Значение крахмала в повседневной жизни очень велико. Большинство видов используется в промышленных целях, что приводит к появлению ряда специализированных продуктов. Он необходим для изготовления кондитерских изделий, мясной продукции, применяется в медицине для изготовления лекарств и в целлюлозной промышленности. О том, что представляет собой производство крахмала, а также о его видах пойдет речь в данной статье.
Где применяют крахмал и его ценность
Это вещество является одним из самых распространенных в природе, возобновляемым и почти неограниченным ресурсом. Крахмал производится из зерновых или корнеплодов. Он в основном используется как пищевой агент, но также благодаря химической или биологической обработке легко превращается во многие полезные продукты на сегодняшний день.
Кроме продуктов питания крахмал используется для производства бумаги, текстиля, клеев, напитков, кондитерских изделий, фармацевтической промышленности и в производстве стройматериалов. Вещество обладает многими замечательными характеристиками, включая высокую вязкость пасты, ее прозрачность и максимальную устойчивость к процессам замораживания и оттаивания, которые выгодны для многих отраслей промышленности.
Производство крахмала - это рентабельный бизнес, так как в качестве относительно дешевого источника сырья чаще всего используют картофель, содержащий высокую концентрацию вещества, которое служит основой для дальнейшего производства. Переработанный сухой концентрат может сравниться по свойствам или даже превосходить аналогичные вещества, полученные из кукурузы, пшеницы, риса.
От растения до порошка
Крахмал является запасом глюкозы растений. В Европе он содержится в кукурузе, пшенице и картофеле, из которых он добывается, а также во многих других растениях: рисе, ячмене, овощах, маниоке, сладком картофеле.
Образование крахмала в растениях происходит в процессе фотосинтеза. Этот физиологический механизм позволяет производить и хранить глюкозу (элементарный сахар), необходимый для их роста и размножения. Первоначально растение ассимилирует углерод из атмосферы и превращает его в глюкозу. Формируется основная молекула. Затем ее используют для синтеза крахмальных полимеров, связанных с чистой глюкозой.
В растениях вещество выглядит как маленькие гранулы, нерастворимые в холодной воде, размером от 3 до 100 микрон. Их форма варьируются в зависимости от происхождения. В условиях производства крахмал и его производные продукты поставляются в потребительские отрасли промышленности в виде порошка, похожего на муку, или сиропов.
Основные производственные операции
Крахмальная промышленность производит более шестисот видов продуктов – от нативных крахмалов до физически или химически модифицированных, в форме сухих порошков до жидких и твердых подсластителей. Универсальность подобных продуктов такова, что они используются в качестве ингредиентов и функциональных добавок в широком спектре пищевых, непродовольственных и кормовых добавок.
Технология производства крахмала заключается в процессе разделения компонентов растения на крахмал, белок, оболочку целлюлозы, растворимые фракции, а в случае кукурузы используется также зародыш, из которого будет добываться масло. Эта первая фаза использует серию простых этапов физического разделения компонентов: дробление, просеивание, центрифугирование и т. д. Однако способы производства специфичны для каждого завода, а промышленные инструменты обычно предназначены для сырья: кукурузы, пшеницы или картофеля.
Производство крахмала переходит в следующую стадию. На втором этапе вещество, которое было извлечено, в чистом виде подвергается дальнейшей обработке. В процессе сушки оно преобразуется в так называемый нативный крахмал. Последующее изменение характеристик позволяет получить модифицированный крахмал.
Промышленное оборудование
Полностью автоматизированные производственные линии включают все этапы производства, транспортировку и упаковку. Их основное оборудование для производства крахмала будет состоять из компонентов барабанных шайб, дезонирования, расперы, десандирующих установок, систем обезвоживания, вакуумных фильтров и гидроциклонных блоков, сушилок, упаковочных машин и интерфейсов управления.
Крахмал и его типы
Крахмалы можно разделить на два типа: родные и модифицированные. Сырые крахмалы, которые все еще сохраняют первоначальную структуру и характеристики, называются родными. Такой компонент является основным продуктом, который продается в сухой порошкообразной форме под разными сортами для продуктов питания, а также в качестве фармацевтического и промышленного сырья.
Родные крахмалы получают путем выделения встречающегося в природе крахмала либо из зерновых культур, либо из корнеплодов, таких как маниока, кукуруза и патока. Они могут использоваться непосредственно при производстве определенных продуктов, например, таких как лапша. Родной крахмал можно считать основным ресурсом, который можно перерабатывать в ряд крахмальных продуктов.
Следует учесть, что данный тип вещества имеет ограниченное время использования и применяется главным образом в пищевой промышленности. Нативные гранулы крахмала легко гидратируются при нагревании в воде, быстро набухают, желатинизируются и обладают повышенной вязкостью, которая увеличивается до пикового значения с каждым последующим нагреванием.
Несмотря на эту особенность пищевая, металлургическая, горнодобывающая, ферментационная, строительная, косметическая, фармацевтическая, бумажная и картонная, а также текстильная промышленность используют родной крахмал в своей традиционной форме.
Модифицированные крахмалы
Существуют характеристики, которые недостижимы с нативным крахмалом. Модифицированный крахмал можно использовать для других вариантов промышленного применения, его получают с помощью ряда методов, химических, физических и ферментативных модификаций.
Таким образом, вещество является нативным крахмалом, который был изменен по своим физическим и/или химическим свойствам. Производство модифицированного крахмала может включать изменение формы гранулы или состава компонентов – амилозы и молекул амилопектина. Поэтому модификации проводятся на природном крахмале, чтобы придать ему свойства, необходимые для конкретных целей: сгущения, желатинизации, адгезивности или образования пленки, для улучшения удержания воды. Продукт также используется для улучшения вкуса и блеска, для удаления или придания непрозрачности.
Когда крахмал модифицирован химически или физически, свойства нативного крахмала изменяются, что делает его полезным во многих отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая, текстильная, нефтяная и целлюлозно-бумажная.
Как образуется крахмал в картофеле
Около 75 % урожая картофеля выращивается для промышленной переработки, в результате которой производят крахмал. Он представляет собой питательные запасы многих растений. В течение вегетационного периода зеленые листья собирают энергию от солнца. В картофеле эта энергия транспортируется в виде сахарного раствора вплоть до клубней. Именно там сахар превращается в крахмал в виде крошечных гранул. Они занимают большую часть внутренней части камеры. Конверсия сахара в крахмал происходит с помощью ферментов, которые отвечают за повторное превращение запасенного вещества в сахар следующей весной.
В зимний период картофель потребляет небольшое количество своего крахмала, чтобы поддерживать жизненные функции до весны. Клубни нуждаются в хорошей циркуляции воздуха, чтобы сохранить жизнедеятельность. Пониженная температура способствует переработке собственного крахмала в сахар, чтобы снизить температуру замерзания в клеточном соке. Если этого недостаточно, клубни умирают. Поэтому картофель должен быть надлежащим образом покрыт при хранении.
Так как клубни являются основным источником картофельного крахмала, то неблагоприятные условия хранения приведут к его потере, в худшем случае - к мертвому и разбитому картофелю, который не подходит для процесса разделения крахмала.
Производство крахмала из картофеля
Процедуры, связанные с промышленным изготовлением продукта, возрастают по сложности в соответствии с конкретными потребностями каждого производителя. Производство картофельного крахмала начинается с удаления грязи, песка, гравия с клубней растения. Промывка представляет собой противоточный процесс, при этом свежая вода добавляется через напорные сопла на заключительном этапе очищения. Затем чистые клубни подвергаются дроблению в специальном контейнере.
После начинается процесс экстракции крахмала, цель которой состоит в том, чтобы открыть клетки клубней и высвободить гранулы крахмала. Экстракция происходит на вращающихся конических ситах и представляет собой противоточный процесс. Высокая центробежная сила позволяет использовать качественные ситовые пластины из нержавеющей стали, которые выдерживают истирание и химикаты. Ситовые пластины имеют длинные перфорации всего 125 микрон в поперечнике.
Производство крахмала на этом не заканчивается. Сок клеток картофеля богат сахаром и белком. При открытии клеток сок мгновенно подвергается воздействию воздуха и реагирует с кислородом, образуя цветные компоненты, которые могут прилипать к крахмалу. Во избежание процесса окисления в полученный продукт необходимо добавить двуокись серы или раствор натрия-бисульфита.
Влажный крахмал из вращающихся вакуумных фильтров сушат в флэш-сушилке с умеренным горячим воздухом. Перед доставкой крахмал просеивают на тонком сите, чтобы удалить любую пыль, сформированную в винтовых конвейерах.
Производство крахмала из кукурузы
Кукурузный крахмал – популярный пищевой ингредиент, используемый в пищевой, текстильной, фармацевтической и бумажной промышленности. Его получают из эндосперма кукурузного ядра. Производство кукурузного крахмала популярно в большинстве стран мира. Кукурузу выращивают в климатических зонах с умеренным и теплым климатом. В последнее время становится популярным производство крахмала в России.
Основные операции включают следующие этапы:
- Очистка. Сырье очищается для удаления посторонних предметов.
- Замачивание. Зерна кукурузы погружают в большие резервуары с теплой водой, содержащей кислоту и двуокись серы.
- Фрезерование. Размягчение ядер мокрым измельчением в воде.
- Урегулирование и декантация. Измельченному продукту дают возможность оседать под действием силы тяжести, а после этого воду декантируют, получая густую суспензию массы кукурузы.
- Просеивание. Суспензию просеивают для удаления шелухи.
- Центрифугирование. Крахмал в суспензии отделяют от белка.
- Обезвоживание крахмала и его гранулирование.
- Сушка с использованием флэш-сушилки.
- Фрезерование. Высушенный кукурузный крахмал измельчают до желаемого размера частиц.
После всех производственных процессов крахмал упаковывается соответствующим образом в герметичный и непроницаемый для влаги упаковочный материал. Полученный продукт является модифицированным и обладает улучшенными качествами. Его используют при производстве подсластителей, калибровке бумаги и текстиля, в качестве загустителя и стабилизатора пищи.