этом потери крахмала с ним были
незначительны только при нагрузке сепаратора продуктом до
5,4 т/ч. Соотношение расходов взвешенных веществ с жидким
сходом и исходным продуктом при этом составило 0,18. Даль-
нейшее увеличение соотношения сопровождалось ростом потерь
крахмала с жидким сходом.

На рис. 20 приведено также изменение N/N2( кривая 3) с
ростом нагрузки сепаратора. При оптимальной нагрузке около
6 т/ч по СВ это соотношение (коэффициент очистки крахмала)’
равно примерно 3. С увеличением производительности сепара-
тора коэффициент очистки растет, однако при этом повышается
расход крахмала с жидким сходом. В. И. Деулиным предложе-
но рассматривать разделение взвешенных веществ суспензии
как функцию интенсивности потоков в межтарелочном про-
странстве. Последняя может быть характеризована отношением
расхода взвешенных веществ жидкого схода Qi к количеству
этих веществ Q в поступающем продукте.

При постоянном составе исходной суспензии чистота сгущен-
ного крахмала, оцениваемая по содержанию в нем белка, зави-
сит от количества продукта, поступающего на разделение, а
следовательно, от Qi/Q при разделении крахмало-белковой
суспензии на сепараторах. Эта зависимость для сепаратора
ТХ-212 приведена на рис. 21. Очевидно, с увеличением QJQ
чистота сгущенного схода сначала повышается, а затем дости-
гает постоянного значения независимо от величины Qi/Q.
В случае высокого содержания белка в исходном продукте
предел чистоты крахмала достигается при Qi/Q = 0,154-0,2.

Выделенный на сепараторах жидкий сход содержит 0,5—
0,6 % взвешенных веществ, при этом на долю белка приходится
65—70 %, крахмала — 15—20, жира — 6—8%. Эти вещества
используют для производства сухого кукурузного глютена или
в смеси с сырой мезгой и другими продуктами направляют на
производство кукурузного корма.

Для снижения содержания воды в глютене жидкий сход под-
вергают обработке, включающей концентрирование суспензии
на флотационных установках и сепараторах, после чего сгущен-
ный глютен (10—12%) направляют на механическое обезвожи-
вание и высушивание.

Концентрирование глютеновой суспензии осуществляют сна-
чала на флотационных установках. У нас в стране для этой
64
цели разработана флотацион-
ная камера марки РЗ-ПФК-150.
Глютеновая суспензия, выхо-
дящая в виде жидкого схода
из сепаратора, содержит дис-
пергированный воздух, обеспе-
чивающий образование пенной
белковой фракции при лами-
нарном движении жидкости.
Для повышения интенсивности
обработки суспензии воздухом
в начале камеры установлены
полые пористые керамические
элементы, внутрь которых
под небольшим давлением
(0,05 МПа) вводят воздух.
Диспергирование воздуха обес-
печивает образование в сус-
пензии большого количества

Рнс. 22. Зависимость расхода взве-
шенных веществ жидкого и сгущен-
ного сходов от поступления взве-
шенных веществ на концентрирова-
ние на сепараторе ПРП (4----жид-

кий сход; о — сгущенный сход)

пузырьков диаметром 3—4 мм.

В результате такой обработки жидкого схода получают пен-
ный сход, содержащий 2,5—3,5 % СВ и осветленную воду,
включающую менее 0,12 % взвешенных частиц. Последнюю ис-
пользуют в качестве промывной на ситовой станции. Пенный
сход с флотационных машин направляют для концентрирования
на центробежные сепараторы-концентраторы ПРП.

Преимуществами флотационного метода предварительного

концентрирования глютеновой суспензии является его простота,
низкие энергетические затраты; недостатками — потребность в
относительно больших производственных площадях, необходи-
мость отвода значительного количества влаги, испаряемой в

открытых камерах.

Сепараторы марки ПРП испытаны при работе на концентри-
ровании глютеновой суспензии. При проведении этих испыта-
ний машины были оснащены дюзами диаметром 1,6 мм, исход-
ная глютеновая суспензия имела температуру 34—36 °C. Оценка
продуктов, поступающих в сепаратор и выходящих из него,
проведена с определением их количества и содержания взвешен-
ных веществ. Концентрация последних в исходной суспензии
колебалась от 0,32 до 3,42 %, в сгущенном сходе — от 2,46 до
8,36%, в жидком сходе — от 0,03 до 0,4%. Количество исход-
ного продукта, поступающего в сепаратор, составляло 18—
41 т/ч.	’

Производительность сепаратора в конечном счете опреде-
ляется количеством взвешенных веществ, уходящих из машины
со сгущенным сходом, при нормированном содержании взвешен-
ных веществ в жидком сходе не более 0,12 % (рис. 22). Очевид-
но, с увеличением количества взвешенных веществ, поступаю-
щих на концентрирование в сепаратор, почти пропорционально
растет расход их через дюзы, т. е. со сгущенным сходом. При
этом отсутствует соответствующая зависимость для количества
взвешенных веществ, уходящих с жидким сходом. Во многих
случаях отмечается наличие небольшого расхода взвешенных
веществ с жидким сходом как при низкой, так и при высокой
нагрузке сепаратора взвешенными веществами исходного про-
дукта.

Анализ выявленной зависимости показывает, что высокое
содержание взвешенных веществ в жидком сходе (более 0,12 %)
было практически постоянно при подаче на концентрирование
более 30 т/ч исходного продукта на один сепаратор. Это имело
место даже тогда, когда ввод в сепаратор взвешенных веществ
с исходным продуктом составлял 0,56—0,62 т/ч, т. е. был отно-
сительно небольшим. В то же время при высоких нагрузках
на сепаратор по взвешенным веществам (0,8—0,9 т/ч) и кон-
центрации их 2,5—3 % содержание взвеси в жидком сходе не
превышало 0,1 %, если в сепаратор для концентрирования по-
давали не более 30 т/ч исходной суспензии. Можно полагать,
что введение в сепаратор избыточного количества суспензии
приводит к повышению скорости потоков в межтарелочных зазо-
рах, возникновению турбулентности, что резко ухудшает сгуще-
ние и осветление жидкого схода.

Предварительное сгущение глютеновой суспензии осущест-
вляют также на центробежных сепараторах. В этом случае
концентрирование суспензии проводится путем последователь-
ной двухстадийной обработки на них.

Проведены испытания метода двух- и трехстадийного сгуще-
ния глютена на сепараторах ПРП. При двухстадийном сгуще-
нии глютена до 3—5 % СВ на первой стадии концентрирование
суспензии проводили без рециркуляции сгущенного схода, на
второй — с рециркуляцией — до 8—10 % СВ. При сгущении
суспензии до 13—14 % СВ содержание взвешенных веществ в
жидком сходе возрастало до 0,7—1,5 %.

При концентрации суспензии перед третьей стадией 9,3 %
сгущение глютена без рециркуляции происходило до 12 %. Со-
держание взвешенных веществ в жидком сходе в этом случае
было 0,1 %. Включение рециркуляции сгущенного схода на
третьей стадии концентрирования повышало количество сухих
веществ в нем до 17,4 %, взвешенных веществ в жидком сходе —
до 3,7%.

К недостаткам метода сгущения глютеновой суспензии на
многостадийных сепараторных установках следует отнести зна-
чительные удельные затраты электроэнергии, капитальных вло-
жений, необходимость использования сложного оборудования.

С учетом особенностей, преимуществ и недостатков указан-
ных методов концентрирования глютена разработаны схемы, в
которых использованы и флотационные установки, и центро-
бежные сепараторы.

Приведенные данные показывают, что для эффективного вы-
И
деления белка из суспензии
как на сепараторах, так и
на гидроциклонах должен
быть соблюден ряд условий.
Необходимо стабильное
обеспечение сепараторной
станции крахмало-белковой
суспензией, имеющей посто-
янное содержание СВ. Обыч-
но это легко достигается
при равномерной работе
крахмального завода и по-
стоянном контроле за коли-
чеством воды, поступающей
на промывание мезги и за-
родыша.

Сепараторы, работающие
на выделении белка, дол-
жны обеспечить степень вы-
вода СВ с жидким сходом
на уровне 0,15—0,2. Для
этого в работе должно на-
ходиться такое количество
машин и на них установлены
такие дюзы, которые обес-

Рис. 23. Схема выделения глютена
из крахмало-белковой суспензнн и его
концентрирования

печили бы заданное разделение суспензии, поступающей на се-
параторную станцию. Белковые вещества, выделенные из крах-

мало-белковой суспензии, содержат значительное количество
жира. Покрытие жировыми веществами поверхности тарелок

ротора сепаратора затрудняет продвижение в межтарелочном
пространстве сгущенного и жидкого продуктов. В связи с этим
до поступления суспензии в сепараторы целесообразно выделить
часть белковых веществ, содержащих жир. Это может быть
обеспечено предварительной обработкой крахмало-белковой сус-
пензии во флотационных машинах, оснащенных импеллерами
(рис. 23). После 20-минутной обработки содержание белка в
крахмальном сходе уменьшается до 3 % •

Обработанную во флотационной машине крахмало-белковую
суспензию направляют для дальнейшей очистки на центробеж-
ные сепараторы ПРИ (I группа), а пенный белковый сход —
в концентрированный глютен. Сгущенный сход после сепарато-
ров имеет концентрацию 28—30%, содержание белка 2,8—
3,2 %. Для дальнейшей очистки сход направляют на сепараторы

или гидроциклоны. Жидкий белковый сход с сепараторов по-
ступает для предварительного концентрирования во флотацион-
ную камеру. Пенный сход флотационной камеры содержит око-
ло 3 % СВ, его направляют для концентрирования на сепаратор-
концентратор глютена VI. Осветленную воду флотационной
камеры возвращают в производство и используют для производ-
ственных целей.

На центробежном сепараторе ПРП (VI группа) глютеновую
суспензию сгущают до содержания 10—12 % СВ. В этом слу-
чае возможно попадание избыточного количества взвешенных
веществ в жидкий сход (более 0,12 %). Для контрольной очист-
ки последний дополнительно обрабатывают во флотационной
камере. Осветленную воду из этой камеры направляют в про-
изводство, а пенный сход — на повторное сгущение.

ОЧИСТКА И ПРОМЫВАНИЕ КРАХМАЛА

После выделения белковых веществ на первой’ступени раз-
деления суспензия крахмала содержит еще значительное коли-
чество примесей. Содержание растворимых веществ в крахма-
ло-белковой суспензии, поступающей на первое разделение,
составляет около 8 % на СВ продукта, кислотность — около
200 мл 0,1 н. раствора NaOH на 100 г безводного крахмала.
Окончательную очистку и промывание крахмала осуществляют
на многоступенчатых сепараторных станциях либо на гидроцик-
лонных установках.

При противоточном использовании свежей воды как на сепа-
раторах, так и на гидроциклонах количество растворимых ве-
ществ, поступающих с исходными продуктами на каждую
ступень разделения, по сравнению с прямоточным увеличива-
ется. Противоточная промывка крахмала позволяет существен-
но сократить расход воды, однако для повышения качества
крахмала при этом приходится увеличивать число ступеней
станции.

Степень выделения растворимых веществ при однократ-
ной обработке на сепараторах и гидроциклонах оценивают ко-
эффициентом, который может быть рассчитан по формуле

CJ100-C,)
р	С2(100 —Q ’

где Сь С2 — содержание взвешенных веществ в исходном продукте и в сгу-
щенном сходе, %.

Расчеты показывают, что на каждой ступени обработки с
жидким сходом выделяется 64—69 % растворимых веществ от
поступающих с исходным продуктом.

Обработку крахмало-белковой суспензии при окончательной
очистке и промывке крахмала на сепараторах осуществляют так
же, как и при выделении белка на первой ступени разделения.
Количество взвешенных веществ, поступающих на сепаратор,
должно быть достаточным для получения на периферии ротора
уплотненной до 36—38 % суспензии и выделения большей части
белковых веществ с жидким сходом.

Для обеспечения эффективной работы сепаратора, что до-
стигается получением сгущенного схода заданной концентрации,
Рис. 24. Зависимость содержания
белка в сгущенном сходе от относи-

тельного количества взвешенных ве-

Рнс. 25. Схема очистки и промыва-
ния крахмала на центробежных се-
параторах

ществ в жидком сходе при очистке
крахмала. Содержание белка в исход-

ном продукте:

1 — 3 %; 2 — 1.3 •/«; 3 — 0,67 %

в ротор машины вводят некоторый избыток взвешенных веществ,
поэтому с жидким сходом уходит не только выделенный белок,
но и часть крахмала. Зависимость содержания белка в сгущен-
ном сходе (N2) от соотношения количества взвешенных ве-
ществ жидкого (Qi) и исходного (Q) продуктов приведена на
рис. 24. Увеличение Qi/Q, что связано с ростом содержания
взвешенных веществ в жидком сходе, сначала ведет к снижению
содержания белка в сгущенном сходе, но затем при значениях
Qi/Q = O, 1-J-0,15 чистота его остается постоянной. При указан-
ном соотношении концентрация жидкого схода сепараторов
должна быть в пределах 4—5 % •

При обработке крахмальной суспензии на сепараторах в сгу-
щенный сход переходит примерно 38 % исходного продукта, а
в жидкий — 62%. При этом последний представлен в основном
водной фазой (около 60%), а сгущенный сход содержит зна-
чительное количество крахмала. Таким образом, растворимые
вещества исходного продукта переходят в основном в жидкий
сход (около 65 % их исходного количества). Жидкие сходы каж-
дой ступени сепараторов при очистке крахмала используют
для разведения сгущенного схода, поступающего для обработки
на предыдущую ступень сепарирования. Так осуществляется на
сепараторной станции противоток сгущенной крахмальной сус-
пензии и жидких сходов. Применение чистой воды для разбав-
ления исходного продукта перед последней стадией сепариро-
вания и противоточное движение жидких сходов обеспечивают
многократную промывку крахмала на сепараторах при исполь-
зовании ограниченного количества воды. Содержание раствори-
мых веществ в очищенном на сепараторах крахмале зависит от
числа ступеней обработки и при 4—5-стадийной очистке крах-
мала составляет 0,15—0,2 % на СВ. Содержание белковых ве-
ществ в крахмале находится на уровне 0,45—0,6%. Оно зависит
главным образом от соблюдения режима работы сепараторной
станции завода.

При очистке и промывании крахмала используют сепарато-
ры ПРН для разделения крахмала и белка, а для концентриро-
вания суспензий — сепараторы ПРП. Сепараторы ПРН эксплуа-
тируют с установкой в роторе дюз диаметром 2—2,5 мм, при
пониженных оборотах — 3—3,5 мм. Технологическая схема
участка сепараторной станции, предназначенного для оконча-
тельной очистки крахмала, представлена на рис. 25.

Крахмальную суспензию обрабатывают последовательно на
трех ступенях центробежных сепараторов. Контрольную очист-
ку суспензии осуществляют на флотационной машине ФМ.
Разведение сгущенного схода перед четвертой ступенью сепара-
торов производят свежей водой или фильтратом с вакуум-фильт-
ров. Эти продукты должны обязательно проходить через конт-
рольный фильтр, имеющий отверстия размером 2 мм. Жидкие
сходы сепараторов направляют противоточно движению крах-
мала, а со второй ступени разделения — на сепараторы-кон-
центраторы (V группа). Жидкий сход последнего сепаратора
не содержит крахмал. В его составе в основном растворимые
вещества. Этот сход используют в производстве для промывки
мезги и зародыша. Сгущенный сход с V группы сепараторов
возвращают в производство. Так как с жидкими сходами сепара-
торов основной цепи из суспензии выделяют мельчайшие части-
цы мелкой мезги, рекомендуется сгущенный сход V группы се-
параторов направить на рафинировальные сита, где произойдет
отделение этого компонента суспензии.

Пенный сход флотационной машины содержит значительное
количество крахмала. Для дополнительной обработки его воз-
вращают на II ступень сепарирования.

Очищенную суспензию крахмала передают в производство
сухого и модифицированных крахмалов, патоки и глюкозы.

Основные показатели технологического режима работы
участка окончательной очистки, и промывания крахмала приве-
дены в табл. 2.

Таблица 2

Группа оборудования	Содержание СВ, %		
	Исходный продукт	Сгущенный (крахмальный) сход	Жидкий (пенный) сход
Вторая	16—17	36—37	2,5—3,5
Третья	17—18	37—38	4—4,5
Четвертая	18—20	38—39	4,5—5,0
Флотационная машина	38—39	39—40	16—18
Пятая	2,5—3,5	10—12	0,3—0,6
Рис. 26. Схема очистки и промывания крахмала на гидроциклонах

Гидроциклонные установки для очистки и промывания крах-
мала широко применяют на многих зарубежных заводах. Пре-
имуществом таких установок является простота конструкции,
небольшая масса, малые размеры, высокая производительность,
потребность в небольших производственных площадях и др.

Напряженность центробежного поля гидроциклона, необхо-
димая для разделения твердых компонентов крахмало-белковой
суспензии, обеспечивается за счет высокой скорости потока на
входе в микроциклон (40—45 м/с) и большой кривизны его ра-
бочей поверхности.

Как и на центробежных сепараторах, полное разделение
компонентов суспензии на фракции в микроциклонах в одну
ступень невозможно. В связи с этим очистку и промывание
крахмала проводят на многоступенчатых станциях гидроцикло-
нов, число таких ступеней обычно составляет 8—10.

Гидроциклоны работают с небольшим противодавлением в
камерах жидкого и сгущенного сходов. При таком режиме ра-
боты гидроциклон меньше реагирует на колебания плотности
исходной суспензии, в камерах не образуется пены, ухудшаю-
щей разделение продуктов в гидроциклонах.

В результате испытаний микроэлемента диаметром 10 мм
установлено, что при давлении менее 0,7 МПа разделение ухуд-
шается, а повышение давления более 0,8 МПа не улучшает
работу элемента. Противодавление в камере сгущенного схода
в оптимальном режиме работы должно быть на 0,05 МПа выше,
чем в камере жидкого схода.

Производительность микроциклона в таком режиме состав-
ляет 0,3 м3/ч по исходной суспензии. При концентрации послед-
ней 16—18%, сгущенного схода — 42—44 %, жидкого схода —
3 % в сгущенный сход переходит 35 % продукта и около 88 %
крахмала исходного количества. Коэффициент выделения раст-
воримых веществ по отношению к взвешенным веществам 0,73.

Технологическая станция очистки й промывания крахмала
на гидроциклонах приведена на рис. 26. При работе по этой
схеме сгущенный крахмальный сход с сепаратора участка вы-
деления глютена, содержащий около 3 % белковых веществ,
поступает в сборник 1 перед девятиступенчатой гидроциклон-
ной установкой 3. Каждая ступень последней включает мульти-
циклон и центробежный насос, подающий суспензию на обра-
ботку. Разбавление сгущенных сходов мультициклонов с 40 до
18—20 % производят жидким сходом с последующей ступени
очистки, концентрация которого 4—5 % СВ. Сгущенный сход
предпоследней ступени очистки разбавляют очищенной, умяг-
ченной водой или фильтратом с вакуум-фильтров. Последний
перед вводом в продукт должен быть обязательно пропущен
через контрольный сетчатый фильтр 4 с ячейками диаметром
1,5 мм.

При обработке суспензии на гидроциклонной установке про-
исходит уплотнение ее, в результате в жидкий сход вытесняются
мелкие зерна крахмала, белковые вещества и мелкие частицы
мезги. Большая часть жидкого схода представлена водой, со-
держащей растворимые вещества зерна (азотистые вещества,
углеводы и др.). При противоточной промывке крахмала на
гидроциклонах содержание растворимых веществ в жидкой фа-
зе суспензии постепенно снижается от 1,3—1,6 до 0,05 % к СВ
крахмала, содержание белковых веществ — от 2,8—3 до 0,4 %.
Очищенный крахмал направляют в производство патоки, глю-
козы, сухого и модифицированных крахмалов.

Выделенные из суспензии при обработке на гидроциклонах
примеси из установки выводят с жидким сходом I ступени очист-
ки. Концентрация этого продукта 4—5%, а основная часть его
твердой фазы представлена крахмалом. Для выделения послед-
него и возвращения в производство жидкий сход первой сту-
пени очистки крахмала концентрируют на сепараторе ПРП 2.
Сгущенный сход сепаратора содержит около 20 % СВ, для вы-
деления из него мелкой мезги суспензию объединяют с про-
дуктом, направляемым для очистки на рафинировальные сита.
Жидкий сход сепаратора содержит менее 0,12 % взвешенных
веществ. Его используют в производстве в качестве процессовой
воды.

Недостатками гидроциклонов являются больший по срав-
нению с сепараторами удельный расход электроэнергии и не-
обходимость частой чистки микроциклонов.

УТИЛИЗАЦИЯ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Побочными продуктами кукурузокрахмального производства являются
мезга, глютен, экстракт и зародыш. В каждом случае способ их утилизации
выбирается^ исходя из ооъема производетва, местных условий, технических
возможностей предприятия и экономических предпосылок.

Мезга реализуется в сыром виде после механического обезвоживания с
глютеном илн без него, а также высушивается.

Глютен в виде суспензии реализуется в качестве корма. Если есть воз-
можность, его подают на ферму трубопроводом, либо перевозят авто-
62
Транспортом на относительно короткие расстояния. Сухой глютен явля-
ется ценным белковым кормом.

Жидкий экстракт можно использовать в смеси с мезгой и глютеном для
корма скота. Кроме того экстракт уваривают и используют как добавку к
корму нли для нужд микробиологических производств.

Зародыш всегда экономически целесообразно высушивать и использовать
для извлечения кукурузного масла.

Значительные затруднения в технологии вызывает обезвоживание глю-
тена и уваривание экстракта.

Обезвоживание глютена. Широко применяется фильтрование глютена на
вакуум-фильтрах специальной конструкции со сбегающим полотном. Таки-
ми фильтрами оснащены многие зарубежные кукурузоперерабатывающие
предприятия.

Для эффективной фильтрации решающее значение имеет подбор ткани.
Она должна хорошо задерживать даже мелкие частицы глютена, легко ре-
генерироваться, иметь высокую прочность. В качестве фильтровальной пере-
городки применяется каландрованная ткань нз синтетического моноволокна.
Она может работать несколько месяцев, обеспечивая высокую производи-
тельность— около 30 кг сухого глютена с 1 м2 в час.

Возможно применение тканых синтетических материалов, а также кап-
роновых сеток плотного плетения. Однако в последнем случае значительно
увеличивается содержание СВ в фильтрате, достигая 2,5—3 %. При этом
обычно практикуется возврат такого фильтрата на сепараторную станцию
для последующего концентрирования. Жидкая фаза выводится с верхним
сходом сепараторов в виде глютеновой воды. Высокая производительность
фильтров достигается при использовании глютена повышенной концентрации—
13—15 %. Такой концентрации можно достичь, применяя, например, трех-
кратное концентрирование глютена.

Центробежные тарельчатые сепараторы обеспечивают получение высоко-
концентрированного глютена в одну стадию. Вакуум-фильтры для глютена
оборудуются устройством для схода ткани на регенерацию. Съем глютено-
вого осадка осуществляется или специальными шнурами нли съемными ва-
ликами, с которых глютен снимается ножами. Регенерация ткани осущест-
вляется промывкой ее водой и протяжкой в воде через ряд ножевых и
щеточных устройств. Ткань нз моноволокна требует только небольшого оро-
шения для практически полной регенерации. Поскольку для фильтрования
глютена применяются большие вакуум-фильтры, имеющие ширину 3 м и
более, длину полотен — более 10 м, важным является вопрос удержания схо-
дящего полотна на барабане и предотвращения сползания его в сторону.
Для этой цели применяют винтовые выравнивающие валки. Однако целе-
сообразно вшивать в боковые кромки ткани резиновые вставки и пропускать
их через боковые направляющие, растягивающие полотно. Это эффективное
мероприятие позволяет избежать перекоса в движении полотна и обеспечи-
вает хорошую работу фильтра. Применяется также полотно, специально из-
готовленное для вакуум-фильтров такого типа. Оно имеет боковые массивные
канты из гибкой пластмассы.

Прн правильном подборе полотна для фильтрования глютена концентра-
ция СВ в фильтрате составляет 0,1—0,3 %, влажность глютена — 60—65 %.

Для концентрирования глютена эффективно также применение центро-
бежных сепараторов с периодической выгрузкой осадка или осадительных
центрифуг специальной конструкции.

Прн использовании глютена в смеси с мезгой для получения сухого корма
можно вводить концентрированную глютеновую суспензию с содержанием
СВ 13—15 % в тщательно обезвоженную механическим способом мезгу. При
этом целесообразно проводить ее двойное обезвоживание на шнековых прес-
сах. В таком случае полученная смесь прн некоторой рециркуляции сухого
корма может легко сушиться специальными установками любой конструкции.
Очевидно, при таком способе количество подаваемой в сушилку влаги не-
сколько увеличивается, но в некоторых случаях это может оказаться эконо-
мически более эффективным, чем, например, фильтрование глютена на фильтр-
йрёссах с применением ручного труда для разгрузки и частой замены зара-
ботанной ткани.

Глютен относится к сильно сжимаемым осадкам, поэтому увеличение дав-
ления при его фильтровании ощутимых результатов не дает.

Уваривание кукурузного экстракта. Связано со значительными трудно-
стями, которые обусловлены разнообразием составляющих экстракт веществ.
Каждое из них требует специфических, часто недопустимых для других ком-
понентов условий. При уваривании экстракта на поверхностях теплообмена
легко возникает накипь, резко снижающая теплопередачу. Несвоевременное
удаление накипи очень скоро приводит к полному загоранию поверхностей
нагрева и выводу выпарных аппаратов из строя. На накипеобразование при
уваривании экстракта оказывают влияние разные факторы: качество замачи-
ваемой кукурузы, качество жидкого экстракта, тепловой режим выпарива-
ния, конструкция выпарных аппаратов и др.

Наибольшие трудности вызывает уваривание экстракта из свежеубран-
ной кукурузы. В таком экстракте значительно снижается количество реду-
цирующих веществ, молочной кислоты и азотистых веществ, однако увеличи-
вается содержание аминного азота. При уваривании наблюдается интенсив-
ное загорание выпарной установки, требуется более тщательная химическая
очистка поверхности. Поэтому обычно рекомендуется перерабатывать све-
жеубранное зерно в смесн с зерном длительного хранения. Это существенно
облегчает уваривание.

Снижение времени замачивания не оказывает существенного влияния на
состав и качество кукурузного экстракта. Значительное влияние на ход ува-
ривания экстракта оказывает pH. Его значение должно быть таким, чтобы
обеспечить максимальную растворимость составных частей экстракта при
разной их концентрации.

До pH 5—6 магний из экстракта не осаждается, фосфорсодержащие
вещества удерживаются в растворе при pH 2—3,5. Сдвиг pH в нейтральную
зону вызывает выпадение в осадок многих составных частей экстракта. Неле-
тучая молочная кислота стабилизирует низкое значение pH при потере лету-
чих кислот во время уваривания. Этим и химическими свойствами молочной
кислоты можно объяснить тот факт, что рост ее в экстракте замедляет вы-
падение солей кальция, магния и других из раствора при выпаривании.

Очень важной является подготовка экстракта к увариванию, заключаю-
щаяся в удалении из него взвешенных зерен крахмала. Попав в выпарную
установку, крахмал клейстеризуется, увеличивая вязкость экстракта. Попыт-
ки фильтровать экстракт не дали положительных результатов — фильтрацион-
ные перегородки очень быстро забивались. Поэтому целесообразно несколько
часов отстаивать экстракт перед увариванием, осадок направлять в произ-
водство кормов.

Выпадающий из экстракта осадок представлен органическими и мине-
ральными веществами. С увеличением концентрации количество осаждающих-
ся веществ возрастает практически пропорционально концентрации СВ.

Интересно сравнить химический состав осаждаемых веществ экстракта
с составом накипи, образующейся на стенках аппаратов. Накипь в начале
образования существенно отличается от накипи, забивающей трубки выпар-
ки. Однако, как н в осадке, большую часть (более 80 %) накипи составляют
органические вещества. Из зольных веществ, содержащихся в накипи в коли-
честве 8—12 %, около 90 % приходится на соли жесткости и фосфор. Обра-
зовавшаяся накипь на 30—40 % растворяется при кипячении в воде. Зна-
чительно лучше накипь растворяется в кислотах и щелочах. В растворах мо-
лочной, уксусной н соляной кислот накипь растворяется на 60—70 %. Уве-
личение концентрации кислоты и температуры повышает растворимость. Очень
хорошо накипь растворяется в растворах гидроксидов щелочных металлов,
достигая при кипячении практически полного растворения.

Образование накипи на теплообменных поверхностях выпарных аппара-
тов в значительной степени зависит от их конструкции. Существенное значе-
ние имеет материал трубок. Прн сравнении интенсивности образования на-
кипи на трубках нз медн, нержавеющей стали и титана, установленных в
одном аппарате, оказалось, что наиболее сильно загорают медные трубки,
64
меньше — из нержавеющей стали и
еще меньше — титановые. Аппараты,
обеспечивающие интенсивную циркуля-
цию увариваемого экстракта, загорают
значительно меньше.

Механизм загорания поверхности
нагрева прн уварнванин экстракта мож-
но представить следующим образом.
При уваривании жидкого экстракта в
выпарных установках с чистой греющей
поверхностью интенсивность теплопере-

дачн и циркуляции экстракта большая ’If 2000

и образование накипи не происходит.
Известно, что скорость циркуляции
в выпарных аппаратах зависит от
теплоперепада, высоты уровня раствора,;.''
длины труб, соотношения площади по-
перечного сечення греющих и циркуля-
ционных труб и других факторов. Ско-
рость циркуляции кукурузного экстракта
концентрацией до 30 % должна быть не
менее 1,5—0,8 м/с, а при большей кон-
центрации — 0,8—0,4 м/с. При такой
скорости обеспечивается вынос разви-

i5Q0

£ W
1'
^3500

1

^,3000

1

^ 2500

to

30

50 OB,7.

Рис. 27. Зависимость
та теплопередачи К
рации СВ экстракта
поверхности нагрева:
1 — медные трубки;

коэффициен-
от концент-
при чистой

3 — из нержавеющей стали

2 — титановые;

той зоны кипения за пределы греющих
труб, что значительно снижает накипеобразованне. Зависимость коэффнци-

ентов теплопередачи от концентрации экстракта с применением различных
материалов трубок приведена на рнс. 27.

С ростом концентрации в экстракте увеличивается количество взвешен-
ных веществ, способных к отложению в виде накипи. Причиной возникнове-
ния очага накипи может быть неровность поверхности трубки. Частица на-
кипи является как бы зародышем формирования накипного пласта, который
постепенно занимает всю накипную зону трубки. Образование даже неболь-
шого слоя накипи на трубке резко снижает теплопроводность и, как след-
ствие, уменьшает скорость циркуляции потока. Поэтому очень важно свое-

временно удалить накипь.

Аппараты с большой скоростью циркуляции, а также аппараты с вы-
носной греющей камерой и принудительной циркуляцией экстракта образуют

меньше накипи.

За рубежом для уваривания кукурузного экстракта широкое распрост-
ранение получили аппараты тонкопленочного испарения с падающим слоем.

Уваривание экстракта можно производить как в однокорпусном вакуум-
аппарате, так и в многокорпусной выпарной установке, причем эффектив-
ность применения последних несравненно выше. На современных предприя-
тиях успешно применяются выпарные пятикорпусные установки, оснащенные
аппаратами с падающей пленкой.

Наибольшие трудности представляет уваривание экстракта от концентра-
ции 35—40 % до конечной —48 %. Хотя при этом испаряется всего 4—6 °/о
всей подлежащей испарению влаги, из-за повышения вязкости уварить такой
экстракт в трубчатых выпарных аппаратах довольно трудно. Для этой цели
целесообразно применять роторные пленочные испарители. Такие испарители,
снабженные системой автоматического регулирования процесса, целесообраз-
но применять для окончательного уваривания экстракта. Для снижения на-
кнпеобразовання перспективно использовать также трубчатые аппараты с
установленными в каждой трубке очищающими вставками.

Выпарную установку с трубчатыми аппаратами лучше компоновать по
схеме трехкорпусной выпарки. На такой установке необходимо непрерывно
уваривать экстракт до концентрации около 35 %• Окончательное уваривание

целесообразно проводить на механически очищаемых выпарных установках:

роторно-пленочных, скребковых и др.

5 Зак. 1970

6S
Уваренный экстракт представляет собой структурообразующую жидкость,
поэтому для сохранения текучести его необходимо при охлаждении переме-
шивать.

Выход СВ эстракта составляет более 6 % к СВ зерна, что составляет
10,5 % экстракта из 1 т товарного зерна.

ГЛАВА 3. ПРОИЗВОДСТВО ПШЕНИЧНОГО
КРАХМАЛА

Зерно пшеницы и пшеничная мука могут успешно исполь-
зоваться в качестве сырья для производства крахмала. Их
применение особенно оправдано для организации производства
крахмалопродуктов в районах, где выращивание других крах-
малоносов ограничено.

Раньше при переработке пшеницы ставилась задача полу-
чения пшеничного крахмала с максимальной утилизацией су-
хих веществ сырья для кормовых целей. В этом случае приме-
нялись технологические схемы, не обеспечивающие сохранения
нативных свойств клейковины, — сернистокислотные, щелочные
и др. Однако в последнее время все более остро возникает не-
обходимость в получении нативной пшеничной клейковины для
пищевых целей. Поэтому технологические разработки последних
лет направлены на создание способов производства, обеспечи-
вающих получение крахмала и клейковины высокого качества
по безотходной технологии.

СЫРЬЕ

Пшеница. Как известно, у нас в стране выращивают пше-
ницы двух основных ботанических видов — твердые и мягкие.
Их зерно различается как внешним видом, так и содержанием
составляющих веществ.

В состав оболочек входят минеральные вещества — 3,5—
4,5 %, гемицеллюлоза и пентозаны — 43—45%, клетчатка —
18—22 %, азотистые вещества — 4,5—4,8 %.

Эндосперм пшеницы состоит из паренхимных клеток, содер-
жащих крахмальные зерна и сетку нерастворимых в воде бел-
ков. В клетках содержатся также водорастворимые белки, уг-
леводы, минеральные вещества. Состав эндосперма пшеничного
зерна, как и других его частей, в значительной степени зависит
от вида и сорта пшеницы и условий произрастания.

Зародыш пшеницы богат белками (33—39 %), однако в нем
содержится относительно небольшое количество жира и жиро-
подобных веществ — 12—19 %.

Соотношение по массе между различными частями зерна
колеблется в довольно широких пределах и зависит от вида
и условий выращивания зерна. В среднем в зерне содержится
79—83 % мучнистой части эндосперма, 2—4 % зародыша, 3—
10 7о алейронового слоя и 8—10 % оболочек.
Целое зерно пшеницы в среднем имеет следующий хими-
ческий состав (в % на абс. СВ):

Углеводы	80

В том числе

крахмал	66,0

клетчатка	2,4

пентозаны	7,4

Белки	15,0

Жиры и липоиды	2,3

Зола	1>92

На долю водорастворимых веществ пшеницы приходится 5—
7 %. Около половины их составляют углеводы, около 25 % —
белковые вещества.

Важным показателем потребительских свойств пшеницы яв«
ляется ее стекловидность, указывающая на структуру эндо'
сперма.

Как известно, по хлебопекарным достоинствам пшеница де-
лится на четыре основные группы: сильная, средняя, слабая и
неполноценная.

В крахмало-паточом производстве может использоваться
пшеница средняя и слабая.

Некондиционная пшеница может применяться для перера-
ботки в крахмало-паточном производстве ограниченно. В зерне,
подвергшемся самосогреванию, возрастает количество микро-
организмов, изменяется химический состав, увеличивается ко-
личество растворимых веществ, растет кислотность, ухудшается
качество клейковины. Применение такой пшеницы и муки из
нее для выработки крахмала затруднено, плохо идет разделе-
ние. Проросшая пшеница тоже плохо поддается переработке.
Вследствие активации ферментной системы зерна при прораста-
нии повышается содержание растворимых веществ, в том числе
сахаров. Из-за действия протеаз и липаз уменьшается выход
клейковины и ухудшаются ее свойства.

Вызывает затруднения переработка зерна, пораженного кло-
пом-черепашкой, который вводит в зерно собственные фермен-
ты, в особенности протеолитические, увеличивающие количест-
во растворимых белков.

Морозобойное и суховейное зерно может применяться для
производства крахмала, однако если поражение произошло ра-
нее восковой спелости, переработка его затрудняется.

Пшеничная мука. В СССР пшеничная мука вырабатывается
пяти основных сортов: крупчатка, высший, I и II сорта и обой-
ная. Мука всех сортов может применяться для производства
крахмала, при этом основную роль играют факторы экономи-
ческой целесообразности и требования к качеству продуктов
производства. Основным показателем, характеризующим ка-
чество муки, является зольность: чем она ниже, тем более ка-
чественна мука.
Предварительно суспензия разбавляется сходами центрифуг
обезвоживания крахмала и выделения крахмала из процессо-
вых вод. Концентрация СВ суспензии, поступающей на ситова-
ние, составляет 10—12%. Затем ее промывают на осадительной
центрифуге, после чего крахмал обезвоживается центрифугиро-
ванием и высушивается в пневматической сушилке.

Клейковинный концентрат после разделения на центрифуге
подается в дозреватель барабанного типа, где выдерживается
10—30 мин, а затем смешивается с верхним сходом центрифуги
промывки крахмала в соотношении 1 : 1 и подается на диспер-
гатор. Кусочки клейковины отделяются в две ступени на дуго-
вом сите, оснащенном колосниковой сеткой со щелями 0,6 мм.
После этого клейковина частично обезвоживается в шнековом
отцеживателе и высушивается в пневматической сушилке, ос-
нащенной специальным дозирующим устройством, с рециркуля-
цией сухой клейковины.

Проход дуговых сит, содержащий крахмал с примесями, по-
дается на центрифугу, где выделяется часть крахмала. Осталь-
ная часть продукта направляется на производство пшеничного
углеводно-белкового сиропа. Из него выделяют кусочки клей-
ковины на отцедочном сите, после чего сироп подвергается на-
греванию до 75—80°C для коагулирования растворимых белков
и разваривания крахмала. В нагретый продукт добавляют
а-амилазу для разжижения, а затем после выделения на сепа-
раторе взвешенных частиц осахаривают крахмал комбиниро-
ванным действием а-амилазы и глюкоамилазы. Получаемый
гидролизат имеет концентрацию СВ 10—12 %, значение декст-
розного эквивалента 55—60%. Этот гидролизат уваривается
в трехкорпусной выпарке до концентрации СВ 72—75 % и ис-
пользуется в производстве пищевых продуктов — хлеба, сладо-
стей, напитков. В его состав входят (в %): углеводы — 90,
жир—1, белок — 7, зола — 2.

Получаемая на предприятии сухая пшеничная клейковина
содержит (в %): влаги — 6, протеинов — 75, липидов —7—8, уг-
леводов — 10, золы — 0,7.

Выделенные на сепараторе взвешенные вещества гидролиза-
та крахмала высушиваются в пневматической сушилке с ре-
циркуляцией продукта. Полученный при этом белковый кон-
центрат содержит (в %): протеинов — около 30, жира — 2, зо-
лы—2 и углеводов — 50 и используется в качестве стабилиза-
тора структуры многих пищевых продуктов.

При переработке по описанному способу зерна пшеницы
выход крахмала составляет 38—48%, клейковины — 7—10%,
сухого белкового концентрата — 4—7 %, углеводно-белкового
сиропа — 16—24%, отрубей 20—24%. Потери СВ пшеницы на
всем цикле производства составляют 1,3—2%.

Такая схема в настоящее время находит применение в раз-
личных странах.
УТИЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВЫХ ВОД

В процессовых водах тестового способа производства крах-
мала концентрация СВ очень низкая—1,5—3%, поэтому ис-
пользовать их довольно трудно. Обычно такие воды могут при-
меняться для дрожжевого производства, для кормовых целей,
орошения земледельческих полей. При использовании суспен-
зионных способов производства концентрация растворимых ве-
ществ в процессовой воде достигает 6—12%, что значительно
облегчает их утилизацию. Одним из наиболее распространен-
ных способов такой утилизации является выпаривание с полу-
чением пшеничного экстракта. Экстракт может использоваться
в хлебопечении, в детском питании, в микробиологической про-
мышленности и для других целей. Иногда пшеничный экстракт
высушивают в распылительной сушилке. Кормовая ценность
уваренных процессовых вод — 0,3 кормовые единицы на 1 кг
20 %-ного уваренного экстракта.

ГЛАВА 4. ПРОИЗВОДСТВО СУХОГО
КРАХМАЛА

Суспензия или сырой крахмал не могут долго храниться,
особенно в теплое время года. Поэтому их сразу направляют
на переработку.

Высушенный и упакованный крахмал хорошо сохраняется,
удобен для транспортировки и использования потребителем.

В производственных условиях в цех сухого крахмала посту-
пает тщательно очищенная водная суспензия крахмала кон-
центрацией 35—42 % СВ. Избыточную влагу при температуре
ниже 40 °C отделяют от зерен крахмала фильтрацией или
центрифугированием, в результате получают сырой крахмал
влажностью 32—38 % •

Методом ядерно-резонансной импульсной спектроскопии при
разных влажности и температуре крахмала зафиксировано три
вида молекул воды, адсорбированных полисахаридами. Молеку-
лы воды с наименьшей подвижностью характерны для кристал-
лических образований в зернах крахмала. Более высокая под-
вижность свойственна для капиллярносвязанной влаги.

Для приготовления крахмала стандартного качества избы-
точную влагу, оставшуюся в крахмале после механического
обезвоживания, удаляют высушиванием.

Крахмал отличается нестабильностью к тепловому воздей-
ствию и легко изменяет физико-химические свойства при интен-
сивной термической обработке. В связи с этим сушильные уста-
новки должны работать так, чтобы получать крахмал требуе-
мой влажности без перегрева зерен крахмала. Чем выше тем-
пература нагревания, тем сильнее меняются свойства крахмала.
При нагревании выше 50 °C и наличии влаги происходит необ-
ратимое набухание зерен крахмала и возможна их частичная
клейстеризация, при температуре 80°C зерна картофельного
крахмала утрачивают блеск. Даже незначительное термическое
воздействие (45—50 °C) сопровождается некоторым снижением
вязкости клейстера крахмала.

Сухой крахмал гигроскопичен. Пересушенный крахмал при
хранении поглощает влагу из воздуха. Равновесной влажностью
для сухого кукурузного и картофельного крахмала, устойчиво
сохраняющейся при относительной влажности 65—75 %, явля-
ется 13 и 20 %. При сушке стремятся обеспечить остаточное со-
держание влаги в крахмале, соответствующее равновесной.
Пересушивание ведет, по существу, к напрасной затрате теплоты
на удаление влаги, недосушивание снижает устойчивость крах-
мала при хранении. Высушенный крахмал подвергают дополни-
тельной обработке с целью доведения его до товарного вида.

Производство сухого крахмала включает следующие этапы:
подготовка суспензии крахмала к механическому удалению из-
быточной влаги; механическое удаление свободной влаги;

очистка крахмала от примесей;

взвешивание и упаковка крахмала.

Сырьем для производства сухого крахмала является хорошо
очищенная суспензия крахмала, по показателям качества обес-
печивающая выпуск соответствующей требованиям стандартов
готовой продукции.

Очищенный крахмал, поступающий в производство сухого
крахмала, должен иметь следующие показатели (в % к СВ
крахмала):

	Кукурузный	Картофельный I сорта	
		марки А	марки Б
Влажность, %, не более	—	40	52
Азотистые вещества, %, не более	0,8	—-	—
Растворимые вещества, %, не более	0,1	—	—
в том числе белковые	0,01	—	——
Мезга мелкая, %, не более	0,05	0,12	0,15
Зола, %, не более	0,15	0,35	0,35
Экстрагируемый жир, %, не более	0,15	—	—
Кислотность суспензии, мл 0,1 н. раство-	20	12	25
ра NaOH на 100 г СВ крахмала, ие более			

Используемый для производства сухого крахмала сырой
картофельный крахмал обычно пониженного качества, поэтому
перед высушиванием его подвергают дополнительной тщатель-
ной очистке.

Высокое содержание белка в исходном крахмале является
результатом плохой работы сепараторной станции цеха сырого
кукурузного крахмала. Повышение кислотности крахмала
поступающего на высушивание, свидетельствует о недостаточ-
ной его промывке или о нарастании кислотности при хранении
сырого крахмала или суспензии как следствие активизации
микробиологических процессов.
Недостаточная очистка исходного крахмала затрудняет про-
цесс удаления свободной влаги на вакуум-фильтрах или осу-
шающих центрифугах, так как при работе оборудования быстро
загрязняется ткань, повышается влажность крахмала.

При подготовке крахмальной суспензии необходимо следить
не только за чистотой крахмала, но и за концентрацией диокси-
да серы в ней, задерживающего развитие микрофлоры. Кон-
центрация SO2 в суспензии должна быть не ниже 0,03%, а при
хранении ее в течение 4—8 ч — 0,04—0,05 %.

ОТДЕЛЕНИЕ ИЗБЫТКА СВОБОДНОЙ ВЛАГИ

Избыточную влагу суспензии отделяют от крахмала фильт-
рацией на вакуум-фильтрах или на осушающих центрифугах.
Оба метода обеспечивают непрерывный процесс работы. На
вакуум-фильтрах обычно обезвоживают картофельный крахмал,
реже —кукурузный, на центрифугах — кукурузный и карто-
фельный.

На скорость фильтрации суспензии крахмала на вакуум-
фильтрах кроме ее качества влияет и ряд других факторов, ос-
новными из которых являются:

давление при фильтрации, зависящее от величины остаточ-
ного давления под фильтрующей перегородкой;

вид и состояние фильтрующей перегородки;
продолжительность фильтрации.

Чем концентрированнее суспензия крахмала, тем меньше
влаги приходится отделять фильтрацией. В связи с этим для
повышения производительности вакуум-фильтров поддержива-
ют концентрацию суспензии крахмала 38—40 % СВ.

Повышение температуры крахмальной суспензии увеличива-
ет скорость фильтрации и снижает содержание влаги в осадке
крахмала. Обычно температура суспензии не превышает 40 °C.

Наличие сернистой кислоты в суспензии способствует уве-
личению срока работы фильтровальной перегородки, повышает
производительность установки.

Зависимость скорости фильтрации w от перепада давления
Др можно выразить уравнением w — hp/R, где R— сопротивле-
ние фильтрующей перегородки и слоя.

С другой стороны, скорость фильтрации может быть определе-
на как количество жидкости v, проходящей через фильтрующую
перегородку F за время т по формуле w = v]Fx, следовательно,
&p/R = v/Fx, a v=ApFx/R, т. е. количество фильтрата пропор-
ционально перепаду давления, поверхности фильтрации и про-
должительности процесса и обратно пропорционально сопротив-
лению фильтрации. Последний показатель зависит от свойств
материала перегородки и крахмального осадка: от размера и
конфигурации отверстий в перегородке, размера и формы час-
тиц, плотности и толщины осадка крахмала, а также от вяз-
кости жидкой фазы. Плотность крахмального осадка, получае-
мбго при фильтрации, в значительной степени обусловлена ви-
дом обрабатываемого крахмала.

Анализ приведенного выше уравнения показывает, что мак-
симальный эффект работы вакуум-фильтров может быть до-
стигнут при минимальном остаточном давлении (34—35 кПа),
что возможно при хорошей работе вакуум-насосов и отсутст-
вии подсосов на вакуумных трубопроводах.

Поверхность фильтрации на вакуум-фильтрах является по-
стоянным показателем. Однако эффективность их работы за-
висит от ряда факторов: подбора ткани, ее чистоты, затрат
времени на замену фильтровального полотна. Хлопчатобумаж-
ные полотна заменяют на вакуум-фильтрах примерно 1 раз в
сутки, полотна из синтетической пряжи при правильном режи-
I ме эксплуатации — 1 раз в месяц.

Регенерацию фильтровального полотна производят путем
замачивания в теплом растворе 1 %-ной соляной кислоты или
в 0,5 %-ном растворе гидроксида натрия и последующей стирки
в чистой теплой воде.

Толщина крахмального осадка на полотне и степень его обез-
воживания зависят также от продолжительности нахождения
крахмала на барабане фильтра. Обезвоживающие вакуум-
фильтры имеют обычно небольшой угол погружения барабана
в суспензию крахмала, что увеличивает время удаления влаги
из осадка крахмала. Последний эффект может быть достигнут
за счет снижения частоты вращения барабана вакуум-фильтра.
К этой мере прибегают при фильтрации крахмалов, образую-
щих плотные осадки с высоким сопротивлением фильтрации:
кукурузного, пшеничного, рисового. Снижение частоты враще-
ния увеличивает содержание сухих веществ крахмала в осадке,
что позволяет снизить затраты тепла на его высушивание. Не-
обходимо учитывать, что снижение частоты вращения барабана
приводит к снижению производительности фильтра.

При эксплуатации вакуум-фильтров ножом снимают только
верхний, более обезвоженный, слой крахмала. Таким образом,
фильтрующей перегородкой здесь является не только полотно,
но и слой осадка крахмала. При длительной работе фильтра
возможно загрязнение этого слоя примесями крахмала и ухуд-
шение фильтрации. В связи с этим некоторые вакуум-фильтры
кроме ножа для снятия верхнего слоя крахмала оснащают спе-
циальным ножевым устройством для регенерации фильтрующе-
i	го слоя крахмала, позволяющим периодически по участкам

снимать более толстый слой осадка и таким образом обновлять
||	фильтрующий слой.

При обезвоживании крахмала промывку его на вакуум-
фильтрах и центрифугах не производят. Фильтрат возвращают
в производство, что позволяет избежать потерь крахмала как
в период образования фильтрующего слоя, так и при случайном
прорыве полотна.

Влажность сырого картофельного крахмала после вакуум-
фильтров составляет примерно 38 %. Производительность иХ
при обезвоживании крахмала составляет около 300 кг СВ
крахмала с 1 м2 в час.

Широкое распространение получили осушающие центрифу-
ги типа ФГН (фильтрующие горизонтальные непрерывнодей-
ствующие). Машины этого типа являются периодически дейст-
вующими, но оснащены автоматическим управлением всех опе-
раций в соответствии с рабочим циклом, который включает:
наполнение барабана, работа с переливом части суспензии,
обезвоживание, выгрузка.

При центробежном обезвоживании жидкая фаза суспензии
под действием поля центробежных сил проходит через фильтру-
ющую перегородку перфорированного ротора центрифуги и слой
осадка крахмала, а крахмал задерживается на них. При обез-
воживании осадок уплотняется и из него удаляется свободная
влага, а также влага, удерживаемая молекулярными силами в
местах соприкосновения зерен крахмала.

Применение центробежного обезвоживания особенно эффек-
тивно в производстве сухого крахмала, так как позволяет по-
лучить сырой крахмал наименьшей влажности.

Производительность центрифуги, как и вакуум-фильтра, бу-
дет зависеть от качества суспензии, вида и состояния фильтрую-
щей перегородки и выбранного режима работы машины.

При обезвоживании крахмала существенно повышают эф-
фективность центрифугирования, работая с «переливом» части
суспензии крахмала через борт барабана. Перелив суспензии
начинается при полном заполнении барабана осадком и суспен-
зией и продолжается до окончательного заполнения барабана
осадком чистого крахмала. При центрифугировании на поверх-
ность осадка крахмала вытесняются такие примеси, как белок,
мезга. Некоторый избыток суспензии, подаваемый в центрифу-
гу, смывает эти примеси с поверхности осадка, что повышает
чистоту крахмала. Работа с переливом особенно необходима
при выработке кукурузного крахмала. Кроме улучшения ка-
чества крахмала работа с переливом позволяет существенно
увеличить производительность центрифуги, так как в этом слу-
чае емкость барабана используется полностью при незначи-
тельном увеличении продолжительности цикла работы.

Для повышения производительности центрифуги целесооб-
разно поддерживать концентрацию крахмальной суспензии, по-
ступающей на фильтрацию, 40—42 % СВ.

Центрифуги типа ФГН оснащают фильтровальными нержа-
веющими сетками № 120, 90 и 56 (чем выше номер сетки, тем
меньше отверстия в ней). С сеткой № 120 центрифуги работают
более устойчиво, однако такая сетка быстро зарабатывается,
и ее необходимо регенерировать 1 раз в сутки. При работе на
сетке № 56 в начале загрузки возможно размывание фильтрую-
щего слоя осадка крахмала, что вызывает нарушение балан-
сировки ротора и появление вибрации. Работа на такой сетке
Операция	Продолжительность операции (вс) для центрифуг		
	ФГН-903-К1	ФГН-1251-К1	АГ-1801-К1
Наполнение барабана	30	60	90
Работа с переливом	30	60	60
Обезвоживание	120	120	180
Выгрузка	60	|90	150
Итого	240	330	480

возможна при повышенной концентрации суспензии и равномер-
ном нанесении ее (по всей ширине питающей щели) на фильт-
рующую поверхность. В этом случае регенерацию сетки осу-
ществляют 1 раз в 5—10 сут.

На некоторых заводах в центрифугах ФГН в качестве фильт-
трующей перегородки используют различные ткани. Регенера-
цию их производят 1 раз в смену.

При обезвоживании суспензии крахмала высокого качества
и работе с переливом может быть использован режим работы
центрифуг, приведенный в табл. 3.

Влажность сырого картофельного крахмала после центрифу-
гирования 37—39 %, кукурузного — 34—36 %.

СУШКА КРАХМАЛА

Сырой крахмал после центрифугирования содержит значи-
тельное количество свободной и связанной влаги. Удаление из-
быточной влаги крахмала до ее равновесного содержания про-
изводят высушиванием.

Сушка крахмала является сложным технологическим тепло-
массообменным процессом, который должен обеспечить ста-
билизацию свойств готового продукта при длительном хранении.
Этот процесс относится к гетерогенным, так как в нем участ-
вуют вещества, находящиеся в твердой, жидкой и газообразной
форме с развитыми поверхностями раздела. Интенсификация
процессов тепло- и массообмена в процессе сушки обычно до-
стигается путем диспергирования высушиваемого материала, так
как скорость высушивания пропорциональна площади поверх-
ности раздела фаз.

Зерна крахмала представляют собой капиллярно-пористые
тела размером от 2 до 150 мкм. Развитая поверхность крахмала
и небольшой размер зерен облегчают его высушивание. Сырой
крахмал из центрифуг выгружают с помощью ножей в виде сы-
рого порошка, слипающегося при сжатии. При получении обез-
воженного крахмала с нормативной влажностью перемешива-
ние его обеспечивает сохранение сырого крахмала в порошко-
образном виде, что облегчает его высушивание.
В процессе сушки сначала происходит удаление свободной
влаги, затем влага перемещается из центра зерен к их поверх-
ности, после чего переходит в сушильный агент (нагретый воз-
дух) , который уносит влагу из сушилки.

Перемещение влаги в зернах крахмала относится к диффу-
зионным процессам, движущей силой которых является разность
концентрации влаги в глубине зерен и на их поверхности. Так
как с поверхности зерен крахмала влага испаряется, в глубине
их концентрация влаги больше, чем на поверхности.

Количество перемещаемой влаги за счет разности ее кон-
центрации может быть определено по формуле

Gal=feMCT/6,

где Gw — количество влаги, прошедшей через поверхность F, кг; h — коэф-
фициент диффузии влаги; ДС — разность концентраций влаги в глубине зе-
рен крахмала и на их поверхности, кг/кг; т — продолжительность сушки, с;
6 — толщина слоя, через который происходит диффузия влаги, м.

Влага в крахмале может перемещаться как в виде жидко-
сти, так и в виде пара. На поверхности зерен крахмала пар
образует пограничный паро-воздушный слой. Этот слой нахо-
дится в равновесии с влагой крахмала и насыщен водой при
температуре зерен крахмала. Из поверхностной пленки водя-
ной пар диффундирует в окружающий воздух. Скорость сушки
зависит от скорости диффузии влаги внутри зерен крахмала и
от скорости удаления влаги с их поверхности, следовательно,
скорость сушки зависит от структуры и свойств крахмала и от
условий его сушки.

Изменение содержания влаги в крахмале в разные периоды
сушки протекает с различной скоростью. В начале процесса
сушки одновременно с удалением влаги происходит прогревание
материала. Скорость сушки в это непродолжительное время не-
постоянна, она постепенно возрастает до некоторого опреде-
ленного значения. В последующий первый период сушки удаля-
ется свободная влага, как поверхностная, так и капиллярная.
В это время высушивание протекает с постоянной скоростью.
Во втором периоде сушки происходит удаление связанной воды.
Скорость сушки постепенно падает, а содержание влаги в крах-
мале приближается к равновесному значению. Удаление ос-
новной части влаги (60%) при сушке крахмала в пневмати-
ческих сушилках происходит в начале сушки.

Пневматические сушилки широко используют как в СССР,
так и за рубежом. В основу работы сушилок такого типа по-
ложен 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 ско-
рость движения этой смеси принимают 14—20 м/с. При такой
скорости движения смеси сушка крахмала длится доли секунды,
т. е. происходит почти мгновенно. Высокая скорость сушки по-
Рис. 31. Изменение температуры воз-
духа (/), крахмала (2) и темпера-
туры мокрого термометра (3) по
длине сушильного тракта

Рис. 32. Взаимосвязь влажности вы-
сушенного кукурузного крахмала и
температуры на выходе из сушилки

зволяет применить в пневматических сушилках воздух высокой
температуры, не опасаясь перегрева крахмала.

Пневматическая сушилка включает механизм разрыхления
сырого крахмала, калорифер для подогревания воздуха, су-
шильную трубу, циклоны для разделения крахмала и паро-
воздушной смеси, вентилятор. Вентилятор может быть установ-
лен либо до циклонов, либо после них. Преимуществом установ-
ки вентилятора перед циклоном является то, что в этом случае
появляется возможность лучшего контакта между воздухом
и продуктом и измельчения комков. Однако установка вентиля-
тора до циклонов повышает потребность в энергии на 10 % по
сравнению с установкой его после них.

Изменение температуры воздуха и крахмала по длине су-
шильного тракта пневматической сушилки показано в виде со-
ответствующих кривых зависимости на рис. 31. После начала
введения в сушилку влажного крахмала температура сухого
термометра интенсивно падает, после чего она приближается к
некоторому постоянному значению. Температура крахмала в
это время быстро растет и достигает температуры влажного
термометра, после чего некоторое время она не изменяется.
В этот период происходит удаление свободной поверхностной
влаги. При дальнейшем пребывании крахмала в сушилке тем-
пература его медленно повышается и стремится к постоянному
значению, асимптотически приближаясь к температуре воздуха
по сухому термометру.

Конечная влажность высушенного крахмала взаимосвязана
с температурой воздуха, уходящего из сушилки. Расчетные зна-
чения конечной влажности сухого крахмала в зависимости от
температуры воздуха, отводимого из пневматической сушилки,
представлены в виде кривой взаимной зависимости этих пока-
зателей на рис. 32.

Для получения крахмала влажностью 12,5—13 % темпера-
тура уходящего из сушилки продукта должна быть 50—48 °C.
Получение крахмала пониженной влажности требует повыше-
ния температуры продукта на выходе из сушилки. Так, при
влажности крахмала 7,5 % температура продукта после сушил-
ки должна быть 68 °C. Для крахмала влажностью 5 % темпера-
тура уходящего воздуха должна быть 85 °C. Часть такого воз-
духа возвращают в калорифер и после подогрева используют
повторно.

В качестве сушильного агента при сушке крахмала в пнев-
матических сушилках используют воздух, нагретый в паровых
или газовых калориферах. В отдельных случаях, в частности
при производстве крахмала для технических целей и использо-
вании в качестве топлива природного газа, сушильным агентом
может служить топочный газ. Особенности конструкции и ра-
боты пневматических сушилок, их автоматизация позволяют
применять для сушки воздух, нагретый до высоких температур.
Обычно при использовании паровых калориферов температура
сушильного агента составляет 140—150 °C. Применение для по-
догрева воздуха газовых калориферов или использование то-
почных газов позволяет повысить температуру сушильного аген-
та до максимального безопасного значения — 204 °C.

Разделение сухого крахмала и воздушно-паровой смеси про-
изводят в циклонах, окончательную очистку воздуха от крах-
мала осуществляют мокрым способом в скрубберах.

Высушенный крахмал может содержать некоторое количест-
во крупки, образующейся в основном при переработке недобро-
качественного сырья или при перегреве сырого крахмала, по-
этому крахмал подвергают очистке просеиванием в буратах или
на плоских рассевах. Картофельный крахмал просеивают на
ситах, оснащенных капроновой тканью № 55, кукурузный крах-
мал— на ткани № 50—60.

Крахмальную крупку, отделенную на ситах, размешивают в
воде, объединяют с фильтратом и переливом с центрифуг и сус-
пензией из скрубберов и направляют в производство сырого
крахмала для очистки и утилизации. Просеянный крахмал пнев-
мотранспортом направляют в бункера или силосные банки, а
из них — в упаковочное отделение.
ЧАСТЬ II

ПРОИЗВОДСТВО МОДИФИЦИРОВАННЫХ
КРАХМАЛОВ

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЯ КРАХМАЛА,
ГИДРОЛИЗОВАННОГО КИСЛОТОЙ

Реакцию кислотного гидролиза крахмала широко использу-
ют при производстве особой группы модифицированных крахма-
лов— расщепленных, или «жидкокипящих». Они образуют
клейстеры, которые имеют низкую вязкость при высоком содер-
жании СВ. Такие клейстеры используются при проведении раз-
личных технологических операций в текстильной, целлюлозно-
бумажной, пищевой и других отраслях промышленности.

По внешнему виду зерна модифицированного кислотой крах-
мала не отличаются от зерен нативного и имеют рентгеновские
спектры с более четко выраженной кристалличностью.

Основной химической реакцией производства крахмала, мо-
дифицированного кислотой, является расщепление полисахарид-
ных цепей по а-1,4-связям. Кислота в данном случае является
катализатором, ускоряющим данный химический процесс.

Возможность протекания этой реакции обусловлена наличи-
ем в полисахаридных цепях крахмала замещенной полуаце-
тильной гидроксидной группы. Специфичным свойством этого
гидроксида является высокая способность к нуклеофильному
замещению. Это свойство связано с индукционным эффектом
кислородного атома пиранозного кольца, повышающим элект-
ронную плотность на глюкозидном Ci-атоме углерода и облег-
чающим образование переходного состояния при нуклеофиль-
ных реакциях. Механизм гидролиза глюкозидов до сих пор
окончательно не установлен. С большинством эксперименталь-
ных данных хорошо согласуется схема реакции, приведенная
на рис. 33. Первой, быстрой, стадией является протонирование
глюкозидного атома кислорода с образованием оксониевого
иона (I). На второй, медленной, стадии гидролиза, определяю-
щей суммарную скорость реакции, происходит диссоциация
оксониевого иона с образованием глюкозил-катиона (II). По-
следний быстро реагирует с водой, что приводит к расщепле-
нию глюкозила и образованию двух сахаридов.

На скорость протекания первой и второй стадий реакции
оказывает влияние ряд факторов: концентрация кислоты, тем-
пература реакции, вид гидролизуемого крахмала, особенности
структуры и строения полисахаридных компонентов крахмала,
его зерен. Эти же факторы оказывают влияние на степень гид-
ролиза крахмала, которая вызывает, например, увеличение его
86
Рис. 33. Механизм реакции кислотного гидролиаа глюкозидов

редуцирующей способности и снижение вязкости дисперсии.
На степень гидролиза крахмала существенное влияние оказы-
вает продолжительность кислотной обработки.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КИСЛОТОЙ
КРАХМАЛОВ

Модифицированные кислотой крахмалы приготовляют в за-
водских условиях с применением соляной или серной кислоты
при температуре суспензии ниже температуры клейстеризации
крахмала. В качестве исходного сырья используют хорошо очи-
щенный крахмал, так как примеси (мезга, белок и т. п.) сущест-
венно влияют на реологические свойства крахмала.

Для производства пищевых модифицированных крахмалов
используют химические реагенты с четко ограниченным содер-
жанием примесей, которые могут быть сорбированы крахмалом
и отразиться на его качестве. Для приготовления технических
модифицированных крахмалов требования к качеству вспомо-
гательных химических материалов могут быть снижены.

Технологическая схема производства модифицированных кис-
лотой крахмалов включает следующие операции: подготовка
суспензии крахмала, ее подогрев, введение кислоты в суспензию,
обработка крахмала кислотой, отделение или нейтрализация
кислоты, промывание крахмала, механическое обезвоживание
и высушивание.

В производственных условиях для приготовления модифици-
рованного кислотой крахмала используют либо сухой привозной
крахмал, либо суспензию крахмала, вырабатываемого непосред-
ственно на заводе. И в том, и в другом случае крахмал должен
соответствовать требованиям, предъявляемым к высшим сортам
этого продукта, и не содержать механических примесей — воло-
кон, шпагата от мешков и т. п. Концентрация суспензии крах-
мала должна быть 40—42 %.

Суспензию крахмала подогревают в теплообменнике при ин-
тенсивном перемешивании. Для нагрева используют горячую воду
температурой не выше 80 °C. В качестве теплообменников ис-
пользуют аппараты с мешалками и рубашкой или змеевиком,
оснащенные приборами для автоматического поддержания тем-
пературы суспензии.

Подогретую суспензию направляют в реактор, изготовленный
из кислотостойкого материала, периодического или непрерывно-
го действия, имеющий перемешивающее устройство и рубашку
для горячей воды, что обеспечивает поддержание заданной тем-
пературы процесса во время реакции. В зависимости от вида
вырабатываемого модифицированного крахмала устанавливает-
ся определенная температура кислотной обработки. Так, обра-
ботку картофельного крахмала серной кислотой при производ-
стве «растворимого» крахмала проводят при комнатной темпера-
туре в течение 10—20 сут, а кукурузного крахмала для аппре-
тирования ткани — при температуре 45°С в течение 1—1,5 ч.

Дозирование кислоты для подкисления суспензии осущест-
вляют с помощью мерника с мерным стеклом либо (при проведе-
нии непрерывного процесса модификации) через калиброванное
отверстие. В производстве должны быть созданы условия для
эффективного быстрого смешивания кислоты и суспензии крах-
мала. После подкисления суспензию выдерживают определенное
время при заданной температуре.

При высоком расходе кислоты (обычно он составляет 1—3 °/о
к крахмалу) целесообразно после завершения кислотной обра-
ботки отделить жидкую фазу, содержащую кислоту, и вернуть
ее в производство для приготовления суспензии крахмала. Отде-
ление кислой жидкой фазы от крахмала может быть осуществле-
но на кислотостойких центрифугах или вакуум-фильтрах. Ту
часть кислоты, которая остается в сыром крахмале после разве-
дения осадка водой, нейтрализуют до pH 5,5—6,5 разбавленным
раствором гидроксида натрия или кальцинированной соды.

Промывание крахмала может быть осуществлено путем об-
работки суспензии крахмала на гидроциклонах, осадительных
центрифугах или на другом оборудовании. При этом должно
быть предусмотрено противоточное использование свежей воды.
Жидкие сходы, полученные при промывании и не содержащие
крахмала, используют на производственные нужды или направ-
ляют на очистные сооружения.

Очищенный крахмал обезвоживают на осушающих центри-
фугах и направляют в пневматические сушилки. Фильтрат и
перелив с осушающих центрифуг возвращают в производство.

Высушенный крахмал просеивают в буратах, оснащенных
капроновым ситом № 55—58, и упаковывают в мешки.

Выработанный модифицированный крахмал по качественным
показателям должен соответствовать требованиям соответству-
ющих технических условий, одним из обязательных показателей
при этом является вязкость клейстера. При производстве раст-
воримого картофельного крахмала в результате деструк-
ции уменьшается размер полисахаридов и их молекулярная мас-
са, а редуцирующая способность возрастает в 4—12 раз.

В результате измерения осмотического давления растворов
такого крахмала установлено, что его молекулярная масса рав-
на 45 000—50 000.

При незначительной степени гидролиза кукурузного крахма-
ла температура его клейстеризации не изменяется. С увеличе-
нием степени деструкции крахмала температура его клей-
стеризации несколько возрастает. Это свидетельствует о повы-
шенной упорядоченности структуры трудногидролизуемой части
зерен крахмала.

Текучесть щелочных дисперсий крахмала — условный пока-
затель, характеризующий вязкостные свойства. Его определяют,
измеряя объем клейстера в миллилитрах, вытекающего из во-
ронки через калиброванное отверстие, за то же время, за кото-
рое из нее вытекает 100 мл воды, обычно за 70 с при 20 °C.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС КИСЛОТНОЙ
МОДИФИКАЦИИ КРАХМАЛА

Влияние концентрации и вида кислоты на скорость гидролиза крахмала.
Каталитическим действием при кислотном гидролизе полисахаридов облада-
ют ионы водорода. Чем выше их концентрация в системе, тем больше ско-
рость гидролиза крахмала. В связи с этим при проведении этой реакции
используют сильные кислоты, имеющие высокую степень диссоциации в вод-
ных растворах, обычно соляную кислоту.

Каталитическая активность 0,02 н. растворов кислот серной и щавеле-
вой при температуре 135 °C составляет соответственно 50,35 и 20,42 % по
сравнению с соляной кислотой, активность которой принята за 100 %.

Как известно, каталитическое действие кислот пропорционально не
общей концентрации водородных ионов, а концентрации только их активной
части.

При температуре 100 °C константа скорости гидролиза крахмала по
В. А. Смирнову выражается уравнением К=0,569—1,072 pH.

Изменения констант скорости кислотного гидролиза растворимого кар-
тофельного крахмала в зависимости от температуры (65,3; 75,7 и 85,3 °C) и
концентрации кислоты (0,0123; 0,123 и 1,23 н. раствор НС1) изучены Я. Сцейт-
ли (ВНР). При этом также установлено, что между константой скорости
гидролиза крахмала и pH нет линейной зависимости. Эта константа в ин-
тервале температур 65—100 °C пропорциональна активности ионов водорода,
измеренной при комнатной температуре, в степени 1.071, Физический смысл
этой так называемой константы g еще недостаточно изучен.

Во ВНИИ крахмалопродуктов изучено влияние концентрации соляной
кислоты в жидкой фазе на изменение вязкости клейстеров кукурузного (обыч-
ного и амилопектинового), пшеничного и картофельного крахмалов, а также
на накопление продуктов гидролиза крахмала в жидкой фазе. Крахмалы об-
рабатывали при температуре 50 °C в термостате с постоянным перемешивани-
ем. Концентрацию соляной кислоты в жидкой фазе изменяли в пределах
0,4—1,0 н., продолжительность гидролиза — до 12 ч. Результаты этих иссле-
дований показаны на рис. 34 в виде зависимости характеристической вязкости
(мл/г) от концентрации кислоты при продолжительности гидролиза крахма-
ла 2 и 6 ч. С ростом концентрации кислоты почти пропорционально снижа-
ется вязкость клейстеров модифицированного картофельного крахмала. У ку-
курузного и пшеничного крахмала отмечено в начале роста концентрации
кислоты замедленное, а затем интенсивное снижение вязкости клейстеров
модифицированных крахмалов, у кукурузного амилопектинового — наоборот,
что обусловлено главным образом структурной особенностью зерен этих ви-
дов крахмала (амилопектиновый крахмал не содержит амилозы), а также
различиями в технологии их производства.

Влияние концентрации кислоты при модификации разных видов крахмала
на накопление в жидкой фазе СВ (% к исходному сырью) показано на
рис. 35.

Для всех видов крахмала характерно почти пропорциональное увели-
чение содержания СВ в жидкой фазе с ростом концентрации кислоты. Зер-
Рнс. 34. Влияние концентрации кис- Рис. 35. Влияние концентрации соля-
поты на характеристическую	вяз-	ной	кислоты на накопление в жид-
кость крахмала:	кой	фазе сухих веществ	крахмала:

1 и I' — картофельного; 2 и 2' — кукуруз-	1 и	Г — картофельного; 2 и	2' — кукуруз-
ного; 3 и 3' — пшеничного; 4	и 4’	—	кого; 3 и 3' — пшеничного;	4 н 4’ —

амилопектинового кукурузного (обработ- амилопектинового (обработка соответ-
ка соответственно 2 и 6 ч)	ственно 2 и 6 ч)

новой крахмал менее устойчив к действию кислоты по сравнению с кар-
тофельным, что обусловлено наличием в структуре последнего фосфатных
групп, препятствующих изменению pH суспензий полисахаридов крахмала.

Зависимость растворимости у зернового крахмала при кислотной обра-
ботке от концентрации кислоты имеет одинаковый характер. Показатели
растворимости кукурузного (обычного и амилопектинового) н пшеничного
крахмала при разной концентрации кислоты близки, особенно при продол-
жительности обработки 6 ч. В зависимости от условий обработки в жидкой
фазе накапливаются продукты деполимеризации полисахаридов крахмала.
Поскольку гидролиз глюкозидных связей протекает хаотично, в жидкой фа-
зе при кислотной модификации крахмала накапливаются различные углево-
ды — от моноз до высокомолекулярных декстринов.

Это обстоятельство необходимо учитывать при организации производства
модифицированных кислотой крахмалов. При достаточно высоком содержа-
нии продуктов гидролиза крахмала в жидкой фазе на предприятии должна
быть организована их утилизация либо для производства патоки и глюкозы,
либо вместе с экстрактом для приготовления кормов.

Влияние температуры. При повышении температуры скорость гидролиза
крахмала возрастает. Влияние температуры на скорость химической реакции
в узком интервале температур характеризуют величиной температурного ко-
эффициента скорости реакции у. Температурным коэффициентом скорости
реакции называют отношение констант скорости реакции при двух темпера-
турах, различающихся на 10 град.,

Т = ^+ю/^О

где Ki+io — константа при температуре (f+10) °C; Kt—то же, при темпера-
туре t, °C.

Повышение температуры многих химических реакций в растворах на
10 град, вызывает ускорение скорости реакции в 2—4 раза (правило Вант —
Гоффа). Для кислотного гидролиза крахмала, по данным В. А. Смирнова,
у=2,69.

Влияние температуры реакции на изменение характеристической вязко-
сти обработанного кислотой амилопектинового кукурузного крахмала (про-
Рис. 36. Влияние температуры реак-
ции на характеристическую вязкость
дисперсий модифицированного кис-
лотой амилопектинового крахмала
при продолжительности обработки
2 ч (/) и 6 ч (2)

Рис. 37. Влияние температуры реак-
ции на накопление в жидкой фазе
сухих веществ амилопектинового
крахмала при продолжительности об-
работки 2 ч (/) и 6 ч (2)

должительность обработки 2 и 6 ч, концентрация НС1 в жидкой фазе 0,6 н.)
показано на рис. 36.

При увеличении температуры обработки от 30 до 50 °C характеристичес-
каи вязкость клейстеров снижается почти пропорционально росту температу-
ры реакции модификации крахмала, а при дальнейшем увеличении до 60 °C
уменьшение вязкости замедляется. Последнее, вероятно, обусловлено тем, что
на определенном этапе роста температуры обработки при одной и той же
концентрации кислоты и продолжительности гидролиза завершается деструк-
ция легкогидролизуемой (аморфной) части зерен крахмалов. Оставшаяся
часть зерен труднее подвергается гидролизу, и рост температуры до 60 °C
почти не влияет на повышение скорости деструкции полисахаридов.

На рис. 37 показана зависимость накопления в жидкой фазе СВ крахма-
ла от температуры кислотной обработки амилопектинового крахмала (условия
модификации приведены выше). Здесь также при повышении температуры
от 30 до 50 °C наблюдается почти пропорциональное увеличение количества
сухих веществ крахмала, перешедшее в раствор, однако при дальнейшем
росте температуры до 60 °C растворимость крахмала при обработке резко
возрастает, особенно при продолжительности реакции более 2 ч. В раствор
при этом переходит легкогидролизуемая аморфная часть зерен крахмала,
а в зернах остается часть крахмала с более упорядоченной структурой поли-
сахаридов.

Существенное повышение растворимости крахмала при его кислотной
модификации в интервале температуры 50—60 °C необходимо учитывать при
проведении процесса в производственных условиях. Целесообразно поддержи-
вать температуру реакции на уровне 45 °C.

Влияние продолжительности обработки. Продолжительность реакции
кислотной модификации крахмала — один из главных параметров техноло-
гического процесса, определяющих качество конечного продукта. Увеличение
длительности обработки крахмала повышает степень его гидролиза, что от-
ражается на реологических свойствах крахмальных клейстеров, их вязкости
и способности к студнеобразованию. Изменение характеристической вязкости
клейстеров обработанных кислотой кукурузного, пшеничного и картофельного
Рис. 38. Влияние продолжительности
реакции на изменение характеристи-
ческой вязкости крахмалов при кон-
центрации НС1 0,4 н. и иа накопле-
ние сухих веществ в жидкой фазе
при концентрации НС1 0,4 и 0,8 н.
для крахмала:

1, 1' и 1" — картофельного; 2, 2' и 2" —
кукурузного; 3, 3' и 3" — пшеничного

видов крахмала в зависимости от
продолжительности обработки
имеет примерно одинаковую зако-
номерность (рис. 38, темпера-
тура 50 °C).

В начальный период обработ-
ки (до 4 ч) характеристическая
вязкость модифицированных крах-
малов быстро снижается, а затем
с ростом продолжительности об-
работки до 12 ч имеет место мед-
ленное снижение вязкости.
Наличие двух этапов в изме-
нении свойств обработанного ки-
слотой крахмала также обуслов-
лено тем, что на первом этапе
происходит быстрое расщепление
аморфной части. При продолжи-
тельности обработки крахмала до
4 ч и температуре не выше 50 °C

в раствор переходит незначитель-
ная часть СВ. Расщепленные по-
лисахариды остаются в зернах и
в процессе приготовления клей-
стера переходят в раствор, су-
щественно снижая вязкость по-
лученной дисперсии.

С увеличением продолжи-
тельности обработки более интен-
сивному гидролизу подвержены
оставшиеся полисахариды аморф-
ной части зерен крахмала. Сни-

жение молекулярной массы спо-
собствует переходу их в растворимое состояние, а в зернах крахмала остаются
фрагменты с упорядоченной структурой и повышенной устойчивостью к дей-
ствию кислоты. В процессе приготовления модифицированного крахмала жид-
кую фазу удаляют, а крахмал промыьают водой, что обеспечивает удаление
низкомолекулярных полисахаридов. Часть зерен крахмала, оставшаяся после
кислотной обработки в интервале 4—12 ч, образует клейстеры, медленно из-
меняющие свойства с увеличением продолжительности реакции.

При организации производства модифицированного кислотой крахмала
необходимо подбирать такие параметры процесса, когда изменение их, в част-

ности некоторое увеличение или уменьшение продолжительности реакции.

незначительно влияет на основные показатели готового продукта.

ПРИМЕНЕНИЕ КРАХМАЛОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ
КИСЛОТОЙ

Крахмал из различных видов зерна, модифицированный кислотой, при-
меняют в пищевой промышленности для производства желейных конфет.
Горячие клейстеры такого крахмала, даже концентрированные, являются
жидкими, а при охлаждении затвердевают, образуя эластичные студни. Гнд-
ролизованный крахмал является хорошим стабилизатором фруктовых и ягод-
ных желе.

Кукурузный крахмал, модифицированный кислотой, используют в тек-
стильной промышленности для шлихтования основ и отделки как хлопчато-
бумажных, так и смешанных тканей. Крахмал такого типа придает пряже
большую прочность, н шлихтованная нить получается более гладкой. Для
каждого вида пряжи подбирают модифицированный крахмал с определенны-
ми свойствами.

92

I
Ё результате кислотного гидролиза снижается размер полисахаридных
молекул, что повышает способность крахмала проникать и распределяться в
ткани. В связи с этим крахмалы такого вида используют в производстве
подкрахмаливающих средств. Гидролизованный крахмал составляет основу
значительной части жидких подкрахмаливающих средств, применяемых в
быту.

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЯ ОКИСЛЕННЫХ
КРАХМАЛОВ

Модифицированные крахмалы этого типа приготовляют воз-
действием на зерна крахмала различных окислителей. Окисле-
ние ведут в присутствии определенного количества воды при
разных значениях pH и температуры, не вызывающей клейстери-
зацию. В качестве окислителей применяют гипохлориты, перман-
ганаты, перекиси, йодную кислоту, ее соли и другие соединения.
По внешнему виду окисленные крахмалы не отличаются от ис-
ходных. При действии окислителей происходит гидролитическое
расщепление глюкозидных связей с образованием альдегидных
групп, окисление спиртовых групп в альдегидные, а затем и в
карбоксильные группы. Степень окисления, выраженная по сте-
пени/расщепления крахмала или по количеству образовавшихся
групп — СООН и — СНО, зависит от расхода реагента и условий
проведения реакции. По своим свойствам окисленные крахмалы
сходны с крахмалами, модифицированными кислотой, и отли-
чаются способностью к образованию клейстеров пониженной
вязкости и стабильных при хранении.

Изменяя условия окисления (количество и вид реагента,
температуру и pH), а также вид обрабатываемого крахмала,
можно получить большое число разнообразных по свойствам
окисленных крахмалов. Окисленные крахмалы широко применя-
ют в пищевой промышленности, в производстве текстиля, бума-
ги и т. д.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ КРАХМАЛА

При действии окислителей на крахмал возможно протекание
ряда химических реакций:

1)	деструкция с образованием альдегидных групп;

2)	окисление первичных гидроксидных групп ангидроглю-
козных единиц до альдегидных групп;

3)	окисление альдегидных групп до карбоксильных;

4)	окисление вторичных гидроксидных групп у Сг- или у
Сз-атома или у обоих этих атомов одновременно до кетогрупп;

5)	при окислении крахмала йодной кислотой происходит
расщепление валентной связи между вторым и третьим угле-
родными атомами глюкозного остатка с окислением их гидро-
ксидных групп до альдегидных.

Таким образом, окисленные йодной кислотой крахмалы
имеют по две альдегидные группы в глюкозном остатке, Ди-
альдегидные крахмалы обладают высокой реакционной способ-
ностью, их применяют в бумажной промышленности для повы-
шения прочности бумаги, в качестве дубильного вещества, а при
низкой степени окисления (до 2%)—в пищевой промышлен-
ности.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОКИСЛЕННЫХ КРАХМАЛОВ

Технология окисленных крахмалов включает следующие эта-
пы: подготовка суспензии крахмала, включающая ее подогрев
и установление заданного pH; введение окислителя и проведе-
ние реакции окисления; нейтрализация действия реагентов; от-
деление реагентов и промывание крахмала; высушивание.

В зависимости от вида используемого окислителя и назна-
чения готового продукта технологическая схема имеет различия.
Так, окисление крахмала гипохлоритом натрия проводят в ще-
лочной среде при pH 8—10 и температуре 21—38 °C, перманга-
натом калия — в кислой среде и при 40—45 °C.

Схема производства крахмала, окисленного перманганатом
калия, приведена на рис. 39.

Очищенную, подогретую до 45 °C суспензию крахмала, со-
держащую 35 % СВ, насосом подают в дозатор суспензии, а из
него она поступает в реактор непрерывного действия, оснащен-
ный змеевиками или рубашками для подогрева суспензии горя-
чей водой. Перед подачей в реактор в суспензию вводят задан-
ное количество соляной кислоты, а затем — раствор перманга-
ната калия. В реакторе поддерживают температуру суспензии
45 °C. Расход соляной кислоты составляет 1—1,5% к СВ сус-
пензии, марганцовокислого калия — 0,15—0,20. Время пре-
бывания суспензии в реакторе составляет около 40 мин, что
обеспечивает завершение реакции окисления и исчезновение
окраски суспензии, появляющейся после введения окислителя.
После окончания реакции суспензию частично нейтрализуют
раствором кальцинированной соды и одновременно разбавляют
до концентрации 10%.

Отделение большей части жидкой фазы от окисленного
крахмала осуществляют с помощью центробежных сепарато-
ров. Сгущенный сход с сепараторов разбавляют свежей водой
и направляют на вторую ступень сепараторов. После повтор-
ного разбавления водой окисленный крахмал концентрируют
на осадительной центрифуге и обезвоживают на фильтрующей
центрифуге. Сырой крахмал подают в питатель пневматической
сушилки, высушивают, просеивают и направляют на упаковку
и складирование. Жидкие сходы с центробежных сепараторов
и осадительной центрифуги направляют в ловушки, фильтрат
и перелив с осушающей центрифуги возвращают на вторую
ступень сепараторов.

Готовый окисленный картофельный крахмал отличается по-
Сборник солями,
кислоты

I
Дозирование
соляной кислоты 

Сборник раствора
окислителя

Дозирование
окислителя

Сборник содового
раствора

Дозирование
содового раствора

Очищенная крахмальная суспензия

I

Подогревание и дозирование суспензии

•----------------|

Подкисление суспензии

Смешивание суспензии с окислителем

Обработка крахмала реагентами.
„ -

Нейтрализация суспензии

г—Отделение жидкой фазы на сепараторах
-----------------

Смешивание сгущенного схода
с водой	| — 	Вода

	—Отделение жидкой, фазы на сепараторах

Смешивание сгущенного схода

с водой	| -»----------Вода

—	Отделение жидкой разы на осадительной.

центрифуге	|

Обезвоживание крахмала на осушаюитй
центрифуге	|	-------

Высушивание окисленного крахмала-------

Просеивание крахмала---------------------

I

Упаковка окисленного крахмала----------—

Рис. 39. Схема производства окисленного крахмала

вышенной белизной, содержание влаги и золы в нем должно
быть не более 20 и 0,4 % соответственно. Кислотность крахмала
не должна превышать 20 мл 0,1 н. раствора гидроксида нат-
рия на 100 г СВ. Степень изменения свойств окисленных крах-
малов оценивают, измеряя текучесть их клейстеров и желирую-
щую способность. Первый показатель определяют описанным
выше методом.

Желирующую способность окисленного крахмала оценивают
по виду и структуре студня, приготовленного из 8,5 % -ного
клейстера после охлаждения в тонкостенном стакане в течение
60 мин в водном термостате при температуре 17—20°C. По ис-
течении 60 мин студень, образованный клейстером окисленного
крахмала, должен выниматься из стакана с сохранением фор-
мы, иметь матово-белый цвет, ровную поверхность и упругую
консистенцию.

Желирующий крахмал, поставляемый кондитерской промыш-
ленности, оценивают по прочности крахмало-сахарного студня.

-Специальные виды окисленных крахмалов производят для
улучшения качества хлеба. Эти крахмалы отличаются невысо-
кой степенью окисления. В качестве окислителя используют
небольшие количества КВгО3, КМпО4 и гипохлорита кальция
Са(С1О)2-4Н2О. Окисление крахмала каждым из указанных
окислителей производят при определенной кислотности среды.
После завершения реакции разделяют крахмал и жидкую фа-
зу, крахмал промывают, отфуговывают и высушивают.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВОЙСТВА ОКИСЛЕННЫХ
КРАХМАЛОВ

На свойства окисленных крахмалов существенное влияние
оказывают условия их приготовления: расход реагента, продол-
жительность обработки, температура реакции, pH среды, а
также качество исходного крахмала.

Влиииие расхода реагентов. Во ВНИИ крахмалопродуктов проведены
исследования влияния КМпО4 на некоторые свойства желирующего кукуруз-
ного крахмала. Крахмал, как и другие углеводы, легко восстанавливает
КМпО4. При добавлении к водной суспензии крахмала небольшого количества
перманганата калия суспензия становится фиолетовой, а затем быстро при-
обретает бурый цвет, обусловленный образованием диоксида марганца.
Последний является довольно энергичным окислителем в кислой среде, при
этом четырехвалентный марганец переходит в двухвалентный. Окисление
крахмала перманганатом калия по способу ВНИИ крахмалопродуктов про-
изводят в кислой среде. Превращение перманганата в этих условиях реакции
протекает с выделением атомарного кислорода, который расходуется на
окисление спиртовых групп крахмала.

2КМпО« + 5 (АГЕ) — ОН + 6НС1 -> 5 (АГЕ) — ООН Д- 2КС1 + 2МпС1а + ЗНаО

АГЕ — ангидроглюкозный остаток полисахаридов крахмала.

Два моля перманганата окисляют пять гидроксидов АГЕ.

Влияние расхода КМпО4 на текучесть щелочной дисперсии окисленного
крахмала (условия окисления: суспензия 25 % СВ, 40 °C, 20 мин) и содер-
жание редуцирующих веществ показано на рис. 40.

Как установлено, применение даже небольших количеств КМпО4 позво-
ляет получать дисперсии крахмала высокой текучести. С увеличением расхода
окислителя почти прямо пропорционально растет как содержание редуцирую-
щих веществ в крахмале, так и текучесть его дисперсий.

Окисленные крахмалы обладают хорошей желирующей способностью.

Влияние продолжительности окисления. Зависимость содержания реду-
цирующих веществ и текучести дисперсий от продолжительности реакции
при расходе перманганата калия 0,25 и 0,35 % к СВ крахмала показана на
рис. 41. Уже в первые минуты обработки крахмала возрастают количество
редуцирующих веществ и текучесть дисперсий крахмала. Дальнейшая обра-
ботка приводит к некоторому росту содержания редуцирующих веществ и
незначительному увеличению текучести. Так, при расходе перманганата 0,25 %
в первые минуты текучесть достигает 58 ед., при продолжении обработки
этот показатель практически не меняется.

Опыты показали, что на свойства окисленного кукурузного крахмала при
одних и тех же условиях обработки существенное влияние оказывает чистота
сырья. Крахмал, имеющий повышенное содержание белка, окисляется труд-
нее, чем хорошо очищенный. Так, если крахмал с содержанием белка 0,44 %
в первые минуты окисления (расход перманганата 0,25 %) приобретает спо-
собность образовывать дисперсии с текучестью 58 ед., то крахмал с содер-
жанием белка 1 % после окисления в этих же условиях дает дисперсии с
Расход KtlnO,,, nr-iitfhcrr-тль крахпала

Рис. 40. Влияние расхода КМпО4 на
текучесть (/) щелочных дисперсий
окисленного кукурузного крахмала и
содержание в нем редуцирующих
веществ (2)

Рис. 41. Влияние продолжительности
окисления на текучесть щелочных
дисперсий крахмала (1, 4) н содер-
жание редуцирующих веществ (2, 3)
при расходе КМпО4 соответственно
0,35 и 0,25 % иа СВ крахмала

текучестью 16 ед. и только через 20 мин оиа увеличивается до 50 ед. Если
для окисления такого крахмала расход КМпО4 увеличить до 0,35 %, то ско-
рость окисления крахмала существенно возрастает, особенно в первые ми-
нуты.

Дисперсии окисленных крахмалов с высоким содержанием белка имеют
повышенную мутность и пенятся при приготовлении.

Составление баланса соляной кислоты в процессе приготовления окислен-
ного крахмала показывает, что с фильтратом удаляется 60—64 % соляной
кислоты от введенного количества, с промывными водами — 30 %. Во время
окисления расходуется 6—10 % соляной кислоты иа взаимодействие с КМпО4
и минеральными веществами крахмала.

Повышение температуры реакции с 20 до 50 °C увеличивает ее скорость
и степень окисления крахмала. Текучесть дисперсий крахмалов, окисленных
при повышенной температуре, возрастает.

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ОКИСЛЕННЫХ КРАХМАЛОВ

Клейстеризационные свойства кукурузного крахмала, окисленного пер-
манганатом калия в кислой среде (0,25 % КМпО4), изучены с помощью
амилографа Брабендера. Результаты представлены в виде амилограмм
(рис. 42) для исходного и окисленного крахмала. Анализ полученных данных
показывает, что окисленный крахмал начинает клейстеризоваться раньше ис-
ходного и вязкость его клейстеров достигает максимального значения при
88 °C, а исходного — при 92 °C. Максимальная вязкость клейстера исходного
крахмала составила 550 ед. прибора, окисленного — 275 ед.

Теннаратура, ‘С

	начальная	конечная	средняя
Крахмал кукурузный слабоокислеиный	67	77	75
средней степени окисления	54	69,5	60
высокой >	>	52	68	59

7 Зак. 1070

»7
Рис. 42. Изменение вязкости дис-
персий кукурузного крахмала ис-
ходного (/) и окисленного КМпО4
(2) при нагревании (амилограф
Брабендера, 6 % СВ)

При выдержке клейстеров, достиг-
ших температуры 92 °C, в течение
30 мин вязкость дисперсий кукурузного
крахмала не изменилась, а у окисленно-
го крахмала снизилась на 23,5 %.

Приведенные данные свидетельству-
ют о том, что при окислении снижает-
ся прочность зерен крахмала в резуль-
тате разрушения илн ослабления внут-
ри- и межмолекулярных связей. Струк-
турные изменения крахмала обычно
приводят к изменению температуры
клейстернзации. Этот показатель для
зерен окисленного крахмала по мере
протекания реакции окисления сначала
несколько возрастает, а потом снижа-
ется, что видно из приведенных выше
данных.

ПРИМЕНЕНИЕ ОКИСЛЕНННЫХ
КРАХМАЛОВ

В пищевой промышленности нахо-
дит применение модифицированный же-
лирующий крахмал, приготовляемый путем окисления картофельного или
кукурузного крахмала перманганатом калия в кислой среде. Его используют
в качестве желирующего компонента некоторых кондитерских изделий, в ка-
честве стабилизатора мороженого, продуктов пищеконцентратной и молоч-
ной промышленности..

Таким же методом окисления может быть приготовлен модифицирован-
ный крахмал для текстильной промышленности.

Применение модифицированного крахмала в этом случае позволяет за-
менить дефицитный и дорогой агароид. Окисленный перманганатом калия
крахмал используют в качестве исходного сырья при производстве набухаю-
щего крахмала для сухих смесей мороженого, а также для выработки пище-
вых декстринов, ие содержащих реагентов. Для приготовления продуктов пи-
тания разрешено использовать крахмал, окисленный гипохлоритом натрия,
при введении реагента не более 5,5 % к крахмалу (по активному хлору) и
содержании в конечном продукте ие более 1,1 % карбоксильных групп.

За рубежом окисленные гипохлоритом натрия крахмалы применяют для
приготовления жидкой панировки, используемой прн обжарке рыбы и мяса
в производственных условиях.

Применение окисленного крахмала в хлебопекарной промышленности
позволяет улучшить физические свойства теста, повысить его газоудерживаю-
щую способность. Продолжительность брожения опары сокращается на 30—
60 мии. Введение в тесто до 5 кг окисленного крахмала на 1 т муки позво-
ляет увеличить объемный выход хлеба на 9—18 % в зависимости от вида
хлеба и качества перерабатываемой муки. При этом улучшается структура
пористости хлеба, мякиш становится более эластичным, замедляется черст-
вение.

Окисленные крахмалы используют в производстве бумаги для ее по-
верхностной проклейки, в результате на поверхности бумаги образуется глад-
кая твердая пленка, закрывающая поры, что улучшает качество письма и
печати.

В текстильной промышленности окисленные крахмалы используют для
шлихтования хлопчатобумажной, смешанной и синтетической пряжи. Окис-
ленные крахмалы образуют на тонкой пряже плотное эластичное покрытие.

Окисленные крахмалы успешно используют для подкрахмаливания белья
в прачечных и в быту. В строительной промышленности их применяют в про-
изводстве изоляционного картона, звукоизоляционной плитки.
ГЛАВА 7. ТЕХНОЛОГИЯ НАБУХАЮЩИХ
КРАХМАЛОВ

К набухающим относят такие модифицированные крахмалы
или крахмалосодержащие материалы, которые при контакте с
водой поглощают ее значительно больше, чем исходный крах-
мал, сильно увеличиваясь при этом в объеме. Набухающие
крахмалы отличаются от исходных повышенной растворимо-
стью в холодной и теплой воде. К группе набухающих относят
крахмалы, предварительно клейстеризованные, а затем высу-
шенные в тонком слое; обработанные нагреванием при ограни-
ченном присутствии влаги; подвергнутые влаготермической и
механической обработке (например, в экструдере) при низкой
влажности сырья.

Процесс приготовления набухающих крахмалопродуктов
обычно включает следующие операции: подготовку сырья с
увлажнением его, а иногда и с обработкой химическими реаген-
тами; клейстеризацию крахмала; образование тонкой пленки
клейстера; высушивание клейстера; измельчение полученных
пленок и просеивание порошкообразного продукта.

Процесс высушивания крахмального клейстера существенно
отличается от сушки крахмала, сохранившего структуру зерен.
Высокопроизводительные пневматические сушилки крахмала
не могут быть использованы для сушки крахмального клей-
стера.

При клейстернзации крахмала значительное количество сво-
бодной влаги переходит в связанную. На ее испарение прихо-
дится затрачивать больше энергии, чем на превращение в пар
свободной влаги, поэтому сушку клейстера производят в тон-
ком слое. Для сушки клейстера используют специальное обо-
рудование.

Широкое распространение получили набухающие крахмалы,
приготовляемые путем предварительной клейстернзации вод-
ной суспензии крахмала и последующего высушивания клей-
стера в тонком слое на паровых барабанных вальцовых сушил-
ках.

Основной рабочей частйю вальцовых сушилок является один
или два полых вращающихся барабана, внутреннюю поверх-
ность которых обогревают паром или другим теплоносителем.
Крахмальный клейстер, нанесенный на вальцы тонким слоем,
высушивают за один оборот, после чего сухую пленку снимают
с помощью специального ножевого устройства.

Теплоноситель вводят в барабан с помощью трубопровода.
Пар конденсируется, отдает тепло цилиндрической стенке ба-
рабана и разогревает ее до 120—180 °C. Конденсат собирается
в нижней части барабана. Его непрерывно выводят из сушилки
с помощью изогнутой трубы.

Выпускаемые для сушки крахмального клейстера вальцо-
вые сушилки различаются в основном способами нанесения
ЧАСТЬ III

ПРОИЗВОДСТВО САХАРИСТЫХ

ГИДРОЛИЗАТОВ КРАХМАЛА

К сахаристым гидролизатам относят продукты полного или
частичного гидролиза крахмала, пригодные для пищевого
употребления. Такими продуктами являются патоки различной
степени осахаривания, глюкоза кристаллическая, сухие очи-
щенные гидролизаты. Общим в технологическом процессе всех
этих продуктов являются такие операции, как гидролиз, очистка
и концентрирование.

Гидролиз крахмала может производиться кислотами, амило-
литическими ферментами, а также комбинированным способом
с использованием кислоты и ферментов.

Кислотный гидролиз в настоящее время осуществляется в
основном с применением соляной кислоты. "При этом можно
достичь различной степени гидролиза с получением низкооса-
харенных гидролизатов, крахмальной карамельной патоки
{средняя степень гидролиза), высокоосахаренной патоки и, на-
конец, глюкозных гидролизатов, из которых после соответст-
вующей обработки выкристаллизовывают глюкозу.

Комбинированным методом производят разжижение и на-
чальное осахаривание крахмала кислотой, а затем гидролизаты
после очистки или без нее направляют на ферментативное оса-
харивание для получения высокоосахаренной патоки или глю-
козных сиропов.

Ферментные препараты могут применяться также и для
двойного осахаривания, при котором первая стадия — разжиже-
ние крахмала производится с использованием а-амилазы.

Такие продукты могут также применяться самостоятельно
или подвергаться осахариванию глюкоамилазой до разной сте-
пени.

Гидролизаты после осахаривания направляются на очистку,
при которой из них удаляются нерастворимые и растворимые
примеси. Очистка от нерастворимых примесей производится
фильтрованием или центрифугированием с последующим фильт-
рованием.

Очистка от растворимых примесей — минеральных и органи-
ческих веществ и освобождение от красящих веществ произво-
дится с применением активных порошкообразных или гранули-
рованных углей, ионообменными смолами.

Концентрирование гидролизатов осуществляется выпари-
ванием в одну или несколько ступеней. Гидролизаты могут ис-
пользоваться как в жидком концентрированном виде, так и в
порошкообразном. Для этого очищенные гидролизаты предва-
рительно выпаривают и высушивают в распылительных сушил-
ках или кристаллизаторах-грануляторах. Особое место в тех-
нологии занимает процесс кристаллизации, который выполняет
как задачи очистки, так и концентрирования при производстве
кристаллической глюкозы.

ГЛАВА 11. АМИЛОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ

Ферментные препараты являются новыми видами катализа-
торов в крахмало-паточном производстве. Применение их обус-
ловливает подлинный прогресс при производстве сахаристых
крахмалопродуктов.

Ознакомление с природой ферментов, их характерными осо-
бенностями поможет сознательно подходить как к разработке
современной прогрессивной технологии, так и внедрению ее в
промышленность.

Как известно, ферменты являются веществами белковой
природы. Это — биологические катализаторы, которые осущест-
вляют в живой природе все биохимические реакции.

Богатейшим источником ферментов являются различные
микроорганизмы — дрожжи, плесневые грибы, бактерии, кото-
рые и используются для их промышленного получения.

Как катализаторы ферменты имеют ряд существенных пре-
имуществ. Они действуют в весьма малых количествах, т. е.
расход их незначительный. Ферменты действуют в «мягких»
условиях, не требуя сильного нагревания или охлаждения, при
реакции среды, обычно близкой к нейтральной.

Особое значение имеет высокая специфичность действия
ферментов. Во многих случаях фермент катализирует только
одну реакцию превращения определенного вещества, и даже
незначительные изменения в структуре вещества делают его
недоступным для действия данного фермента.

Действие фермента обнаруживается по характерной для
него специфической реакции. Активность фермента определя-
ют, направляя его действие на вещество, которое подвергают
превращению в результате каталитической реакции. Такое ве-
щество называют субстратом. Об активности судят либо по
убыли субстрата, либо по накоплению образовавшихся продук-
тов реакции.

Фермент, чтобы действовать, образует с соответствующим
субстратом комплекс. Этот процесс схематически представлен
на рис. 60. Субстрат во время реакции соединяется не со всей
молекулой фермента, а со строго определенным участком, полу-
чившим название активного центра. Он обладает мощным срод-
ством к соответствующему субстрату. Суммарная скорость фер-
ментативной реакции зависит от продолжительности обра-
Рис. 60. Схематическое изображе-
ние образования фермент-субст-
ратного комплекса:

Ф — фермент; С — субстрат; Р — про-
дукт реакции

тализируемой реакции изменяет-
ся. Такие вещества в зависимости от характера воздействия на-
зывают ингибиторами, или активаторами.

зования комплекса фермент —
субстрат и от времени, которое
необходимо ферменту, чтобы об-
разовать продукт реакции. Легко
видеть, что комплекс фермент —
субстрат образуется тем быстрее,
чем выше концентрация суб-
страта.

При добавлении к ферменту
некоторых веществ, влияющих на
его активный центр, скорость ка-

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ
ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

К числу основных факторов, определяющих течение ферментативных ре-
акций, относятся температура, pH среды, концентрация в ней ионов, наличие
ингибиторов и активаторов, а также концентрация фермента и концентрация
субстрата.

Влияние температуры на активность фермента неоднозначно и зависит
от pH среды, буферности системы и концентрации субстрата. В результате
повышения температуры растет реакционная способность, т. е. увеличивается
скорость превращения субстрата, как при всех биохимических процессах.

Но ферменты, как все белки, при повышении температуры могут необра-
тимо денатурироваться, причем скорость денатурации увеличивается прн на-
гревании во много раз быстрее, чем скорость любого другого химического
превращения. Поэтому процесс инактивации, обусловливающий уменьшение
активности фермента, приводит к замедлению реакции. Таким образом, нагре-
вание вначале приводит к увеличению скорости реакции, а затем, пройдя
через максимум, — к ее быстрому снижению. Температурный оптимум, когда
действие фермента максимально, зависит также от происхождения фермента.

Действие всех ферментов в сильной степени зависит от pH среды.
pH-оптимум активности характерен для каждого фермента.

Существование оптимума pH объясняется тем, что ферменты, как и все
другие белки, обладают электрическим зарядом и структура их зависит от
pH среды. Молекулы ферментных белков содержат различные заряженные
радикалы, которые могут диссоциировать при различных значениях pH. Та-
ким образом, изменение электрического заряда белка всегда влечет за собой
изменение структуры и пространственного расположения. С точки зрения
действия фермента решающее значение имеет не вся поверхность белковой
частицы, а лишь активного центра.

Изменение электрического заряда, связанное с изменением электрического
силового поля около активного центра, приводит к изменению скорости фер-
ментативного действия.

Если поддерживать постоянными температуру, показатель pH, а также
концентрацию фермента, то скорость ферментативной реакции возрастает с
повышением концентрации субстрата до определенной величины, достигнув
которой, не может дальше увеличиваться.

Процесс можно представить так: продукт реакции, как только образу-
ется, освобождается, и свободный активный центр может связывать новые
молекулы субстрата (см. рис. 60). При низких концентрациях субстрата фер-
мент может быть окружен только небольшим числом его молекул. Вероят-
ность того, что молекула попадет на активный центр, меньше, чем в случае
высоких концентраций субстрата.
С повышением концентрации субстрата время, которое проходит до но-
вого попадания молекул субстрата на активный центр, становится все более
коротким, пока фермент наконец не будет окружен таким большим количест-
вом молекул субстрата, что место связывания оказывается тотчас занятым
после образования продукта реакции. При таких условиях фермент как бы
«насыщается» субстратом. Скорость реакции достигаёт максимума и зависит
только от времени, которое необходимо для превращения субстрата.

Весьма важным фактором, влияющим на скорость ферментативного про-
цесса, является концентрация фермента. Обычно наблюдается прямая про-
порциональность между концентрацией фермента и начальной скоростью
реакции. Однако желательно фермент использовать как можно в меньшей
дозе, хотя бы за счет увеличения продолжительности процесса ферментатив-
ной обработки с целью снижения себестоимости готовой продукции.

НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ

Ферментный препарат отличается от фермента тем, что помимо активного
белка содержит различные балластные вещества. Очень часто такой препа-
рат содержит не один, а несколько ферментов. При определении названия
ферментного препарата учитывают только основной фермент, активность ко-
торого в препарате превалирует. Наименование каждого препарата начина-
ется с сокращенного названия этого основного фермента. Так, если основ-
ным ферментом в препаратах является а-амилаза, то образование наименова-
ния препарата начинается с «амил». Если препарат содержит преимуществен-
но глюкоамилазу, в наименовании появляется «глюк», для протеолитических
ферментов — «прот» и т. д. Вторая часть наименования препарата получает-
ся нз измененного видового названия продуцента. Если, например, продуцент
Asp. oryzae, вторая часть названия препарата будет «оризин», если Asp.
niger, — «нигрин», если Вас. subtilis, — «субтилин» и т. д.

Соединительное «о» в наименовании препарата появляется только тогда,
когда название вида микроорганизма начинается с согласной, в остальных
случаях соединительной гласной служит первая буква наименования вида.
Например, препарат амилазы из Asp. oryzae будет называться «амилоризии».
Окончание слова в наименовании препарата во всех случаях принимается
«ин». Индекс «х» обозначает степень концентрирования н очистки фермента
в препарате.

Культуры микроорганизмов, выраженные поверхностным или глубинным
способом, соответственно обозначают индексами Пх или Гх.

Препараты в виде концентрированных сиропов обозначают индексами
П2х и Г2х, а полученные путем концентрирования культуральной жидкости
в вакуум-выпарных установках с последующей сушкой концентратов в рас-
пылительных сушилках — ГЗх.

Препараты, полученные осаждением органическими растворителями из
диффузионной вытяжки или концентрата культуральной жидкости, получен-
ного при вакуум-выпаривании, обозначают индексами соответственно ПЮх и
Г Юх, а изготовленные осаждением сульфатом аммония из тех же полупро-
дуктов— соответственно ПЮх, Г15х.

Препараты, полученные путем концентрирования и очистки диффузион-
ных экстрактов нли культуральных жидкостей на ультрафильтрационных ус-
тановках с последующей сушкой концентратов в распылительных сушилках,
в зависимости от степени очистки обозначаются индексами П20х, Г20х,
ПЗОх и т. д.

В табл. 10 приведена характеристика отдельных амилолитических фер-
ментов, вырабатываемых промышленностью.

РЕАКЦИИ АМИЛОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ

Начало использования различных ферментативных процессов для прак-
тических целей относится к древнейшим временам. Так, издавна использу-
ются проросшие зерна злаков для производства спирта, пива и других на-
питков.
Таблица 10

Название препарата	Микроорганизм - продуцент	Краткая характеристика препарата и способы получения	Оптимальные условия действия	
			pH 4	гз а 1
1	2	3	4	5
Амилоризин Asp. oryzae Высушенная поверхностная' Пх	740-А2	грибная культура, выра-  щенная на пшеничных отру- бях. Содержит в основном амилолитические ферменты  Амилоризин	Asp. oryzae Препарат в виде порошка из  ШОх	740-А2	поверхностной культуры. По-  лучается осаждением этано- лом из диффузионной вытяж- ки. Содержит в основном а-амилазу. В качестве сопут- ствующего фермента содержит протеазу  Амилоризии Asp. oryzae Препарат в виде порошка Г10х	3-9-15	получают осаждением ацето-  ном или этанолом из кон- центрата культуральной жид- кости. Содержит в основном а-амилазу. В качестве сопут- ствующей примеси содержит протеазу  Амилосубтилии Вас. subtil is Препарат в виде порошка из ГЗх	103	глубинной культуры получа-  ют высушиванием концентра- та культуральной жидкости на распылительной сушилке. Основной фермент — а-амила- за. В качестве сопутствую- щего фермента содержит про- теазу  Амилосубтилии Вас. subtilis Препарат в виде порошка из ПОх	103	глубинной культуры. Полу-  чается осаждением ацетоном или этанолом из концентрата культуральной жидкости. Содержит в основном а-ами- лазу и р-глюконазу  Глюкоэндоми- End. species Препарат в виде порошка из копсин ГЗх	глубинной культуры получа-  ют высушиванием концентра- та культуральной жидкости на распылительной сушилке. Содержит в основном глюко- амилазу			4,8—5,3 53—55  6,2-6,8 85 -87  6,2—6,8 85—87	
Продолжение табл. 10

Название препарата	Микроорганизм- продуцент	Краткая характеристика препарата и способы получения	Оптимальные условия действия		
			pH 4		а а  а и gy
1	2	3	4	5	
Глюкаваморин Asp. awamori Высушенная поверхностная Пх	культура микромицета, выра-  щенная на пшеничных отру- бях. Содержит в основном глюкоамилазу  Глюкаваморин Asp. awamori Препарат в виде порошка из П10х	22	поверхностной культуры по-  лучают осаждением этанолом из диффузионной вытяжки. Содержит в основном глюко- амилазу. В качестве сопутст- вующих ферментов содержит- ся протеаза и глюкозилтранс - фераза  Глюкаваморин Asp. awamori Препарат в виде порошка из Г20х	466	глубинной культуры получа-  ют высушиванием ультракон- центрата культуральной жид- кости на распылительной сушилке. Содержит в основ- ном глюкоамилазу Глюконигрин	То же  . Г20х	Asp. niger			4,5—5,3 50—55.  4—5,5 56—5&.  4—4,5 58-60-		

Проросшие зерна злаков содержат в основном ферменты, необходимые
для осахаривания крахмала. Их называют амилолитическими от латинского
слова «амилум», что означает крахмал. В эту группу относят не только
ферменты, разлагающие крахмал, но и ферменты, завершающие этот про-
цесс, доводя его до образования элементарных компонентов. К используемым
в практике амилолитическим ферментам относятся а-амилаза, р-амилаза,
амилоглюкозидаза, амнло-1,6-глюкозидаза.

Каждый из этих ферментов характеризуется специфическим воздействием
на крахмал.

а-Амилаза. а-Амилазы различного происхождения являются слабокис-
лыми водорастворимыми белками. Молекулярная масса большинства а-ами-
лаз находится в пределах 50 000. Характерной особенностью всех а-амилаз
является наличие в них кальция.

Считают, что кальций стабилизирует структуру фермента и входит в
состав активного центра. Ои способствует сохранению правильной конформа-
ции молекулы фермента, обеспечивающей проявление активности. Кальций
обеспечивает также максимальную устойчивость а-амилаз к денатурации и
разрушению протеолитическими ферментами. Удаление кальция из молекулы
фермента приводит к полной инактивации фермента.

Помимо кальция в состав некоторых а-амилаз входит также цннк.

Известно, что а-амилаза катализирует разрыв а-1,4-глюкозидных связей
Рис. 61. Механизм действья различных типов амилаз на крахмал

в крахмале н его аналогах с образованием низкомолекулярных разветвлен-
ных олигосахаридов и небольшого количества глюкозы и мальтозы.

С помощью меченых углеродных атомов было показано, что гидролиз
а-1,4-глюкозидных связей осуществляется а-амилазой у первого углеродного
атома кислородного мостика.

Различают две фазы действия а-амилазы на крахмал, первой является
фаза декстринизации. При этом крахмал расщепляется на декстрины с высо-
кой молекулярной массой, которые с йодом дают вначале синюю или фио-
летовую окраску. Далее молекулярная масса декстринов снижается, увели-
чивается их редуцирующая способность, и они в результате реакции с йодом
окрашиваются в темно-бурый, затем в красный цвет и далее — менее интен-
сивное окрашивание.

Фаза декстринизации характеризуется резким снижением вязкости суб-
страта.

Во второй фазе, называемой фазой осахаривания и протекающей уже с
меньшей скоростью, ранее образовавшиеся декстрины частично разлагаются
до таких сахаров, как тетра- и трнмальтоза, которые очень медленно гидро-
лизуются до ди- и моносахаров. Окраска с йодом ие изменяется, и возраста-
ет восстанавливающая способность гидролизата.

а-Амилазы из различных источников проявляют различную декстринизи-
рующую и осахаривающую способность. Так, а-амилазы грибные обла-
дают более сильным осахаривающим действием, а а-амилазы бактерий про-
являют более высокую декстринизирующую способность, что обусловливает
резкое снижение вязкости клейстеризованного крахмала при действии бак-
териальной а-амилазы.

а-Амнлаза действует на крахмал и его гомологи по принципу многоце-
почечного механизма, расщепляя внутренние глюкозидные связи со скоростью,
во много раз большей, чем скорость расщепления конечных связей. При этом
на скорость расщепления, по-видимому, влияет концентрация крахмала, а
также наличие точек ветвления субстрата, изменяющих вязкость раствора.
а-Амилазы грибные и бактерий не атакуют а-1,6-связи в амилопектине,
поэтому при его гидролизе образуются устойчивые разветвленные а-предель-
ные декстрины (рнс. 61).

а-Амилазы, выделенные из различных источников, имеют различные
свойства: оптимум pH, термостабильность, сродство к субстрату, степень гид-
ролиза субстрата при оптимальных условиях действия. Наиболее термоста-
бильными являются бактериальные а-амилазы. Наибольшей кислотной ус-
тойчивостью обладают а-амилазы солода и грибные.

Для а-амилаз солода и грибных оптимальные значения pH на-
ходятся в пределах 4,5—5,5, температура 55—65 °C. Бактериальные а-ами-
лазы проявляют максимальную активность при pH 6,0—7,0
€5—90 °C.

и температурах

Добавление в субстрат Са-ионов (до 30 мг/л) вызывает некоторое уве-
личение активности, вероятно, обусловленное стабилизацией фермента каль-
цием, и при достижении максимальной активности при добавлении 120 мг/л
дальнейший эффект ие наблюдается. Ион кальция добавляют в суспензию
крахмала перед ферментативным разжижением крахмала. Предварительный
прогрев фермента в растворе, например, хлористого кальция обеспечивает
еще большее повышение активности при низких концентрациях. Ионы Fe3+
снижают ферментативную активность, что обусловлено, возможно, антагониз-
мом к ионам Zn2+, содержащимся в ферменте. Конечная степень осахари-
вания крахмала бактериальной а-амилазой составляет 70—75 %, для гриб-
ных амилаз — 84—87 %.

а-Амилаза микроорганизмов также металлофермент, но содержит только
ион кальция в молекуле, ион Zn2+ не содержит.

При промышленном производстве глюкозы нз крахмала а-амилазы ис-

пользуются для разжижения крамального клейстера. Так как клейстеризация
происходит при довольно высоких температурах, очень важно применять
а-амнлазы, имеющие высокую термостабнльность. Чаще всего препараты
а-амилазы для производства глюкозы получают из бактериальных продуцен-
тов, таких, как Вас. mesentericus, Вас. diastaticus, Вас. subtilis. Темпера-
турный оптимум а-амилаз нз таких источников находится в -пределах 80—
90 °C.

Термостабнльная а-амилаза, продуцентом которой является Вас.
licheniformis, может использоваться при температурах до 110°С. Более того,
прн ее применении не требуется в субстрат добавлять ноны кальция.

Суммарную схему ферментативного гидролиза крахмала под действием
•а-амилазы можно выразить следующим образом:

а-амилаза

Крахмал----------> декстрины -|- мальтоза + глюкоза.

(много) (мало) (мало)

Скорость расщепления крахмала а-амилазой зависит от многих фак-
торов: источника фермента, pH и температуры среды, в которой протекает
гидролиз, концентрации фермента и субстрата, присутствия активаторов и
ингибиторов. Установлено, что а-амилаза, как и другие амилолитические фер-
менты, гидролизует клейстеризованный крахмал со скоростью, во много раз
большей, чем нативный.

а-Амилазные препараты характеризуются в основном способностью ка-
тализировать гидролиз крахмала до декстринов различной молекулярной
массы.

0-Амилаза. Является экзоферментом концевого действия, проявляет срод-
ство к предпоследней а-1,4-связи с нередуцирующего конца линейного участ-
ка амилозы и амилопектина.

В отлнчие от а-амилазы 0-амилаза практически не гидролизует нативный
крахмал, клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием маль-
тозы в 0-конфигурации, поэтому данная амилаза по аналогии с а-амилазой
называется 0-амнлазой. Если гидролизу подвергается амилоза, то гидролиз
идет полностью до мальтозы.

Если субстратом для 0-амилазы служит амилопектин, то гидролиз идет
в значительно меньшей степени. 0-Амилаза отщепляет фрагмент с нередуци-
рующего конца от внешних линейных ветвей. Гидролиз приостанавливается
на предпоследней а-1,4-связи, граничащей со связью а-1,6-. В гидролизате
накапливается 54—58 % мальтозы, остальное составляют высокомолекуляр-
ные декстрины, содержашие значительное количество а-1,6-связей— так на-
зываемые 0-декстрины.

Декстрины, образовавшиеся под действием 0-амилазы на амилопектин,
гидролизуются а-амилазой с образованием декстринов меньшей молекулярной
массы. У этих декстринов имеется открытая цепь с нередуцирующим остат-
ком глюкозы и связями а-1,4. На эту цепь опять начинает действовать 0-ами-
лаза. Ни а-, ни 0-амилазы в отдельности ие могут полностью гидролизовать
крахмал. При одновременном действии этих обоих ферментов крахмал гид-
ролизуется на 95 %.

0-Амилаза содержится в основном в высших растениях, особенно зер-
новых, таких как рожь, ячмень, пшеница, овес и др.

Действие 0-амилазы на крахмал в целом можно записать в виде сле-
дующей схемы:

0-амилаза

Крахмал---------»54—58% мальтозы+42—46% декстрина.

0-Амилаза — не металлофермент, ио она содержит активные сульфгид-
рильные группы — SH, которые могут необратимо инактивироваться реакцией
с некоторыми ионами металлов. Оптимальные условия действия 0-амнла-
зы : pH 4,2, температура 50 °C.

Известно, что Са-ионы являются ингибиторами фермента.

Цинк-ион не оказывает влияния, а ионы железа вызывают резкое сни-
жение активности, вероятно, благодаря реакции с сульфгидрильными груп-
пами. Все ионы, добавленные вместе, вызывают резкое снижение активности
фермента.

Амилоглюкозидаза (глюкоамилаза). Применяется для осахаривания крах-
мала при производстве глюкозы.

С высоким выходом она продуцируется штаммами микроорганизмов ро-
дов Aspergillus, Rhizopus и Endomicopsis.

Все глюкоамилазы являются водорастворимыми белками, многие из ко-
торых содержат углеводы. Так, в состав глюкоамилаз входят глюкоза, ман-
ноза, галактоза и др. Молекулярная масса глюкоамилаз колеблется в доволь-
но широких пределах: от 48 000 до 210 000. С помощью гидролиза меченых
олигосахаридов установлено: глюкоамнлаза атакует олигосахариды, начиная
от нередуцирующего конца молекулы, последовательно расщепляя «-1,4-,
а-1,6- и а-1,3-глюкозидные связи, причем скорость гидролиза а-1,4-связей в
15 раз больше, чем а-1,6-связей и в 28 раз выше, чем а-1,3-связей.

Единственным продуктом гидролиза на всех стадиях является 0-глюкоза
(см. рис. 61).

Различная скорость расщепления субстратов глюкоамилазой объяснив. -
ся, по-видимому, способностью глюкозидов образовывать только определен-
ные фермент-субстратные комплексы.

Кинетические исследования показали, что глюкоамнлаза каждый раз ата-
кует молекулу, еще не подвергавшуюся действию фермента.

Установлено, что глюкоамнлаза обладает большим сродством к высоко-
молекулярным субстратам — с увеличением степени полимеризации субстрата
скорость расщепления возрастает.

Однако для глюкоамнлаз различных продуцентов степень сродства к
высокомолекулярным субстратам может быть различной.

Имеются данные, свидетельствующие о способности глюкоамилазы наря-
ду с реакцией гидролиза катализировать и обратную реакцию синтеза олиго-
сахаридов из глюкозы. Так, изучая действие неочищенной и очищенной элект-
рофорезом и кристаллической глюкоамилазы из Rhizopus и Aspergillus на
глюкозу и мальтозу обнаружили, что глюкоамилаза вызывает полимеризацию'
глюкозы, так же как и гидролиз мальтозы с обратной полимеризацией не-
которого количества образующейся мальтозы, причем с увеличением концент-
рации глюкозы н фермента синтез нзомальтозы и 1,6-олигосахаридов более
высокой степени полимеризации увеличивается. В продуктах реакции обна-
ружена мальтоза, изомальтоза, изомальтотриоза и нигероза. Общее -коли-
чество продуктов синтеза составляло 4 % исходного количества глюкозы.

Как и другие амилазы, глюкоамилаза гидролизует клейстеризованный
крахмал со скоростью, во много раз большей, чем скорость гидролизации на-
тивного крахмала.

Свойства глюкоамилаз зависят от источника фермента. Они отличаются
оптнмумами pH и температуры.
нальтоза.

нальтоза

паноза

глюкоза.

нальтоза

изональтоза.

глюкоза.

глюкоза

Рис. 62. Механизм действия траисглюкозидазы:

О и 0 ~ глюкозные остатки в молекуле мальтозы; Q — молекула глюкозы;
глюкозный остаток, который переносится от одного углевода к другому

В зависимости от оптимальных значений pH различают кислые (pH 3,5—
5,6) и нейтральные глюкоамилазы. Оптимальная температура действия глю-
коамилаз колеблется в пределах 45—60 °C.

Как правило, промышленные препараты глюкоамилазы являются комп-
лексными, т. е. наряду с глюкоамилазой содержат сопутствующие ферменты.
Из сопутствующих особого внимаиня заслуживают а-амилаза, траисглюкози-
даза и протеаза.

Действие а-амилазы на крахмал приводит к образованию низкомолеку-
лярных соединений, которые разрушаются глюкоамилазой медленно. С этой
точки зрения наличие а-амилазной активности в больших количествах неже-
лательно.

Трансглюкозидаза обладает синтезирующим действием. Этот фермент
разрывает а-1,4-глюкозидные связи в мальтозе и размещает оторвавшиеся
глюкозные остатки в положении 1,6 к другой молекуле мальтозы или глю-
козы, как это показано на рис. 62.

В результате наряду с глюкозой наблюдается накопление сахаридов с
а-1,6-связью, таких как паноза, изомальтоза, иигероза, изомальтотриоза и др.

Возникающие благодаря траисглюкозидированию сахара или не атако-
вываются глюкоамилазой, или атаковываются с низкой скоростью, что при-
водит к потере выхода глюкозы при ее производстве. Поэтому следует по
возможности полно удалить траисглюкозидазу или в процессе синтеза фер-
мента, илн специальными методами очистки (например, длительный подогрев
при повышенном или пониженном значении pH, адсорбцией траисглюкозидазы
на минеральных глинах и др.).

Протеаза является недопустимой примесью в глкжоамилазных препара-
тах	С тем, что при температурном оптимуме н оптимуме pH глюко-

амилазы протеаза также функционирует, превращая нерастворимые белковые
вещества в аминокислоты, удалить которые из гидролизатов крахмала зна-
чительно труднее, чем нерастворимый протеин.

Во избежание ресинтеза в процессе производства глюкозы, необходимо,
-чтобы время пребывания фермента в гидролизате после осахаривания было
возможно коротким. Рекомендуется быстро инактивировать ферменты в гид-
ролизате путем тепловой обработки.

Глюкоамилазный препарат из Asp. niger пригоден для осахаривания
крахмала в глюкозном производстве вследствие его высокой термоустойчи-
вости (высокая температура осахаривания, ускорение процесса гидролиза) и
низкой величины оптимума pH, благодаря чему уменьшается опасность инфи-
цирования в процессе осахаривания. Фермент в полной мере воздействует
яа а-1,6-связи в отличне от других видов.
Штаммы Rhizopus синтезируют лишь небольшое количество трансглюко-
зидазы.

Препараты Endomycopsis bispora еще более свободны от этого фермен-
та, а также свободны от а-амилазы. Термостабильность этой глюкоамнлазы
ниже по сравнению с таковой из Asp. niger.

Качество глюкоамилазных препаратов в основном характеризуется глю-
коамилазной способностью (ГлС), свидетельствуюшей о способности фер-
ментного препарата катализировать расщепление растворимого крахмала до
глюкозы.

Амилоглюкозидаза — не металлофермент, поэтому добавление таких
ионов, как кальций, цинк, свинец не оказывает какого-либо воздействия на
глюкоамилазную активность, хотя отмечено некоторое повышение активности
в результате предварительной обработки ионами железа. Однако эффект про-
является лишь в начальной стадии процесса ферментативного осахарнвання
крахмала, не оказывая влияния на конечный результат.

Амило-1,6-глюкозидаза. Существуют глюкоамилазные препараты, дейст-
вующие на субстраты с большим числом а-1,6-связей, с образованием глюко-
зы. Эти глюкоамилазы проявляют большое сродство к гидролизу а-1,6-свя-
зей. Обладают значительно большей способностью разрывать а-1,6-связи в
изомальтозе, панозе, изомальтотриозе, н декстрине, т. е. когда а-1,6-связь
окружена со всех сторон а-1,4-связями. Этот фермент с высокой скоростью
гидролизует пуллулан, образуя глюкозу. Поэтому его называют иногда пул-
луланазой. Этот фермент обнаружен в бактериях Aerobacter aerogenes.

Молекулярная масса пуллуланазы 145 000. Препарат этого фермента,
осажденный ацетоном, имеет оптимум pH 5,0 и оптимальную температуру
действия 47,5 °C. Совместное воздействие пуллуланазы и а-амилазы на ами-
лопектин приводит к его полному гидролизу, т. е. степень гидролиза состав-
ляет 99—99,5 %. Единица амило-1,6-глюкозидазы — количество фермента, со-
держащееся в 1 мл раствора, который при избытке пуллулана в качестве
субстрата при стандартных условиях обеспечивает повышение содержания ре-
дуцирующих веществ за 1 ч при 45 °C на такую величину, которая эквива-
лентна 1 г мальтозы.

ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ

Существует два способа выращивания культур микроорга-
низмов— продуцентов ферментов: поверхностный и глубинный.
При поверхностном способе посевную культуру наносят на
твердую питательную среду. Основной средой, как правило,
являются пшеничные отруби или отруби с добавкой солодовых
ростков, увлажненные водой, подкисленной 0,1 н. раствором сер-
ной или соляной кислоты. Культивирование осуществляется
при температуре 30°C в течение 30—36 ч. Культура микроор-
ганизма, полученная при поверхностном выращивании, пред-
ставляет собой остатки питательной среды, проросшие мицели-
ем. Способ поверхностного выращивания трудоемок, плохо
поддается механизации. Преимуществом его является высокая
концентрация ферментов в культуре.

В качестве источника фермента при производстве сахарис-
тых крахмалопродуктов культуру применять нельзя вследствие
ее загрязненности. Поэтому ее в начале подвергают экстраги-
рованию с последующим осаждением фермента или обрабаты-
вают другими приемами, позволяющими получить чистый фер-
мент.

Более совершенным и перспективным является метод глу-
бинного культивирования. При этом продуценты ферментов вы-
ращиваются в жидкой питательной среде при непрерывном пе-
ремешивании и хорошей аэрации. Подбором питательных сред
и штаммов продуцентов решается задача получения активных
ферментов.

Глубинный способ обеспечивает возможность полной меха-
низации и автоматизации процесса и является перспективным.

При выращивании а-амилазы и глюкоамилазы фермент на-
капливается в жидкой фазе. Поэтому по окончании процесса
культуральная жидкость отделяется от биомассы, очищается
различными способами, в том числе и ультрафильтрацией, по-
лучается в результате достаточно очищенный и концентрирован-
ный препарат. После очистки культуральную жидкость можно
высушить в распылительной сушилке или использовать другие
методы.

Ферментные препараты а-амилазы и глюкоамилазы произ-
водят в жидком и в сухом виде.

ПРАВИЛА ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ
С ФЕРМЕНТАМИ

При работе с ферментами важно избегать прямого контакта с фермен-
тами н выполнять меры предосторожности.

При использовании жидких ферментных препаратов заражение воздуха
не является проблемой. Однако если жидкий фермент попадает на кожу,
необходимо это место тщательно промыть водой.

Ферменты в порошкообразной форме во многих случаях могут действо-
вать на влажные участки кожи и слизистые ткани дыхательных органов при
вдыхании. В связи с этим взвешивать порошкообразные ферментные препа-
раты следует в хорошо проветриваемой комнате. Вентиляционная система
должна обеспечивать удаление воздуха в местах, где имеется ферментная
пыль.

При работе с ферментами рекомендуется использовать защитные маски.

ГЛАВА 12. ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА

Первой технологической операцией при производстве саха-
ристых крахмалопродуктов является гидролиз крахмала.

В зависимости от того, какие продукты производятся, от
экономических факторов и, наконец, технических возможностей
производства гидролиз крахмала осуществляется с применени-
ем в качестве катализатора кислот, ферментов или и тех и
других. Независимо от вида катализатора процесс гидролиза
крахмала можно условно разбить на три стадии: клейстериза-
ция крахмала, разжижение его и осахаривание.

Всегда при гидролизе производится температурная клейсте-
ризация крахмала в присутствии катализатора. Почти всегда
эта стадия совмещается со следующей — разжижением, когда
под действием катализатора длинные цепочки молекул крах-
мала, находящегося в виде высоковязкого клейстера, разрыва-
ются на более короткие. Вязкость клейстера при этом снижа-
ется в несколько тысяч раз — крахмал разжижается. Отсюда
п название процесса — процесс разжижения крахмала. В раз-
жиженном продукте с низкой вязкостью легче проходят даль-
нейшие процессы разрыва крахмальной молекулы вплоть до
образования глюкозы.

Кислотный гидролиз может применяться на всех стадиях
гидролиза — при клейстеризации, разжижении и осахаривании
до различного содержания редуцирующих веществ. Содержание
редуцирующих веществ в продуктах гидролиза характеризует-
ся глюкозным эквивалентом (ГЭ).

Однако применение кислоты кроме преимуществ, выража-
ющихся в дешевизне катализатора и большой скорости реакции
в связи с высокой температурой процесса, имеет целый ряд су-
щественных недостатков.

Гидролизаты загрязняются продуктами реверсии и термичес-
кого кислотного разложения углеводов, что ухудшает их ка-
чество. Невозможно достичь достаточно полного осахаривания
крахмала, в связи с чем снижается выход глюкозы.

Применение ферментов для гидролиза на любой его стадии
дает значительные преимущества благодаря направленности и
специфичности их действия. В связи с низкими температурами
и pH, близкими к нейтральным, термическое и кислотное раз-
жижение минимально.

Гидролизаты имеют низкую цветность, глюкозный эквива-
лент их может достигать 98%, что значительно упрощает про-
ведение последующих технологических операций — очистку си-
ропов и кристаллизацию глюкозы.

При ферментативном гидролизе крахмала в производстве
глюкозы значительно повышается выход кристаллического про-
дукта, появляется возможность получать целый ряд достаточно
чистых продуктов гидролиза в порошкообразном или гранули-
рованном виде. В крахмало-паточном производстве применение
различных ферментов позволяет вырабатывать патоки с раз-
личным составом углеводов.

Как уже отмечалось, клейстеризация и разжижение крахма-
ла ведутся в присутствии катализаторов — кислот или фермен-
тов.

На практике клейстеризацию крахмала и его разжижение
проводят следующими способами: кислотным, кислотно-фермен-
тативным или ферментативным.

Если кислотное разжижение осуществляется в одну стадию
вследствие неизбирательного действия кислоты, то фермента-»
тивное может проводиться в две и больше стадий.

Для ферментативного разжижения применяются фермент-
ные препараты а-амилазы.

Прежде чем крахмал гидролизовать до глюкозы, его необ-
ходимо подвергнуть клейстеризации, т. е. крахмальные молеку-
лы должны быть диспергированы. Неклейстеризованные зерна
крахмала очень медленно атакуются ферментом.
В процессе клейстеризации крахмала значительно возраста-
ет вязкость.

С целью снижения вязкости клейстер либо подвер-
гается слабой обработке кислотой, либо обрабатывается бакте-
риальной а-амилазой, катализирующей быстрое разрушение
цепей в крахмальной молекуле.

Процесс разжижения крахмала оказывает большое влияние
на качество конечного гидролизата. С одной стороны, необхо-
димо полностью клейстеризовать все зерна крахмала, иначе
снизится выход продукта, ухудшится фильтрационная способ-
ность гидролизата, с другой — более глубокий гидролиз крах-
мала при разжижении приводит к снижению содержания глю-
козы в гидролизатах при осахаривании.

Ухудшение фильтрационной способности обусловлено нали-
чием в гидролизатах неклейстеризованных зерен крахмала и
образованием ретроградированного крахмала. Известно, что яв-
ление ретроградации крахмала является результатом образо-
вания водородных связей между молекулами крахмала в раст-
воре.

Вытянутая линейная структура молекулы амилозы пред-
определяет образование большого числа водородных связей по
сравнению с разветвленной компактной молекулой амилопек-
тина. Поэтому ретроградируют, соединяются в агрегаты, почти
исключительно молекулы амилозы. Ретроградированная ами-
лоза нерастворима в воде и не поддается действию амилолити-
ческих ферментов.

Кукурузный и пшеничный крахмалы значительно быстрее
ретроградируют, чем крахмал из картофеля и тапиоки. Предпо-
лагается существование критического размера молекул амило-
зы, при котором ретроградация достигает максимальной вели-
чины.

Большие или меньшие молекулы ретроградируют медлен-
нее или вообще не ретроградируют.

На скорость ретроградации оказывают влияние многие фак-
торы. Так, скорость ретроградации сильно увеличивается с уве-
личением концентрации и со снижением температуры. При 60—
70 °C ретроградации нет. Максимальной величины ретрограда-
ция достигает при pH 7, при pH свыше 10 этого процесса не
наблюдается вовсе, а ниже pH 2 скорость его чрезвычайно
мала.

При прогрессирующей ретроградации изменяется окрашива-
ние с йодом от исходного синего до красного.

Мелкие частички ретроградированного крахмала обуслов-
ливают помутнение в ферментативных гидролизатах, проника-
ют в поры фильтровальной перегородки, закупоривая их, значи-
тельно ухудшают фильтрационные характеристики этих гидро-
лизатов, увеличиваются потери продукта с фильтрационным
осадком.
КИСЛОТНОЕ РАЗЖИЖЕНИЕ

Кислотное разжижение осуществляется с использованием
существующих конвертеров или непрерывнодействующих оса-
харивателей для кислотного гидролиза крахмала. Ниже описа-
на разработанная нами технология кислотного разжиже.ния,,
применяемая на отечественных предприятиях.

Крахмальная суспензия с концентрацией 38—40 % СВ через
мерник направляется в конвертер. Конвертер необходимо снаб-
дить рассекателем для разбрызгивания струи суспензии.

Соляная кислота, используемая в качестве катализатора,
дозируется из расчета 0,1—0,12% газа НС1 к массе СВ пере-
рабатываемого сырья, при этом всю кислоту можно добавлять
в мерник для подкисленной воды. Величина pH гидролизуемой
массы в конвертере должна быть на уровне 1,8—2,2.

Процесс заварки крахмала осуществляется при избыточном
давлении 0,02—0,03 МПа, а процесс разжижения производится
при избыточном давлении 0,25—0,28 МПа до достижения глю-
козного эквивалента в гидролизате 15—20%.

Продолжительность отдельных операций в конвертере уста-
навливается экспериментально. В качестве примера ниже при-
водится продолжительность отдельных операций (в мин):

Спуск подкисленной воды	2

Подогрев подкисленной	воды	1—1,5

Заливка крахмальной суспензии /	15—17

Создание избыточного давления	5—9

Выдержка	2—3

Выдувка сиропа	2—2,5

Полный цикл	27—35

Окончание процесса разжижения контролируется по йодной
пробе: 2—3 капли разжиженного продукта в пробирке с раст-
вором йода не должны давать синего окрашивания, характер-
ного для крахмала. Цвет йодной пробы должен быть бордово-
фиолетовый.

Готовый сироп выдувается из конвертера в нейтрализатор,
где нейтрализуется раствором кальцинированной соды 18 %-ной
концентрации до pH 4,0—5,0, являющейся оптимальной для
последующего действия амилоглюкозидазы.

Раствор разжиженного крахмала после нейтрализатора не-
обходимо охладить до 62—63 °C.

Чтобы избежать ретроградации крахмала, охлаждение раз-
жиженного продукта необходимо проводить по возможности
быстро. Продукт не должен соприкасаться с холодными стен-
ками аппаратов. Поэтому для охлаждения желательно исполь-
зовать циклон-испаритель.

Циклон-испаритель представляет собой цилиндрический кор-
пус с тангенциальным вводом горячего продукта. Вследствие
резкого расширения в циклоне жидкость превращается в паро-
жидкостную смесь. При этом жидкость равномерным потоком
стекает по стенке и выводится из циклона, а образовавшийся
пар устремляется вверх, освобождаясь от примеси частиц жид-
кости с помощью сферического отбойника, а также сепаратора.

Испаритель устанавливается на высоте Юми работает при
остаточном давлении 0,05—0,06 МПа (разрежение 300—350 мм
рт. ст.). При таком разрежении температура продукта, покида-
ющего испаритель, автоматически поддерживается на уровне
62—63 °C.

Из испарителя сироп подается в pH-сборник, где регулиру-
ются показатель pH и температура.

Охлаждение нейтрализованного сиропа можно осуществить
сразу в pH-сборнике, снабженном мешалкой, обеспечивающей
интенсивное перемешивание продукта (многоярусная лопастно-
го типа мешалка с частотой вращения примерно 50 об/мин) и
кожухом для циркуляции холодной воды. В этом случае тру-
бопровод, по которому гидролизат из нейтрализатора самоте-
ком направляется в этот сборник, также необходимо снабдить
кожухом для циркуляции холодной воды.

Наряду с охлаждением в сиропе регулируется показатель
pH подачей в сборник соответственно кислоты или раствора
кальцинированной соды. Однако, как правило, процесс нейтра-
лизации до необходимого показателя pH производится в нейт-
рализаторе. Лишь в отдельных случаях pH регулируется в
pH сборнике. Сборники для охлаждения сиропа и регулирова-
ния pH необходимо снабдить прибором для регистрации тем-
пературы.

Устанавливаются два сборника. Емкость каждого из них
должна соответствовать 1—2 порциям сиропа из конвертера.

После регулировки pH и температуры в сборник добавляется
порция раствора глюкоамилазы, суспензия тщательно пере-
мешивается в течение 7—10 мин, после чего продукт направля-
ется в осахаривающие емкости.

При охлаждении разжиженного крахмала температура про-
дукта не должна быть ниже 60 °C во избежание нежелательно-
го процесса ретроградации крахмала. Кроме того, все аппара-
ты и устройства, применяемые для получения разжиженного
крахмала, не должны иметь застойных зон, чтобы обеспечить
полный слив продукта.

При осахаривании разжиженного кислотным способом крах-
мала глюкозный эквивалент не превышает 94—95 % (содержа-
ние глюкозы 92—93 %).

Недостатком кислотного способа разжижения является так-
же и то, что процесс приводится при высоких температуре и
концентрации кислоты. Эти условия благоприятствуют разру-
шению белковых примесей крахмала, которые переходят в
гидролизат. Кроме того, при нейтрализации кислоты в гидро-
лизате образуются минеральные соли, увеличивающие золь-
ность и затрудняющие процесс кристаллизации глюкозы.
Преимуществом кислотного способа разжижения является де-
шевый катализатор, а также то, что полученные таким обра-
зом гидролизаты имеют хорошую фильтрационную способ-
ность.

КИСЛОТНО-ФЕРМЕНТАТИВНОЕ РАЗЖИЖЕНИЕ

С целью устранения недостатков кислотного разжижения за
рубежом применяется кислотно-ферментативное разжижение
крахмала.

Слабый гидролиз кислотой до ГЭ 3—5 % с последующим
разжижением посредством бактериальной а-амилазы дает воз-
можность получить гидролизаты с такими же фильтрационными
характеристиками, как и при кислотном разжижении до ГЭ 15—
20. Одновременно можно получить гидролизат с содержанием
редуцирующих веществ после осахаривания примерно 96—97 %.

Подкисленная до pH 1,8—2,5 (2,66 л 36 %-ной НС1 на 1 т
крахмала) крахмальная суспензия направляется (рис. 63) в
непрерывнодействующий осахариватель, где подогревается до
140 °C в течение 5 мин. При выходе из зоны разжижения в про-
дукт дозирующим насосом добавляется раствор кальциниро-
ванной соды до pH 6—6,5. Далее гидролизат почти мгновенно
охлаждается в циклоне-испарителе до 85 °C и во избежание
ретроградации в продукт дозирующим насосом добавляется
раствор а-амилазы.

Через 30 мин гидролиза получается гидролизат с ГЭ 10—
13 % с хорошими фильтрационными свойствами. Если исполь-
зуется термостабильный препарат типа термамил, то его мож-
но добавлять при температуре 95—100 °C. Это значительно сни-
жает опасность ретроградации.

В качестве разжижающего фермента применяется такая
а-амилаза, которая имеет оптимум температуры выше темпе-
ратуры клейстер из ации крахмала. Этому требованию удовлет-
воряет ферментный препарат амилосубтилин Г Юх с оптимумом
действия при 85 °C и pH 6,2—6,5. Амилолитическая активность

Рис. 63. Схема непрерывного разжижения крахмала кислотно-ферментатив-
ным способом:

1 — разводной сборник; 2 — дозирующий насос; 3 — трубчатый реактор; 4 — циклон-ис-
паритель; 5 — насос; 6 — трубчатый реактор; 7 — охладитель; 8 —- осахаривающая ем-
кость
препарата находится на уровне 3000 ед. АС в 1 г препарата.
В качестве сопутствующей примеси амилосубтилин содержит
протеиназу. Известно, что протеиназа при температуре свыше
60 °C полностью инактивируется, поэтому данный препарат, вы-
рабатываемый в виде порошка, удовлетворяет требованиям
глюкозного производства.

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ РАЗЖИЖЕНИЕ

При применении ферментативного разжижения наиболее
простым является одноступенчатый процесс.

В 30—35 %-ную суспензию крахмала добавляется раствор
кальцинированной соды для доведения показателя pH до 6—
6,5, добавляется раствор бактериальной а-амилазы из расчета
0,68—0,70 ед. АС на 1 г крахмала.

Общий расход амилосубтилина Г Юх составляет 0,02 % к
массе сухого перерабатываемого крахмала. При использовании
подогрева крахмальной суспензии инжекцией пара расход ами-
лосубтилина Г Юх будет выше, в связи с тем что часть фермен-
та в процессе подогрева инактивируется.

С целью снижения удельного расхода а-амилазы и ее стаби-
лизации в разжижаемую суспензию вводят соли кальция
иногда вместе с солями натрия в количестве 0,01 М Са2+ и
0,02 М Na+. Процесс разжижения при этом осуществляется при
температуры 85—90 °C.

Так как ионы кальция стабилизируют бактериальную а-ами-
лазу, в качестве щелочи для доведения pH крахмальной сус-
пензии до оптимальной величины можно использовать гидро-
окись кальция.

Установлено, что с увеличением дозировки амилосубтилина
ПО х процесс проходит быстрее и глубже. Однако увеличение
дозировки выше 2 ед. АС на 1 г сухого крахмала не дает су-
щественного дополнительного эффекта. При низких дозировках
амилосубтилина не удается надлежащим образом снизить вяз-
кость клейстера, а при повышенной вязкости затрудняется кон-
такт с ферментом.

Суспензия крахмала подогревается острым паром до 85 °C
и при этой температуре выдерживается в течение 1,5 ч, прохо-
дя последовательно через ряд емкостей. Далее продукт направ-
ляют в зону термообработки, где его подогревают до 140 °C в
течение 5 мин, чтобы улучшить фильтрационные свойства.

Перед осахариванием сироп охлаждают с помощью цикло-
на-испарителя или теплообменника.

Таким образом можно гидролизовать картофельный крах-
мал. При использовании кукурузного, пшеничного и рисового
крахмалов возникают все те же трудности при фильтрации, вы-
званные как ретроградацией крахмала, так и наличием неклей-
стеризованных зерен крахмала.
Рис. 64. Аппаратурное оформление станции двойного ферментативного раз-
жижения крахмала:

1 — сборник крахмальной суспензии; 2 — мерник; 3 — сборник подготовки продукта к
разжижению; 4 — смеситель: 5 — колонна предварительного разжижения; 6 — выдержи-
ватель; 7 — испаритель; 3 — сборник для внесения а-амилазы; 9 — колонна для окон-
чательного разжижения; /0 — дозировочный сборник для Са(ОН)2 или СаО; —до-
зировочный сборник для а-амилазы; 12— дозировочный сборник NaOH

Двухступенчатый ферментативный гидролиз дает возмож-
ность избежать этих трудностей.

Разжижение осуществляют в непрерывнодействующей уста-
новке (рис. 64). Крахмальная суспензия концентрацией около
40 % поступает из сборника 1 в мерник 2, где разводится водой
до постоянной концентрации 35 %- В суспензию добавляется
раствор едкого натра для доведения pH до 6—6,5, раствор
а-амилазы и ее стабилизаторов: СаО или Са(ОН)2. При пере-
ходе в сборник 3 корректируется pH и после тщательного пере-
мешивания в статическом смесителе 4 продукт подогревается
острым паром до температуры 85 °C и последовательно прохо-
дит ряд колонн 5, где осуществляется I стадия разжижения
крахмала. При этом происходит разрыв длинных цепочек крах-
мала благодаря действию а-амилазы. Вязкость клейстера быстро
снижается.

С целью достижения полной клейстеризации зерен крахма-
ла продукт далее подогревают прямо или косвенно паром до
температуры 140—150 °C и выдерживают при этой температу-
ре в течение 3—5 мин.

Чтобы разжижить клейстеризованный при термообработке
крахмал продукт направляется на II стадию разжижения. Для
этого сироп почти мгновенно охлаждается до 85 °C в циклоне-
испарителе 7, в него добавляется снова раствор а-амилазы
(сборник 8) и в зависимости от дозы добавляемого раствора
а-амилазы продукт выдерживается в многосекционном аппара-
те непрерывного действия или ряде колонн 9 в течение 1,5—
2 ч до содержания редуцирующих веществ 10—20%.
Предложенная нами установка для ферментативного разжи-
жения крахмала1 предусматривает косвенный обогрев продукта
на I стадии, обеспечивая снижение расхода фермента, что очень
важно.

С помощью термостабильной а-амилазы (термамил) можно
достичь хорошего разжижения и при одностадийном добавле-
нии фермента. При этом в 30—40%-ную суспензию крахмала
добавляется раствор соды для доведения показателя pH до
6,5—7,0. В крахмальную суспензию добавляется непосредствен-
но перед устройством для разжижения 1 кг термамила на каж-
дую тонну крахмала. Температура повышается до 105—НО °C
прямой инжекцией пара и поддерживается на этом уровне в те-
чение 5—10 мин. Разжиженный крахмал затем охлаждается до
95°C и выдерживается 1—2 ч до полного разжижения.

Основное преимущество этого способа в том, что оборудо-
вание, предназначенное для кислотного способа, может быть
легко приспособлено без существенных дополнительных затрат
для ферментативного разжижения.

При двойном ферментативном гидролизе крахмала и после-
дующем осахаривании глюкоамилазой можно получить гидро-
лизаты, содержащие до 98 % редуцирующих веществ, из них
до 96 % глюкозы.

ОСАХАРИВАНИЕ РАЗЖИЖЕННОГО КРАХМАЛА

Разжиженный одним из вышеописанных способов крахмал
далее осахаривается амилоглюкозидазой в условиях, являю-
щихся оптимальными для ее действия.

Ранее отмечалось, что при высокой температуре скорость
реакции ферментативного гидролиза повышается, но понижа-
ется ее стабильность. При низкой температуре скорость реак-
ции понижается, а стабильность фермента повышается, но уве-
личивается опасность микробной инфекции, вследствие чего
показатель pH может оказаться за пределами зоны оптимума
действия.

Наиболее благоприятной температурой для ферментативно-
го осахаривания крахмала является 60 °C.

В настоящее время в крахмало-паточной промышленности
применяются порошкообразные ферментные препараты очищен-
ной глюкоамилазы: глюконигрин Г20х, разрешенный для при-
менения только при произвдстве кристаллической глюкозы, и
глюкоаваморин Г20х, который можно применять и при произ-
водстве глюкозного концентрата, и крахмальных паток различ-
ного углеводного состава.

Указанные ферментные препараты можно применять и в
жидком виде после очистки ультрафильтрацией (глюкоаваморин
Г18х).

1 А. с. 543678 (СССР) — Б. И.,, 1977, № 3.
Рис. 65. Типичная кривая осаха-
ривания крахмала при полном
ферментативном гидролизе. Кон-
центрация субстрата 33 %, тем-
пература 60 °C, pH 4,5, доза
глюкоамилазы 2,5 ед. ГлС на 1 г
крахмала

Рис. 66. Зависимость глюкозного
эквивалента в конечном гидролизате
от степени гидролиза крахмала при
кислотном разжижении

Порошкообразные препараты вырабатываются с глюкоами-
лазной активностью 1000 ед. ГлС и 2000 ед. ГлС в 1г пре-
парата.

В качестве наполнителя при стандартизации препаратов для
крахмало-паточной промышленности рекомендуется использо-
вать фильтр-перлит.

Указанные ферментные препараты имеют незначительную
активность а-амилазы в качестве сопутствующей примеси и
следы гликозилтрансферазной и протеолитической активности,
которые не проявляют отрицательного действия.

Уже указывалось, что перед осахариванием разжиженный
крахмал охлаждается до 60 °C и показатель pH доводится до
оптимального.

На рис. 65 приведена типичная кривая осахаривания куку-
рузного крахмала, предварительно разжиженного ферментатив-
ным способом с применением бактериальной а-амилазы при
оптимальной дозировке фермента.

Как видно из кривой, в первые часы процесс осахаривания
протекает интенсивно, а далее замедляется, достигая макси-
мального значения 98 % по истечении 72 ч. Это объясняется
тем, что в продукте после разжижения находится большое ко-
личество крупных полимеров, к которым глюкоамилаза имеет
большее сродство. При дальнейшем гидролизе скорость реак-
ции убывает в связи с тем, что глюкоамилаза имеет меньшее
сродство к олигосахаридам. Определенная часть олигосахари-
дов остается негидролизованной даже после длительного оса-
харивания.

Качество гидролизатов после осахаривания зависит от
многих факторов. Прежде всего необходимо обращать внима-
ние на качество крахмал. Результаты наших исследований по-
казали, что при осахаривании крахмала с содержанием про-
теина до 0,75 % содержание общего азота в гидролизате нахо-
ml---1---a----i--1---1----1-'

П	io	20	30	40	50 60	70

7„ крахнала.

Рис. 67. Зависимость глюкозного эк-
вивалента в конечном гидролизате
от концентрации субстрата. Темпера-
тура 60 °C, pH 4,5, доза глюкоами-
лазы 2,5 ед. ГлС на 1 г крахмала

Рис. 68. Эффект осахаривания крах-
мала при разных дозах глюкоами-
лазы (ед. ГлС на 1 г крахмала):
/ — 1.75: 2 — 2,5; 3 — 3,75; 4 — 4,25

дится на одинаковом уровне. При более высоком содержании
протеина в крахмале количество общего азота в гидролизате-
повышается, что нежелательно. Наиболее нежелательной при-
месью в крахмале является растворимый протеин, который,
полностью переходит в гидролизат, ухудшая его качество.

В случае кислотного разжижения крахмала величина глю-
козного эквивалента в конечном гидролизате после фермента-
тивного осахаривания зависит от степени гидролиза крахмала-
при разжижении. Надо следить за тем, чтобы степень гидро-
лиза не превышала 20%. Как видно из рис. 66, при более вы-
сокой степени гидролиза крахмала содержание редуцирующих
веществ в конечном гидролизате не превышает 93—92 % за
счет меньшего сродства глюкоамилазы к олигосахаридам, в
большом количестве образовавшемся при более глубоком гид-
ролизе.

На рис. 67 приведена зависимость содержания редуцирую-
щих веществ в конечном гидролизате от концентрации разжи-
женного крахмала.

Как видно, с увеличением концентрации содержание редуци-
рующих веществ снижается. Это явление обусловлено ресинте-
зом мальтозы и изомальтозы из глюкозы. Эта реакция катали-
зируется всеми известными препаратами глюкоамилазы и воз-
можно не обусловлена присутствием ферментативных примесей.

На основании экономических соображений за оптимальную
принята концентрация крахмала 30—35%. При 40 %-ной кон-
центрации конечное значение глюкозного эквивалента 98 %,
получить невозможно.

Очень важно подобрать правильную дозировку глюкоами-
лазы на осахаривание. При увеличении дозировки максималь-
ное. значение глюкозного эквивалента достигается быстрее-
(рис. 68). Однако с повышением концентрации фермента после
достижения максимума содержание РВ в гидролизате начина-
ет уменьшаться. Это особенно заметно при высоких концентра-
циях фермента. Снижение РВ обусловлено также ресинтезом
изомальтозы и др.
Амиле за.

| Разжижение с сС~ амилазой

| Осахариба.ние с глюкоанилазой

• ••••••••• ••• [ООО»!

Б

В
9-редуцирующий остаток глюкозы

О—нередуцирующий остаток глюкозы

[OO®j — мальтотриоза.
[	— олигосахариды

Тис. 69. Зависимость ГЭ после осахаривания от ГЭ в разжиженном с при-
.менением НС1 крахмале
Описанные способы ферментативного гидролиза крахмала все
же оставляют непереведенными в глюкозу 2—2,5 % крахмала.

С целью ликвидации этого недостатка в Японии предложен
в качестве перспективного способ гидролиза крахмала, соглас-
но которому вместо разжижения крахмала с применением
а-амилазы предусматривается просто его желатинизация
(клейстеризация) при высокой температуре и интенсивном пе-
ремешивании.

На рис. 69, иллюстрирующем один из вариантов механизма
процесса ферментативного гидролиза крахмала, показано преи-
мущество нового способа.

Кислотное и ферментативное разжижение крахмала (см.
рис. 69, а и б) сопровождается увеличением количества расщеп-
ленных полимеров, причем при кислотном разжижении наряду
с высокомолекулярными полимерами образуется значительное
количество олигосахаридов с низкой молекулярной массой.
При ферментативном разжижении продукты расщепления име-
ют усредненный размер.

С увеличением количества расщепленных полимеров в раз-
жиженном продукте увеличивается количество редуцирующих
концов. Так как амилоглюкозидаза атаковывает продукты рас-
щепления крахмала с нередуцирующего конца и преимущест-
венно с высокой молекулярной массой, образование новых ре-
дуцирующих концов нежелательно.

Для достижения практически полного гидролиза крахмала
необходимо свести до минимума образование новых редуциру-
ющих концов. Это достигается при разжижении крахмала без
применения какого-либо катализатора.

Клейстеризация крахмала осуществляется при pH 5—6 и
температуре 120—160°С. Применяется специальное оборудова-
ние, обеспечивающее необходимый нагрев и перемешивание.
С целью снижения вязкости процесс осуществляется с рецирку-
ляцией части гидролизата. При этом зерна крахмала клейсте-
ризуются и крахмал гидратируется и диспергируется до такого
состояния, что становится возможным гидролитическое рас-
щепление его молекул. Содержание редуцирующих веществ в
клейстере не превышает 1—2%. Установлено, что высокомоле-
кулярные продукты расщепления крахмала при этом не под-
вержены ретроградации.

В таких условиях (см. рис. 69, в) процесс осахаривания
крахмала представляется как методическое отщепление всегда
одного глюкозного остатка от громадного полимера с его нере-
дуцирующего конца, т. е. осуществляется количественный пе-
ревод крахмала в глюкозу. Содержание редуцирующих веществ
в конечном гидролизате находится на уровне 99,5 %.

Известны предложения по использованию на стадии осаха-
ривания глюкоамилазы совместно с а-1,6-глюкозидазой. Способ
обеспечивает также получение гидролизатов с ГЭ на уровне
99 % и сокращение продолжительности гидролиза.
До сего времени процесс осахаривания проводится в перио-
дически действующих громадных размеров аппаратах. Более то-
го, ферментный препарат действует однократно. С целью мно-
гократного использования ферментов предлагаются ультра-
фильтрационные установки для выделения глюкоамилазы, ко-
торую можно использовать многократно.

Разрабатывается способ непрерывного ферментативного гид-
ролиза крахмала, включающий обработку крахмала в реакторе
в присутствии а-амилазы и глюкоамилазы, непрерывную про-
качку смеси через ультрафильтрационную установку, в резуль-
тате чего отделяется глюкоза, а непрофильтрованный продукт
возвращается в реактор для продолжения процесса.

Особо перспективным является применение препаратов им-
мобилизованной (закрепленной) на инертном носителе (иони-
ты, ДЕАЕ-целлюлоза, пористое стекло, синтетические материа-
лы) глюкоамилазы. Такой препарат загружается в реактор ко-
лонного типа, который работает непрерывно в течение не-
менее месяца, после чего реактор загружают свежим фер-
ментом.

Применение иммобилизованной глюкоамилазы позволяет
создать не только автоматически управляемый непрерывный
процесс при низких капиталовложениях, но и резко сократить
удельный расход фермента, т. е. снизить себестоимость готовой
продукции. В настоящее время за рубежом применяются такие
препараты при производстве гранулированной глюкозы.

В промышленных условиях процесс ферментативного осаха-
ривания крахмала осуществляется в настоящее время в перио-
дически действующих осахаривающих емкостях объемом 50—
100 м3 и более в зависимости от производственной мощности
предприятия. При этом желательно, чтобы заполнение и вы-
работка емкости составляли 8—12 ч.

Емкости могут быть как вертикального, так и горизонталь-
ного типа. Их можно устанавливать и вне производственного
здания в зависимости от климатических условий.

Результаты наших исследований процесса осахаривания в-
сосудах из различных материалов (нержавеющая сталь, алюми-
ний, бронза, сталь, титан) показали, что во всех сосудах фер-
ментативный гидролиз протекает примерно одинаково. Но в
случае применения таких материалов, как Ст. 3 и медь, гидроли-
заты имели повышенную цветность. При подборе конструкци-
онного материала для изготовления осахаривающих емкостей
следует исходить из того, чтобы соприкасающиеся с продуктом
части были изготовлены из нержавеющей стали или из Ст. 3
с коррозиестойким покрытием (эмаль, эпоксидная смола
и т. д.).

Конструкция осахаривающей емкости должна обеспечивать
постоянное перемешивание продукта. Должна быть постоянной
и температура в процессе осахаривания.
Перемешивание может быть обеспечено либо мешалкой ло-
пастного типа (многоярусная) с частотой вращения 50—
70 об/мин, либо рециркуляцией продукта с помощью насоса.

Для поддержания постоянной температуры продукта ем-
кость либо снабжается змеевиком или кожухом для рецирку-
ляции горячей воды из термостата, либо продукт проходит че-
рез теплообменник при рециркуляции. Подогрев воды в термо-
стате следует осуществлять паром, причем с автоматической
регулировкой. Снаружи емкость тщательно изолируется во из-
бежание потерь теплоты в окружающую среду.

В последнее время предложены конструкции емкостей с та-
кой теплоизоляцией, которая обеспечивает снижение темпера-
туры в течение всего процесса осахаривания лишь на 2 °C.
При этом продукт не подогревается вообще.

Осахаривающая емкость должна быть снабжена прибором
регистрации температуры, показателем уровня и патрубком.

Опыт отечественных предприятий, где в настоящее время
используется предложенная нами технология кислотно-фермен-
тативного гидролиза крахмала при производстве кристалличес-
кой глюкозы, показывает, что на первом этапе внедрения в ка-
честве осахаривающих емкостей можно использовать освобож-
дающиеся кристаллизаторы.

Поступающий на предприятие порошкообразный глюкоами-
лазный препарат вначале растворяют в воде. Для приготовле-
ния раствора фермента устанавливают два сборника. Каждый
из них снабжают мешалкой, которая имеет частоту вращения
50 об/мин, и тщательно изолируют. Взвешенная на весах пор-
ция фермента, необходимого для осахаривания крахмала в од-
ной осахаривающей емкости, высыпается в сборник, куда пред-
варительно набрана вода. Образовавшаяся в момент высыпа-
ния ферментная пыль должна отсасываться вентилятором, а
приемное отверстие сборника закрываться задвижкой.

Для растворения фермента используют питьевую воду тем-
пературой не выше 25 °C. Фермент смешивается с водой в со-
отношении 1 : 20. Процесс растворения фермента продолжается
примерно 1 ч. Такой раствор можно хранить не более 8 ч.

Раствор фермента либо порционно, либо сразу весь перека-
чивается в сборник для доводки pH, откуда смесь гидролизата
с ферментом перекачивается в осахаривающую емкость. Раст-
вор фермента можно подавать непосредственно в осахариваю-
щую емкость.

Необходимо иметь в виду, что разжиженный крахмал —
продукт нестойкий, поэтому после охлаждения до 60 °C нужно
стремиться быстрее добавить в него раствор фермента. Можно
всю дозу фермента добавить в первую порцию разжиженного
крахмала.

Сборники для приготовления фермента желательно разме-
щать в отдельной комнате, стены и потолки которой покраше-
ны масляной краской.
Приводим пример расчета потребного количества фермента.

Допустим, что фермент дозируется из расчета 2,5 ед. ГлС
на 1 г сухого крахмала или 2500 ед. ГлС на 1 кг сухого крах-
мала. Если в одном мернике крахмального молока содержится
2400 кг абс. сухого крахмала, то для осахаривания крахмала
из одного конвертера потребуется: 2400-2500 = 6-106 ед. ГлС.

Если активность глюкоамилазного препарата составляет
1000 ед. ГлС, то товарного фермента потребуется: 6-106/103 =
= 6-103 г, или 6,0 кг.

При активности препарата 2000 ед. его потребуется 6- 106/2х
Х 103 = 3- 103 г, или 3,0 кг.

Экспериментально установлено, что при пониженных дози-
ровках фермента можно получить гидролизаты с таким же вы-
соким глюкозным эквивалентом, как и при высоких дозировках
фермента. Но при этом увеличивается продолжительность
процесса, как показано ниже.

Доза глюкоамилазы,	Продолжитель-

ед. ГлС иа 1 г	ность

сухого крахмала	процесса

2,75	60

2,50	72

2,25	96

2,00	120

В связи с высокой ценой на ферментные препараты целесо-
образно процесс осахаривания проводить при низких дозировках
фермента. При этом потребные капиталовложения на изготов-
ление дополнительных осахаривающих емкостей окупаются за
полгода.

В процессе осахаривания периодически контролируется по-
казатель pH и содержание СВ. По истечении первых суток не-
обходимо определить йодную пробу и содержание редуцирую-
щих веществ, чтобы убедиться в нормальном течении процесса
осахаривания.

Отрицательная йодная проба (синее или фиолетовое окра-
шивание в фильтрате гидролизата) свидетельствует о серьез-
ных нарушениях процесса: фермент добавили в недостаточном
количестве, показатели pH и температуры не соответствуют
оптимальным значениям. После приведения в норму показателя
pH и температуры в осахаривающую емкость нужно добавить
фермент.

В случае отставания в накоплении’ редуцирующих веществ,
(отклонения от графика) нужно добавить 1—2 кг фермента
на порцию сиропа, например, из одного конвертера.

При повышении температуры выше оптимальной необходи-
мо отключить временно обогрев. Через 8—10 ч нужно опреде-
лить содержание редуцирующих веществ, чтобы убедиться в
том, что фермент не инактивировался. В противном случае
нужно добавить фермент.
Показатель pH в осахаренном продукте корректируется до-
бавлением соответствующего количества разбавленной соляной
кислоты или раствора кальцинированной соды.

Процесс осахаривания считается законченным, когда дости-
гается необходимый глюкозный эквивалент. В конце процесса
содержание редуцирующих веществ определяется через 8 ч.

По окончании процесса осахаривания реакцию останавлива-
ют инактивацией фермента путем подогрева продукта в теп-
лообменнике любого типа, предпочтительно пластинчатом, или
инжекцией пара в смесителе конструкции НПО по крахмало-
продуктам.

Установлено, что при выдерживании осахаренного продукта
при 80 °C в течение 20 мин глюкоамилазная активность исчеза-
ет полностью.

Во избежание инфицирования осахаривающие емкости, а
также сборники, для приготовления раствора фермента необхо-
димо периодически подвергать санобработке. При этом вначале
емкость тщательно отмывается горячей водой, а затем пропа-
ривается насыщенным паром в течение 1—1,5 ч.

Осахаривающие емкости достаточно обрабатывать 1 раз в
месяц. Сборники для приготовления фермента необходимо под-
вергать санобработке не реже 1 раза в декаду. Осахариваю-
щие емкости, а также сборники для приготовления фермента
должны иметь отвод в канализацию для сброса промывных вод.

В табл. 11 приведена характеристика гидролизатов, полу-
чаемых с применением ферментов в промышленных условиях,
в сравнении с гидролизатами, полученными кислотным спосо-
бом.

Как видно из таблицы, кислотно-ферментативные гидролиза-
ты, особенно гидролизаты, полученные только ферментативным
гидролизом, отличаются прежде всего высоким содержанием
глюкозы, что является самым важным показателем. Далее, зна-
чительно уменьшается количество нежелательных примесей, та-
ких, как зольные элементы, 5-оксиметилфурфурол и др. При-
мерно в 10 раз снижается цветность гидролизатов.

Таблица 11

Показатели	Кислотный способ	Кислотно- ферментатив- иый способ	Ферментатив- ный способ
Содержание редуцирующих веществ, %	91	95	98
на СВ			
Глюкоза, % на СВ	86	93	97
Зола, % на СВ	1,6	0,4	0,25
Протеин, % на СВ	0,25	0,40	0,35
5-Оксиметилфурфурол, % на СВ	0,30	0,008	0,003
Цветность, ед. оптической плотности	2,2	0,25	0,15
на СВ			
Известно, что повышение ГЭ в гидролизатах крахмала на
1 % обеспечивает увеличение выхода кристаллической глюко-
зы на 3 % -

Применение кислотно-ферментативного гидролиза позволяет
повысить выход глюкозы с 70—72 % (при кислотном гидроли-
зе) до 80%, а полностью ферментативного — до 85—90%. При
этом удельный расход крахмала на 1 т кристаллической глюко-
зы снижается соответственно на 160—200 кг.

Благодаря меньшей цветности гидролизатов уменьшается
на 30 % расход дефицитного порошкообразного адсорбента —
активного угля.

Из обогащенных глюкозой гидролизатов глюкоза выкри-
сталлизовывается примено в 2 раза быстрее. Более того, упро-
щается технология производства глюкозы в целом, так как
отпадает необходимость в дополнительном гидролизе первого
оттека.

Поскольку кристаллизационное отделение, как правило, яв-
ляется узким местом при производстве кристаллической глю-
козы, то перевод действующих предприятий на новый способ
гидролиза позволяет значительно увеличить его производствен-
ную мощность, а следовательно, и производительность труда
работающих.

Только за счет сэкономленного крахмала можно увеличить
объем выработки глюкозы на 10% при кислотно-ферментатив-
ном и на 20 % при полностью ферментативном гидролизе.
Уменьшается удельный расход воды и энергоресурсов. Улучша-
ется качество кристаллической глюкозы по показателю цветно-
сти и прозрачности ее растворов.

В отличие от вырабатываемого при кислотном гидролизе
крахмала гидрола, представляющего собой темноокрашенную
жидкость неприятного горьковато-соленого вкуса с глюкозным
эквивалентом 72—74 % (содержание глюкозы около 50 %), при
ферментативном гидролизе в качестве оттека, выводимого из
производства, получают продукт с глюкозным эквивалентом не
менее 76 % (глюкозы на уровне 65 %) при кислотно-фермента-
тивном гидролизе и не менее 85 % при полностью ферментатив-
ном гидролизе. Продукт содержит примерно в 2—3 раза мень-
ше хлорида натрия, золы. Такой продукт реализуется по более
высокой цене, чем гидрол. Значительно улучшаются технико-
экономические показатели работы предприятий.

ГЛАВА 13. ОЧИСТКА ГИДРОЛИЗАТОВ
КРАХМАЛА

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ГИДРОЛИЗАТОВ

При кислотном гидролизе крахмала до разной степени оса-
харивания — разжижение, осахаривание до патоки или глюко-
зы— необходимо провести нейтрализацию гидролизата. Про-
Рис. 70. Кривые титрования НС1
раствором карбоната натрия:

1 — в чистых водных растворах: 2 в
растворе крахмальных гидролизатов

Рис. 71. Изменение оптической плот-
ности (7), содержания жира (2) и
белка (<?) в фильтрованном гидроли-
зате в зависимости от pH

цесс нейтрализации решает две важные технологические зада-
чи— прекращает процесс кислотного гидролиза на определен-
ной его стадии и переводит часть растворенных и коллоидных
примесей сиропа в осадок. Обе они имеют большое значение
для дальнейшего ведения технологического процесса.

В чистом виде нейтрализация представляет собой процесс
титрования сильной кислоты солью, образованной катионом
сильного основания и анионом слабой кислоты.

Поскольку в качестве кислоты сейчас общепринятым явля-
ется применение газа НС1, а в качестве соли — карбоната нат-
рия (ЫагСОз), суммарое уравнение реакции нейтрализации
можно представить в следующем виде:

Na2CO3+2HCl->-2NaCl + Н2СО3.

Н2О -р СО2 t

По теории кислотно-основного титрования кривая титрова-
ния кислоты имеет две точки эквивалентности — первую при
pH 3,85 и вторую при pH 8,35 (рис. 70).

Наличие двух точек эквивалентности объясняется сущест-
вованием в растворе двух солей. Карбонат натрия в растворе
гидролизуется согласно уравнениям

СО| -р HOH^t НСО7 + ОН-;

НСО- + НОН^:Н2СО3 + ОН".

В первой точке в растворе существует Н2СО3, имеющий
pH 3,85. Такое значение pH достигается при прибавлении

11 Зак. 1970	1 61
1 моль карбоната натрия к 2 моль кислоты, т. е. требуемого
по реакции теоретического количества. Если продолжать до-
бавление карбоната, в растворе наряду с Н2СО3 начинает об-
разовываться NaНСОз,имеющий щелочной характер (pH 8,35).
Точка образования Н2СО3 на кривой титрования находится в
интервале перехода метилового оранжевого (3,1—4,4). При
дальнейшей нейтрализации изменение pH определяется метило-
вым красным, имеющий интервал перехода 4,4—6,2.

Практически кривая нейтрализации гидролизатов идет не-
сколько по-другому, чем теоретическая. Это объясняется нали-
чием в гидролизате буферных слабых кислот и их солей, раз-
мывающих линию эквивалентности. Кривая титрования без чет-
ко выраженного скачка переходит точку эквивалентности. Сос-
тав буферных веществ гидролизатов может быть самый разный.
Из минеральных веществ наиболее вероятно наличие фосфорной
кислоты и фосфатов, из органических — продуктов разложения
сахаров. Образующаяся в процессе нейтрализации угольная
кислота разлагается, углекислый газ удаляется и практически
не влияет на pH гидролизата. Таким образом, задача нейтрали-
зации свободной соляной кислоты решается уже при достиже-
нии pH 3,85. Нейтрализацию гидролизатов ведут до более вы-
сокого показателя pH. Гидролизаты после оттитровывания сво-
бодной НС1 имеют еще определенную титруемую кислотность.
Она определяется наличием органических кислот, как пришед-
ших с крахмалом, так и образовавшихся в процессе гидролиза.
Определенную роль в гидролизатах из картофельного крахмала
при этом играет также фосфорная кислота. Поскольку содер-
жание фосфорной кислоты в гидролизатах кукурузного крахма-
ла очень мало (30—40 мг на 100 г), она практически не играет
роли в образовании их кислотности.

Выбор оптимальной величины pH имеет большое значение
для проведения дальнейших технологических процессов. Одним
из важных критериев определения точки нейтрализации явля-
ется коагуляция белковых веществ, находящихся в кислых
гидролизатах в коллоидном состоянии. При достижении изо-
электрической точки эти белки коагулируют, что облегчает их
последующее удаление центрифугированием и фильтрованием.

Е. Г. Бондарь исследовал изменение содержания белка и жира в фильтро-
ванном глюкозном сиропе в зависимости от его pH. Данные исследований
приведены на рис. 71.

Как видно из этих данных, минимальное содержание азотистых веществ
остается в фильтрованном глюкозном сиропе при нейтрализации его до pH 4,7.
Изменение жира в сиропе аналогично изменению белка. Находящийся в кис-
лом гидролизате жир частично адсорбируется коагулированным белком, что
и ведет к снижению его содержания в фильтрате.

Линдеман нашел, что кривая изменения содержания белка в зависимости
от pH гидролизатов имеет минимум при pH 6,0—6,2, после чего содержание
белка в них увеличивается.

На цветность нейтрализуемых гидролизатов не оказывает влияния кон-
центрация применяемого содового раствора. Цветность гидролизатов оказы-
вается практически одинаковой при применении разбавленного раствора соды
и при нейтрализации содовым порошком. Это наблюдается в сиропах при
разной температуре и доброкачественности. Таким образом, значительной
местной перенейтрализации гидролизатов на практике не наблюдается. Тем
не менее необходимо использовать содовый раствор определенной концент-
рации— 18—20 %, так как это облегчает контроль за ходом процесса по ко-
личеству данного для нейтрализации реактива.

Нейтрализация в лабораторных условиях при разных режимах переме-
шивания показывает, что цветность мало изменяется при нейтрализации с
разной интенсивностью перемешивания.

Большую роль в процессе нейтрализации гидролизатов имеет температу-
ра. Это связано с изменением растворимости продукта реакции — диоксида
углерода. При нейтрализации на холоду растворимость углекислоты значи-
тельно возрастает, что вызывает ее влияние на pH раствора. С повышением
температуры диоксид углерода отводится из гидролизатов, не оказывая
влияния на реакцию средвь Кроме того, с повышением температуры
значительно увеличивается ионное произведение воды, что вызывает смеще-
ние линии нейтральности. Так, если при 24 °C линия нейтральности раствора
соответствует pH 7, то при 100 °C в связи с увеличением ионного произведе-
ния воды почти в 100 раз линия нейтральности соответствует pH 6. С ростом
температуры нейтрализации наблюдается увеличение цветности гидролизата,
однако причиной такого увеличения может быть термическое разложение и
индикаторный эффект. Поэтому следует осторожно относиться к рекомен-
дациям проводить нейтрализацию гидролизатов при пониженной температу-
ре.

Это вызывает дополнительные затраты тепла, а последующее увеличение
температуры для фильтрования или при выпаривании может вызвать повы-
шение цветности.

Тем не менее следует признать обоснованным отказ от проведения нейт-
рализации при температуре выше 100 °C, так как это может вызвать допол-
нительное потемнение сиропов.

Нейтрализация, вообще говоря, является загрязняющей гидролизат опе-
рацией. Выделяемый при реакции хлорид натрия значительно снижает ка-
чество гидролизата и его доброкачественность. Для уменьшения содержания
соли в гидролизате может применяться ионообменная нейтрализация аниони-
том в ОН--форме.

Для сиропов II продукта предложен способ ионообменного под-
кисления катионитом в Н+-форме с последующим пропусканием кислого гид-
ролиза второго продукта через этот катионит для его регенерации.

К конструкции нейтрализатора предъявляются определенные
требования. Аппарат должен обеспечивать достаточно быстрое
смешивание соды с кислотой и улавливание капель сиропа из
отходящих паров. Последнее обстоятельство вызывает необхо-
димость предусматривать достаточный объем нейтрализатора.
Наиболее рациональным является установка перед нейтрализа-
тором сепаратора для предварительного выделения пара, уста-
новка устройств для улавливания капель. Наиболее подходя-
щей является ловушка циклонного типа, устанавливаемая на
выходной паровой трубе нейтрализатора. Для перемешивания
обычно применяется сжатый воздух, что нельзя признать ра-
циональным. С точки зрения рационального использования
энергоресурсов, упорядочения перемешивания наиболее обос-
нованной является установка механического перемешивающего
устройства.

Совершенно недопустимо его применение для перемеши-
вания пара, так как это вызывает перегрев и потемнение гидро-
лизатов и их разбавление.
ВЫДЕЛЕНИЕ НЕРАСТВОРИМЫХ ПРИМЕСЕЙ

Основную массу нерастворимых примесей гидролизатов
составляет белок, поступивший на осахаривание с крахмалом.
Содержание такого белка от 0,3 до 1 % и более. Белок при
осахаривании и разжижении крахмала с применением кислоты
и высокой температуры полностью денатурируется и подверга-
ется пептизации. Частицы белковых гранул разрушаются, обра-
зуя коллоидный раствор. В процессе осахаривания из крах-
мальных зерен зернового крахмала высвобождается жир и
жирные кислоты. В связи с этим содержание определяемого
методом экстрагирования жира в гидролизатах увеличивается
в несколько раз по сравнению с содержанием его в исходном
крахмале. Так, если в крахмале содержание жира составляет
0,05—0,15 % к массе СВ, содержание жира в гидролизатах
составляет около 0,2—0,4 % к массе СВ. Поскольку гидролиз-
ный жир при осахаривании высвобождается из каждого крах-
мального зерна, в гидролизатах он находится в мелкоколлоид-
ном состоянии в виде частиц очень малого размера.

Часть нерастворимых примесей представлена в виде остат-
ков мезги, поступившей с крахмалом. Хотя в крахмале содер-
жание мезги, определяемой ситованием на сите с ячейками оп-
ределенного размера, обычно мало — менее 0,05%, фактичес-
кое содержание мезги несколько больше за счет частиц с раз-
мерами, соизмеримыми с размером крахмальных зерен.

Нерастворимыми примесями могут быть остатки крахмала.
При кислотном осахаривании, особенно до глюкозы, этого вида
примесей в гидролизатах довольно мало. Однако при осахарива-
нии до низких значений редуцирующих веществ и осахаривании
с применением ферментов таких частиц может быть значитель-
ное количество. Количество их может увеличиваться при нару-
шении технологического режима разжижения и ферментатив-
ного осахаривания, когда создаются условия для процессов
ретроградации крахмала.

Дополнительный гидролиз промытого всплывшего и осевше-
го в гидролизате осадка показал, что в верхнем слое содержа-
лось 6%, а в нижнем — 31 % редуцирующих веществ в пересче-
на СВ. Это свидетельствует о том, что негидролизованный и
частично гидролизованный крахмал составляет значительную
часть осевших в гидролизатах осадков.

Общее содержание взвешенных частиц в промышленных
гидролизатах паточного производства колеблется от 0,9 до
1,9 %. Эта взвесь содержит 1,2—2,8 % золы, 9—20 % белка и
до 68 % жира.

Все эти нерастворимые примеси необходимо удалить для
последующего проведения процессов очистки от растворимых
загрязнений и других технологических операций.

Примеси удаляются фильтрованием гидролизатов. Однако
процесс фильтрования гидролизатов, за исключением глюкоз-
164
ных гидролизатов кислотного способа осахаривания, происхо-
дит довольно трудно, поэтому применяют несколько способов
предварительного выделения некоторой части примесей—•
центробежное выделение, отстаивание или флотирование.

Необходимо отметить, что при кислотном осахаривании и
последующей нейтрализации, например, паточных сиропов
мелкодисперсные частицы примесей, особенно белки, коагули-
руют в растворе при достижении изоэлектрической точки pH.
При коагуляции в белковые мицеллы частично вовлекаются
другие примеси, особенно частицы жира, образуя жиробелковые
конгломераты. Если плотность таких конгломератов меньше
плотности гидролизата, они всплывают на поверхность. При
охлаждении сиропов количество осаждающихся взвешенных
веществ увеличивается. Это явление наблюдается в паточных
сиропах и частично в глюкозных гидролизатах, осахаренных
ферментами. Другие частицы белковых конгломератов и крах-
мала, плотность которых выше плотности гидролизатов, оседа-
ют в нем. На этом основаны способы отстаивания и центробеж-
ного выделения примесей.

Первый способ частичного удаления всплывших частиц в
специальных отстойниках — скиммерах, позволяющий удалять
из гидролизатов 30—40 % жира и 40—60 % белка, сейчас при-
меняется довольно редко. С одной стороны, это объясняется
тем, что осадок приходится удалять вручную, с другой сторо-
ны, пребывание сиропа в скиммере при относительно высокой
температуре (около 80—90°C) влечет за собой дополнительное
окрашивание гидролизатов. И наконец, разработаны способы
простого выделения примесей фильтрованием на фильтрах бо-
лее совершенных конструкций и выделения осадков на центро-
бежных сепараторах.

Центробежное сепарирование нашло широкое применение
при производстве гидролизатов ферментативными способами,
так как позволяет легко выделить примеси негидролизованного
крахмала.

Имеется несколько видов сепаратов для выделения примесей
из гидролизатов. Для паточных кислотных гидролизатов при-
меняются сепараторы с выводом кроме сиропа двух фракций
примесей — более легкой жиро-белковой и осадка. Эффект вы-
деления из гидролизатов примесей тем выше, чем меньше со-
держание белка в исходном сиропе. Если белка в сиропе 0,7%,
удается выделить до 90 % взвеси, или 0,04 г на 100 мл, и жи-
ра — 0,03—0,06 %.

Особенно эффективно применение сепараторов для выделе-
ния взвесей из ферментативных гидролизатов. Для этих целей
обычно применяются тарельчатые сепараторы с периодической
или непрерывной выгрузкой осадка. Такой осадок дополнитель-
но отфильтровывают на барабанном сите с возвратом прошед-
шего сиропа в сепаратор или в зависимости от типа сепаратора
выводят из производства в виде пастообразной массы, содер-
жащей около 30 % взвесей.

Одним из перспективных методов интенсификации выделе-
ния взвесей из гидролизатов является применение процесса
флотации. Он заключается в том, что под столб жидкости со
взвесями вводится диспергированный воздух. Мелкие пузырь-
ки его, поднимаясь и пронизывая слой жидкости, благодаря
поверхностным силам связываются со взвешенными частицами
и выносят их на поверхность

Всплывший слой взвесей достаточно концентрирован и мо-
жет быть удален. Для получения мелких пузырьков воздуха
применяют различные методы. Поскольку механическое дис-
пергирование воздуха в гидролизатах неэффективно из-за раз-
бивания коагулированных частиц, наиболее эффективным ока-
залось применение электрофлотационного метода. В сосуд
вставляется два электрода из инертного материала. К ним
подводится напряжение постоянного тока. Благодаря электро-
лизу воды на электродах образуются пузырьки кислорода и
водорода. Эти пузырьки поднимаются вверх и увлекают к по-
верхности частицы взвесей. Слой взвеси с поверхности специаль-
ными скребками удаляется в приемник и выводится в корм.

К материалу электродов предъявляются определенные тре-
бования. Он должен быть достаточно устойчивым и не давать
в раствор нежелательных ионов. Применение для этих целей
электродов из нержавеющей стали показало увеличение цвет-
ности сиропов из-за перехода в раствор ионов железа. Наибо-
лее перспективным является применение в качестве анода гра-
фита, а в качестве катода—листового титана. Оптимальная
плотность тока для выделения взвесей из паточных сиропов —
17—20 А/м2 при напряжении тока 3—5 В. При обработке в
течение 30—40 мин на электрофлотаторе такого типа можно
выделить около 90 % взвешенного белка и 80 % взвешенного
жира.

В осветленном паточном сиропе можно добиться содержания
взвешенных веществ до 0,15—0,2 % на СВ и жира — 0,1—0,12 %.
Содержание СВ в верхнем флотационном слое паточных сиро-
пов— около 50%, содержание белка —12% и жира — 25 %
на СВ.

Таким образом, применение электрофлотационного метода
предварительного выделения взвесей из паточных кислотных
гидролизатов довольно эффективно.

I/ Известны также способы более полного удаления взвесей
из гидролизатов с применением (полиэлектролитов — сульфатов
целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, альгиновой кислоты
и др. По одному из таких способов в кислые гидролизаты вво-
дят 0,05—0,2%) на СВ полиэлектролит, охлаждают до 38 °C,
выдерживают 30 мин. Образовавшиеся хлопья отфильтровыва-
ют. Содержание белка при этом снижается в 5—10 раз.

После предварительного выделения взвесей одним из опи-
санных способов гидролизат подвергается фильтрованию для
возможно более полного удаления их.

Свойства отфильтрованных осадков на этой стадии зависят
от вида крахмала, степени осахаривания и других факторов.
Гидролизаты картофельного и тапиокового крахмала фильтру-
ются легче, чем кукурузного и пшеничного. Гидролизаты кис-
лотные фильтруются тем легче, чем выше степень их осахари-
вания.

Осадки гидролизатов после осахаривания и нейтрализации
являются частично сжимаемыми, т. е. их удельное сопротивле-
ние зависит от давления фильтрования. Поэтому * удельная
производительность фильтра растет медленнее, чем возрастает
давление. Фильтрование проводят при температуре 75—80°C.

Для фильтрования на этой стадии применяются фильтрую-
щие материалы для нанесения намывного слоя.

На большинстве современных предприятий механическое
фильтрование гидролизатов осуществляется на вакуум-фильт-
рах, работающих с микросъемом осадка.

Производительность фильтров в зависимости от различных
условий колеблется от 2 до 4 т и более гидролизата в сутки
в пересчете на СВ на 1 м2 фильтрующей поверхности.

Если в качестве намывного слоя используется перлит, его
намывают толщиной 50—80 мм. Такой толщины осадка в зави-
симости от качества гидролизата и величины подачи ножа хва-
тает для работы в течение 1—2 сут. Намывной слой можно)
разводить фильтрованным сиропом, однако для большей плот-
ности осадка суспензию лучше готовить на воде. В процессе
намывания следят за равномерностью слоя, периодически руч-
ным подводом ножа осадок выравнивается. Величина подачи
ножа при фильтровании зависит от частоты вращения бараба-
на и может колебаться от 0,01 до 0,02 мм за один оборот.

Применение вакуум-фильтров кроме значительной механиза-
ции труда удобно также тем, что получаемый после ножевого
съема осадок можно без промывки выводить из производства
и направлять в корм перед высушиванием. При этом для умень-
шения технологических операций осадок обычно не разводят
в виде суспензии, а собирают в емкость, установленную на ко-
лесах, и отвозят в кормовой цех. Содержание сахаристых ве-
ществ в срезе после вакуум-фильтра 30—35 % в пересчете на
СВ.

Кроме вакуум-фильтров для фильтрования применяют дру-
гие фильтры. Хорошие результаты на этой операции показыва-
ют автоматические фильтр-прессы типа ФПАК. Давление при
фильтровании может достигать 0,3—0,5 МПа. Поскольку такие
фильтры снабжены системой промывной регенерации ткани,
они могут работать достаточно продолжительное время. Про-
изводительность фильтров такого типа на фильтровании па-
точных сиропов и ферментативных гидролизатов 400—
800 л/(м2-ч).
Цикл работы фильтров этого типа выбирается в зависимости
от свойств фильтруемых гидролизатов. Например, для паточ-
ных сиропов, полученных кислотным осахариванием, полный
цикл фильтрования может составлять 22 мин, в том числе на-
несение суспензии — 2 мин, фильтрование—15 мин, просуш-
ка— 5 мин, разгрузка — 30 с.

После механической очистки гидролизаты не должны со-
держать взвешенных веществ, так как последние значительно
усложняют проведение последующей операции — обеспечивание
активным углем.

На скорость механического фильтрования большое влияние
оказывает температура продукта. В среднем повышение темпе-
ратуры гидролизата на 10 °C увеличивает скорость фильтрова-
ния на 10—20%. Значительное влияние на скорость фильтра-
ции оказывает содержание редуцирующих веществ гидролиза-
тов в связи с изменением вязкости сиропов.

В последнее время в практике часто осуществляют возврат
отработанной угольной суспензии на механическое фильтрова-
ние. Это благоприятно сказывается на проведении процесса
фильтрования. Применение этого мероприятия в случае ис-
пользования вакуум-фильтра с намывным слоем для механичес*
кого фильтрования позволяет обойтись без операций промыва-
ния угольного осадка.

Для успешного фильтрования нейтрализованных гидролиза-
тов большое значение имеют материалы, применяемые в ка«
честве намывного слоя.

МАТЕРИАЛЫ НАМЫВНОГО СЛОЯ

Наиболее широкое применение в качестве намывного слоя
в паточно-глюкозном производстве нашли диатомиты и перлит.

Диатомит состоит из мельчайших кремнистых водорослей —
диатомей, панцири, которых состоят в основном из двуокиси
кремния и представлены в виде полых телец с размером 0,03—
0,15 мм. Полые частицы и обусловливают высокую пористость
и легкость диатомита. Объемная масса диатомитов в куске в
зависимости от содержания примесей может колебаться от 0,4
до 1,2 т/м3. Пористость диатомита может достигать 80%.

Применяемый для фильтрования диатомит используют в ви-
де порошка измельченного исходного сырья. Качество фильтру-
ющего порошка диатомита имеет важное значение для после-
дующего проведения процесса фильтрования, расхода материа-
ла и качества сиропов. Для улучшения фильтрационных свойств
диатомита из него отмучиванием выделяют глинистые вещест-
ва, обжигают с добавками поваренной соли, что значительно
повышает его стойкость в кислых средах. По техническим усло-
виям химической промышленности обожженный диатомит дол-
жен содержать (в %): SiO2>90, Fe2O3<2,0, влаги <2. Оста-
ток на сите 0,3 мм не должен превышать 1 %.
Из обнаруженного большого количества разновидностей:
диатомита далеко не все пригодны для использования в качест-
ве намывного слоя.

Наиболее крупными месторождениями фильтровальных ди-
атомитов являются Кисатибское, Кировоградское, Инзенское,.
Камышловское.

Вспученный перлит по своим фильтрационным свойствам
приближается к диатомиту. Перлит является кислой вулкани-
ческой породой, содержащей влагу. При нагревании до 1000—
1200°С перлит вспучивается с увеличением объема в несколько
раз, что обусловлено содержанием в нем изолированной воды
и карбонатов. Фильтровальные порошки перлита получают пу-
тем обжига мелкораздробленного сырья в шахтных печах.

Для улучшения качества фильтроперлита применяют спе-
циальные режимы вспучивания, что позволяет получать поро-
шок с объемом, приблизительно в 20 раз превышающим объем
исходного перлита. На базе перлитов Арагатского месторожде-
ния на Мытищинском заводе стеновых и теплоизоляционных ма-
териалов впервые было организовано крупнотоннажное произ-
водство фильтроперлитов. Фильтроперлит Мытищинского заво-
да содержит 43,3 % фракции тоньше 10 мкм и 51,3 % фракции
10—40 мкм.

Для создания намывного слоя могут использоваться и во-
локнистые фильтрующие материалы— целлюлоза, асбест, об-
работанная специальными методами древесная мука.

Иногда для придания слою осадка определенных свойств
используют смеси различных фильтрующих материалов. Так,
за рубежом выпускаются диатомито-асбестовые материалы под
названием диасбест. Волокна асбеста, распределенные в массе
диатомита, предотвращают образование трещин в намывном
слое, повышают его сопротивление сжатию, что особенно важ-
но при применении намывного слоя на вакуум-фильтрах.

КРАСЯЩИЕ ВЕЩЕСТВА ПАТОЧНО-ГЛЮКОЗНОГО
ПРОИЗВОДСТВА

При производстве сахаристых гидролизатов крахмала, па-
токи и глюкозы основной задачей станции очистки является
удаление из растворов красящих веществ.

Красящие вещества образуются на всех стадиях производ-
ственного процесса: при осахаривании, очистке, уваривании,
выпаривании и кристаллизации. Особенно большое количество
красящих веществ образуется при осахаривании крахмала в
жестких условиях кислотного гидролиза, а также при выпари-
вании сиропов под действием высоких температур.

Характерной особенностью образования красящих веществ
является то, что при кислотном осахаривании образуются не
только видимые красящие вещества, определяющие цветность
гидролизатов, но и слабоокрашенные продукты распада саха-
ров и их соединения с другими примесями. На последующих
стадиях производства эти вещества под действием температуры
и других факторов с течением времени как бы проявляются,
определяя образование окраски на верстате производства. По-
этому цветность фильтрованных нейтрализованных гидролиза-
тов часто такая же, как и цветность готовых паточных и глю-
козных сиропов, и все усилия технологии очистки бывают на-
правлены как бы на то, чтобы снять окрашенность, образован-
ную в процессе очистки и концентрирования сиропов.

В настоящее время различают несколько причин образова-
ния красящих веществ гидролизатов: термическое разложение
моносахаридов, усиливаемое действие кислой среды, и образо-
вание окрашенных продуктов реакции взаимодействия моноса-
харидов и продуктов их разложения с аминокислотами — ме-
ланоидинообразование. Необходимо отметить, что четкое от-
несение красящих веществ сиропов к тому или иному виду в
соответствии с источником их образования практически невоз-
можно. Образование красящих веществ идет одновременно, в
условиях возможного влияния одной реакции на другую. Так,
продукты термического разложения могут вступать в реакцию
конденсации, а вновь образованные продукты реакции терми-
чески разлагаться. Продукты разложения могут оказаться ре-
акционно-активными для дальнейших реакций конденсации и
полимеризации.

Однако с теоретической и практической точек зрения полез-
но изучить условия образования красящих веществ по этим
двум причинам раздельно. Это позволяет более целенаправлен-
но вести работу по оптимизации технологических процессов.

ОБРАЗОВАНИЕ КРАСЯЩИХ ВЕЩЕСТВ
ПРИ ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИИ

Реакции термораспада моносахаридов с образованием ок-
рашенных веществ посвящено несколько тысяч научно-исследо-
вательских работ и статей. Уже одно это говорит о сложности
и многообразии продуктов терморазложения, их важности для
проведения технологических процессов в крахмало-паточной,
сахарной, кондитерской, хлебопекарной, пивобезалкогольной и
других отраслях пищевой промышленности.

При изучении этих веществ исследователи исходили из разных условий
их образования — сухой карамелизации и термораспада моносахаридов в вод-
ном растворе.

Линдман при отщеплении воды при нагревании сахарозы получал ве-
щества, названные им карамелан, карамелей и карамелин. В последующем
эти продукты стали объектом пристального изучения технологов как возмож-
ные представители продуктов терморазложения сахара в свеклосахарных со-
ках и сиропах.

Аналогично этому В. А. Смирнов и А. Н. Бондаренко назвали получен-
ные ими продукты сухой карамелизации глюкозы — глюкозин, карамелан,
карамелей и карамелин (потери массы соответственно 5, 10, 15 и 20 %). Ими
же определены основные свойства этих продуктов — растворимость, темпера-
тура плавления, редуцирующая способность, удельное вращение и др. Эти
продукты обладают высокой гигроскопичностью, пониженной редуцирующей
способностью, красящие вещества их хорошо адсорбируются активным уг-
лем.

А. Л. Соколовский, исследуя поведение сахаров при термообработке в
производстве карамели, обнаружил нарастание цветности моно- и дисахари-
дов при термическом воздействии. Результаты опытов показали, что наибо-
лее устойчивой к нагреванию по изменению цветности оказалась глюкоза.
Фруктоза и мальтоза при термическом воздействии даже при относительно
низкой температуре претерпевают значительные изменения, вызывающие по-
темнение продуктов. Особенно это видно при разложении фруктозы.

Проведенными исследованиями показано, что красящие вещества сухой
карамелизации глюкозы в водном растворе отличаются по свойствам от
красящих веществ, образованных при термовоздействии на водные растворы
глюкозы. В частности, если последние хорошо адсорбируются молселектом
ДЭАЭ-анионит, то продукты сухой карамелизации из водных растворов
практически не адсорбируются молселектом, что свидетельствует о различии
их физико-химических свойств.

В крахмальных гидролизатах находится определенное количество глю-
козы, ди-, три и олигосахаридов как продуктов полного или частичного гид-
ролиза крахмальной молекулы. Однако до сих пор мало внимания уделя-
лось содержащейся в гидролизатах фруктозе. Между тем известно, что фрук-
тоза образуется не только щелочным превращением глюкозы по реакции
Лобри де Брюина, но и в кислой среде, особенно в процессе кислотного гид-
ролиза.

Такие превращения действительно имеют место в производственных си-
ропах. Так, в гидроле найдено 1—3 % фруктозы. Обнаруживается фруктоза
и в глюкозных растворах при нагревании их, особенно в кислой среде. Как
в случае сухой термообработки, при проведении технологических процессов
образовавшаяся в растворе фруктоза подвержена очень быстрому разложе-
нию с образованием целого ряда красящих веществ. В крахмальных гидро-
лизатах необходимо тщательно выдерживать pH раствора, не допуская его
повышения и особенно перехода в щелочную зону, так как последующая
за этим реакция изомеризации глюкозы во фруктозу и разложение фруктозы
резко ухудшают качество гидролизатов.

Одним из типов реакции глюкозы в водном растворе является дегидра-
тация, при которой расщепляется кислород — углеродная связь. В процессе
этой реакции получается очень неустойчивое соединение 3-дезоксигексозулоза.
В кислой среде образуется 5-оксиметил фурфурол, который превращается в
левулиновую и. муравьиную кислоты. Во фруктозных растворах оксиметилфур-
фурол образуется быстрее, чем в глюкозных, в разбавленных быстрее, чем в
концентрированных.

Его образование обнаруживается сразу после термического воздействия
на кислые растворы глюкозы в виде появления характерных максимумов
поглощения спектра в его ультрафиолетовой области. Такие же максимумы
наблюдаются и у конечных продуктов, в частности в гидроле.

МЕЛАНОИДИНООБРАЗОВАНИЕ В КРАХМАЛЬНЫХ
ГИДРОЛИЗАТАХ

Меланоидинами называют целую группу окрашенных ве-
ществ, полученных при взаимодействии, сахаров, и азотосодержа-
щих веществ- Меланоидины не имеют определенного состава,
они включают в себя огромное количество промежуточных и
конечных продуктов окислительно-восстановительного процесса
взаимодействия веществ с аминными группами и веществ, име-
ющих свободные карбонильные группы или гликозидный гид-
роксил. Реакция меланоидинообразования описана впервые
.Майаром.
В крахмальных гидролизатах создаются условия для этой
реакции. В них находятся вещества с аминогруппами (амино-
кислоты, пептиды, белки), а также восстанавливающие сахара
различного состава.

Химизм реакции меланоидинообразования окончательно не установлен.
Ходж предложил схему, включающую несколько типов реакций, по образо-
ванию цвета, разделенных на три последовательно проходящие стадии:

I стадия — образование сахароаминного соединения, изомеризация аль-
дозиламннов в кетозоамины и выделение аминосоединения в свободном виде;

II	стадия — дегидратация кетозаминов, разложение сахаров и амино-
кислот;

III	стадия — конденсация и полимеризация образовавшихся продуктов
распада.

В начале реакции образуется монофруктозоглицин, который, соединяясь
с другой молекулой альдозы, образует дифруктозоглицин. В кислой среде’
последний расщепляется до дезоксигексозона, который при расщеплении во-
дой переходит в 3,4-ненасышенный дезоксигексозон. При дальнейшей цикли-
зации и расщеплении в кислой среде образуется 5-оксиметилфурфурол.

Однако оксиметилфурфурол не является основным веществом, вызываю-
щим дальнейшее образование окраски. Опыты по нагреванию смеси глюкозы
с оксиметилфурфуролом показали, что при pH от 2 до 7 присутствие послед-
него оказало мало влияния на образование окраски. Таким образом, окраска
образуется и с другими, более активными веществами.

Оксиметилфурфурол является достаточно устойчивым соединением, имен-
но этим и объясняется то, что его удается обнаружить во всех продуктах
гидролиза крахмала. В процессе дегидратации и разложения кетозаминов
(1-амино-1-дезокси-2-кетоза) может образовываться огромное количество раз-
личных веществ.

Наряду с оксиметилфурфуролом могут образоваться .редуктоны, дающие-
в дегидроформе коричневые продукты с ненасыщенными связями.

Разложение кетезаминов может давать также продукты распада саха-
ров — глицеральдегид, пировиноградный альдегид, ацетон, диацетил и др.
Кроме того могут образоваться кислоты пиоовиноградная, левулиновая, мо-
лочная, уксусная, муравьиная и др.

Оксиметилфурфурол может участвовать в окислительном взаимодействии
с аминокислотами, образуя альдегиды, СО2 и NH3.

В результате реакции меланоидинообразования из промежуточных реак-
ционно активных веществ образуется огромное количество продуктов поли-
меризации, дающих окрашенные продукты.

В чистом виде меланоидины обладают редуцирующими свойствами, пло-
хо растворимы в воде и содержат много непредельных связей.

Химический состав меланоидинов очень неопределенный, содержание-
азота в них колеблется в довольно значительных пределах и зависит от ус-
ловий образования, исходного соотношения и вида вступающих в реакцию
сахаров и аминов.

Уже следы аминокислот катализируют образование окраски при нагре-
вании глюкозы. Разные аминокислоты имеют различную способность вступать
в сахароаминную реакцию.

В. Л. Кретович и Р. Р. Токарева показали образование наибольшего
окрашивания при реакции редуцирующих сахаров с глицином. За ним сле-
дует лейцин, аланин, метионин. Однако есть и другие данные, когда указы-
вается на большую реакционную способность также аспарагина, глютамино-
вой кислоты. Это свидетельствует о большом значении для реакции меланои-
динообразования условий реакции — pH, температуры и других  факторов..

Наряду с аминокислотами в реакцию меланоидинообразования могут
вступать также белки, пептиды, аммоний.

Разные виды сахаров также по-разному вступают в реакцию меланоиди-
нообразования. Во-первых, в эту реакцию вступают только редуцирующие-
сахара. Из моносахаров особенно интенсивно в реакцию вступает глюкоза,.
несколько слабее фруктоза, однако имеются и сведения о большей реакцион-
ной способности фруктозы. Достаточно активно в реакцию вступает также
мальтоза.

Кроме состава исходных компонентов на реакцию оказывают значитель-
ное влияние условия реакции. Для реакции меланоидинообразования в отли-
чие от карамелизации не требуется высокой температуры, однако повышение
температуры ведет к увеличению скорости реакции. При повышенных темпера-
турах образуются продукты с горьким вкусом и характерным запахом.

Среда оказывает существенное влияние на ход реакции меланоидинооб-
разования. В. А. Смирнов показал, что взаимодействие глюкозы с глицином
при pH меньше 2,2 не ведет к образованию окрашенных соединений, хотя
наблюдается образование значительных количеств оксиметилфурфурола.

Реакцию меланоидинообразования ингибируют наряду с цианидами,
меркаптанами, гидроксиламином также сернистые соединения.

ОЧИСТКА ГИДРОЛИЗАТОВ АКТИВНЫМ УГЛЕМ

Очищенные от взвешенных частиц гидролизаты содержат
определенное количество окрашенных веществ, растворимых
белков, жира, органических кислот и других примесей. Эти ве-
щества снижают доброкачественность гидролизатов, способст-
вуют дальнейшему образованию окраски при уваривании, дают
опалесценцию в готовой продукции, снижая ее качество. Посто-
ронние примеси, включаясь в кристаллы глюкозы при ее
кристаллизации, ухудшают ход процесса и качество готовой
продукции. В связи с этим гидролизаты необходимо подвергать
тщательной очистке.

Красящие вещества и другие примеси крахмальных гидролизатов адсор-
бируются активным углем.

Наиболее распространенный способ активации углей — обработка водя-
ным паром при 800—950 °C. После активации уголь охлаждается и измель-
чается. По такой технологии в нашей стране вырабатываются угли освет-
ляющие ОУ. Активный порошкообразный уголь имеет щелочную реакцию
вследствие основного характера окислов, присутствующих в угле.

Для крахмало-паточной и некоторых других отраслей промышленности
необходимы угли, имеющие кислую реакцию. При получении кислого угля
измельченный активный уголь суспендируется в слабом растворе соляной кис-
лоты и отфильтровывается. При этом из угля удаляется часть растворимых
в воде и кислоте примесей, в том числе соединения железа, что особенно
важно для угля, применяемого в глюкозном производстве. Отфильтрованный
уголь без высушивания упаковывается в мешки и отправляется потребите-
лям.

Для крахмало-паточной промышленности выпускается уголь марки
ОУ-Б, щелочные угли марок ОУ-А и ОУ-В могут применяться для осветле-
ния крахмальных гидролизатов после предварительного их подкисления.

Кроме порошкообразных древесных углей для осветления сиропов в па-
точном и глюкозном производствах широко применяются активные угли на
каменноугольной основе. Такие угли выпускаются в гранулированном, дроб-
леном и порошкообразном виде. Сырьем для производства углей этого типа
служит каменный уголь или получаемые на его основе полукокс и кокс.

В связи с дефицитностью древесных углей в последнее время проводятся
работы по получению порошкообразных углей на каменноугольной основе
специально для крахмало-паточной промышленности. Размолотые угли сме-
шивают с кислотой в водной суспензии, отфильтровывают и наряду с углями
марки ОУ-Б применяют в крахмало-паточном производстве.

Перспективными для крахмало-паточной промышленности являются ак-
тивные угли на каменноугольной основе марок АГ-3, АГМ, КАД иодный и
КАД молотый.
АГ-3 — уголь, изготовляемый смешиванием пыли каменноугольного полу-
кокса, каменного угля и смолы с последующей термической карбонизацией
и парогазовой активацией. Размер основной фракции угля 1,5—2,8 мм, на-
сыпная плотность 400—550 кг/м3. Обесцвечивающая способность угля по
гидролу (измельченного) около 40 %.

АГМ — гранулированный уголь на основе каменноугольной пыли и ле-
сохимической смолы. Обесцвечивающая способность угля по гидролу 60 %-

КАД иодный — дробленый уголь, изготовляется из определенных сортов
каменноугольного полукокса с активацией водяным паром. Размер гранул
угля 2—5 мм, удельная поверхность переходных пор—НО м2/г.

Размолом активных дробленых, гранулированных углей и отходов получа-
ют порошкообразный уголь КАД молотый. Этот уголь имеет удельную поверх-
ность переходных пор около 64 м2/г, обесцвечивающая способность угля
КАД молотый по гидролу составляет 30—60 %, водорастворимая зола 0,8—
1.3 %, pH водной вытяжки 8,5. Выпускается под марками А и Б с убываю-
щей адсорбционной способностью. КАД молотый с активностью менее 70 %
выпускается под маркой УАФ. Его обесцвечивающая способность по гидро-
лу 18—30 %, водорастворимая зола 0,45—0,6 %, pH водной вытяжки 8,5Г

Активные угли и их пыль пожароопасна. Пыль углей по
некоторым данным взрывоопасна при содержании ее в воздухе
114—400 мг/м3, однако случаев взрыва угольной пыли не от-
мечено.

Порошкообразные угли при их применении в крахмало-па-
точном производстве имеют свою специфику. Эффективность их
применения при одном и том же типе углей зависит от темпера-
туры, времени адсорбирования, количества взятого угля и pH
среды. Активные угли удаляют из раствора красящие вещества,
фурановые соединения, золу, соли железа, коллоидные вещест-
ва. Аминокислоты углем поглощаются плохо. Из крахмальных
гидролизатов уголь хорошо удаляет сернистые продукты при
обесцвечивании гидролизатов сернистым ангидридом.

Температура среды оказывает определенное влияние на эф-
фективность применения углей. С повышением температуры
снижается вязкость раствора, что, в свою очередь, облегчает
процесс диффузии адсорбируемых веществ к поверхности ад-
сорбента. С другой стороны, увеличение температуры способ-
ствует десорбции поглощенных веществ. При очистке паточных
сиропов с повышением температуры оптическая плотность сни-
жается, достигая минимальной при 90 °C. Дальнейшее повы-
жение температуры вызывает рост оптической плотности, свя-
занный, очевидно, с увеличением интенсивности окраски при
повышенной температуре.

Большое влияние на эффективность применения углей ока-
зывает pH раствора. С понижением pH наблюдается увеличе-
ние адсорбционной способности активных углей. Красящие ве-
щества крахмальных гидролизатов сорбируются по смешанному
молекуляно-ионному механизму. В связи с этим для очистки
гидролизатов наиболее применимы угли, имеющие значение pH
водной вытяжки в кислой области. Применение щелочных углей
без предварительной обработки кислотой значительно снижа-
ет эффект обесцвечивания. Так, в производственных условиях
предварительная обработка кислотой углей типа КАД молотый
и польский глюконат позволяет увеличить адсорбционную спо-
собность углей на 50—60 % -

Е. Г. Бондарь установил, что добавка угля ОУ-Б в кислые
гидролизаты перед нейтрализацией позволяет несколько снизить
цветность гидролизатов по сравнению с внесением такого же
количества угля после нейтрализации. Обнаружено также, что
обработка углем кислых гидролизатов повышает их термоустой-
чивость при последующем нагревании.

В технологии очистки гидролизатов важным является место»
внесения угля в технологической схеме производства. Тради-
ционно угольная очистка производится в несколько стадий. Ос-
новная очистка с внесением 80 % угля обычно производилась
на густых сиропах после выпаривания. Отфильтрованный уголь
после очистки выпаренных сиропов с добавкой 20 % свежего
угля подавался для очистки сиропов перед выпаркой. Прове-
денные исследования и промышленные испытания показали,
что более целесообразно тщательно очищать жидкие сиропы..
При этом из них удаляются красящие вещества и бесцветные
продукты распада сахаров, которые при дальнейшем нагрева-
нии образуют красящие вещества. Их удаление в начале тех-
нологической цепи позволяет уменьшить общую цветность си-
ропов. Поэтому сейчас наиболее обоснованной является схема
очистки, при которой гидролизаты после выделения взвешенных
примесей однократно обрабатываются углем и направляются
на выпаривание и уваривание. В случае применения крахмала
низкого качества или недостаточной очистки в сиропе после вы-
парки может появляться легкая опалесценция, которую снима-
ют контрольным фильтрованием с намывным слоем.

Проведенные опыты показали, что при обработке сиропов
разным количеством углей их термоустойчивость сначала умень-
шается, а затем увеличивается, что объясняется удалением на
первой стадии очистки веществ, ингибирующих процесс образо-
вания красящих соединений. При дальнейшем обесцвечивании
удаляются из раствора низкомолекулярные вещества, являю-
щиеся источником образования окраски. Это обосновывает це-
лесообразность глубокой очистки сиропов перед нагреванием
на выпарной установке.

Большое значение для полноты использования адсорбцион-
ных свойств угля имеет время адсорбции. Вопреки существовав-
шему ранее мнению сейчас установлено, что уголь при очистке
гидролизатов крахмала практически не десорбирует красящих
веществ. Адсорбция красящих веществ из гидролизатов может
продолжаться достаточно долго. Однако основная масса их
адсорбируется за первые несколько минут.

С увеличением количества взятого для адсорбции красящих
веществ активного угля эффективность его использования сни-
жается.
Активный уголь поглощает не только красящие вещества.
Спектральная кривая светопоглощения сиропа, адсорбируемого
углем, располагается ниже кривой исходного сиропа по всей
области спектра-—ультрафиолетовой и видимой, что свидетель-
ствует о примерно одинаковом поглощении углем всех поглоща-
ющих свет веществ. Активный уголь поглощает также азотистые
вещества, жир и жирные кислоты, а также соли железа, что
является одним из основных способов снижения его содержа-
ния в глюкозе при изготовлении растворов для инъекций. В от-
работанном угле содержится кроме угля около 40 % сахаристых
веществ, 15 % белковых веществ и 1,6—2 % жира.

Активные угли хорошо поглощают также оксиметилфурфу-
рол, причем их способность к такому поглощению мало зависит
от обесцвечивающей способности.

Активный уголь обычно вносят в контактные сборники.
В крахмало-паточной промышленности длительность контакти-
рования составляет около 20—30 мин. Интенсивного перемеши-
вания при контактировании обычно не требуется, поэтому кон-
тактные сборники снабжают перемешивающими устройствами
небольшой мощности.

Перемешивание должно обеспечить нахождение угля во
взвешенном состоянии. Дозирование угля лучше всего осущест-
влять в виде водной суспензии с содержанием угля около
250 г/л, доведенной до определенного значения pH при приме-
нении щелочных углей.

После контактирования сироп непрерывно подается на
фильтры для очистки. Иногда для контактирования применяют
несколько небольших сборников, установленных на разных
уровнях. Это позволяет избежать «проскока» недостаточно об-
работанного сиропа и улучшает процесс обесцвечивания.

На некоторых предприятиях сиропы обесцвечивают пропус-
канием их через слой угля, нанесенного на фильтрующую пере-
городку. Этот способ позволяет избегать необходимости уста-
навливать контактные емкости. Для полного использования
обесцвечивающей способности после обесцвечивания свежим
углем сиропа последней стадии очистки через уголь пропускают
более загрязненные сиропы для очистки и использования оста-
точной обесцвечивающей способности угля.

Скорость прохода сиропа через слой угля в 50 мм составля-
ет 5-—7 л/(м2-мин).

В связи с тем что слой угля малосжимаем, давление фильт-
рования может быть достаточно высоким — 0,5—0,8 МПа.

При обесцвечивании малоокрашенных гидролизатов — паточ-
ных и глюкозных ферментативных — обесцвечивающая емкость
угля используется не полностью. Отработанный промытый
уголь еще имеет обесцвечивающую способность 10—15 % от
первоначальной. При обесцвечивании окрашенных гидролиза-
тов— глюкозных оттеков — остаточная обесцвечивающая ем-
кость угля 5—7 %.
ОЧИСТКА ГИДРОЛИЗАТОВ ГРАНУЛИРОВАННЫМ УГЛЕМ

Очистка гидролизатов гранулированными углями осущест-
вляется в непрерывнодействующих колоннах.

Схема установки для обесцвечивания сиропов с применением
гранулированного угля приведена на рис. 72. Установка состо-
ит из адсорбционной и регенерационной систем.

В связи с тем что гранулированные угли имеют в основном
щелочную природу, для применения в крахмало-паточном про-
изводстве их предварительно промывают слабым горячим раст-
вором соляной кислоты и затем отмывают водой.

Поглощение красящих и других веществ из гидролизатов
определяется размером частиц примесей и пор. Предваритель-
но очищенный от взвешенных веществ гидролизат подается в
нижнюю часть адсорбционной колонны 3 и выходит в верхней
ее части через 6—8 ч. Температура процесса 60—70 °C.

Удельная объемная нагрузка гидролизата по углю составляет
около 3—4 м3/м3 в сутки, скорость потока гидролизата вдоль
слоя угля 0,5—1,2 мм/с. Гранулированный уголь периодически,
2—3 раза в сутки, выгружается из нижней части колонны вмес-
те с гидролизатом. Этот гидролизат необходимо удалять из уг-
ля, затем уголь промывать водой. Для этого применяют высо-
лаживатель 5. Наиболее рациональный способ вымывания
сахаристых веществ — противоточное вымывание в колонне, в

Рис. 72. Аппаратно-технологическая схема установки для очистки крах-
мальных гидролизатов гранулированным углем и его регенерации:

Л 7, 8— сборники; 2, 5 — насосы; 3 — адсорбционная колонна; 4 — пневмосушилка; 5 —
высолаживатель; 9 — регенерационная печь; 10 — циклон; 11 — вентилятор; 12 — виб-
росито
которую подают воду и пар. Уголь по возможности более полно
обезвоживают пропариванием, выгружают из нижней части,
высушивают в пневмосушилке 4 и направляют в регенерацион-
ную печь 9. Уголь из печи выгружают в мешалки с водой. Пос-
ле регенерации уголь пневматической подачей или гидротран-
спортом поступает в верхнюю часть адсорбционной колонны.

Выходящий из колонны гидролизат содержит некоторое ко-
личество взвешенных мелких частиц угля, удаление которых из
сиропа представляет определенные трудности. Такой сироп тре-
бует тонкой контрольной очистки, осуществляемой на фильтрах
со слоем перлита. Эффективно также применение фильтрующих
бумажных перегородок.

Для завода производительностью 100 т патоки в сутки тре-
буется колонна объемом около 50 м3, вмещающая около 20 т
угля. Высота такой колонны 8—10 м, диаметр 2,5 м. Ежесуточ-
но из колонны выгружается примерно 2 т угля. Следовательно,
весь объем колонны обновляется через 10 дней. В связи с поте-
рями угля при регенерации в колонну ежесуточно добавляется
100—150 кг свежего угля. Таким образом, расход свежего угля
составляет 1—1,5 кг на 1 т патоки, что значительно меньше,
чем при применении порошкообразного угля.

Гранулированный уголь при очистке крахмальных гидроли-
затов поглощает определенное количество примесей, и дальней-
шая адсорбция прекращается. Для восстановления адсорбци-
онной поверхности пор гранул применяется регенерация угля.
Регенерация может быть химической, химико-термической и
термической.

Наибольшее распространение получила термическая регене-
рация гранулированного угля. Важным достижением в области
регенерации такого угля явилось изучение и практическое при-
менение метода контактирования нагретого до высокой тем-
пературы угля с активирующими газами. Этим регенерации
гранулированных углей отличается от регенерации костяной
крупки, проводившейся в закрытых ретортах.

Адсорбированные вещества при высокой температуре раз-
лагаются. После удаления летучих продуктов разложения на
поверхности пор остается уголь. Дополнительное контактиро-
вание угля с окисляющими газами активирует поверхность.

При высокой температуре в качестве активирующих газов
могут быть диоксид углерода, водяной пар, диоксид серы, ам-
миак. В практике для активации используют диоксид углерода и
водяной пар. В специальных регенерационных печах уголь кон-
тактирует с продуктами сгорания топлива, в которые вводится
дополнительно водяной пар. На процесс регенерации оказыва-
ют влияние температура, состав нагревающих и регенерирую-
щих газов, время регенерации.

Регенерацию углей, заработанных при очистке крахмальных
гидролизатов, проводят при температуре 800—850 °C.

Снижение температуры ниже оптимальной не позволяет
полностью активировать адсорбционную поверхность, а уве-
личение температуры выше указанных пределов приводит к па-
дению активности угля в связи с обгаром наружных слоев гра-
нул и возможным графитированием угля.

Образующийся при сжигании топлива углекислый газ поло-
жительно влияет на регенерацию, являясь при высокой темпе-
ратуре окислителем. В атмосфере СО2 углерод окисляется до
СО.

Количество СО2 при регенерации составляет 0,14—0,15 м3/ч
на 1 кг угля.

Другим окислителем при высокой температуре является во-
дяной пар. Обычно его вводят в топочные газы, чем снижают
их температуру до оптимального значения. Водяного пара да-
ют около 0,1—0,3 кг на 1 кг угля. Возможно также применение
перегретого пара высокой температуры— до 400 °C.

Наличие свободного кислорода в регенерирующем газе ве-
дет к сгоранию угдя и снижению его выхода. Содержание кис-
лорода не должно превышать 0,2%. Поэтому регенерационная
установка должна иметь коэффициент расхода воздуха 0,95—
0,98, а все ее элементы должны быть тщательно уплотнены,
чтобы избежать подсосов воздуха. Наибольшее распростране-
ние в нашей стране для регенерации гранулированного угля
получили барабанные печи.

Это металлические барабаны, футерованные внутри огне-
упорным материалом. Одной стороной барабан входит в топку,
где сжигается топливо — газ или мазут.

Уголь для регенерации загружается с другого конца бара-
бана и движется навстречу газу. Температура газов на входе
в барабан 800—850 °C, на выходе 150—250 °C. Объем барабана
и его длина рассчитываются на время пребывания угля в печи
30—40 мин.

Кроме барабанных печей широкое применение за рубежом
получили печи Герресгофа, представляющие собой вертикаль-
ный корпус с горизонтальными полками и валом со скребками.
Уголь загружается в верхнюю часть печи и скребками переме-
щается по полкам к отверстиям в каждой полке. По ним уголь
постепенно опускается в нижнюю часть печи на выгрузку. Топ-
ливо сжигается в горелках, расположенных под несколькими
полками.

Получили распространение также шахтные печи ВНИИСПа,
в которых топочные газы проходят через движущийся навстречу
им плотный слой угля и отсасываются из печи под разрежением.

В последнее время в нашей стране разработан способ реге-
нерации гранулированного угля путем нагрева его переменным
электрическим током.

Потеря массы угля во время регенерации составляет в зави-
симости от типа применяемой печи от 5 до 20 % •

Регенерация позволяет не только восстановить адсорбцион-
ную способность угля, но и несколько увеличить ее.
СУЛЬФИТИРОВАНИЕ ГИДРОЛИЗАТОВ

Снижение окрашенности производственных гидролизатов
при сульфитировании замечено давно. Однако механизм дей-
ствия сульфогруппы на растворы сахаров до сих пор изучен
недостаточно.

При длительном взаимодействии сахара с SO2 в щелочной
среде могут быть получены бисульфитные соединения глюкозы.
Однако эти соединения легко гидролизуются.

Глюкоза в производственных условиях связывается с сер-
нистой кислотой мало, практически не связываются с SO2 фрук-
тоза и сахароза. Значительно лучше, чем глюкоза, способна
образовывать соединения с SO2 мальтоза. Арабиноза, которая
может образовываться при гидролизе крахмала за счет гидро-
лиза пентозанов, образует с SO2 довольно прочные соединения.
Практически считается, что при содержании 100 мг/л свобод-
ного SO2 1 г глюкозы связывает 0,8 мг сернистой кислоты, а
1 г арабинозы —8—12 мг. Соединение сахаров с SO2 в значи-
тельной мере зависит от температуры и pH среды. С повыше-
нием температуры за счет распада образовавшихся соединений
содержание их в растворе значительно снижается, однако об-
щее поглощение раствором глюкозы сернистого ангидрида воз-
растает. В водных растворах сернистый ангидрид находится в
виде сернистой кислоты, диссоциирующей с образованием
HSO'3 и SO"3:

—н	,-н „

SO2 + H2Oq±HSO35±HSO3^± SO3.

Сернистая кислота может находиться в растворах в различ-
ных ионных формах. По данным Кильхофера, при pH 2,8 в виде
НБО'з находится до 90,7 %, а при pH 3,6—98,5 %.

Скорость взаимодействия с SO2 зависит от pH. Так, если
при pH 1,0 равновесие устанавливается через 6 сут, то при
pH 7,0—мгновенно.

Особенно интенсивно связывают SO2 кетокислоты, особенно
пировиноградная кислота. 100 мг ее при pH 3,3 связывает
50 мг SO2.

Оксиметилфурфурол очень быстро реагирует с бисульфитом
натрия в кислой среде, при этом бисульфит, не влияя на реак-
цию образования альдозиламинов и кетозаминов, тормозит об-
разование ОМФ. Обнаруживается увеличение содержания ве-
ществ, имеющих С-О-группы. Связывание их и тормозит реак-
ции, вызывающие потемнение.

При длительном нагревании глюкозы с сернистыми
солями (например, NaHSO3) образование окраски идет значи-
тельно медленнее, чем без них. Так, за первые 4—6 ч нагрева-
ния при 100°С с бисульфитом окрашенные вещества практичес-
ки не образуются, хотя разложение глюкозы идет почти с оди-
наковой скоростью. Такая же картина наблюдается и при тер-
моразложении смеси глюкозы с аламином. При этом образую-
щиеся в дальнейшем красящие вещества имеют другой отте-
нок— розовый вместо коричневого без SO2. При добавлении
сернистой кислоты или ее солей происходит также обесцвечи-
вание красящих веществ. При пропускании SO2 через сироп I
продукта эффект обесцвечивания достигал 20 %, а через си-
роп II продукта—до 45,1 %.

С увеличением температуры эффект обесцвечивания несколь-
ко снижается. Таким образом, действие SO2 касается двух на-
правлений. С одной стороны, уменьшается цветность сиропа,
с другой — снижается интенсивность окраски при дальнейшем
терморазложении. Если первый эффект не дает достаточно
ощутимых результатов, то второй имеет важное значение для
практики паточно-глюкозного производства.

Оказалось, что бисульфит натрия является более сильным
обесцвечивающим реагентом, в то время как сульфит натрия
обладает более сильной ингибирующей способностью. Это дей-
ствие сильнее проявляется в растворах фруктозы. В присутст-
вии аминокислот ингибирующее действие сульфита значитель-
но больше. В продуктах терморазложения глюкозы в присутст-
вии сульфита не обнаруживается максимума при Л=282 нм,
характерного для оксиметилфурфурола. Бумажная хромато-
грамма также не обнаруживает характерных пятен оксиметил-
фурфурола при анализе продуктов терморазложения с сульфи-
том. Элюат фракции электрофореграмм показал максимум
поглощения при Х=233 мкм, что может соответствовать 3 : 4-ди-
деоксигексосулозе. Поскольку известно, что это соединение в
форме цис-изомера легко превращается в оксиметилфурфурол,
ингибирующее действие сульфит-иона объясняется связывани-
ем промежуточных соединений, задерживая образование их
реакционноспособных форм. Оксиметилфурфурол также может
реагировать с сернистой кислотой.

Характерной особенностью сернистой кислоты является ее
восстанавливающее действие на соли окисного железа, кото-
рые в виде солей закисного железа не дают с фенольными
соединениями окрашенных комплексов.

С ростом добавки гидросульфита натрия прирост эффекта
обесцвечивания снижается.

Снижение концентрации сухих веществ сиропов, обрабаты-
ваемых сернистыми соединениями, ведет к увеличению эффекта
обесцвечивания. При увеличении температуры эффект значи-
тельно снижается. Так, при добавлении к сиропу 0,1 % гидро-
сульфита к массе СВ при 26 °C эффект обесцвечивания дости-
гает 40%. С повышением температуры до 60—70 °C эффект
обесцвечивания составляет уже 20—25 %. Найдено, что наи-
большей обесцвечивающей способностью сульфит-ионы обла-
дают в сиропах с pH 5.

Линдеман показал, что при длительном хранении патоки
добавка SO2 не тормозит ее пожелтения.

Изучалось потемнение патоки при воздействии солнечного
света. Показано, что SO2 не влияет на скорость светового по-
темнения.

Нейтрализация крахмальных гидролизатов в присутствии
NaHSO3 показала, что сиропы при этом получались более свет-
лыми, однако было замечено растворение белков и увеличение
их содержания в фильтрованных сиропах.

При гидролизе крахмала в присутствии SO2 последний так-
же реагирует с дегидратированными продуктами меланоиди-
новой реакции. Получаемые продукты более устойчивы при
длительном хранении как при 20 °C, так и при повышенной
температуре (60°C). Добавление 500 мг SO2 на литр гидроли-
зата уменьшает его окраску на 27%. Около 75 % SO2 в про-
цессе гидролиза окисляется, в сульфат, что было установлено
радиохимическим определением. Активный уголь хорошо уда-
ляет сернистые продукты реакции из растворов. При двухсту-
пенчатом обесцвечивании углем в количестве 8 г/л продукты
реакции удаляются почти полностью.

При хранении такого сиропа в течение 8 дней при темпера-
туре 60°C образование окраски было почти в 5 раз меньше,
чем сиропов, полученных без добавления SO2.

Законодательство некоторых стран допускает содержание
SO2 в глюкозе 100 мг/кг.

ГЛАВА 14. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ГЛЮКОЗЫ

В медицине и некоторых отраслях промышленности требу-
ется чистая глюкоза, свободная от других углеводов и примесей.
Для получения такой глюкозы применяется метод кристал-
лизации. Очищенные и уваренные до определенной концентра-
ции гидролизаты крахмала направляют в кристаллизаторы,
содержащие некоторое количество утфеля предыдущей крис-
таллизации в качестве затравки. Глюкоза выкристаллизовыва-
ется из пересыщенных растворов при перемешивании и поддер-
жании пересыщения на определенном уровне. Полученный ут-
фель цетрифугируют, глюкозу и оттек выводя из производ-
ства в качестве готовой продукции или подвергают повторной
кристаллизации: глюкозу для дополнительной очистки, оттек
для более полного извлечения из него глюкозы.

Процесс кристаллизации глюкозы довольно сложен. Это
обусловлено в первую очередь физическими и химическими
свойствами глюкозы в водном растворе, влиянием примесей,
многими факторами процесса, а также свойствами глюкозных
кристаллов. Глюкоза в водном растворе находится в двух
таутомерных формах, однако выкристаллизовывается в обыч-
ных условиях только в виде одной формы. Убыль этой формы
из раствора вызывает сдвиг равновесия между ними и переход
одной в другую. Таким образом, это оказывает существенное
влияние на процесс кристаллизации. Гидролизаты содержат
определенное, часто значительное количество примесей, по-
разному влияющих на вязкость раствора и растворимость глю-
козы. Имеющиеся в растворе примеси, в том числе окрашенные,
могут включаться в глюкозные кристаллы, вызывая ухудшение
качества глюкозы. С другой стороны, кристаллизация глюкозы
из более чистых растворов ведется при пониженных пересыще-
нии и концентрации сухих веществ в них, что вызывает опас-
ность микробиологических процессов. Все эти и другие факторы
необходимо учитывать при проведении процесса промышлен-
ной кристаллизации.

ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ ГЛЮКОЗЫ

В промышленных условиях кристаллизация глюкозы идет
из водных растворов. Поэтому для правильного осуществления
процесса кристаллизации необходимо знать свойства водных
растворов глюкозы. Эти свойства характеризуются наличием
таутомерных форм, их соотношения и кинетики взаимного пе-
рехода, растворимостью глюкозы в чистых и нечистых раство-
рах, вязкостью растворов.

Мутаротация глюкозы. Альдегидная форма глюкозы с рас-
крытым кольцом вследствие ее высокой реакционной способно-
сти в растворах практически не существует. Устойчивой фор-
мой глюкозной молекулы является пиранозное кольцо с
конформацией кресла. По взаимному расположению гидро-
ксильных групп у первого и второго углеродного атома разли-
чают цис- и транс-форму изомеров глюкозы. В первом случае
гидроксильные группы располагаются по одну сторону плос
кости пиранозного кольца, во втором — по разные. Такие фор
мы называются еще аномерными, или таутомерными.

При этом глюкопиранозу, имеющую гидроксилы С-1 и С-2 в
tjuc-положении, называют a-формой, а транс-положении — 13-
формой.

fl-D-Глюкоза вследствие наибольшей прочности ее циклической структу-
ры является самым распространенным сахаром в природе.

Обе формы глюкозы имеют различные свойства. Наиболее существенным
является различие в способности изменять наклон плоскости плоскополяри-
зованного света.

Это изменение обычно выражается удельным вращением [а], отнесенным
к единице массы растворимого вещества. На величину удельного вращения
значительное влияние оказывают температура среды, длина волны света, при
котором ведется определение, концентрация раствора и характер раствори-
теля.

Удельное вращение глюкозы обычно производят при желтом свете, ха-
рактеризующемся длиной волны, близкой к 589 нм, что соответствует D-ли-
нии натриевого спектра.

При относительно медленной кристаллизации и температуре до 80—
90 °C получают глюкозу в виде a-формы. а-Форма глюкозы в водном раст-
воре при 20 °C имеет удельное вращение, равное +111°. Сразу же после
растворения глюкоза начинает переходить в fl-форму, при этом снижается
удельное вращение раствора, так как fl-форма в водном растворе при 20 °C
имеет удельное вращение +19,3—Ь22,5°. Изменение удельного вращения
раствора—мутаротация — продолжается до достижения равновесного состоя-
ния между двумя таутомерными формами.

Процесс мутаротации растворов глюкозы протекает как обратимая реак-
ция первого порядка. Скорость мутаротации в значительной степени зависит
от температуры, температурный коэффициент процесса равен 2,6.

Учитывая, что муторация является реакцией первого порядка, при оп-
ределении длительности мутаротации удобно пользоваться величиной периода
полуротации. Это время, в течение которого удельное вращение изменяется
наполовину, начиная с любого момента течения реакции. Период полурота-
ции Т(о,5) находится в логарифмической зависимости от температуры процес-
са t:

lgT(Oi5) = 2,46 — 0,0413/.

Общая длительность мутаротации может быть очень большой, поскольку
с течением времени кривые удельного вращения асимптотически приближа-
ются к показателю удельного вращения равновесной смеси. Поэтому для
практических целей принимают длительность мутаротации равной восьми пе-
риодам полуротации, что соответствует 99,6 % полноты реакции. Таким
образом, длительность мутаротации при 10 °C, например, составляет 15 ч,
а при 40 °C — 51 мин. Скорость мутаротации значительно зависит от pH
раствора. Максимальное время мутаротации наблюдается при pH 7, и с
изменением pH в кислую или щелочную область скорость процесса значи-
тельно возрастает, при pH 10 мутаротация заканчивается практически мгно-
венно.

Скорость мутаротации глюкозы не зависит от концентрации ее в водном
растворе. Однако с увеличением концентрации глюкозы в растворе увели-
чивается равновесное удельное вращение, что свидетельствует о некотором
увеличении равновесного содержания a-формы. Так, если в разбавленных
растворах с содержанием глюкозы 12 % содержание о-формы примерно 37 %,
то в растворах с содержанием глюкозы 64 % содержание a-формы увеличи-
вается до 40 %.

В связи с тем что кристаллизация a-формы ведется из раствора, имеюще-
го некоторое пересыщение по a-форме, и убыль ее из раствора снижает ко-
эффициент пересыщения, это в определенной степени влияет на скорость
кристаллизации. Однако скорость мутаротации глюкозы значительно выше
скорости кристаллизации, и влияние это незначительно.

\у Растворимость глюкозы. Глюкоза хорошо растворяется в
воде. Растворимость глюкозы выражается как величиной со-
держания глюкозы в единице массы раствора, выраженной в
процентах, так и количеством глюкозы, приходящимся на еди-
ницу массы воды. С повышением температуры растворимость
глюкозы возрастает. При этом до температуры 50 °C это уве-
личение более значительно, чем при температуре выше 5б°С.
И. Е. Садовый предложил уравнения для определения концен-
трации глюкозы в насыщенном растворе Р (в%) в зависимо-
сти от температуры насыщения t:

Р=0,707/+33,4— для температур от 15 до 45°С и

Р = 0,35/+53,5— для температур от 50 до 80°С.

Растворимость глюкозы в неочищенных водных растворах
отличается от растворимости в воде. Обычно растворцмость
глюкозы с ростом примесей в растворе увеличивается. Изме-
нение растворимости глюкозы в нечистых растворах характе-
ризуется коэффициентом насыщения, определяемым как отно-
шение растворимостей в нечистом и чистом растворах и вы-
ражаемом количеством глюкозы, приходящимся на единицу
Рис. 73. Концентрация насыщенных
растворов при разных температурах
в зависимости от чистоты гидролиза-
та, определяемого как содержание
редуцирующих веществ (/) и чистой
глюкозы (2) в пересчете на СВ

кис. 74. Зависимость коэффициента
насыщения растворов глюкозы от
соотношения нередуцирующие ве-
щества: вода при разных темпера-
турах

массы воды. Хлористый натрий, продукты реверсии глюкозы,,
примеси гидролизатов увеличивают растворимость глюкозы.

На рис. 73 показано изменение концентрации насыщенных
глюкозных растворов промышленных сиропов при производ-
стве глюкозы с применением ферментов в зависимости от чи-
стоты раствора. При этом кривые 1 определяют зависимость
концентрации насыщенных растворов при разных температу-
рах от глюкозного эквивалента, а кривые 2 — от содержания
глюкозы в растворе. Дело в том, что в глюкозных гидролиза-
тах глюкозный эквивалент характеризует содержание редуци-
рующих веществ в растворе (в пересчете на СВ). Его величина
всегда выше истинного содержания глюкозы в гидролизатах.
Для примерной оценки содержания глюкозы в производствен-
ных сиропах в зависимости от глюкозного эквивалента при-
менимо уравнение

СГ=1,5ГЭ —50,

где СГ — содержание глюкозы в СВ раствора, %; ГЭ — глюкозный эквива-
лент, %.

Водный раствор гидролизата может характеризоваться
также содержанием нередуцирующих веществ и других при-
месей, приходящихся на единицу массы воды.

Зависимость коэффициента насыщения от этой величины в
интервале отношений нередуцирующие вещества/вода больше
0,1 носит прямолинейный характер, как это показано на рис. 7ч.
Глюкозный эквивалент, %	Вязкость глюкозных растворов (в сПа«с) при концентрации СВ, %				
	40	50	60	70	80
80	0,64	Т емпература 20° С  1,5	5,7		50	
85	0,62	1,45	5,5	47	—.
90	0,61	1,41	5,3	44	—
95	0,59	1,39	5,1	42	—
100	0,57	1,37	5,0	41	—
80	0,33	Температура 40°С  0,66	1,88		9,3	116
85	0,32	0,65	1,84	8,8	110
90	0,31	0,64	1,79	8,6	106
95	0,30	0,62	1,74	8,3	103
100	0,30	0,61	1,72	8,1	100
80	0,20	Температура 60° С  0,37	0,86		3,3	27,5
85	0,19	0,36	0,85	3,1	26,8
90	0,19	0,35	0,83	3,9	26,0
95	0,18	0,34	0,81	2,9	25,0
100	0,18	0,34	0,80	2,8	24,5
80	0,13	Температура 80°С  0,23	0,47		1,45	8,0
85	0,12	0,23	0,46	1,40	7,7
90	0,12	0,22	0,45	1,37	7,4
95	0,12	0,22	0,44	1,33	7,2
100	0,12	0,21	0,44	1,30	7,0

Приведенная зависимость справедлива при разных темпе-
ратурах.

Кристаллизация может происходить только из раствора,
имеющего при данной температуре концентрацию кристалли-
зуемого вещества выше, чем в пересыщенном растворе, т. е.
из пересыщенного раствора. Отношение содержания глюкозы
на единицу массы воды в пересыщенном растворе к содер-
жанию глюкозы в насыщенном называют коэффициентам пе-
ресыщения. Это очень важный показатель процесса кристал-
лизации, который поддерживается на определенном уровне.

Вязкость глюкозных растворов. Глюкозные растворы харак-
теризуются определенной вязкостью, которая зависит от тем-
пературы, концентрации СВ в растворе, характера примесей.
186

♦

I

I

г
€ ростом температуры и концентрации сухих веществ вяз-
кость растворов возрастает.

В табл. 12 приведены вязкости глюкозных сиропов с раз-
личным глюкозным эквивалентом в зависимости от темпера-
туры и концентрации СВ.

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ

Процесс кристаллизации вещества довольно сложный. По современным
представлениям о кристаллизации растворенное вещество диффундирует че-
рез неподвижный пересыщенный слой, окружающий кристалл, а затем, со-
вершая фазовый переход, вводится в кристаллическую решетку. Скорость
кристаллизации вещества, таким образом, определяется скоростью диффузии
и скоростьюпроцесса фазового перехода. Количество диффундировавшего
к кристаллу вещества прямо пропорционально градиенту концентрации, вели-
чине поверхности слоя у кристалла и обратно пропорционально толщине этого
«слоя.

Диффузионная теория позволяет проанализировать влияние большинства
факторов на процесс кристаллизации. Однако она неудовлетворительно
объясняет механизм образования новой фазы — зародышей кристаллов и
формообразование при кристаллизации. Действительно, каждое вещество
образует кристаллы только присущей ему формы. Форма эта может изме-
няться в зависимости от внешних факторов — примесей, условий кристалли-
зации и т. д.

Однако при одних и тех же условиях форма кристаллов всегда одина-
кова. Это говорит о том, что форма будущего кристалла определенным об-
разом закодирована уже в молекуле растворенного вещества. Возможной
формой такого кода может быть величина и направленность полей разных
частей молекулы. Вещество может выкристаллизовываться на определенную
грань кристалла только после ориентации его молекулы соответствующим об-
разом, различным для каждой грани. Таким образом, схема кристаллизации
вещества с этих позиций выглядит несколько иначе. Молекула кристаллизу-
ющегося вещества из раствора диффундирует к поверхности кристалла. До-
стигнув поверхности, молекула не может внедриться в кристаллическую ре-
шетку. Такое внедрение может произойти только после определенного ори-
ентирования молекулы. Это уточнение практически не вносит существенных
изменений в сложившиеся понятия диффузионной теории кристаллизации, но
позволяет объяснить многие явления процесса кристаллизации в частности
формообразование кристаллов.

Кристаллизация глюкозы значительно осложняется наличием в растворе
двух таутомерных форм — а- и р-глюкозы. Вообще глюкоза может кристал-
лизоваться очень быстро. При достаточно высоком пересыщении, например
а =1,8 и температуре 65 °C, глюкозный раствор с внесенной затравкой при
интенсивном перемешивании кристаллизуется во всей массе за несколько ми-
нут. Если температура ниже, например 25 °C, такая скорость кристаллизации
наблюдается при а=5.

Исследования выкристаллизовавшейся в таких условиях глюкозы пока-
зали, что произошла кристаллизация обеих таутомерных форм — а- и Р-фор-
мы. Кристаллы имеют вид игл, сросшихся друз, и отделить межкристальный
оттек от такой массы невозможно. Интересно, что при кристаллизации в этих
условиях при температуре до 50 °C а-глюкоза кристаллизуется в гидратной
форме, а р-глюкоза — в ангидридной, а при температуре выше 50°С обе
формы кристаллизуются в виде ангидрида.

При кристаллизации глюкозы, как уже говорилось, а-глюкоза образует
кристаллическую форму с упорядоченными и достаточно крупными кристал-
лами при относительно низком пересыщении. Глюкоза до температуры около
52 °C образует гидратную форму, выше этой температуры — ангидридную.

Ангидридные кристаллы могут самопроизвольно образовываться при тем-
пературе выше 52,5 °C, но рост уже образовавшихся кристаллов наблюда-
ется и при более низкой температуре — до 35 °C,
св;/<

SO

50

30

W

Рис. 75. Диаграмма
таллнзацни глюкозы

70

реходе в лабильную

Различают несколько характерных об-
ластей концентрации при кристаллизации
глюкозы. Из зоны ненасыщенного раствора
кристаллизация не может происходить. При
достижении насыщения начинается мета-
стабильная зона когда глюкоза может вы-
кристаллизовываться на поверхности имею-
щихся в растворе кристаллов, но образова-
ние центров кристаллизации не происходит.
Наконец, при повышении пересыщения кон-
центрация раствора достигает такой вели-
чины, когда из нее могут образовываться
новые центры кристаллизации. Зона с та-
кими концентрациями считается лабильной.

Вашатко и Смелик, исследуя границы
кристаллизации ангидридной и гидратной
форм a-D-глюкозы определили эти зоны..
Они показаны на рис. 75. Зона ниже линии
aia2 — ненасыщенный раствор глюкозы. Зо-
на выше линии щ — пересыщенный раст-
вор метастабильного состояния, из которо-
го выкристаллизовывается гидратная фор-
ма глюкозы. Из растворов выше линии а2-
глюкоза выкристаллизовывается в ангид-
ридной форме. Если в растворе образова-
лись кристаллы ангидридной глюкозы, при
снижении температуры и концентрации по
линии а3С4 кристаллизация ангидридной
формы продолжается. Лабильная область
С вс пересыщений проходит по линиям CiC2C3,
зон квис- при этом линии С' и соответствуют гид-
р ’ ратной глюкозе, а С3 — ангидридной.

Кристаллизацию ведут в основном в
метастабильной области, так как при пе-
зону появляется опасность возникновения новых мелких

кристаллов, затрудняющих центрифугирование утфелей.

При стоянии пересыщенного глюкозного раствора достаточно высокой
концентрации в нем образуются затравочные кристаллы. Время, необходимое
для образования таких кристаллов, называется, индукционным периодом.
Длительность его зависит от пересыщения, интенсивности перемешивания,
раствора, чистоты его. При этом начальный процесс зародышеобразования
подчиняется уравнению, аналогичному кинетике химических реакций:

lgTHHA = А — nlga,

где Тинд — длительность индукционного периода; А — постоянная; п — пока-
затель порядка процесса зародышеобразования; a — коэффициент пересыще-
ния раствора.

Для чистых глюкозных растворов А в интервале температур 20—60 °C
изменяется от 5,57 до 4,52, ап — от 4,45 до 5,59.

Важное значение при кристаллизации имеет форма кристаллов глюкозы
и их размер. Гидратная глюкоза кристаллизуется в моноклинической системе-
в виде пластин, ангидридная глюкоза имеет кристаллы ромбической формы.

Поверхность одного кристалла S связана с его массой Р соотношением

3-—

S = kу/ p2i

где k — коэффициент пропорциональности, зависит от формы кристалла и
плотности кристаллизующегося вещества.

Кристаллы гидратной глюкозы отличаются большой неоднородностью.
Из высокочистых растворов получают более крупные кристаллы. Однако
наряду с этими имеется много мелких — размером 0,01 мм и менее.
Поверхность 1 г кристаллов товарных образцов глюкозы составляет око-
ло 120—500 см2, количество кристаллов при этом может быть от 2 до 60 тыс
и более.

Коэффициент k в зависимости от размера и формы кристаллов для то-
варных образцов изменяется от 5,0 для фракции мелких кристаллов до 8,4
для крупных, среднее значение — 5,3.

Плотность глюкозы в кристаллах в зависимости от формы глюкозы и
кристалла колеблется от 1,535 до 1,56 г/см3.

Рассмотрим ход процесса кристаллизации глюкозы с учетом основных
факторов, влияющих на него.

Глюкозный сироп с определенным количеством и составом примесей, за-
висящих от сырья, метода гидролиза и эффективности очистки, подается в
кристаллизатор. По принятой технологии в кристаллизаторе остается опреде-
ленное количество затравки в виде утфеля от предыдущей кристаллизации.
Обычно количество затравки составляет 10—30 % массы утфеля в кристал-
лизаторе. С ростом чистоты количество затравки может быть снижено. Так,
для перекристаллизации глюкозы достаточно 10—15 % затравки, тогда как
для кристаллизации глюкозы из оттеков требуется 30—35 %.

Сироп, смешиваясь с утфелем, снижает свою чистоту в связи с тем,
что межкристальный раствор утфеля (затравки) имеет значение глюкозного
эквивалента на 8—12 % ниже, чем исходный сироп. Это обстоятельство от-
рицательно сказывается на скорости кристаллизации в начальный период,
снижая ее. Поэтому целесообразно в качестве затравки применять кристал-
лическую глюкозу, смешивая ее с сиропом при низком пересыщении—1,05—
1,1. Количество затравки в виде кристаллов составляет 7—10 % к массе
сиропа. Так обычно поступают прн первом обороте кристаллизаторов.

В начальный период кристаллизации, при смешивании сиропа с затрав-
кой, необходимо строго следить за снижением температуры утфеля. Снижение
температуры ведет к увеличению пересыщения. Снизить его может убыль
глюкозы из раствора на кристаллы затравки. Поскольку в первый период
кристаллизации количество затравки небольшое, глюкоза не успевает вы-
кристаллизовываться.

Повышенное пересыщение создает условия для образования новых цент-
ров кристаллизации, причем обычно эти центры образуются в виде игольча-
тых четырехгранных призм, часто сросшихся в друзы. Это явление произ-
водственники называют выпадением «муки» и усиленно борются с ним, так
как центрифугировать утфель с большим содержанием муки очень трудно.
Вполне возможно, что самопроизвольно образовавшиеся кристаллы являются
кристаллической смесью двух таутомерных форм глюкозы. Коэффициент пе-
ресыщения сиропа в первом периоде поддерживают на уровне 1,1—1,15 с
учетом снижения чистоты при смешивании с затравкой. При кристаллизации
тлюкозы понятие пересыщения, определяемое по глюкозному эквиваленту
сиропа и даже по содержанию глюкозы в пересыщенном растворе, очень
условно. Поскольку в растворе присутствуют две таутомерные формы — а-
к р-глюкоза, последняя является примесью по отношению к кристаллизую-
щейся a-форме. При этом растворимость p-формы значительно выше, чем
«-формы, и, будучи пересыщенным по одной форме, раствор ненасыщен по
другой.

При высоких концентрациях равновесие между таутомерами сдвигается
в сторону образования большего количества а-глюкозы, что положительно
влияет на пересыщение. По мере перехода глюкозы в кристалл в окружающем
его слое раствора создается избыток p-формы. В связи со сдвигом равнове-
сия начинается процесс мутаротации. При кристаллизации 1 моль гидратной
глюкозы выделяется 19 кДж теплоты. Необходимо отметить, что это до-
вольно значительная величина. Теплота кристаллизации глюкозы составляет
35—40 % всей отбираемой от кристаллизатора теплоты при его охлаждении.
Это тепло увеличивает температуру окружающего кристалл слоя, снижая его
вязкость и ускоряя процессы мутаротации, диффузии, ориентации молекул и
разового перехода. При этом коэффициент пересыщения снижается. Однако
значительного снижения пересышения не происходит, так как система само-
регулируется — некоторое снижение пересыщения снижает количество вы-
кристаллизованной глюкозы и тем самым уменьшает количество выделяемого
тепла. Для отвода тепла от кристаллов утфель охлаждают при постоянном
перемешивании.

В начальный период скорость кристаллизации достаточно высокая. При
понижении температуры снижается скорость диффузии глюкозы к кристал-
лу и мутаротации ее, а также уменьшается чистота оттека, что снижает ско-
рость кристаллизации. Правда, при снижении концентрации межкристального
оттека несколько снижается его вязкость, однако это не может компенси-
ровать влияния ухудшающих кристаллизацию факторов.

В первый период наблюдается рост затравочных кристаллов. Поскольку
они очень неоднородны по размеру, более крупные кристаллы, достигнув оп-
ределенной величины, разламываются на несколько мелких осколков. Эта
особенность глюкозных кристаллов — хрупкость, возрастающая с увеличением
размера — не дает возможности получать крупные кристаллы даже при вы-
ращивании в лабораторных условиях. При этом с понижением чистоты раст-
вора глюкозы размер кристаллов уменьшается. Если при кристаллизации ме-
дицинской глюкозы можно получать отдельные кристаллы длиной 2—4 мм,
то при кристаллизации оттека размер кристаллов 0,1 мм и менее. Образовав-
шиеся обломки дают начало новому растущему кристаллу.

В последнее время, особенно при кристаллизации медицинской глюкозы,
применяют особый режим изменения температуры утфеля, вызывая явление
рекристаллизации. Оно заключается в некотором повышении температуры
утфеля, при котором мелкие кристаллы растворяются. Затем идет понижение
температуры, увеличивающее пересыщение и рост оставшихся более крупных
кристаллов. Появляется возможность получать утфель с улучшенными свой-
ствами при ценрифугировании.

В межкристальном растворе наряду с глюкозой присутствует значи-
тельное количество примесей. В процессе кристаллизации относительное коли-
чество их в растворе увеличивается. Некоторая часть этих примесей, в том
числе окрашенных, включается в кристалл глюкозы при его росте. Это вклю-
чение может быть вызвано двумя причинами. Одной из них является внед-
рение окрашенных веществ и других примесей в кристаллическую решетку
глюкозы при определенном физико-химическом сродстве кристаллизующихся
веществ. Другой причиной является механическое включение части межкрис-
тального раствора в зазоры между сросшимися кристаллами и последующее
их зарастание кристаллизующейся глюкозой.

При центрифугировании окутывающая кристалл пленка межкристального
раствора частично смывается промывной водой. Однако значительная часть
оттека остается на поверхности кристалла, вызывая окраску глюкозных раст-
воров. Из всего количества красящих веществ, находящихся в кристалличе-
ской глюкозе, около половины включены в кристалл, другая половина сосре-
доточена на его поверхности. Таким образом, из окрашенных сиропов даже
самой тщательной промывкой невозможно получить кристаллы, дающие бес-
цветные растворы. Однако правильное проведение процесса кристаллизации
способствующее образованию правильных кристаллов без друз и муки позво-
ляет значительно снизить интенсивность окраски получаемой глюкозы.

В производстве глюкозы в зависимости от тщательности проведения про-
цессов кристаллизации и центрифугирования цветность полученных кристал-
лов в 7—15 раз меньше цветности исходного сиропа, взятого на кристалли-
зацию. С течением времени кристаллизации в утфеле количество кристалли-
ческой фазы возрастает. В начале кристаллизации количество мелких крис-
таллов размером менее 0,07 мм больше. Затем с ростом их в условиях вы-
сокой чистоты сиропов средний размер кристаллов растет до 0,1—0,15 мм.
С увеличением количества кристаллов в результате кристаллизации в усло-
виях пониженной чистоты оттеков и частичного механического истирания
средний размер кристаллов снижается.

С увеличением количества кристаллов растет вязкость утфеля. При до-
стижении количества кристаллов более 50—55 % наблюдается истирание
кристаллов, вязкость утфеля значительно возрастает. Поэтому, чтобы не до-
пустить ухудшения качества утфеля и иметь возможность его центрифуги-
ровать, кристаллизацию прекращают.
Для снижения перетирания утфеля на последней стадии целесообразно--
производить раскачку его оттеком. Однако при постоянном применении рас-
качки необходимо перейти от способа затравки утфелем к затравке сырыми
кристаллами, так как снижается чистота утфеля.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ АНГИДРИДНОЙ ГЛЮКОЗЫ

При получении глюкозы из растворов высокой чистоты и осо-
бенно при перекристаллизации для медицинских целей целесо-
образно получать кристаллическую глюкозу в ангидридной фор-
ме. Такая глюкоза имеет однородные кристаллы с меньшим
количеством примесей, в ней практически отсутствует микроб-
ное заражение. Технология кристаллизации ангидридной глюко-
зы довольно проста, не требует больших емкостей. Процесс
кристаллизации производится либо увариванием утфеля в ва-
куум-аппаратах по типу применяемых в сахарном производстве,
либо в кристаллизаторах.

При уваривании утфеля в вакуум-аппаратах чистый глюкоз-
ный сироп подваривается в вакуум-аппарате до концентрации
сухих веществ 85 % при давлении 20 кПа. Температура кипения
сиропа повышается при этом до 80°C.

Когда сироп достигает необходимого пересыщения, в него
вводится затравка. В качестве затравочных кристаллов приме-
няется ангидридная глюкоза. Количество затравки в значитель-
ной степени определяет качество получаемого утфеля. При
большом количестве затравки кристаллы получаются мелкими,
при недостаточном — появляется опасность самопроизвольного
зародышеобразования и появление очень мелких кристаллов,
центрифугирование которых затруднено.

Утфель можно уваривать и без внесения затравки. Для этого
в аппарат подают небольшое количество холодной воды, про-
сасывают воздух через слой уваренного сиропа или используют
другие приемы. Однако регулирование количества образовав-
шейся затравки при этом затрудняется. Затравку обычно вносят
при достижении сиропом пересыщения 1,25—1,30. Это соответст-
вует концентрации 82 % и температуре 70 °C. Количество затрав-
ки— 300—600 г на 1 т утфеля. Кристаллы появляются через
несколько минут. После этого начинается процесс варки утфе-
ля, при котором идет увеличение размера кристаллов.

После внесения затравки необходимо тщательно следить за
количеством образовавшихся кристаллов. Для этого постоянно
отбирают сироп и под микроскопом следят за количеством
кристаллов. Как только количество кристаллов в утфеле достиг-
нет необходимого, образование новых прекращают снижением
пересыщения до 1,1—-1,15, что при температуре 70°С соответст-
вует концентрации 80—81 %. Снижение концентрации осущест-
вляют вводом в увариваемую массу сиропа с содержанием
55—60% СВ.

После этого создают условия до равномерного роста крис-
таллов, поддерживая пересыщение на уровне 1,2.
Утфель уваривают до достижения содержания кристаллов
в нем 40—50%. Такой утфель имеет концентрацию 88—92%,
концентрацию межкристального оттека 77—78 %. Варка утфеля
продолжается 6—8 ч. Размер кристаллов ангидридной глюко-
зы 0,2—0,3 мм.

Приведенный режим относится к увариванию утфеля из чис-
того глюкозного раствора при перекристаллизации глюкозы.
Ангидридную глюкозу можно получать из крахмальных гидро-
лизатов с глюкозным эквивалентом не менее 94 %• Затравку
вводят при концентрации утфеля 83,5—84 %, концентрацию
межкристального оттека во время варки поддерживают на
уровне 80 % в начальной стадии, снижая к концу до 72—73 %.
Остальные операции аналогичны тем, которые проводятся при
варке утфеля из чистых глюкозных растворов. Время варки ут-
фелей из гидролизатов удлиняется до 10 ч и более в зависимо-
сти от их чистоты. Размер кристаллов из таких утфелей меньше
0,12—0,14 мм, и форма их несколько отличается от кристаллов,
полученных из чистых растворов глюкозы.

Кроме способа кристаллизации ангидридной глюкозы в ва-
куум-аппарате используют также кристаллизаторы, аналогич-
ные применяемым при производстве гидратной глюкозы. Ува-
ренный до концентрации 83 % раствор глюкозы заливают в
кристаллизатор, в котором оставлена затравка от предыдущей
кристаллизации в количестве 10—15 % объема. В случае пер-
вой заливки кристаллизатора в сироп добавляется затравка
кристаллов ангидридной глюкозы — около 500 г на 1 т сиропа.
При перемешивании сиропа с затравкой температура смеси ус-
танавливается 76—78 °C. Затем температуру утфеля медленно
снижают до 60—62 °C в течение 15—16 ч. Концентрация меж-
кристального оттека при этом снижается с 83 до 72—74%.

Утфель ангидридной глюкозы из вакуум-аппарата или крис-
таллизатора поступает в утфелераспределитель, а затем на
центрифугирование. Промывку глюкозы проводят теплой водой.
Центрифугу перед загрузкой утфеля прогревают паром. Влаж-
ность кристаллов ангидридной глюкозы после центрифугиро-
вания около 3%. Утфели ангидридной глюкозы центрифугиру-
ются довольно легко в связи с тем, что кристаллы очень рав-
номерны. После центрифугирования глюкоза высушивается.

Ангидридная глюкоза при хранении в условиях повышенной
влажности воздуха поглощает воду, при этом влажность ее до-
стигает 9 %.

СХЕМЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ

Для повышения выхода глюкозы и возможно большего исто-
щения сиропа кристаллизация в производстве осуществляется
в несколько стадий. На рис. 76 приведены различные схемы
кристаллизации: двухстадийная с возвратом желтой глюкозы
в виде клеровки в линию первого продукта (а), двухстадийная
192


s

,3

Очистка а
уваривание

'Глюкоза

Очистка, и,
убарибание

Очистка и,
уваривание

Очистка и.
убарибани-е

Очистка и
уваривание

Крмгал\
шзащт

i

i >

6

Центри-

Глюкоза

д

Глюкоза

8

растал-

лизаиия

ристал-

зация

ристал

лизация

один

Рис. 76. Схемы станций кристаллизации глюкозы

с получением готовой глюкозы с первой и второй стадий (б) и,
наконец, одностадийная с возвратом оттека в линию первого
продукта (в).

Первая из названных схем применяется при кристаллизации
из сиропов, полученных по способу кислотного гидролиза с глю-
козным эквивалентом (ГЭ) 90—91 %. В результате первой
кристаллизации получают гидратную глюкозу и первый оттек
с ГЭ 82 %, который после дополнительного осахаривания, очист-
ки и уваривания направляется на повторную кристаллизацию.
Гидрол с ГЭ 72—74 % выводится из производства, а желтая
глюкоза растворяется в воде и возвращается в линию первого
продукта.

При кристаллизации сиропов, полученных способом фермен-
тативного гидролиза и имеющих высокое значение ГЭ (94—
96 %) применение двухпродуктовой схемы позволяет получать
чистые глюкозные кристаллы из первой и второй кристаллиза-
ций. Первый оттек с ГЭ 90 % после очистки и уваривания на-
правляется на вторую кристаллизацию, а гидрол с ГЭ 82 %
выводится из производства. Однако при применении кислотно-
ферментативного способа гидролиза глюкоза, получаемая из
кристаллизаторов второго продукта, имеет качество значитель-
но хуже, чем получаемая из кристаллизаторов первого продук-
та. Для получения стабильного качества выпускаемой продук-
ции глюкозу после кристаллизации первого и второго продукта
необходимо смешивать в соответствующих пропорциях. Однако
не всегда имеется возможность сделать это. Кроме того, двух-
продуктовые схемы требуют двух линий очистки, уваривания,
кристаллизации и центрифугирования. Для устранения этих
недостатков применяют одностадийную кристаллизацию с воз-
вратом первого оттека.

По такой схеме часть оттека после первого центрифугирова-
ния (65—75 % в зависимости от исходного значения ГЭ гидро-
лизатов) возвращается в линию очистки ферментативных гид-
ролизатов. Полученный таким образом сироп с ГЭ 90—92 %
очищается, уваривается и направляется на кристаллизацию.
Полученная после центрифугирования глюкоза направляется
на сушку и упаковку. Часть оттека опять возвращается в ли-
нию очистки сиропа, другая часть выводится из производства
как гидрол. По такой схеме длительность кристаллизации не-
сколько удлиняется и для кислотно-ферментативных гидролиза-
тов с выходом глюкозы 80 % составляет около 4 сут.

Недостатком периодической кристаллизации является низ-
кий коэффициент использования емкости кристаллизаторов и
значительные затраты при обслуживании станции. Автоматиза-
ция периодически работающей кристаллизационной станции
затруднена.

Поэтому в последнее время значительные усилия разработ-
чиков направлены на создание станции непрерывной кристалли-
зации. Процесс кристаллизации глюкозы, даже из чистых раст-
воров, требует значительного времени. Обычно для этой цели
используют кристаллизаторы, представляющие собой установ-
ленные горизонтально цилиндрические емкости с двойной ох-
лаждающей стенкой и мешалкой. Наибольшую трудность при
создании такой установки составляет разработка способа
транспортирования утфеля из емкости в емкость. Такой способ
должен обеспечить транспортирование утфеля разной вязко-
сти— от сильно текучих на первых стадиях до высоковязкого
на последней. При этом недопустимо истирание кристаллов.

Наиболее приемлемой является установка кристаллизаторов
иа разных уровнях. При этом избыток утфеля перетекает из
емкости в емкость по желобу, снабженному теплообменной ру-
башкой.

Важными вопросами при конструировании установки и раз-
работке непрерывной кристаллизации являются оптимальное
количество включенных в схему кристаллизаторов и температур-
ный режим в каждом из них.

При переводе на непрерывный режим работы существую-
щих периодически действующих станций кристаллизации с ус-
тановкой емкостей на одном уровне в качестве транспортирую-
щих устройств применяют шнеки, шнековые насосы и насосы
для высоковязких жидкостей.

Установка непрерывной кристаллизации, работающая на од-
ном из предприятий, представляет собой следующее. Она состо-
ит из пяти расположенных на одном уровне кристаллизаторов
емкостью 25 м3 каждый, снабженных рубашками и мешалками
с трубчатой теплообменной поверхностью. Сироп через плас-
тинчатый теплообменник непрерывно поступает в первый крис-
таллизатор. Из этого кристаллизатора, с другого его конца,
утфель периодически насосом по трубопроводу закачивается
во второй кристаллизатор, из второго — в третий и так до
последнего. В утфеле первого кристаллизатора содержится
12 % кристаллов, второго — 20, третьего — 35, четвертого — 45
и пятого — 55 %. Сироп в первый кристаллизатор подается в
зависимости от уровня утфеля в нем. Уровень определяется
поплавковым датчиком.

Для пуска станции кристаллизации в работу в первые два
кристаллизатора дается затравка в количестве 200 кг глюкозы.
Затем, постепенно добавляя сироп, утфель перекачивают на
последующие кристаллизаторы станции. После заполнения
кристаллизаторов включается система автоматического регу-
лирования. Поскольку плотность межкристального оттека и тем-
пература в последнем кристаллизаторе невысокие, создаются
условия для микробиологического заражения. В этом случае
последний кристаллизатор приходится вырабатывать и пропа-
ривать.

Утфель из последнего кристаллизатора самотеком направля-
ется на станцию центрифугирования. Такая установка при при-
менении схемы осахаривания фермент — фермент позволяет
получать 30 т кристаллической глюкозы в сутки. Если крис-
таллизаторы устанавливают на разных уровнях, этот уровень
в зависимости от диаметра кристаллизатора должен составлять
10—15 см.

Применение схемы непрерывной кристаллизации позволяет
полностью автоматизировать работу станции кристаллизации и
получать утфель высокого качества.

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ

Длительный процесс кристаллизации, сравнительно невысо-
кие температуры продуктов создают хорошие условия для раз-
вития микробиологических процессов в глюкозном производстве
при кристаллизации. Основной особенностью микроорганизмов,
развивающихся в концентрированных глюкозных сиропах, яв-
ляется их высокая осмофильность.

При кислотном гидролизе крахмала поступающие на крис-
таллизацию сиропы имеют повышенные концентрации, что зна-
чительно тормозит развитие микроорганизмов. При использо-
вании двойного ферментативного и кислотно-ферментативного
осахаривания концентрация сиропов, поступающих на кристал-
лизацию и межкристального раствора в конце процесса значи-
тельно снижается из-за повышения их чистоты. Поэтому с осо-
бой остротой встал вопрос о микробиологических процессах,
происходящих в таких глюкозных растворах. При кристаллиза-
ции концентрация сухих веществ в межкристальных оттеках
снижается на 7—10%, что еще больше облегчает условия раз-
вития микроорганизмов. Впервые с этим вопросом глюкозные
предприятия столкнулись при производстве медицинской глю-
козы, где концентрация межкристальных растворов к концу
кристаллизации достигает 60 %. После нескольких циклов ра-
боты кристаллизаторов наблюдалось ухудшение качества глю-
козы, в растворах утфеля появлялась муть. Она вызывалась
продуктами жизнедеятельности микроорганизмов — бактериями
кокковой и паэочковой формы, дрожжами, микромицетами
и др.

Обычно в сиропах, поступающих на кристаллизацию, мик-
роорганизмы не обнаруживаются или обнаруживаются в очень
небольших количествах. Это естественно, так как сиропы про-
ходят интенсивную термообработку при выпаривании и увари-
вании и концентрация сухих веществ в них довольно высокая,
что неблагоприятно сказывается на развитии микроорганизмов.
Однако впоследствии в утфеле часто можно обнаружить мик-
роорганизмы, прорастающие на средах сусло-агар, сусло-агар с
мелом и осмофильных. Так, в одном из определений на среде в
сиропе, поступающем в кристаллизатор, микроорганизмов не
было обнаружено. Однако в утфеле, поступающем на центри-
фугирование, было обнаружено 590 микроорганизмов на 1 г
продукта, а в сырой глюкозе из центрифуги количество микро-
организмов составило 1,6 тыс. на 1 г глюкозы. Микроорганиз-
мы находились в затравочном утфеле и к концу кристаллиза-
ции при создании благоприятных условий распространились по
всей массе утфеля.

Кроме утфеля-затравки источником заражения микроорга-
низмами может быть воздух кристаллизационного отделения.
Если не соблюдаются строгие санитарные условия, содержание
микроорганизмов — бактерий и плесневых грибов — может до-
стигать больше 2000 ед. на 1 м3 воздуха.

Одним из источников заражения глюкозы микроорганизмами
может быть вода, поступающая на промывку глюкозных крис-
таллов при центрифугировании. Сборники воды для промывки
(в том числе после дистилляторов), трубопроводы подачи во-
ды на форсунки могут служить благоприятной средой для раз-
вития микроорганизмов.

Микробиологические процессы требуют к себе повышенного
внимания при осуществлении кристаллизации глюкозы непре-
рывным способом. При этом на последних стадиях кристаллиза-
ции возникают благоприятные условия для развития осмофиль-
ных микроорганизмов, которые могут так затормозить процесс,
что дальнейшее его осуществление оказывается невозможным.
Раствор утфеля начинает опалесцировать, наблюдается газо-
образование в утфельной массе. Приходится вырабатывать
последние кристаллизаторы, проводить стерилизацию оборудо-
вания и производить заполнение кристаллизаторов заново. Не-
которые заводы, работающие по схеме непрерывной кристалли-
зации, заранее предусматривают такую выработку утфеля че-
рез 7—20 дней, так как все другие мероприятия не позволяют
полностью избежать микробиологических процессов.

При выработке глюкозы из зараженного микроорганизмами
утфеля кроме ухудшения качества глюкозы за счет продуктов
их жизнедеятельности наблюдается повышенная зараженность
микроорганизмами готовой продукции. Содержание микроор-
ганизмов в 1 г высушенной глюкозы может достигать 1,5 тыс.
осмофилов и более.

Могут создаться условия для дальнейшего роста количества
микроорганизмов в упакованных мешках с кристаллической
глюкозой. Это наблюдается при упаковке недостаточно высу-
шенных неохлажденных кристаллов в герметичную тару. Из-
быточная влага представляет собой насыщенный раствор глю-
козы, являющийся при температуре 15—20 °C хорошей средой
для развития осмофильных микроорганизмов.

Микробиологические процессы могут вызвать значительные
затруднения при хранении и использовании оттеков глюкозного
производства, полученных при ферментативном осахаривании и
имеющих высокую доброкачественность. Их относительно низ-
кая концентрация является хорошим условием для роста микро-
организмов, концентрирование же оттеков до высоких пересы-
щений невозможно, так как при хранении и транспортировке
избыточная глюкоза выкристаллизовывается, снижая тем самым
концентрацию сухих веществ.

При кристаллизации глюкозы из сиропов, полученных фер-
ментативным осахариванием, и при производстве медицинской
глюкозы перекристаллизацией необходимо уделять большое
внимание вопросам борьбы с микробиологическими процес-
сами.

Высокая общая культура производства, строгий санитарный
режим кристаллизационного отделения являются необходимыми
условиями работы. На предприятиях, работающих по таким
схемам, вводится постоянный микробиологический контроль
производства.

Все оборудование, трубопроводы, запорная арматура следу-
ет периодически промывать антисептическими растворами—
3%-ной хлорной известью или 2 %-ным формалином и пропари-
вать, для чего их оборудуют соответствующими паровыми под-
водами. Кристаллизаторы и утфелемешалки снабжают крыш-
ками.

Значительно снижает опасность микробиологического зара-
жения установка под крышками кристаллизаторов бактерицид-
ных ламп. Такими же лампами необходимо оснащать емкости
для хранения ^оттеков.

В отделении кристалилзации необходимо избегать разливов
продуктов, устройства дренажных канавок и сборников разли-
вов в полах, так как они могут служить местом скопления
микроорганизмов.
ГЛАВА 15. ПРОИЗВОДСТВО КРАХМАЛЬНОЙ
ПАТОКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ФЕРМЕНТОВ

Как известно, патока является продуктом неполного гидро-
лиза крахмала. Кроме глюкозы в ее состав входят мальтоза,
три- и тетрасахариды и декстрины различной молекулярной
массы.

Свойства крахмальной патоки — вкус, сладость, вязкость,
гигроскопичность, осмотическое давление и др. — зависят от
относительных количеств вышеуказанных четырех групп угле-
водов и в целом зависят от степени гидролиза крахмала, ха-
рактеризующейся содержанием редуцирующих веществ (ГЭ),
а также способа гидролиза крахмала.

Крахмальные гидролизаты с ГЭ ниже 40 % считаются низко-
осахаренными, гидролизаты с ГЭ выше 60 % — высокоосахарен-
ными, а гидролизаты с ГЭ 40—60 % считаются нормально-или
среднеосахаренными.

Нормально и высокоосахаренные гидролизаты обычно полу-
чают в виде окрашенных кристаллизующихся вязких раство-
ров, в то время как низкоосахаренные продукты могут быть
получены в порошкообразной форме. Крахмальные гидролиза-
ты с высоким ГЭ обычно обладают высокой сбраживаемой спо-
собностью, гигроскопичностью, сладостью, повышают осмоти-
ческое давление, снижают точку замерзания, обладают консер-
вирующим действием. Гидролизаты с низким ГЭ обладают
высокой вязкостью, связующим и антикристаллизационным
действием, являются стабилизаторами пены и эмульсий. Их
используют и как наполнители. Питательная же ценность всех
гидролизатов одинакова.

Кислотным способом получают обычно патоку средней сте-
пени осахаривания, так называемую карамельную. С примене-
нием кислоты можно получать низкоосахаренную патоку с со-
держанием редуцирующих веществ на уровне 30 % (глюкозы
15—17 %). Вследствие беспорядочного действия кислоты гид-
ролизат содержит множество различных по молекулярной мас-
се углеводов, начиная с мономера глюкозы и кончая различны-
ми полимерами, приближающимися к крахмалу. Присутствие
сокомолекулярных декстринов обусловливает быструю ретро-
градацию, сопровождающуюся потерей растворимости и про-
зрачности (патока имеет молочный цвет). Такая патока обла-
дает высокой вязкостью и липкостью, плохо поддается обработ-
ке в карамельном производстве, хотя с применением такой па-
токи карамель обладает несколько меньшей гигроскопичностью,
чем с обычной карамельной патокой. Получать патоку с содер-
жанием редуцирующих веществ ниже 30 % кислотным способом
не представляется возможным.

Высокоосахаренную патоку можно вырабатывать с содержа-
высокомолекулярных декстринов обусловливает быструю ретро-
харенная патока неустойчива при хранении из-за выкристалли-
зовывания глюкозы и имеет горький привкус в результате об-
разования при гидролизе таких продуктов реверсии, как ген-
тиобиоза, изомальтоза, паноза, которые не сбраживаются дрож-
жами. Продукт отличается высокой цветностью.

Разработанная в НПО по крахмалопродуктам Т. Н. Патер
технология «сладкой» патоки с содержанием редуцирующих
веществ 65 % отличается высокой сладостью (глюкозы 55—
60%), отсутствием горького привкуса за счет применения pas-
бавленной крахмальной суспензии, направляемой на кислот-
ный гидролиз. Но такая патока неустойчива при хранении
вследствие выкристаллизовывания глюкозы. Кроме того, повы-
шаются затраты топлива на выпаривание излишнего количест-
ва влаги.

С применением ферментов в качестве катализаторов при
гидролизе крахмала представляется возможным регулировать
соотношение указанных выше групп углеводов, а значит, изме-
нять свойства в необходимом направлении в соответствии с
требованиями различных отраслей пищевой промышленности.

НИЗКООСАХАРЕННАЯ ПАТОКА

Низкоосахаренную патоку получают с применением фермен-
та для гидролиза крахмала. Наиболее употребительным фер-
ментом является а-амилаза, преимущественно бактериальная,
разрушающая а-1,4-гликозидные связи в крахмальной молеку-
ле, но неспособная гидролизовать эти связи в мальтозе и маль-
тотриозе.

Поскольку разжижение крахмала протекает медленнее, чем
процесс декстринизации, гидролиз крахмала, как правило, осу-
ществляется в две стадии. Первая стадия разжижения осущест-
вляется по возможности быстро при высокой температуре для
того, чтобы, с одной стороны, весь крахмал был диспергирован,
что определяется по отсутствию двойного лучепреломления, с
другой стороны, в период разжижения степень гидролиза была
минимальной (содержание редуцирующих веществ на уровне
3%).

Процесс разжижения можно осуществлять как кислотным
способом, так и с применением бактериальной а-амилазы. Чем
выше температура и показатель pH в процессе разжижения,
тем лучше фильтруется продукт. Вторая стадия — стадия декст-
ринизации — осуществляется обработкой разжиженной крах-
мальной суспензии а-амилазой, также преимущественно бакте-
риальной. Предпочтительно этот процесс осуществлять перио-
дически.

Процесс декстринизации до достижения содержания реду-
цирующих веществ на уровне 20 % достигается за 30—120 мин
в зависимости от дозировки фермента. По достижении желаемой
величины содержания РВ процесс прекращают подкислением
HCL

Фермент

Крахмальная суспензия

Кислотные! гидролиз	Ферментативное Фермент

1	разжижение

Нейтрализация	Обработка, под давлением

1----------1

Регулирование ^Н, охлаждение

-----------»- Декстринизация

инактивация (рерыента.

Рис. 77. Схема гидролиза крахмала прн производстве низкоосахаренной
патоки

суспензии до pH 4,0 или нагреванием до температуры инакти-
вации фермента.

Полученный таким образом гидролизат хорошо фильтруется
с применением обычного фильтрационного оборудования бла-
годаря низкому содержанию высокомолекулярных полимеров
крахмала, которые являются причиной ретроградации, гелеоб-
разования и мутности в конечных продуктах.

При ГЭ равном 18 % готовый продукт содержит не более
1 % глюкозы, не более 6 % мальтозы и остается жидким и про-
зрачным при длительном хранении благодаря узкому спектру
размеров олигосахаридов *.

За рубежом такие патоки применяют при производстве
аэрированных кондитерских изделий, леденцов, мороженого,
фруктовых порошков, для напитков, приправочных смесей и
продуктов, где низкая сладость, мягкий вкус и негигроскопич-
ность очень важны.

Нами разработана технология производства низкоосахарен-
ной патоки с применением существующего на действующих
предприятиях оборудования (рис. 77) для малогигроскопичной
карамели в кондитерском производстве.

Основными показателями качества патоки для карамельного
производства являются содержание глюкозы и активная кис-
лотность. Глюкоза как наиболее гигроскопичный сахар обуслов-
ливает повышенную гигроскопичность карамели. Высокая актив-
ная кислотность оказывает инвертирующее действие на сахаро-
зу, а продукты инверсии (глюкоза и фруктоза) сообщают кара-
мели превышенную цветность и гигроскопичность. Поэтому па-
тока для карамельного производства должна содержать как
можно меньше глюкозы, а показатель pH должен быть на уров-
не 5,6 (при pH, близком к 7, карамель закристаллизовывает-
ся).

Для кислотного разжижения используют соляную кислоту,
которую дозируют из расчета 0,10—0,12 % газа НСГ к массе
безводного крахмала (pH 1,8—2,2). Процесс осуществляется

1 Олигосахаридов со степенью полимеризации глюкозы 3—5 6—7 % каж-
дого, 6—7—15—17 % каждого, 8—6 %, 9—10—1—2 % каждого, свыше
10 — около 25 %.
в конвертере при избыточном давлении 0,2 МПа до содержания
редуцирующих веществ в случае картофельного крахмала 8—
9 %, при гидролизе кукурузного крахмала 10—12 %.

Продолжительность осахаривания в конвертере составляет
3—4 мнн.

Кислый гидролизат тотчас нейтрализуют раствором кальци-
нированной соды с концентрацией 16—18° Бр до показателя
pH, являющегося оптимальным для последующего действия
осахаривающего фермента.

При ферментативном разжижении крахмальную суспензию
концентрацией 30 % подогревают до 55 °C, доводят показатель
pH до 6,3—6,5. В продукт добавляется ферментный препарат
амилосубтилин . Г10х из расчета 0,01—0,02 % к массе сухого
крахмала, поступившего на переработку.

С целью стабилизации фермента в исходную крахмальную
суспензию можно добавлять водорастворимые соли кальция
(0,003—0,3 М). Процесс разжижения осуществляется при тем-
пературе 85—90 °C и непрерывном интенсивном перемешива-
нии в течение 1 ч. Для обеспечения полноты клейстеризации
крахмала продукт обрабатывают далее при более высокой тем-
пературе. Так, в случае использования картофельного крахмала
суспензию достаточно кипятить в течение 10 мин. При исполь-
зовании кукурузного, рисового и пшеничного крахмалов темпе-
ратура должна быть повышена до 140 °C в течение 5 мин.

После кипячения или обработки под давлением крахмаль-
ный гидролизат охлаждают с применением вакуум-испарителя
до 85°C и направляют на декстринизацию.

Декстринизация осуществляется в емкостях большого объе-
ма, снабженных перемешивающим устройством.

На стадии декстринизации можно использовать следующие
ферментные препараты: амилосубтилин Г10х и амилоризин
Г10х и ШОх. Однако с целью получения меньшего количества
глюкозы в готовой патоке для осахаривания целесообразно ис-
пользовать амилосубтилин Г10х в количестве 0,03 % к. массе
СВ крахмала, поступившего на производство. Процесс можно
осуществлять в широком интервале температур — от 65 до
85 °C. Продолжительность осахаривания составляет 2—3 ч до
достижения желаемого содержания редуцирующих веществ.

При использовании ферментного препарата амилоризина
ШОх процесс осуществляется при pH 4,7—5,5 и температуре
53—55 °C.

По окончании осахаривания необходимо продукт быстро
непрерывным способом подогреть до температуры инактива-
ции фермента, т. е. в случае применения амилоризина сироп
подогревается до 80°С, в случае амилосубтилина ГЮх — до
90—95 °C в течение 15 мин. Для этой цели подходит смеситель
конструкции НПО по крахмалопродуктам, где сироп смешива-
ется непосредственно с паром. После инактивации сироп под-
вергается фильтрованию, обесцвечиванию и увариванию по

обычной схеме производства карамельной патоки.

Низкоосахаренная патока из картофельного крахмала ха-
рактеризуется следующими показателями:

СВ, %	78

РВ, % к массе СВ, не более	32

Глюкоза, % к массе СВ	4—6

Зола, % к массе СВ, не более	0,40

Кислотность, мл 0,1 н. NaOH, не более	20

pH, не ниже	5,5

Патока с положительным результатом прошла испытания
в кондитерском производстве для приготовления малогигроско-
пичной карамели.

ВЫСОКООСАХАРЕННАЯ ПАТОКА

Высокоосахаренная патока широко используется в кондитер-
ском, хлебопекарном производстве, в пивоварении и т. д. В од-
них отраслях важна сладость патоки, в других — сбражи-
ваемость или гигроскопичность.

Чем больше содержится глюкозы в высокоосахаренных па-
токах, тем выше сладость продукта, выше сбраживающая спо-
собность. Однако если содержание глюкозы в ней превышает
47 % (в пересчете на СВ), то происходит интенсивная кристал-
лизация ее, особенно в зимнее время.

Широкое распространение в производстве высокоосахарен-
ных паток получил комбинированный гидролиз с использова-
нием на первой стадии кислоты, а на второй — ферментов.

Предложенная Г. В. Галкиной технология кислотно-фермен-
тативного гидролиза крахмала при производстве высокоосаха-
ренной патоки включает кислотное разжижение в условиях,
аналогичных производству обычной карамельной патоки, до со-
держания РВ 48—50 %. При этом получают гидролизаты сле-
дующего состава (в % к массе СВ):

Редуцирующие вещества	48—50

Глюкоза	29,7—31,8

Мальтоза	26,2—26,7

Декстрины	50,8—48,5

Средняя степень	изомеризации, ед.	2,3—2,2

Разжиженный крахмал далее нейтрализовали до показателя
pH 4,7—5,0 и охлаждали до 55 °C. Для осахаривания использо-
вали отечественный препарат грибной а-амилазы—амилоризин
ШОх, который дозировали из расчета 0,3—0,4 % к массе СВ
крахмала. Продолжительность осахаривания при этом состав-
ляла 2—4 ч.

Чем ниже дозировка фермента, тем ниже себестоимость го-
товой продукции, следовательно, выше технико-экономические
показатели работы предприятий, несмотря на то что со сниже-
нием дозировки фермента несколько увеличиваются капитало-
вложения на изготовление осахарировающих емкостей большего
объема в связи с большей продолжительностью процесса. По-
этому разработанная нами технология ферментативного осаха-
ривания крахмала предусматривает дозировать препарат ами-
лоризин ШОх или Г Юх в количестве 0,03—0,07 % к массе
сухого крахмала. Продолжительность осахаривания при этом
составляет 12—24 ч (дополнительные капиталовложения оку-
паются за 0,5 года).

Когда достигается требуемый состав, реакцию останавлива-
ют нагреванием сиропа при 80 °C в течение 20 мин или 10 мин
при температуре 85—90 °C. Если этого не сделать, то реакция
будет продолжаться и содержание глюкозы повысится.

После инактивации фермента гидролизаты подвергают
фильтрованию, обесцвечиванию и увариванию обычными мето-
дами.

Полученная таким образом патока имеет следующий состав
(в % к массе СВ):

Редуцирующие вещества	63—67

Глюкоза	40—43

Мальтоза	37—33

Декстрины	29—27

Патока обладает чистым сладким вкусом, стойка пои хоане-
нии. Она успешно прошла промышленные испытания в конди-
терской промышленности при производстве пастило-зефирных
изделий, помадных конфет и других изделий для частичной за-
мены сахара. Известно, что смесь сахара с патокой в со-
отношении 3 : 1 имеет такую же сладость, как и чистая саха-
роза.

По опыту ГДР высокоосахаренную патоку с содержанием
редуцирующих веществ на уровне 60 % можно получать на дей-
ствующих предприятиях крахмало-паточной промышленности,
вырабатывающих одновременно карамельную патоку и крис-
таллическую глюкозу.

При производстве кристаллической глюкозы с ферментатив-
ным гидролизом крахмала в качестве побочного продукта полу-
чают зеленую патоку с высоким содержанием редуцирующих
веществ: не менее 76 % при кислотно-ферментативном гидроли-
зе крахмала и не менее 85 % при полностью ферментатив-
ном гидролизе.

В результате простого смешения зеленой патоки с обычным
паточным сиропом после механического фильтрования в соот-
ношении 1 : 1 при последующей однократной очистке активным
углем и уваривании до плотности патоки получают продукт с
pH 4—5 следующего состава (в %):

Редуцирующие вещества	60—62

Глюкоза	39—40
NaCl

Зола

0,5—0,55
0,6—0,7

Такая патока пригодна для кондитерской промышленности.

Как показывает зарубежный опыт, для приготовления пато-
ки с более высоким содержанием редуцирующих веществ (68—
75%) и высокой сбраживающей способностью целесообразно
комбинированное применение глюкоамилазы и р-амилазы. Глю-
коамилаза должна быть очищена от гликозилтрансферазы.
В качестве источника р-амилазы можно использовать высоко-
активный пивоваренный солод.

С целью ограничения количества образующейся глюкозы
можно применять небольшие количества грибной а-амилазы
(от 0,002 до 0,2 % к массе крахмала, подлежащего гидролизу).
Проявляя тенденцию к беспорядочному расщеплению молекул
крахмала, а-амилаза продуцирует большое количество олигоса-
харидов, к которым глюкоамилаза имеет меньшее сродство.
Поэтому в результате гидролиза образуется меньше глюкозы.

Способ заключается в кислотном разжижении крахмала (см.
главу 5) до содержания редуцирующих веществ 15—35%.
После нейтрализации кислого гидролизата раствором кальци-
нированной соды до pH 5,3—5,6 продукт охлаждают в теплооб-
меннике до 52—55 °C и добавляют в него предварительно под-
готовленный солод из расчета 0,5 % к массе СВ гидролизата.
Через 0,5 ч в продукт добавляется глюкоамилаза из расчета
1—1,75 ед. ГлС на 1 г СВ сиропа.

Осахаривание производится в течение 48—96 ч в зависи-
мости от дозировки глюкоамилазы. Во избежание инфицирова-
ния в продукт добавляют бисульфит натрия. По окончании оса-
харивания продукт нагревается в теплообменнике до 85—87 °C
и выдерживается при этой температуре 15 мин. Очищенный об-
щепринятыми способами и уваренный до плотности готовой па-
токи продукт характеризуется следующим составом (в %):

Редуцирующие вещества	68—75

Глюкоза	47

Сбраживаемость сахаров	77—80

Патоку подобного состава и по той же технологии можно по-
лучить с применением на стадии осахаривания очищенной глю-
коамилазы и препарата грибной а-амилазы (амилоризина
Г10х или амилоризина ШОх). Эти патоки применяют при произ-
водстве хлебобулочных изделий и пива.

МАЛЬТОЗНАЯ ПАТОКА

В последнее время все большее внимание уделяется разра-
ботке технологии получения крахмальных паток с высоким со-
держанием мальтозы. Эти патоки имеют более высокую сла-
дость по сравнению с обычной карамельной патокой, низкую
вязкость, стойки при хранении. Благодаря низкому содержанию
глюкозы (ниже 10%) она, как и низкоосахаренная патока,
пригодна для приготовления леденцовой карамели, в связи с тем
что менее склонна к потемнению в процессе варки ее с сахаро-
зой при более высоком показателе pH. Патока эта также ма-
логигроскопична. Она замедляет кристаллообразование леден-
цовой карамели, мороженого и т. д.

Раньше мальтозные патоки получали с применением для
гидролиза крахмала или крахмалсодержащего сырья ячменно-
го солода, в комплекс ферментов которого входит мальтозообра-
зующий фермент р-амилаза. Однако этот метод требует значи-
тельного количества высококачественного ячменя. В процессе
солодоращения наблюдаются огромные потери сухих веществ
зерна — 20—25%, требуются большие производственные пло-
щади для его выращивания. Расход солода составляет 7—10 %
к массе перерабатываемого сырья. Состав такой патоки (в %):
глюкоза—13—15, мальтоза — 35—40, декстрины — 50—45.

Сбраживаемость такой патоки не превышает 60—70 %.
Кроме того, патока содержит значительное количество белковых
веществ, переходящих в продукт из солода, что снижает ее ка-
чество и ограничивает круг потребителей.

Применение ферментов для гидролиза позволяет избежать
эти недостатки.

Нами предложен процесс получения мальтозной патоки с
применением ферментного препарата амилоризина Г Юх.

Процесс разжижения крахмала можно осуществлять как
кислотным,- так и ферментативным методом аналогично произ-
водству низкоосахаренной патоки. Содержание редуцирующих
веществ в разжиженном продукте должно находиться в преде-
лах 15—20%. Разжиженный крахмал должен иметь pH 5,0—
5,5.

Процесс ферментативного осахаривания проводится при
температуре 55 °C при дозировке препарата амилоризина Г20х
0,01—0,03 % к массе перерабатываемого сухого крахмала. Про-
должительность процесса составляет 20—40 ч в зависимости от
дозировки.

Ниже приводится состав мальтозной патоки (в % к массе
СВ), полученной с применением кислотно-ферментативного и
двойного ферментативного гидролиза картофельного крахмала.

Редуцирующие вещества

Глюкоза

Мальтоза

Мальтотриоза и высшие сахара

Кислотно-
ферментатив-
ный гидролиз

48

7,8

56,7

35,5

Двойной
ферментатив-
ный гидролиз

44,7

6,8

61,1

32,4

Известно, что для получения меньшего количества глюкозы
в гидролизатах рекомендуется как и при производстве низко-
Крахмал	Содержание амилопектина, %	Состав гидролизата	
		РВ. %	мальтоза, %
Восковидной кукурузы	99	42,8	51,4
Кукурузный обычный	75	46,1	61,7
Высокоамилозной кукурузы	25	54,5	76,3

осахаренной патоки, для разжижения крахмала использовать
термоустойчивую бактериальную а-амилазу типа термамил.

С открытием штаммов микроорганизмов, продуцирующих
0-амилазу и ферменты а-1,6-глюкозидазы, разработаны способы
получения мальтозных паток с более высоким содержанием
мальтозы, обладающих высокой сбраживаемостью. Так, извес-
тен способ получения высокомальтозных сиропов с применени-
ем 0-амилазы из Вас. polymyxa на стадии осахаривания крах-
мала, предварительно разжиженного кислотой или бактери-
альной а-амилазой до содержания редуцирующих веществ
ниже 20 %. В результате 72-часовой обработки 0-амилазой со-
держание мальтозы в сиропе достигает 60%, сбраживаемость
дрожжами — 75—80 %.

Количество мальтозы в гидролизатах, полученных при дей-
ствии 0-амилазы на крахмал, зависит также от применяемого
сырья и соотношения амилозы и амилопектина в исходном крах-
мале.

В табл. 13 приведены данные, характеризующие 0-амилолиз
крахмала из различного сырья.

Отдельные исследователи считают, что применение генети-
чески модифицированных сортов зерновых способствует повы-
шению выхода мальтозы при гидролизе 0-амилазой.

Ферменты а-1,6-глюкозидазы разрушают а-1,6-глюкозидные
связи в точке ветвления крахмальной молекулы и обеспечивают
получение олигосахаридов с прямой цепью, которые легко рас-
щепляются 0-амилазой. Каждая амило-1,6-глюкозидаза имеет
специфическое действие на крахмал.

Известен способ получения мальтозной патоки с применени-
ем солодовой диастазы, свободной от а-амилазной активности и
пуллуланазы из Aerobacter aerogenes при аэробном культиви-
ровании. Субстратом является частично гидролизованный кис-
лотным или ферментативным методом разжиженный крахмал с
РВ не более 20%. Осахаривание производится при pH 5,0—6,5
при температуре 50 °C (с целью предотвращения микробного
инфицирования возможна добавка бисульфита). Достаточно
добавить водный экстракт солода в количестве 1,5% к массе
сухого крахмала и 2 ед. амило-1,6-глюкозидазы на 1 г крах-
мала. Продолжительность гидролиза 48 ч. При этом получают
продукт с глюкозным эквивалентом на уровне 50%, содержа-
нием глюкозы менее 2,5%, мальтозы —60—80 %, мальтотрио-
зы — 18—35 %, сбраживаемых сахаров — 85—95 %. Патока
стойка при хранении при уваривании до концентрации более
80%. С применением только солодовой амилазы получают про-
дукт, содержащий 42—45 % РВ, 60—66 % мальтозы, 12—18 %
мальтотриозы, 72—82 % сбраживаемых сахаров.

Благодаря схожести состава с пивным суслом такие патоки
могут успешно заменить почти 30 % солода при производстве
пива. Патока не дает постороннего привкуса, увеличивает кол-
лоидную стойкость пива, сохраняет стойкость пены. Целесооб-
разно применение такой патоки и в хлебопечении.

Для получения продуктов с содержанием мальтозы 90 % и
более количество РВ после разжижения должно быть как мож-
но ниже (0,5—5). Вязкость такого продукта высокая, поэтому
охлаждение и смешение с ферментом производится в две или
три ступени с применением вакуум-испарителя и рециркуляции
высокоосахаренного сиропа. В начале осахаривание осущест-
вляют наиболее термостойкой а-1,6-глюкозидазой или 0-амила-
зой. В течение нескольких часов вязкость суспензии снижается
и опасность ретроградации уменьшается. Затем смесь подается
во вторую емкость, в которую добавляется фермент или смесь
ферментов, и процесс осуществляется в течение двух дней при
оптимальных условиях их действия. Мальтозные патоки с со-
держанием мальтозы 90 % и выше применяются для производ-
ства кристаллической мальтозы.

Новым направлением является применение высоком альтоз-
ной патоки для получения продуктов полной или частичной гид-
рогенизации. В зависимости от углеводного состава патоки про-
дукты гидрогенизации содержат мальтитол, сорбитол и ряд
многоатомных спиртов.

Гидрогенизированные крахмальные сиропы обладают более
высокой сладостью по сравнению с исходной патокой. В част-
ности, сладость мальтитола находится на уровне сладости саха-
розы. Мальтитол не усваивается организмом, поэтому его целе-
сообразно применять при изготовлении низкокалорийных про-
дуктов питания, а также продуктов для больных диабетом.

ДЕКСТРИНО-МАЛЬТОЗНАЯ ПАТОКА

С применением ячменного солода в НПО по крахмалопро-
дуктам Г. В. Галкиной, Т. А. Ладур, Н. Д. Лукиным разработа-
на технология получения декстрино-мальтозной патоки. Это
продукт гидролиза крахмала, в котором примерно равное коли-
чество мальтозы и декстринов. Содержание глюкозы должно
быть незначительным. Декстрино-мальтозная патока предназ-
начается для введения в различные молочные смеси при выра-
ботке широкого ассортимента жидких и сухих продуктов пита-
ния для детей раннего возраста. За рубежом патока такого
Активный
уголь

Крахмальная
суспензия
(20-25 % СВ)

Дозирование

♦

Разжижением-^
t

Охлаждение.
Осахариванием.
Инактивация
Фильтрование —
Обесцвечивание
Фильтрование—
Выпаривание
Контрольная----

фильтрация

Уваривание

Охлаждение

+

Упаковка 6
бочки

Сухой, солод

I

Дробление

♦ й

Экстрагирование •

I

Фильтрация—мЖных

| на корн

-Осадок на корм

Распылительная
сушка

Упаковка В пешки.

Рис. 78. Схема производства декстрипо-мальтозной патоки с применением
ячменного солода

состава применяется в смеси с коровьим молоком. Эти смеси
по составу приближаются к грудному молоку.

Сырьем для получения декстрино-мальтозной патоки служит
картофельный крахмал, удовлетворяющий требованиям
ОСТ 18-158—74. Для гидролиза используют ячменный сухой
солод, применяемый в пивоваренной промышленности.

Крахмальная суспензия (рис. 78) из разводного сборника
подается насосом в мерник, откуда самотеком поступает на
разжижение в реактор, снабженный перемешивающим устройст-
вом и кожухом (или змеевиком), к которому подводится вода
и пар. При постоянном перемешивании суспензия нагревается до
50—52 °C, и далее в продукт добавляется солодовая вытяжка
в количестве 7s общего расхода.

Для приготовления вытяжки грубо измельченный солод в
количестве 15—25 % к массе гидролизуемого крахмала разво-
дят водой температурой 30 °C в соотношении 1 :3. Экстрагиро-
вание производится в течение 1 ч при 30 °C и постоянном пере-
мешивании. Разделение осуществляют с помощью центрифуг.
Получаемый при этом жмых направляют на корм.

Процесс клейстеризации и разжижения крахмала произво-
дится при медленном подогреве массы (1°С за 3 мин) до
70 °C. При этой температуре продукт выдерживается в течение
20 мин, затем следует нагрев до кипения в течение 30 мин для
обеспечения полноты клейстеризации крахмала. Разжиженную
массу далее охлаждают до температуры 65—67 °C и добавля-
ют оставшуюся вытяжку. Осахаривание проводится при этой
температуре до достижения положительной йодной пробы. Про-
должительность осахаривания составляет примерно 3—3,5 ч.
Далее сироп кипятят в течение 15—20 мин.

Чтобы правильно определить конец гидролиза, необходимо
снять кривую осахаривания. Для этого по ходу процесса гид-
ролиза через определенные промежутки времени отбирают про-
бы гидролизата, инактивируют фермент, поместив пробу в ки-
пящую водяную баню на 15 мин. Затем наряду с йодной про-
бой определяется содержание редуцирующих веществ по мето-
ду Люффа — Шорля в пересчете на мальтозу. На основании
двух-трех таких определений устанавливается соответствие
между содержанием редуцирующих веществ и окраской йод-
ной пробы.

Гидролизаты после фильтрования направляют в контактный
сборник, где он обрабатывается активным углем марки ОУ-Б.

Осахаренный продукт подвергается фильтрованию, причем
фильтрационный осадок после промоя выводится из производ-
ства и используется на корм для скота, а фильтрат вместе с
промоями направляется в контактный сборник, где обрабаты-
вается активным углем марки ОУ-Б. Дозировка активного уг-
ля— 1 % к массе СВ обрабатываемого сиропа.

Процесс обесцвечивания осуществляется при температуре
65—70 °C в течение 30 мин, после чего суспензия фильтруется.
Осадок выводится из производства, а фильтрат направляют на
уваривание до концентрации 55 % СВ.

Густой сироп после контрольной фильтрации направляют
либо на уваривание в вакуум-аппарате до концентрации гото-
вого продукта 78—79%, либо на распылительную сушку. По-
следняя проводится при следующем технологическом режиме:

Концентрация сиропа, %	Не менее 55

Температура, °C

сиропа, поступающего на сушку	Не менее 70

сушильного агента на входе	155—165

»	» на выходе	80—50

Содержание СВ в сухой патоке не должно быть менее 93 %•
Декстрино-мальтозная патока характеризуется следующим
углеводным составом (в % к массе СВ):

Редуцирующие	вещества	55—60

Глюкоза, не более	10

Мальтоза	45—46

Декстрины	43—48

МАЛЬТОДЕКСТРИНЫ

Мальтодекстрины — полимеры глюкозы с длиной цепочек
5—10 ед. глюкозных остатков в молекуле. Содержание редуциру-
ющих веществ в мальтодекстринах колеблется в пределах 5—
20 % • Это безвкусные продукты, без запаха. Они используются
как наполнители и формующие агенты. Мальтодекстрины при-
готовляются из крахмала ферментативным способом (продукты
кислотного гидролиза содержат много глюкозы и имеют тенден-
цию к помутнению в растворах). Для приготовления мальтодек-
стринов могут быть использованы почти все виды крахмала.

Процесс получения мальтодекстринов сводится к следующе-
му. В суспензию крахмала концентрацией 25—30 % добавляют
раствор кальцинированной соды для доведения показателя
pH до 6,3—6,5, после подогрева до 55—60 °C добавляется раст-
вор бактериальной а-амилазы (амилосубтилин ГЮх) из расче-
та 0,5 ед, амилолитической активности (Ас) на 1 г крахмала,
температура повышается до 85 °C и поддерживается на этом
уровне в течение 30 мин для клейстеризации и разжижения
крахмала. Затем температура быстро повышается до 100°С
для обеспечения полноты клейстеризации.

При использовании кукурузного, рисового и пшеничного
крахмалов необходима обработка продукта под давлением в
течение 4—5 мин при 140°С или 10 мин при 130°С.

Клейстеризованный крахмал охлаждают до 85 °C и снова
добавляют амилосубтилин ГЮх из расчета 0,2 ед. на 1 г крах-
мала.

Реакция продолжается до достижения требуемого значения
редуцирующих веществ.

Например, через 1 ч содержание редуцирующих веществ
составляет 10—12 %, через 2 ч—15—16%. Изменяя продолжи-
тельность реакции или дозировку фермента, можно получать
различные декстрины с содержанием редуцирующих веществ
11—20 %. Декстрины с РВ ниже 11 % имеют тенденцию к рет-
роградации в растворах; при более высоком, чем 15—20 %-ном
содержании редуцирующих веществ, снижается вязкость раство-
ров и увеличивается сладость.

Процесс ферментативного гидролиза прекращается благода-
ря снижению показателя pH до 4,0. Продукт далее центрифуги-
руется (можно фильтровать — фильтрационная способность
очень низкая) для удаления нерастворимых примесей (белка,
жира и др.). Раствор пропускается через ионообменники для
удаления ионов металла и обесцвечивания. Дальнейшая обра-
ботка активным углем позволяет удалить остатки красящих
веществ и получить чистый продукт, который затем высушива-
ют распылением или в тонком слое.

Мальтодекстрины при концентрации свыше 30 % образуют
вязкие растворы, которые при замораживании и оттаивании —
нагревании отличаются высокой прозрачностью, обладают свой-
ством замедлять кристаллизацию. Но даже при очень высоких
концентрациях они не приобретают консистенцию геля. В связи
с отсутствием устойчивой формы подобные продукты не при-
меняются в качестве носителей консистенции для приготовле-
ния определенных пищевых продуктов.
Известно, что нативные крахмалы после клейстеризации
при концентрации 8—12 % дают стойкие гели. Этим свойством
обладают и различные модификации крахмала. Однако эти
продукты нельзя применить в качестве носителей консистенций
или добавок в пищевые продукты, так как в процессе приготов-
ления при воздействии температур в широком интервале они
обнаруживают необратимые явления (происходит расслоение
геля). Кроме того, эти продукты обладают клеящим свойством
и имеют характерный для крахмального клейстера вкус.

В ГДР разработана технология нового гелеобразующего
мальтодекстрина. Это новый, весьма перспективный для пище-
вой промышленности крахмалопродукт (об этом сообщает жур-
нал «Дойче Лебеншмиттель рундшау»). У нас его называют
мальтином.

В основе технологии мальтина (рис. 79) также лежит фер-
ментативный гидролиз крахмала, преимущественно картофель-
ного.

Вначале готовят суспензию крахмала в воде концентрацией
25—30%.

В суспензию с pH 6,5 добавляют бактериальную а-амилазу
(амилосубтилин ГЮх) в количестве 0,1 ед. Ас на 1 г сухого
крахмала (0,004 % к массе СВ крахмала). Далее смесь по-
догревают по следующему температурному режиму.

подогрев до 59 °C;

постоянная температура в течение 15 мин;

подогрев до 63,5 °C;

постоянная температура в течение 5 мин;

подогрев до 65 °C;

постоянная температура в течение 5 мин;

подогрев до 68 °C;

постоянная температура в течение 5 мин;

подогрев до 90 °C.

Нагрев осуществляется со скоростью 1,5 °C в мин.

Из приведенного температурного режима видно, что внача-
ле суспензия подогревается до температуры, при которой набу-
хают крахмальные зерна (до 70°C). Далее крахмал гидролизу-
ется в течение короткого времени, причем вначале гидролизу-
ется крахмал, находящийся в растворе. Он расщепляется фер-
ментом значительно быстрее и полнее. Другая часть крахмаль-
ных полисахаридов находится в виде твердой фазы, т. е. наряду
с гомогенным гидролизом имеет место гетерогенный гидролиз.

Благодаря двум различным формам физического состояния
субстрата ферментативное расщепление приводит к получению
продуктов гидролиза с желаемым распределением молекул по
размерам: глюкозы <0,3%, олигосахаридов со степенью поли-
меризации до 6 <1,5 %, олигосахаридов с М 9,2-103—10—14 %,
высокомолекулярной фракции с М 124-30-103—31-—32 %,
М 604-80-103—16—10 %, М 2004-600-103—34—36 %.

Далее продукт в течение 15—20 мин нагревается до темпе-
Крахмальная суспензия

Рис. 79. Аппаратурная схема производства мальтина:

1 — реактор; 2 — насос; 3 — промежуточный сборник; 4 — сепаратор; 5 — распылитель-
ная сушилка; 6 —вентилятор

ратуры 95—100 °C. При этом вещества, способные к коагуляции,
преимущественно белковые вещества, содержащиеся в крахмале
в качестве примесей, а также ферментный белок выпадают в виде
хлопьев и отделяются центрифугированием.

Осветленный продукт обезвоживается с помощью распыли-
тельной сушки, возможна пленочная сублимационная сушка.

Основной отличительной особенностью мальтина по сравне-
нию с мальто декстрина ми и крахмалами является то, что пер-
вый образует с водой гели с нейтральным вкусом, которые ус-
тойчивы к замораживанию и оттаиванию. Консистенция геля
изменяется от пастообразной до прочной на разрез в зависимо-
сти от содержания сухих веществ.

Так, при концентрации сухих веществ 13—20 % консистен-
ция кашеобразная, при концентрации 20—35 %—пастообраз-
ная, а при концентрации 35—50 % — прочная на разрез. При
нагревании геля или раствора сухого препарата до 70—80 °C
получают почти прозрачные растворы, которые при последую-
щем охлаждении (в холодильнике) снова дают прочный гель.
Эту операцию можно осуществлять многократно.

С помощью спектроскопии, гель-хроматографии, фотомет-
рии, а также путем проведения а-амилолиза доказано, что вы-
сокомолекулярная часть мальтина является продуктом разло-
жения амилопектина. Часть амилозы во время гидролиза рас-
щепляется до низкомолекулярных продуктов распада. Основ-
ную роль в образовании геля играет амилопектин.

Прочность геля мальтина можно значительно увеличить пу-
тем добавки небольших количеств таких веществ, как альгинат
кальция, пектина кальция, карбоксиметилцеллюлоза и др.
В процессе получения мальтина можно вводить питательные
вещества, красители, витамины, эмульгаторы, стабилизаторы,
различные соли и т. д.

Показатели качества мальтина приведены ниже.

Норма

Влажность, %	5—8

Редуцирующие вещества, %	5—8

Содержание углеводов, %	>99

Насыпная масса, г/см3	0,40—0,49

Минеральные вещества, %	0,2

Протеин, %	<0,12

Способность адсорбировать влагу (при 20° С и <р=66), % 15—16

Относительная вязкость 30%-иого раствора 75° С	15—22

Особо важной характеристикой мальтина является то, что
консистенция геля и способность его плавиться подобны этим
качествам пищевых жиров: сливочного масла, маргарина и топ-
лного свиного жира. Это способствует наилучшей совмести-
мости при смешивании. Образуются стабильные эмульсии, ко-
торые остаются неизменными даже при низкой температуре.
При смешивании с растительным маслом гель мальтина также
не теряет эмульсионных качеств.

Наряду с такими типичными характеристиками гель мальти-
на обладает такими же качествами, как и другие мальтодекст-
рины: полнотой вкусового ощущения, в частности в безалко-
гольных напитках и жидких пищевых продуктах; пеностабили-
зирующим эффектом; противодействует кристаллообразованию.

Вследствие своей незначительной гигроскопичности он мо-
жет быть применен в качестве добавки при распылительной
сушке гигроскопических и теплочувствительных веществ.

Мальтин — безвредный для человеческого организма про-
дукт. Основное его назначение заключается в следующем: с до-
бавками мальтина вместо жиров при производстве кремов для
тортов, майонеза и т. д. можно создать низкокалорийные про-
дукты питания для лиц пожилого возраста и людей, страдаю-
щих ожирением. Замена части, например, жира при производ-
стве кремов, мороженого приводит к снижению дозировки свек-
ливочного сахара в этих изделиях, что также очень важно. Так,
с применением мальтина содержание жира в майонезе можно
снизить с 83 до 24 %. При этом на каждой тонне майонеза бу-
дет сэкономлено 590 кг растительного масла. По вкусовым ка-
чествам такой майонез не уступает традиционному.

При производстве мороженого представилось возможным
снизить содержание жира с 10 до 6%. Поскольку при сниже-
нии содержания жира ощущение сладости обостряется, то и
содержание сахара удалось снизить с 14 до 6%. При произ-
водстве кремов для тортов 40 % сливочного масла или марга-
рина можно заменить мальтином, снизив содержание сахара
на 15%.

Области применения мальтина очень многообразны и пока
до конца не изучены.
ГЛАВА 16. ТЕХНОЛОГИЯ ГЛЮКОЗНО-
ФРУКТОЗНОГО СИРОПА

В связи с увеличением спроса на свекловичный сахар в по-
следние два десятилетия проводятся интенсивные исследования
по изысканию новых сладких веществ взамен свекловичного
сахара.

Фруктоза является хорошим дополнительным источником
сахара благодаря высокой сладости (в 1,5 раза слаще сахара)
и другим физическим и химическим свойствам.

Открытие Р. Маршалла и Н. Коуи в 1957 г. препарата кси-
лозоизомеразы, а в 1960 г. — процесса ферментативной изоме-
ризации глюкозы во фруктозу положили начало производству
нового сахаристого крахмалопродукта — глюкозно-фруктозного
сиропа, содержащего примерно одинаковые количества глюкозы
и фруктозы, в связи с чем сладость его идентична сладости са-
хара.

Стремительный рост объемов производства нового продукта
обусловлен большим вкладом японских ученых И. Таказаки,
К. Яманака и др., разработавших сравнительно дешевый способ
культивирования продуцентов указанного выше фермента.

Необходимо отметить, что изомеризовать глюкозу во фрук-
тозу можно химическим путем в щелочной среде. Однако этот
процесс не получил промышленного применения, так как не
удается получить продукт с содержанием фруктозы выше 35—
40 % без образования большого количества продуктов распада
глюкозы и фруктозы, что снижает сладость, увеличивает цвет-
ность и ухудшает вкус.

ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ ГЛЮКОЗОИЗОМЕРАЗЫ

Фермент глюкозоизомераза (D-ксилозокетозоизомераза) яв-
ляется избирательным катализатором при проведении реакции
изомеризации глюкозы во фруктозу. При его применении про-
дукты распада практически не образуются.

Кратко остановимся на свойствах глюкозоизомеризующих
ферментов и механизме их действия.

Источниками для получения глюкозоизомеризующих фер-
ментных препаратов являются микроорганизмы. В настоящее
время насчитывается несколько сотен штаммов бактерий, про-
дуцирующих глюкозоизомеразу, причем актиномицеты (род
Streptomyces) являются наиболее часто используемыми для
промышленного производства ферментами.

Кроме актиномицетов активными продуцентами глюкозоизо-
меразы являются бактерии, относящиеся к родам Aerobacter,
Lactobacillus, Bacillus.

Глюкозоизомераза относится к группе индуцибельных фер-
ментов, т. е. для индуцирования ее синтеза необходимо внесение
Рнс. 80. Изомеризация глюкозы вофруктозу

в питательную среду индукторов биосинтеза изомеразы, таких
как D-ксилоза, ксилан, ксилобиоза или ксилансодержащие ком-
поненты. В состав питательной среды входят также углерод,
азот, водород, кислород и другие жизненно важные элементы.

Глюкозоизомераза является металлоферментом, поэтому в
состав питательной среды добавляются соли таких металлов,
как магний, натрий, кобальт и др. На рост микроорганизмов
огромное влияние оказывают условия культивирования, темпе-
ратура, pH среды, уровень аэрации, интенсивность перемеши-
вания. Культивирование осуществляют глубинным способом при
температуре 25—65 °C, pH 4,5—8,0 в течение 5—20 ч для бак-
терий и 20—96 ч для актином ицетов.

Глюкозоизомераза является внутриклеточным ферментом,
поэтому его можно использовать не только в растворимом виде,
но и в виде клеток мицелия.

Обнаружено, что реакция превращения D-глюкозы в D-фрук-
тозу является эндотермической, энергия активации колеблется
в пределах 26—63 Дж/(моль-К). Изучение кристаллографии
фермента с применением Х-лучей дало основание предполо-
жить наличие тетрамерной структуры.

Ферментативная изомеризация состоит в превращении глю-
козы в альдегидной форме во фруктозу, т. е. в кетонную форму
(рис. 80).

Реакция, катализируемая глюкозоизомеразой, подчиняется
кинетическому механизму простой обратимой реакции Миха-
элиса — Ментен. При этом необходимо учитывать реакции му-
таротации глюкозы и фруктозы.

Равновесное состояние для большинства глюкозоизомераз
характеризуется содержанием фруктозы, равным/ 48—52%, и
глюкозы 52—48%. Известно, что с повышением температуры
возрастает скорость реакции. Равновесное состояние изменяется
с увеличением температуры. Так, при повышении температуры
до 80 °C равновесная концентрация фруктозы в реакционной
смеси увеличивается до 54%. Как отмечают И. Таказаки,
Н. Хавевама, Н. Ллуод и др., это является очень важным об-
стоятельством для повышения содержания фруктозы в сиропе
выше 42 % непосредственно в процессе изомеризации.

Повышение выхода фруктозы может быть достигнуто добав-
Рис. 81. Зависимость накопления
фруктозы от величины pH в процес-
се изомеризации:

1 — общей; 2 — химической; 3 — фермен-
тативиой

Рис. 82. Влияние температуры па
накопление фруктозы (/) и цвет-
ность (2) сиропа в процессе изоме-
ризации в зависимости от продол-
жительности

лением в реакционную смесь соединений бора. Количество бо-
рата зависит от концентрации субстрата и вида бората.

Глюкозоизомераза действует специфически на глюкозу, не
оказывая действия на другие сахара.

Известно, что в растворе D-фруктозы при 36°C присутству-
ет несколько форм: a-D-фруктопираноза (3±1 %), p-D-фрукто-
пираноза (57±6%), a-D-фруктофураноза (31±3%). При
растворении образуется p-пиранозный изомер и небольшое ко-
личество a-фруктофуранозного. В растворах фруктофураноза
неустойчива и быстро переходит во фруктопиранозу. Фруктоза
в большей степени склонна образовывать открытую цепь, что
является причиной ее высокой реакционной способности по
сравнению с глюкозой.

При изучении таутомерных превращений в глюкозно-фруктоз-
ном сиропе К. Шрай и др. было установлено, что с увеличением
концентрации глюкозы количество a-аномера в равновесном
состоянии возрастает, причем температура мало влияет на тау-
томерное равновесие D-глюкозы. Относительное количество тау-
меров фруктозы в водных растворах медленно изменяется в за-
висимости от ее концентрации, в то время как число фураноз-
ных форм увеличивается только с возрастанием температуры.

Фруктоза в фуранозной форме значительно слаще, чем в пи-
ранозной, что связано с определенной пространственной струк-
турой.
Активность глюкозоизомеризующих ферментных препаратов в
значительной степени зависит от pH субстрата. Кроме того, от
величины pH зависит качество конечного продукта — глюкозно-
фруктозного сиропа.

Глюкозоизомеразы, выделенные из различных микроорганиз-
мов, имеют широкий диапазон оптимума pH — от 4,5 до 11,0.
В большинстве случаев максимум активности наблюдается при
pH 6,5—8,5.

С точки зрения промышленного применения большой инте-
рес представляют глюкозоизомеразы, у которых оптимальное
значение pH находится на уровне 7,0 или ниже. Как видно из
рис. 81, в зоне pH выше 7,0 наряду с ферментативной изомери-
зацией происходит химическая (щелочная) изомеризация
D-глюкозы с образованием нежелательных побочных продук-
тов (в частности, D-псикозы) и красящих веществ.

При pH 6,0 изомеризационное равновесие достигается че-
рез 53 ч, а при pH 7,5 оно достигается уже по истечении 21 ч.
При этом цветность сиропа значительно возрастает.

Большое влияние на активность глюкозоизомеразы оказыва-
ет температура, при которой происходит процесс изомеризации.
В целом глюкозоизомераза является термостабильным фермент-
ным препаратом, хотя оптимум температуры для различных пре-
паратов колеблется от 45 до 90 °C.

На рис. 82 приведены данные Г. Тегге и др. по продолжи-
тельности реакции изомеризации до достижения равновесия и
нарастание цветности сиропа в зависимости от температуры
(величина pH одинаковая).

Как видно, скорость реакции возрастает с увеличением тем-
пературы и равновесие достигается раньше (при 60°C — через
51 ч, при 70°С — через 21 ч). С другой стороны, как и следо-
вало ожидать, повышенная температура способствует резкому
возрастанию цветности за счет того, что фруктоза значительно
менее термостабильна, чем глюкоза. Спад кривых накопления
фруктозы означает разложение ее на красящие и другие ве-
щества.

При дальнейшем повышении температуры фермент быстро
инактивируется. Поэтому к выбору температуры следует подхо-
дить осторожно, так как обычно оптимум pH большинства глю-
козоизомераз выше 7.

При выборе оптимальной температуры принимается во вни-
мание продолжительность процесса.

С целью снижения содержания красящих веществ в процес-
се изомеризации предложено добавлять в субстрат небольшое
количество растворимых солей сернистой кислоты. Такие добав-
ки, кроме обесцвечивания, способствуют повышению стабиль-
ности отдельных препаратов глюкозоизомеразы.

При периодическом процессе, который продолжается 16—
20 ч, поддерживается более низкая температура и показатель
pH среды. При непродолжительном непрерывном процессе
представляется возможным процесс изомеризации проводить
при более высоких температурах и более щелочной среде без
опасности образования красящих веществ и D-псикозы.

Следует также иметь в виду, что во избежание инфицирова-
ния продукта желательно поддерживать температуру в процессе
изомеризации не ниже 60 °C.

Глюкозоизомераза, как и многие другие ферменты, содер-
жит металлы в активном центре и представляет собой металло-
ферментный комплекс, исследование которого показало наличие
определенного количества кобальта и магния. Отсюда было сде-
лано заключение, что эти элементы, а также в некоторых слу-
чаях Мп и другие необходимы в качестве активирующих и ста-
билизирующих добавок. Было замечено, что кобальт проявля-
ет особое активирующее действие. Так как кобальт и магний
аддитивно действуют на активность, предполагают, что они
связаны с различными участками фермента.

Есть также предположение, что магний и кобальт способст-
вуют превращению глюкозоизомеразы в активную форму бла-
годаря конформационному изменению молекулы фермента в
пространстве. Для каждой глюкозоизомеразы имеются свои
активаторы.

Увеличение концентрации ионов магния способствует повы-
шению активности глюкозоизомеразы. Однако активность воз-
растает не линейно, а приближается к предельной величине,
когда последующее повышение дозы ионов магния не будет
иметь значения.

Ионы кобальта при одной и той же концентрации вызыва-
ют значительное повышение ферментативной активности по
сравнению с ионами магния. Для достижения аналогичного
действию ионов кобальта эффекта дозировку ионов магния до-
статочно хотя бы удвоить в связи с токстичностью кобальта.
Потребное количество магния тем меньше, чем быстрее дости-
гается изомеризационное равновесие.

Дозировка солей магния, кобальта и марганца зависит от
вида микроорганизма — продуцента глюкозоизомеразы и колеб-
лется в пределах 0,0025—0,15 М для магния, 0,0003—0,003 М
для кобальта и 0,001—0,005 М для марганца. Концентрацию
ионов магния нельзя чрезмерно повышать, так как при очень
высокой концентрации активность глюкозоизомеразы может
снизиться и повыситься зольность конечного продукта.

Реагенты, блокирующие сульфгидрильные трупы ферментно-
го препарата, приводят к почти полной инактивации глюкозо-
изомеразы. Так, почти полностью исчезает активность фермента
при добавлении солей тяжелых металлов — ртути, кадмия.
Сильно ингибируются различные виды глюкозоизомераз в при-
сутствии ионов меди, никеля, цинка.

Ингибиторами глюкозоизомеризующих ферментных препара-
тов являются ионы кальция, которые содержатся в фермента-
тивных гидролизатах крахмала. Кроме того, с целью повыше-
ния стабильности бактериальной а-амилазы соли кальция иног-
да специально добавляют в исходную крахмальную суспензию.
Установлено, что для предотвращения инактивирующего дейст-
вия ионов кальция необходимо увеличить дозировку ионов маг-
ния в зависимости от вида ферментного препарата. Так, напри-
мер, для глюкозоизомеразы из Вас. coagulans соотношение
ионов магния и ионов кальция должно быть не менее 20 : 1.

В ряде исследований установлено, что ингибирующим дейст-
вием для глюкозоизомеразы обладает также кислород.

Избежать присутствия кислорода в субстрате важно не толь-
ко с точки зрения предотвращения падения активности глюко-
зоизомеразы, но и для предотвращения образования красящих
веществ.

Применение нативных растворимых ферментных препаратов
глюкозоизомеразы в процессе изомеризации неэкономично в
связи с тем, что фермент при высокой стоимости препарата ис-
пользуется однократно. Кроме того, фермент по окончании ре-
акции остается в продукте, ухудшая его качество. Использова-
ние необработанных клеток приводит к автолизу глюкозоизо-
меразы в субстрат, что вызывает необратимую потерю актив-
ности.

При производстве глюкозно-фруктозного сиропа применя-
ются препараты в иммобилизованной форме (закрепленные на
нерастворимом инертном носителе).

К преимуществам применения глюкозоизомеразы в иммоби-
лизованной форме следует отнести обеспечение возможности:
многократного использования фермента;

создания непрерывного процесса;

- улучшения качества готовой продукции;

повышения стабильности фермента, обусловленного защит-
ным действием носителя.

Простейшим методом иммобилизации (препараты глюко-
зоизомеразы I поколения) является обработка клеток мицелия
при температуре 60—85 °C (способ И. Таказаки) Метод позво-
ляет фиксировать глюкозоизомеразу в месте ее локализации —-
в клеточной стенке. При этом фермент не экстрагируется даже
в условиях, благоприятствующих автолизу. Вероятно, при теп-
ловой обработке денатурируются ферменты клеток, которые в
необработанном клеточном материале разрушают клеточную
стенку в процессе автолиза.

Однако чаще применяют химическую стабилизацию, напри-
мер обрабатывают суспензию клеток различными неорганиче-
скими солями в цитратном растворе при pH 6.

Иммобилизацию клеточной изомеразы осуществляют также
агрегацией путем добавки полиэлектролита в суспензию фермен-
та. Флокулированные клетки далее используют для получения
иммобилизованной глюкозоизомеразы.

Другой способ (препараты II поколения) сводится к получе-
нию очишенной растворимой глюкозоизомеразы, которая далее
Рнс. 83. Экспоненциальное
падение активности иммо-
билизованной глюкозоизо-
меразы

иммобилизуется на твердых носителях
как методом адсорбции, так и кова-
лентного связывания с применением
глутаральдегида. В качестве носителя
можно использовать ионообменные
смолы, пористое стекло и другие ма-

териалы.

Иммобилизованную глюкозоизо-
меразу в промышленных условиях по-
лучают в основном в гранулирован-

ном или волокнистом виде.

Фермент волокнистой структуры обладает развитой поверх-
ностью и эффективен при использовании в тонком слое, грану-
лированный— пригоден для работы в слое большой высоты.

К препаратам иммобилизованной глюкозоизомеразы, кото-

рые пригодны для промышленного применения, при производст-
ве глюкозно-фруктозного сиропа предъявляются определенные
требования.

Глюкозоизомераза, как и глюкоамилаза, должна выдер-
живать температуру минимум 60 °C для того, чтобы исключить
в процессе изомеризации нежелательное микробиологическое
инфицирование, к которому чувствительны продукты гидролиза
крахмала. Предпочтительна глюкозоизомераза с оптимумом
pH 7—8. Снижение pH в колонне должно быть не более 0,5 ед.
Добавка ионов Mg2+ должна быть минимальной. Глюкозоизо-
мераза должна быть способна изомеризовать субстрат с кон-
центрацией глюкозы выше 30%.

При оптимальных условиях проведения процесса активность

препаратов глюкозоизомеразы снижается экспоненциально со
временем. На рис. 83 приведено падение активности одного из
препаратов I поколения.

Экспоненциальное падение активности часто выражают как
период полужизни препарата — время, в течение которого ак-
тивность его снижается наполовину.

Наряду с периодом полужизни важным является показатель
продуктивности, который определяется как количество кило-
граммов глюкозы (на абс. СВ), изомеризованной 1 кг или 1 л
ферментного препарата при многократном его использовании
до 42 %-ного.

Период полужизни большинства зарубежных препаратов
I поколения составляет 20—35 сут, а продуктивность — до
2000 кг на 1 кг фермента.

Препараты II поколения характеризуются значительно
большим периодом полужизни (83 сут и более) и продуктив-
ность 4000—6000 кг и более на 1 кг фермента.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА

Процесс получения глюкозно-фруктозного сиропа представ-
лен на рис. 84.
а- Анил аза ------»>

,--------Крахмальная суспензия

I	(35-90°/. СВ)

Разжижение

Глюкоамимза —

Перлит —

Активный уголь

ЫаОН,ЫаН503 —

MgSOt • 7Нг0 —

Глюкозоизомераза

Активный уголь -

Охлаждение и доведение pH

I

Осахаривание

97-987-РВ, 30-357-СВ

-------------------------------

-	Механическая фильтрация —»- Осадок выводится

|	из производства

Обесцвечивание и фильтрация —Отработанный -

|	уголь

ионообменная очистка

I

Выпаривание

(90-95 7 СВ)

I

•	Корректировка pH (1,0—8,5)

-	и добавка активатора

	»- изомеризация---------»- Отработанный

(фруктозы 92/, глюкозы527.) фермент

  -I

ионообменная очистка

Обесцвечивание и фильтрация —Отработанный -
|	уголь

Контрольнаяфильтрация

вваривание (717-СВ)

i

Охлаждение

Глюкозно-фруктозный сироп

Рнс. 84. Схема производства глюкозно-фруктозного сиропа

В настоящее время в качестве исходного сырья для получе-
ния глюкозно-фруктозного сиропа используется в основном ку-
курузный крахмал, однако возможно применение и других ви-
дов крахмала. Очень большое значение имеет сведение до ми-
нимума содержания примесей в крахмале. Исследованиями
установлено, что чем меньше белка содержится в крахмале, тем
лучше конечный продукт. С повышением содержания белка
резко возрастают затраты на очистку гидролизатов перед изо-
меризацией.

Более высокое содержание белка влечет за собой повышен-
ный удельный расход таких вспомогательных материалов, как
диатомит, активный уголь, ионообменные смолы, а также повы-
шенный расход ферментного препарата — глюкозоизомеразы.

В связи с этим рекомендуется использовать кукурузный
крахмал, содержание белка в котором не превышает 0,4%,
растворимого белка — не более 0,05 %.

Для получения глюкозно-фруктозного сиропа стандартного
качества требуется использовать гидролизаты крахмала .с высо-
ким содержанием глюкозы, полученные с применением пол-
ностью ферментативного гидролиза.

Повышение содержания глюкозы в субстрате обусловлено
экономией фермента. Так, при содержании глюкозы 93,3 % в
субстрате для получения изомеризованного сиропа с 42 %-ным
содержанием фруктозы конверсия (% фруктозы / % глюкозы)
составляет 0,45. Если же количество глюкозы повысить до 96 %,
то изомеризованный сироп с 42 %-ным содержанием фруктозы
обеспечивает процент конверсии 0,437. В результате требуемое
количество фермента снижается на 8 %.

Субстрат не должен содержать каких-либо механических примесей. Для
удаления таких примесей, как жнр н протеин, сироп после осахаривания под-
вергают фильтрованию, как правило, на барабанных вакуум-фильтрах с на-
мывным слоем вспомогательного фильтрующего материала. Иногда фильтро-
ванию предшествует центрифугирование нлн флотирование с целью выделе-
ния нз сиропа жнро-белковой взвеси. Перед фильтрованием продукт подо-
гревают до 80 °C с целью повышения его фильтрационной способности и
ин.тктнвацин глюкоамнлазы.

Основными растворимыми примесями в исходном субстрате, которые
нежелательны для процесса изомеризации, являются зольные элементы, осо-
бенно ионы кальция, красящие вещества и протеин, поэтому основной целью
очнсткн субстрата является снижение содержания ионов кальция, обеспече-
ние глубокого обесцвечивания.

Для удаления растворимых примесей глюкозный сироп обрабатывают
ионообменными смолами и активным углем.

Активный уголь адсорбирует в небольших количествах аминокислоты,
продукты разложения типа гидрооксиметнлфурфурола и все вторичные про-
дукты, образованные прн реакции Майара, придающие неочищенному гидро-
лизату желтый цвет.

Катноно- и анионообменные смолы удерживают ноны минеральных ве-
ществ (Са2+, Mg2+, Na+, К+, РО^—, SO^~, С1~ и др ), а также органи-
ческие загрязнения, в частности аминокислоты. Последние являются особенно
нежелательными, так как трудно удаляются в связи с их амфотерностью.

Как показали специально поставленные опыты, если процесс фермента-
тивного разжижения проводится без добавок активатора а-амилазы (ионов
кальция) и ноны магния дозируются в таком количестве, чтобы компенсиро-
вать ингибирующее влияние нонов кальция, ионообменная очистка перед
изомеризацией необязательна, однако продуктивность глюкозонзомеразы при
этом будет почти вдвое ниже.

Ряд авторов рекомендует проводить однократную ионообменную очистку
перед изомеризацией по схеме: сильнокислотный катионит — слабоосновный
анноннт нлн сильнокислотный катноннт — снльноосновный анионит. В некото-
рых случаях прн высокой загрязненности глюкозных енропов нх подвергают
двукратной ионообменной очистке с использованием сильнокислотного ка-
тионита и слабоосновного анноннта или с применением вместо слабооснов-
ного снльноосновного анионита.

Установлено, что для ионообменной очистки глюкозного енропа, направ-
ляемого на изомеризацию, а также енропов после изомеризации в качестве
катионита можно применить разрешенный для пищевой промышленности ка-
тионит КУ-2-8ЧС.

Результаты экспериментов показали, что высокоосновные отечественные
аниониты АВ-17-10П и АВ-17-2П нецелесообразно применять в связи с тем,
что при проведении процесса очистки с применением этих смол при темпе-
ратуре 60—70 °C происходит щелочная изомеризация глюкозы, что нежела-
тельно. Их можно применять прн температуре 25—30 °C. Но эти аниониты
имеют недостаточную производительность.

Для обеспечивания и деминерализации глюкозных енропов подобран но-
вый ннзкоосновпый полнетрольный аннонит марки АНТ-511, содержащий не
менее 90 % третичных аминов. Смола характеризуется аналогичной катио-
ниту КУ-2-8ЧС продуктивностью (60 объемов с 1 объема смолы), поэтому
обеспечивает стабильную работу ионообменной станции.
С применением указанных смол рекомендуется следующий способ очист-
ки субстрата: обесцвечивание активным углем в количестве 0,5 % по СВ
сиропа и двухстадийную очистку смолами.

Процесс обработки сиропа активным углем осуществляют при темпе-
ратуре 65—70 °C при показателе pH 4,5—4,7 в течение 30 мин при непре-
рывном перемешивании в двух периодически действующих емкостях для
обеспечения непрерывности. Для отделения частиц активного угля суспензия
далее направляется на фильтрование с применением патронных или пластин-
чатых фильтров.

Перед началом работы смолы замачиваются в течение 1 сут в умягчен-
ной воде, затем загружаются в колонку н подвергаются обратной регенера-
ции. Катионит последовательно регенерируют 4 %-ным раствором NaOH,
водой, 0,5 и. НС1, а аннойнт—0,5 н. НС1, водой, 4 %-ным раствором NaOH,
водой.

Регенерация осуществляется в течение 8 ч прн скорости пропускания
1—2 объема в час с одного объема смолы. Отмывка от реактивов проводится
умягченной водой в течение 8—10 ч. Отработанные реактивы и вода, собран-
ная в течение первого часа промывки, сбрасываются в канализацию, а осталь-
ная промывная вода используется в производственных целях. Для приго-
товления реактивов для регенерации применяют конденсат.

Подготовленные таким образом смолы используют для очистки сиропов.

Для ионообменной очистки применяются колонны объемом
4,5—5,0 м3. Как правило, емкость анионообменной колонны на
30 %. выше. Каждая колонна снабжена люками для загрузки
и выгрузки фермента, а также патрубками ввода и вывода си-
ропа, воды, реагентов.

Большей частью ионообменная установка состоит из трех
катионо- и трех анионообменников. Двухстадийная очистка
субстрата осуществляется по схеме: Ki^Ai^-K2-*A2, причем
субстрат сначала проходит через тот обменник, который дольше
работает. Такой порядок работы обеспечивает лучшее качество
сиропа, покидающего ионообменную установку. Третья пара
ионообменников находится на регенерации.

Подача сиропа с катионита на анионит осуществляется са-
мотеком. В связи с высоким гидростатическим сопротивлением
в колоннах сироп с I стадии очистки на II стадию подается
насосом через промежуточный сборник.

Поскольку в результате ионообменной очистки необходимо в
основном удалить ионы металлов, особенно ионы кальция, об-
щепринятый способ контроля за работой ионообменной батареи
по показателю pH не отражает действительного процесса сорб-
ции ионов. Наиболее правильно его отражает величина удель-
ной электропроводимости. Наряду с электропроводимостью оп-
ределяют pH и цветность.

Так, после катионита pH не должен превышать 2,5, а после
анионита — должен быть не ниже 4. Удельная оптическая плот-
ность сиропа после очистки не должна превышать 0,05.

Указанные показатели достигаются при скорости потока про-
дукта 1—2 объема с одного объема смолы в час.

По мере необходимости осуществляют прямую регенерацию
смол: катионит — 0,5 н. НС1 и водой, анионит — 4 %-ным раст-
вором NaOH и водой. При этом предварительно с колонны сли-
вают сироп и промывают смолу водой. Промой с содержанием
сухих веществ до 10 % возвращают в исходный сборник. Про-
мой с меньшим содержанием сухих веществ можно использо-
вать для разбавления исходной крахмальной суспензии. Обычно
регенерация смол проводится через 40—60 ч.

Результаты исследований Л. Зиттана и др. показали, что
многие глюкозоизомеразы инактивируются присутствующим в
сиропе кислородом. С целью предотвращения инактивации со-
держание кислорода необходимо свести до минимума.

В промышленных условиях очищенный глюкозный сироп да-
лее направляется на станцию выпаривания, где наряду с уда-
лением кислорода продукт концентрируется до 40—50 %-ного
содержания СВ. В зависимости от свойств глюкозоизомеразы
иногда стадия выпаривания предшествует ионообменной очист-
ке.

Оптимальная концентрация субстрата в процессе изомериза-
ции находится в пределах 40—45%. При концентрациях глю-
козных сиропов 50 % и выше значительно увеличивается вяз-
кость сиропа и, как следствие, падает скорость изомеризации.

На отдельных предприятиях вместо выпаривания глюкозный
сироп подвергается стерилизации. В стерилизаторе продукт по-
догревается до 125 °C в течение 2 мин. Для последующего ох-
лаждения сиропа до 60 °C можно использовать теплообменник
или вакуум-испаритель.

Установлено, что процесс ферментативной изомеризации
протекает наиболее эффективно при использовании исходного
субстрата, имеющего следующие показатели качества:

СВ, %	40—50

Глюкоза	не менее 93

Протеин, %	не более 0,06

Цветность, ед. опт.	пл.	не выше 0,05

Ионы Са2+, М	не более 1-10-6

Удельная электропроводимость, мкСм/м	не выше 5

В подготовленный описанным выше способом субстрат до-
бавляют соли магния в виде 6 %-ного раствора из расчета 1 г
MgSO4-7H2O на 1 л сиропа, если концентрация ионов кальция
в сиропе не превышает 1  10~6 М. При большем количестве каль-
ция магний добавляется в таком количестве, чтобы получить
необходимое молярное соотношение между Mg2+ и Са2+. Иногда
соль магния добавляют в субстрат до выпарки.

С целью предотвращения инфицирования в процессе фермен-
тативной изомеризации, а также снижения цветности в субстрат
добавляют бисульфит в виде 10 %-ного раствора из расчета
0,008—0,016 % по SO2.

Показатель pH доводится добавлением раствора NaOH
концентрацией 1 моль/л. Величина pH регулируется с точностью
±0,1 ед.

В зависимости от свойств препараты применяются в перио-
дическом или непрерывном процессе. Так, препараты в виде
достаточно крупных, прочных и однородных гранул применяю»*
ся в непрерывном процессе с использованием колонн. Препара*
ты механически непрочные применяются в периодическом про*
цессе. Препараты с плохими фильтрационными свойствами,
например специально обработанные клетки мицелия, глюкозо-
изомераза, иммобилизованная на А120з и т. п., могут исполь-
зоваться в непрерывнодействующей установке типа фильтр-
пресс. Фермент наносится довольно тонким слоем на предвари-
тельно намытый на фильтрующую поверхность фильтрующий
порошок. Через такой слой под давлением пропускается суб-
страт.

Периодический процесс осуществляется в реакторах боль-
шого объема, снабженных мешалками и устройством для под-
держания постоянной температуры.

Ферментный препарат дозируется по его глюкозоизомераз-
ной активности. В процессе изомеризации необходимо поддер-
живать величину pH на заданном уровне.

Процесс изомеризации считается законченным, когда содер-
жание фруктозы в гидролизате составляет 42 %. Это достига-
ется примерно за 20—24 ч. Далее перемешивание прекращается
для отстаивания фермента, продолжительность которого зави-
сит от свойств препарата и высоты слоя субстрата. Так, при
высоте слоя субстрата 6 м отстаивание продолжается 4 ч. На-
досадочный сироп сливают таким образом, чтобы осевший на
дно фермент был покрыт слоем сиропа во избежание контакти-
рования с кислородом воздуха. Затем в реактор подается све-
жий субстрат, содержащий необходимые добавки, и начинается
новый цикл.

В течение первых нескольких циклов активность фермента
практически не меняется, в дальнейшем начинает снижаться.
Чтобы сохранить ту же продолжительность процесса, приходит-
ся уменьшать количество субстрата в реакторе, что приводит
к неэффективному использованию емкости.

Фермент используется в течение 5—30 дней, после чего вы-
водится из производства.

Для непрерывной изомеризации чаще всего используют ко-
лонные реакторы с неподвижным слоем фермента.

Колонна представляет собой вертикальный цилиндрический
сосуд, где масса фермента поддерживается решеткой и прово-
лочной сеткой, покрытой синтетической тканью. Каждая ко-
лонна снабжена верхним и нижним люком для загрузки и вы-
грузки фермента, патрубками для ввода и вывода субстрата и
рН-метром.

Перед использованием препараты иммобилизованной глюко-
зоизомеразы замачивают в специальной емкости, которая рас-
полагается над реакторами для облегчения транспортировки
фермента (удаляются пузырьки воздуха) для наиболее полного
проявления его активности и вымывание красящих веществ.
Большая часть глюкозоизомеризующих препаратов (I поко-
ления) в процессе гидратации набухает примерно в два раза.
Если гидратация происходит в реакторе, то пустоты закупори-
ваются. Фермент слеживается и, как следствие, резко повыша-
ется гидродинамическое сопротивление, что нежелательно.

Замачивание производится в глюкозном сиропе с температу-
рой примерно 35 °C, в который добавлена соль MgSO4-7H2O,
показатель pH доводится добавлением щелочи до оптимально-
го. Вначале заливается сироп, а затем в него добавляется фер-
мент. Процесс осуществляется в течение 1—2 ч при медленном
перемешивании, чтобы не разрушить фермент, или при разре-
жении.

Установлено, что для отдельных препаратов предваритель-
ная обработка в глюкозном растворе, содержащем 0,02 Mg2+
и 0,01 М Na2CO3 повышает исходную активность на 15—30 %
по сравнению с необработанным ферментом.

После замачивания фермент переводят в реактор, предвари-
тельно заполненный на 2/з сиропом с помощью гибкого шланга.
Когда весь фермент переведен в реактор, ему дают отстояться
в течение 1—4 ч.

Для успешного проведения процесса изомеризации необхо-
димо равномерное распределение фермента по всему поперечно-
му сечению колонны. Равномерного распределения легче всего
достичь при большой высоте слоя фермента. Однако частицы
фермента в основном имеют пористую структуру и способны
несколько сжиматься и образовывать каналы. При высокой
скорости потока и большой высоте слоя фермента возникает
чрезмерное гидродинамическое сопротивление и опасность бло-
кировки. Поэтому для каждого фермента имеются ограничения
высоты слоя и линейной скорости потока, которые определяются
опытным путем.

Обычно высота слоя фермента в промышленном реакторе
равна 2 м. Подачей сиропа снизу вверх несколько раз взмучи-
вают фермент для лучшего распределения частиц и для удале-
ния воздуха. После отстаивания фермента из реактора выво-
дится сироп, использованный для замачивания, но таким об-
разом, чтобы над слоем фермента был сироп. Одновременно по-
дают свежий глюкозный сироп, предварительно подогретый в
теплообменнике.

В течение первых 2 ч глюкозный сироп подается медленно.
Далее скорость потока можно увеличить. Время пребывания
сиропа в реакторе не должно превышать 6 ч во избежание об-
разования нежелательных побочных продуктов.

В начальный период рекомендуется содержание фруктозы в
изомеризатах определять через каждые два часа и только пос-
ле достижения необходимого содержания фруктозы это опреде-
ление можно производить 1—2 раза в сутки с каждой линии.

Содержание фруктозы обычно определяют с помощью по-
ляриметра.
Рис. 85. Аппаратурная схема станций ферментативной изомеризации:

1 — сборник очищенного глюкозного сиропа; 2 — сборник подготовленного глюкозного
сиропа; 3 — теплообменник; 4 — колонна для изомеризации; 5—сборник для глюкозо-
изомеразы; 6, 7 — дозировочные сборники для Na(OH) и MgSO<

При направлении потока сверху вниз можно пропускать от
2 до 3 объемов субстрата с одной колонны за 1 ч. Короткое
время пребывания является одним из основных преимуществ
непрерывной изомеризации в колонне, так как представляется
возможным осуществлять процесс при более высоких темпера-
туре и величине pH, при которых препарат работает эффектив-
но. Следовательно, дозировку препарата на единицу продук-
ции удается уменьшить. Снижается также количество стабили-
зирующих добавок к субстрату. Цветность непрерывно получае-
мых гидролизатов в 3—6 раз ниже, чем при периодическом про-
цессе.

Из-за падения активности фермента работа на одной колон-
не нерациональна. Скорость потока постоянно приходится
уменьшать, чтобы получить стабильное качество готового про-
дукта. Обычно работают с системой колонн. При этом всю мас-
су фермента раскладывают в несколько реакторов, которые
соединены либо параллельно, либо последовательно. Обычно
работают на установках, имеющих от 3 до 10 и более реакторов
(рис. 85).

При работе на трех колоннах, соединенных последователь-
но, колебание скорости потока уменьшается на 33%. Колеба-
ние потока уменьшается, если применяется большее количество
колонн.

Содержание фруктозы в изомеризованном сиропе регулиру-
ют в основном скоростью его пропускания через реактор.

Замечено, что иммобилизованный фермент в процессе изоме-
ризации инактивируется быстрее в месте подачи субстрата.
С целью более эффективного использования фермента и пре-
дотвращения резких колебаний производительности нами пред-
ложен секционный реактор с вводом и выводом фермента в
каждую секцию1.

Так как общее количество активного фермента в системе
с течением времени уменьшается в связи с инактивацией фер-
мента, продуктивность падает.

Объем продукта и состав изомеризованного сиропа можно
регулировать также изменением температуры в реакторах. При
постепенном увеличении температуры скорость реакции изоме-
ризации может увеличиваться до того момента, когда скорость
термической инактивации становится выше, чем скорость пря-
мой реакции. Поэтому при постоянной скорости потока практи-
куют проведение процесса изомеризации не при постоянной
температуре, а при медленном ее повышении с целью компен-
сации снижения активности. Ниже приведен рекомендуемый
И. Остергардом и др. температурный режим.

Продолжатель-	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11 12	13	14

иость, сут

Температура, °C	60	60	60	60	60	60	62	62	62	64	64 66	68	70

Такой способ позволяет повышать продуктивность фермента
на 41 % по сравнению с процессом при постоянной температуре.

Одной из причин инактивации фермента является микробио-
логическое инфицирование в реакторных системах. Добавка
таких органических компонентов, как метил, пропил, бензоат и
азид натрия и др., предотвращает систему от микробиологиче-
ского инфицирования.

Кроме термической, химической и микробиологической
инактивации фермента причинами плохой работы могут быть
каналообразование в реакторе или десорбция фермента из но-
сителя.

Если необходимо на некоторое время остановить работу ре-
актора с целью сохранения активности препарата, его залива-
ют (без доступа кислорода) глюкозно-фруктозным сиропом с
высоким содержанием сухих веществ (например, 60%) и сни-
жают температуру. В таких условиях падение pH даже ниже 6
не будет причиной инактивации. Можно применять рецирку-
ляцию, но не более чем на несколько часов.

Если реактор нужно остановить на долгое время, фермент
лучше выгрузить и хранить его в 60 %-ном изомеризованном
сиропе в закрытых цилиндрах при температуре 0—5°C.

Как правило, при снижении активности до 25 % от исходной
фермент из реактора выгружают. Для этого вначале через
слой фермента пропускают чистую воду для снижения потерь
сиропа. Далее начинают выпускать фермент в виде суспензии
через отверстие для вывода фермента. Если фермент плотно
спрессовался, то слой нужно разрыхлить механически через

1 А. с. 815039 (СССР) — Б. И., 1981, № И.
люк. Остатки фермента удаляются водой, подаваемой через тот
же люк. Фермент собирается в проволочные корзины с целью
отделения воды и выводится из производства.

После изомеризации в продукте содержатся различные соли,
специально добавленные в субстрат. Кроме того из ферментного
препарата в сироп переходят красящие вещества, зольные и
белковые элементы. Разделение красящих веществ, содержа-
щихся в изомеризате, показало, что основную массу составляет
группа щелочного разложения сахаров, значительно меньше
меланоидинов и гуминовых веществ. Продукты карамелиза-
ции не обнаружены.

В связи с содержанием термолабильной фруктозы изомери-
зат отличается низкой термоустойчивостью. Результаты иссле-
дований показали, что термоустойчивость зависит от показате-
ля pH изомеризата и степени его очистки. Так, при pH 8,5
термоустойчивость минимальная, при pH 4,2—4,5 — наиболь-
шая. Поэтому в сироп после ферментативной изомеризации не-
обходимо сразу же добавить соляную кислоту для доведения
pH до 4,5. Установлено, что наибольшей термоустойчивостью
обладает продукт, очищенный ионообменными смолами с после-
дующим обесцвечиванием активным углем.

С применением отечественных ионообменных смол КУ-2-8ЧС
и АНТ-511 рекомендуется однократная ионообменная очистка
по схеме Ki-^A] с последующей обработкой сиропа активным
углем, который дозируется из расчета 0,5 % к массе СВ обраба-
тываемого сиропа.

Продуктивность смол при этом находится на уровне
140 об/об.

Перед обработкой активным углем сироп подогревают до
температуры примерно 60°C. Отработанный уголь возвращает-
ся на стадию механического фильтрования.

С целью снижения расхода ионообменных смол иногда при-
бегают также к двухстадийному их использованию, т. е. сироп,
обработанный на частично заработанной смоле, далее направля-
ют на свежую смолу. Регенерация смолы проводится 1—2 раза
в неделю.

Описанный способ очистки сиропов обеспечивает получение
почти бесцветного глюкозно-фруктозного сиропа. Бактериологи-
ческой стойкостью отличается продукт, характеризующийся сле-
дующими данными микробиологического анализа (на 10 г СВ):

Мезофильные микроорганизмы

Плесневые грибы

Дрожжи

ие более 200

ие более 10

ие более 10

В случае большей обсемененности применяют специальную
фильтрацию через бактериологические пластины с порами раз-
мером 0,8 мкм.

Изомеризованные сиропы после очистки увариваются до
концентрации готовой продукции при температуре не выше
60°C, поскольку фруктоза легко разлагается при более высоких
температурах, что приводит к повышению цветности и потерям
сахара. Процесс уваривания рекомендуется осуществлять в
выпарных аппаратах пленочного типа. После уваривания сироп
из вакуум-аппарата направляется на охлаждение до 30 °C,
после чего направляется на хранение.

Состав глюкозно-фруктозного сиропа (в %):

Сухие вещества	71
Глюкоза	52
Фруктоза	42
Олигосахариды	6
D-псикоза	Менее 0,3
D-манноза	Следы
Зола	0,1
рн	4—4,5

Глюкозно-фруктозные сиропы нуждаются в особых услови-
ях хранения, при которых не происходило бы кристаллизации
глюкозы, увеличения цветности продукта или его инфицирова-
ния.

Глюкозно-фруктозный сироп может храниться долгое время
при температуре 25—ЗО°С. При температурах ниже 25°C на-
чинается кристаллизация глюкозы (при СВ =70 % насыщение
имеет место при 27°C). При температурах выше 30°C с тече-
нием времени нарастает цветность в связи с термическим разло-
жением моносахаров, а также реакцией их с аминокислотами.

На заводах для хранения сиропа применяют резервуары из
нержавеющей стали с автономным обогревом. Иногда емкости
для хранения размещают в изолированном помещении, темпе-
ратура в котором поддерживается на уровне 35—34 °C. Благо-
даря этому отпадает необходимость в нагревательных элемен-
тах и изоляции отдельных емкостей.

Следует отметить, что в смесях глюкозно-фруктозного сиро-
па (42 % фруктозы) с сахарозой отсутствует опасность кристал-
лизации вследствие большей растворимости смеси компонентов
по сравнению с растворимостью каждого из них в отдельности.
При температуре от 22,8 до 50 °C максимальную раствори-
мость имеет сироп с содержанием сахарозы 33—47 %, хране-
ние таких сиропов упрощается.

Начиная с 1978 г. в США, Японии и других странах начато
производство сиропов с более высоким содержанием фруктозы
и соответственно с меньшим содержанием глюкозы. Это так
называемые сиропы второго поколения.

Высокофруктозные сиропы получают в основном путем хро-
матографического разделения обычного глюкозно-фруктозного
сиропа на фруктозу и глюкозу в специальной разделительной
колонке, где в качестве адсорбента применяют ионообменные
смолы в Са2+-форме.

Обладая сродством к адсорбенту, фруктоза задерживается
на смоле. Глюкоза и полисахариды проходят с большой ско-
ростью через слой адсорбента. При последующем элюировании
деионизированным десорбентом получают обогащенную фрук-
тозную фракцию, содержащую до 90 % фруктозы. Обогащенный
глюкозный сироп содержит до 89 % глюкозы.

Глюкозная фракция возвращается на изомеризацию, фрук-
тозная фракция после очистки специальными ионообменными
смолами смешивается с исходным глюкозно-фруктозным сиро-
пом. При этом получают сироп с содержанием фруктозы 55 %
и выше. Смесь окончательно обесцвечивается активным углем
и уваривается до концентрации готового продукта.

По сравнению с обычными глюкозно-фруктозными сиропами
сладость обогащенных фруктозой сиропов выше. Их можно
уваривать до более высокой концентрации (77 вместо 71 %),
они менее склонны к кристаллизации в процессе хранения. Вы-
рабатывается сироп с 90 %-ным содержанием фруктозы, кото-
рый не кристаллизуется совсем.

Ниже приводится углеводный состав таких сиропов.

Сироп с содержанием фруктозы, % Фруктоза Глюкоза Олигосахариды
55	55	40	5

90	90	9	1

ПРИМЕНЕНИЕ ГЛЮКОЗНО-ФРУКТОЗНОГО СИРОПА

Глюкозно-фруктозный сироп с содержанием фруктозы на уровне 42 %
обладает сладостью, идентичной сладости инвертного сахара. Сладость сиро-
пов с более высоким содержанием фруктозы выше. Соотношение сладости
сахаров показано ниже.

Сахароза	1

Инвертный сахар	1+

Фруктоза	1,7

Глюкоза	0,7

ГФС (42% фруктозы)	1

Высокофруктозный сироп
55% фруктозы	1

90%	»	1,6

В связи с этим глюкозно-фруктозный сироп занял достойное место как
полноценный конкурент свекловичного сахара на мировом рынке.

Большой интерес для пищевой промышленности представляют такие
свойства глюкозно-фруктозного сиропа, как высокая сладость, низкая вяз-
кость (рис. 86), высокая гигроскопичность, обусловленная присутствием фрук-
тозы, легкая сбраживаемость дрожжами.

Глюкозно-фруктозный сироп обладает такой способностью: при опреде-
ленной концентрации его осмотическое давление почти в 2 раза выше по
сравнению с сахарозой и приблизительно такое же, как у инвертного сахара.
В силу особенности он сопротивляется воздействию осмофильных бактерий

гораздо лучше, чем сахароза.

Рис. 86. Вязкость глюкозно-фруктоз-
ного сиропа и раствора сахарозы в
зависимости от температуры:
-----раствор сахарозы (67 % СВ);
----- глюкозно-фруктозный сироп (71 %
СВ, 42 %' фруктозы)
Таблица 14

		гЗ н сЗ 2		Ф		о д д я к	га о. са
				ч	с.		
			<и к	и а t£	ю о		
			S				
Применение глюкозно-фруктозиых		л	g	8 я		£• Я  Ч га	га о
сиропов	н	Ф Д		о  В*	О gg	Й S ф 5 с.5	3
	а до с	й  §	с £	£	'О ® 83 о е	едут чета.	заме
	3	о  >>	«	О ж  Од	Е Я и*		

Детское питание	+		—	—	—	.—	—	50—100
Хлебобулочные изделия			+	+	—	+	—	100
Напитки безалкогольные			+		—		—	50—100
Соусы из перца, томатов и др.			+	—	—.	—	—	100
Шоколад				—	—	—	—	25—50
Кондитерские изделия			—	+	—	—	+	5—25
Ликеры и наливки			+		—	—		100
Экстракты и ароматические ве- щества				—	—	—	—	100
Мороженые продукты, глазурь	+		—	+	—	—	+	10—30
Плодовые соки и напитки	-	h	+	.—	—				100
Консервированные фрукты	-	h	+	—	+	.—	—	50—100
Цукаты и глазированные фрукты		ь	—	—	+	—	—	50—100
Мороженое и мороженые десерты, Шербет  Джемы, желе, мармелад		h	+	—		—	—	50—100
		Ь	+	—	—	—	+	75—100
Маринады [и маринованные про- дукты  Столовые сиропы для газирован-		Ь		—	+	—	—	100
		Ь	+	—	—	—	—	75—100
ной воды и ликеров Вино		f-	—	—			+	—	50—100
Крем для тортов и пирожных		ь	+	—	—	—	+	50—100

Поскольку глюкозно-фруктозные сиропы состоят из моносахаридов, заме-
на сахара в различных изделиях этими сиропами позволяет также снизить
точку замерзания, повысить точку кипения, уменьшить давление пара. Для
таких сиропов характерно усиление вкуса, особенно фруктового. За рубежом
их применяют в производстве различных напитков, хлебобулочных изделий,
при консервировании и т. д.

В табл. 14 приведен перечень продуктов питания, где применяются глю-
козно-фруктозные сиропы, с указанием процента замены сахара.

Сироп с 90 %-ным содержанием фруктозы имеет очень сладкий вкус,
что позволяет использовать его в меньшем количестве при выработке продук-
тов питания пониженной калорийности. Это самый стабильный из всех жид-
ких сладителей, стойкий к кристаллизации продукт. Для хранения не тре-
бует особых условий. Кроме того 90 %-ный сироп используют для приготов-
ления ароматизированных концентрированных сиропов н напитков с более
высоким коэффициентом разбавления, благодаря этому повышается стойкость
продукта при хранении, уменьшается стоимость транспортировки.

При производстве джемов и консервов благодаря добавке глюкозно-
фруктозного сиропа повышается бактериальная стабильность и усиливается
фруктовый аромат. В случае использования 50 % глюкозно-фруктозного сиро-
па и 50 % высокомальтозной патоки вместо сахарозы устраняется возмож-
ность кристаллизации при хранении.

По своим функциональным свойствам глюкозно-фруктозный сироп
сравнивается с инвертным сахаром (в кондитерском производстве при изго-
товлении мягких конфет, помад, зефира и т. д.). Наличие большого количест-
ва моносахаридов в сиропе, особенно гигроскопичной фруктозы, обеспечивает
высокую смачивающую способность. Благодаря этому кондитерские изделия
долго остаются свежими и не засыхают.
При производстве хлебобулочных изделий глюкозно-фруктозный сироп
обеспечивает хорошую окраску корки хлеба.

Сравнение эффективности производства глюкозно-фруктозного енропа с
производством сахара из свеклы показывает, что себестоимость сырья в сельс-
ком хозяйстве, необходимого для производства 1 т сиропа, в 2,4 раза, а
затраты труда — в 2,3 раза ниже, чем при производстве свекловичного саха-
ра. Удельные капиталовложения в промышленности на 1 т глюкозно-фруктоз-
ного сиропа в 1,4 раза ниже.

Преимуществом является также и то, что производство глюкозно-фрук-
тозиого сиропа в отличие от свеклосахарного является круглогодичным.

Недостатком следует считать то, что вместе с продуктом транспортиру-
ется определенная часть воды, что увеличивает транспортные расходы и ог-
раничивает расстояние между местами производства и потребления. С дру-
гой стороны, глюкозно-фруктозный сироп приносит потребителю все те пре-
имущества, которыми обладает жидкий сахар вообще. Он легко перекачи-
вается и складируется, его дозирование легко автоматизировать простыми
средствами.

Обработка жидкого сахара у потребителя гораздо дешевле, чем кристал-
лического, поэтому имеется возможность сэкономить значительное количество
труда и энергии. В связи с этим глюкозно-фруктозный сироп находит широ-
кое применение в различных отраслях пищевой промышленности, использую-
щих сахара.

Стоимость выработки высокофруктозных сиропов на 15—20 % выше
обычного глюкозно-фруктозного, но они дешевле свекловичного сахара, и
производство их развивается быстрыми темпами.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Быкова С. Т., Лукьянов А. Б., Бруякина Л. А. Получение и применение
крахмалофосфатов. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1974.

Влияние условий обработки на свойства кукурузного крахмала, окислен-
ного гипохлоритом при низком расходе реагента/[Жушман А. И., Быко-
ва С. Т., Векслер Р. И. и др.] — Сахарная промышленность, 1980, № 1,
с. 49—51.

Гинзбург А. С. Технология сушки пищевых продуктов. — М.: Пищевая
промышленность, 1976, с. 11—15.

Грачева И. М. Технология ферментных препаратов.—М.: Пищевая про-
мышленность, 1975. — 391 с.

Гулюк Н. Г., Бондарь Е. Г., Фомичев В. Ф. Производство крахмалопро-
дуктов в США. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1977.— 96 с.

Гулюк Н. Г. Кристаллизация глюкозы. — М.: ЦНИИТЭИпищепром,
1979.—12 с.

Гулюк Н. Г. Красящие вещества крахмальных гидролизатов. — М.:
ЦНИИТЭИпищепром, 1981. — 24 с.

Деулин В. И. Сепарирование крахмального молока в производстве ку-
курузного крахмала. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1976. — 37 с.

Жушман А. И., Быкова С. Т., Коптелова Е. К. Новые виды модифици-
рованных крахмалов и их применение. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1976.—
37 с.

Жушман А. И., Коваленок В. А., Наумова Н. Н. Выбор оптимальных ус-
ловий фосфатироиания амилопектинового кукурузного крахмала. — Сахар-
ная промышленность, 1979, № 9, с. 51—54.

Жушман А. И., Коптелова Е. К-, Карпов В. Г. Экструзионная обработка
крахмала и крахмалсодержащего сырья. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1980,
вып. 3. — 36 с.

Калунянц К. А., Голгер Л. Н. — В кн.: Микробные ферментные препара-
ты. Технология и оборудование. — М.: Пищевая промышленность, 1979,
с. 10—11.

Карякина А. Б., Штыркова Е. А., Лукьянов А. Б. Производство набуха-
ющих крахмалов с повышенным содержанием белковых веществ. — М.:
ЦНИИТЭИпищепром, 1972. — 31 с.

Костенко В. Г., Лукьянов А. Б. Диальдегидный крахмал. — Сахарная
промышленность, 1970, № 12, с. 48—50.

Ладур Т. А. Производство сахаристых продуктов из крахмалсодержа-
щего сырья с применением ферментов. Обзор—М.: ЦНИИТЭИпищепром,
1978,—16 с.

Ладур Т. А., Пучкова Т. С. Глюкозно-фруктозный сироп — новый саха-
розаменитель. — Сахарная промышленность, 1983, № 8, с. 53—54.

Маркер В. Э. Производство декстринов и клеев. — Труды ЦНИИ крах-
мало-паточной промышленности, 1959, вып. 3, с. 122—155.

Новое в технике и технологии производства сахаристых крахмалопро-
дуктов и их применение в СССР и за рубежом/[Т. А. Ладур, Е. К. Сидо-
рова, Н. Д. Лукин и др.] — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1983.

Производство и применение фруктозы и фруктозосодержащих сиропов из
крахмала/Т. А. Ладур, Н. Г. Гулюк, Т. С. Пучкова, Л. А. Бруякина]. — М.:
ЦНИИТЭИпищепром, 1977.— 18 с.

Промышленные испытания технологии производства кристаллической
глюкозы с кислотно-ферментативным гидролизом крахмала/[Т. А. Ладур,
234
Н. Г. Гулюк, 3. М. Бородина и др.}—Сахарная промышленность, 1977, № 11,
с. 71—77.

Рухлядева А. П., Полыгалина Г. В. Методы определения активности
гидролитических ферментов. — М.: Легкая и пищевая промышленность,
1981. —27 с.

Сапронов А. Р., Колчева Р. А. Красящие вещества и их влияние на ка-
чество сахара. — М.: Пищевая промышленность, 1975. — 348 с.

Соломина Л. С., Штыркова Е. А., Трегубов Н. Н. Влияние способа об-
работки крахмала квасцами на качество декстрина. — Сахарная промышлен-
ность, 1979, № 3, с. 40—42.

Справочник по крахмало-паточиому производству/под ред. Е. А. Штыр-
ковой и М. Г. Губина. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — 431 с.

Ладур Т. А., Карпенко Р. М., Бородина 3. М. Установка для фермен-
тативного разжижения крахмала. — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1978, № 1,
с. 3.

Технология крахмала и крахмалопродуктов/[Н. Н. Трегубов, Е. А. Жа-
рова, А. И. Жушман, Е. К. Сидорова]; под ред. Н. Н. Трегубова. — М.: Лег-
кая и пищевая промышленность, 1981.—472 с.

Ферментативный гидролиз крахмала — важный резерв повышения эф-
фективности производства крахмалопродуктов/[Ладур Т. А., Бородина 3. М.,
Карпенко Р. М. и др.]—Сахарная промышленность, 1983; -№ 9, с. 37—38.

Химия и технология крахмала. Промышленные вопросы/под рад.
Р. Л. Уистлера и Э. Ф. Пашаля, пер. с англ, под ред. Н. Н. Трегубова,—
М.: Пищевая промышленность, 1975, 360 с.

Ладур Т. А. Способы повышения эффективности паточно-глюкозного
производства с применением ферментных препаратов. — М.: ЦНИИТЭИпище-
пром, НТРС, 1982, № 6, с. 5—6.

Шириер Р., Зайлер Р. Интенсификация производства декстрина путем
применения техники с кипящим слоем. — Сахарная промышленность 1979,
№ 7, с. 37—39.

Ладур Т. А., Пучкова Т. С. Об использовании глюкозио-фруктозного си-
ропа в консервной промышленности. — Консервная и овощесушильиая про-
мышленность, 1982, № 2, с. 18.

Электрофизические методы обработки продуктов крахмало-паточного
производства. Обзорная информация/[Васильев В. Ф. Жушман А. И., Си-
дорова Е. К- и др.] — М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1976. — 36 с.

Antrim R. Z., Colilla W., Schnyder В. J. Glucose Isomerase Production
of High — Fructose. — Applied Biochemistry and Bioengineering, 1979, v. 2.
p. 98—150. In book: Enzyme Technology. Ed. L. B. Wingard, I. Ekatchalski—
Katzis, L. Goldstein.

Aschengreen N. Production of Glucose—Fructose Syrup — Process Bioche-
mistry. 1975, v. 10, N 4, p. 17—18.

Boruch M., Nebesny E. Die Wirkung von Glucoseisomerase auf Oligosacc-
haride in Starkehydrolysaten.— Die Starke. 1979, v. 31, Nr. 10, s. 345—346.

Cabafi K., Farbas M. Istrazivanja u oblasti proizvodnje skrobnih fosfata.—
Hemijska industrija, 1978, br. 12, s. 783—795.

Danno I. Studies on D-glucose isomerizing Enzyme from Bacillus coagu-
lans Strain NH-68. Part IV. The Role of Metal Ions in the Isomerization.—
Agricultural Biological Chemistry, 1970, v. 35, p. 997—1003.

Dawis R. J. Drying starch with flash dryers. — Chemical enginnering prog-
ress symposium series. 1968, 64, N 86, p. 105—110.

Gramera R. E., Heerema J.. Parrish F. W. Distribution and structural form
phosphate ester groups in commercial starch phosphates. — Cereal Chemistry,
1968, v. 43, N 1, p. 104—111.

Geyer X. I. Glucoseisomerase. Neue Moglichkeiten fur die Starke und
Lebensmittelindustrie. — Die Starke, 1974, v. 26, N 7. p. 225—226.

Gehlawat J. K.. Pandya S. B. Gelatinization of starch on drum dryer.—
Chemistry Industry Development, 1973, v. 7, N 10, p. 25—31.

Hupkes I. V., van Tieburg R. Production and Properties of an Immobili-
zed Glucoseisomerase. — Die Starke, 1976, v. 28, N 10, p. 356—357.
Hollo I., Laszlo E., Hoschke A. Einige Probleme der Herstellung fructose-
haltiger sirupe aus Starke. — Die Starke, 1975, v. 27, N 7, s. 232—233.

Heroes D. V., Thorp G. W. Continuous decolorization with granular acti-
vated carbon. Interpretation of pilot plant data. — Die Starke, 1974, v. 26,
N 8, s. 264—269.

Johnson J. G. Specialised Sugars for the Food Industry. — Noyes Data
Corporation, USA. 1976.

Lloyd N. E., Khaleeluddln K- Lamm W. R. Automated method for the de-
termination of D—glucose—isomerase activity. — Cereal Chemistry, 1977, v. 49,
N 5, p. 544—546.

Robin J. P., Mersier Ch., Charbenier R., Guilbot A. Lintnerized starches.—
Cereal Chemistry. 1974, v. 51, N 3, p. 389—406.

Mercier Ch., Feillet P. Modification of carbohydrate components by extru-
sion—cooking of cereal products. — Cereal Chemistry, 1975, v. 52, N 3, p. 283—
289.

Sroczynski A., Zglinski W. Wplyw roznych czynnikow na proces krysta-
lizacii glucozy. — Zeszyty problemowe postepow nauk rolniczych, 1974,
z. 159, p. 219—255.

Tegge G., Hengen C., Kracht E. Spezielle Untersuchungen fiber die en-
zymatische Isomerisierung von Glucose und Fructose. — Die Starke, 1977,
v. 29, N 4, s. 129—131.