Технология производства крахмал кукурузный
Курсовая работа.
по дисциплине: «Технология хранения и переработки продукции растениеводства .»
тема: «Технология производства крахмал кукурузный.»
Содержание
Введение ………………………………………………………………….3
- Характеристика кукурузного крахмала и сырья, необходимого для
его производства………………………………………………
- Характеристика сырья……………………………………………………5
- Характеристика кукурузного крахмала…………………………………7
- Технология производства крахмала………………………………….11
- Технологическая схема производства кукурузного крахмала………...11
- Машинно-аппаратурная схема производства кукурузного крахмала..17
3 Расчетная часть………………………………………
Заключение……………………………………………………
Список литературы…….……………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Крахмал самый распространенный углевод на свете: картошка, мучное, крупы, все зерновые и бобовые по большей части состоят из крахмала. Основные виды крахмала: картофельный — получают из клубней картофеля, образует вязкий прозрачный клейстер; кукурузный — молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую взякость, с запахом и привкусом, характерными для зерна кукурузы; пшеничный — обладает невысокой вязкостью, клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным.
Крупнейший потребитель крахмала в российской экономике - целлюлозно-бумажная отрасль, которая закупает более 60% от всего объема производства крахмала в стране. Около 15% приходится на пищевую промышленность (хлебопекарная, кондитерская, пивоваренная и мясная отрасли). Широко используется крахмал также в текстильной, химической и фармацевтической отраслях.
Основную долю в структуре продаж занимает кукурузный крахмал - примерно 70% от общего объема реализации крахмала.
Вторым по популярности видом крахмала является картофельный, он занимает около 19% от общего объема продаж.
Сырьем для производства кукурузного крахмала служит зерно кукурузы. Крахмал содержится в нем в преобладающем количестве — 70% к массе сухого зерна. Зерно хорошо сохраняется и транспортируется, поэтому предприятия, выпускающие кукурузный крахмал, работают круглый год. Помимо крахмала в зерне содержатся также ценные в пищевом отношении белки (10—13%) и жиры (6,5%). которые выделяют специальными методами. С одной стороны, это усложняет производство кукурузного крахмала, а с другой — позволяет выпускать важные для народного хозяйства страны дополнительные продукты — сухие концентрированные белковые корма, кукурузное масло и кукурузный экстракт.
Цель курсовой работы- изучение технологии производства кукурузного крахмала.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить характеристику
кукурузного крахмала и сырья,
необходимого для его
- изучить технологическую
схему для производства
- рассмотреть машинно-
- разработать проект цеха по производству кукурузного крахмала, рассчитать себестоимость продукции, рентабельность производства.
- ХАРАКТЕРИСТИКА КУКУРУЗНОГО КРАХМАЛА И СЫРЬЯ, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
- Характеристика сырья
Сырьем для производства кукурузного крахмала является кукуруза. Кукуруза— однолетние, однодомное растение, принадлежащее к семейству злаковых, рода Zea и вида Zea Mays; одна из самых распространенных зерновых культур в мире. Кукуруза является наиболее ценным сырьем крахмало- паточного производства. Зерно кукурузы состоит из оболочки - 6-8,5%, алейронового слоя - 6-8%, зародыша - 10-14% и эндосперма - 70-75%. Средний химический состав зрелой кукурузы (%) - крахмал - 68-72 и вещества - 10-13, жиры - 4-6, сахара - 2,5-3,5, клетчатка - 2-3, пентозаны - 4-6, минеральные вещества 1-2.
Химический состав кукурузного зерна представлен в таблице 1.
Таблица 1- Химический состав отдельных частей кукурузного зерна (масс. %) [3, c.41]
Составные части зерна |
Эндосперм |
Зародыш |
Оболочка |
Крахмал |
79,10 |
– |
15,23 |
Белки |
9,83 |
15,29 |
2,03 |
Жиры |
0,80 |
40,43 |
– |
Клетчатка |
0,49 |
5,93 |
18,72 |
Пентозаны |
1,31 |
4,32 |
20,33 |
Углеводы (водораст.) |
3,00 |
9,42 |
– |
Зола |
0,43 |
8,98 |
1,11 |
Однако химический состав кукурузного зерна различных ботанических групп, неодинаков, зависит от почвенных и климатических условий произрастания, степени вызревания.
Для производства крахмала должна применяться продовольственная или фуражная кукуруза по ГОСТ 13634. По технологическим, экономическим соображениям наиболее выгодными для производства крахмала являются сорта зубовидной и полузубовидной кукурузы, а также их гибриды.
Таблица 2- Показатели качества зерна кукурузы [6, c.49]
Показатель |
Значение |
Влажность зерна, %, не более |
15,0 |
Влажность зерна после искусственной сушки, %, не менее |
12,0 |
Содержание сорных примесей, %, не более В том числе: вредной, не более в числе вредной примеси: горчака и вязеля, не более спорыни и головни, не более триходесмы инкантум, гелиотропа опушеноплодного |
3,0 |
|
0,2 | |
горчака и вязеля, не более спорыни и головни, не более триходесмы инкантум, гелиотропа опушеноплодного |
0,1 0,15 Не допускается |
Содержание зерновой примеси, %, не более В том числе зерен, пораженных болезнями, %, не более |
7,0 3,0 |
Влажность, %, не более |
52 |
Азотистые вещества, %, не более |
0,8 |
Растворимые вещества, %, не более в том числе белковые |
0,1 0,01 |
Мезга, %, не более |
0,05 |
Зола, %, не более |
0,15 |
Жиры (экстрагируемые), %, не более |
0,15 |
Запах зерен свойственный сортовому запаху зерна кукурузы, без затхлого, солодового и других посторонних запахов | |
Зерна должны быть здоровыми, зараженность амбарными вредителями не допускается, кроме незначительной клещом (I степени) | |
На переработку не допускается кукуруза, в которой остаточное количество токсичных элементов, микотоксинов, пестицидов, радионуклидов и вредных примесей превышает допустимые уровни, установленные СанПиН 2.3.2.1078.
Допускается применение кукурузы, получаемой по импорту и разрешенной органами госсанэпиднадзора Минздрава России к использованию для производства пищевых продуктов.
- Характеристика кукурузного крахмала
Кукурузный крахмал — молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую вязкость, с запахом и привкусом, характерными для зерна кукурузы. После сушки становится сыпучим порошком белого или слегка желтоватого цвета.
Крахмал кукурузный, как природный полимер, является одним из основных органических источников сырья для пищевой, химической и многих других отраслей промышленности. Кукурузный крахмал может использоваться отдельно или в смеси с модифицированным пищевым крахмалом для получения густой и плотной структуры в соусах, десертах и сухих смесях. Он обладает быстрозастывающей структурой и используется в хлебобулочной отрасли для контроля плотности теста. Он увеличивает рассыпчатость теста и панировочных сухарей и помогает контролировать вязкость теста. Кукурузный крахмал также может использоваться как абсорбент влаги для порошка талька и других фармацевтических порошков. Его используют при производстве сыра как средство, предотвращающее слипание кусочков сыра и как вещество, предотвращающее слеживание кристаллического сахара. Нативный кукурузный крахмал может использоваться как источник углеводов при ферментации при условии предварительного нагревания и гидролиза перед его использованием.
В пищевой промышленности кукурузный крахмал используется для:
- приготовления киселей, пудингов, соусов, кетчупов добавляется к тесту при изготовлении бисквитов, пирожных и других изделий;
- изготовления драже, кексов, печенья, вафель, стаканчиков для мороженого;
- используется в качестве формовочного материала при отливе помадных, ликерных и шоколадных сортов конфет;
- производства йогуртов, мороженого, некоторых сортов колбас.
Техническое использование кукурузного крахмала является важным для:
- бумажной промышленности при производстве мелованной бумаги, картона, бумажной тары;
- текстильной промышленности для шлихтования, апретирования тканей, в качестве загустителя печатных красок;
- строительства при малярно-отделочных работах;
- флотационного способа обогащения руды, при бурении нефтяных скважин;
- фармацевтической промышленности при производстве лекарственных препаратов;
- кожевенной, полиграфической, табачной и других отраслях промышленности.
По качеству крахмал делят на сорта:
- высший,
- первый,
- амилопектиновый (из восковидной кукурузы).
Сорт крахмала зависит от его чистоты и определяется по цвету, количеству крапин (темных включений) на 1 дм2 поверхности крахмала, кислотности и зольности.
Ограничивается содержание воды и сернистого ангидрида. Не допускаются в крахмалах всех видов посторонний запах, хруст в кулинарной пробе крахмального клейстера.
Крахмал кукурузный это продукт, обладающий повышенной способностью к набуханию в холодной воде и не обнаруживающий химических изменений по сравнению с исходным крахмалом.
Физико- химические показатели кукурузного крахмала представлены в таблице 3.
Таблица 3- Физико-химические показатели [15]
Массовая часть влаги, %, не более |
13,0 |
Массовая часть общей золы (в пересчете на сухое вещество), %, не более |
0,11 |
В том числе: золы, которая не растворима в 10%-м растворе соляной кислоты (в крахмале, который предназначен для питания), %, не более |
0,040 |
Массовая часть протеина (в пересчете на сухое вещество), %, не более |
0,40 |
Массовая часть сернистого ангидрида (SO2), мг/кг, не более |
50,0 |
Кислотность, см3, не более |
16,0 |
рН |
4,0…6,0 |
Насыпной вес, г/л после высушивания |
400 |
Насыпной вес, г/л после дополнительного дробления (мелкодисперсный) |
600 |
Пищевая ценность 100 г продукту (содержание углеводов), г |
86 |
Энергетическая ценность 100 г продукта, ккал |
350 |
Органолептические характеристики кукурузного крахмала представлены в таблице 4.
Таблица 4- Органолептические характеристики [2, c.19]
Внешний вид |
однородный порошок |
Цвет |
белый |
Запах |
свойственный крахмалу |
Состав кукурузного крахмала представлен в таблице 5.
Таблица 5- Характерный состав (% на сухое вещество) [6, c.78]
Амилоза, % |
25 …35 |
Амилопектин, % |
65 …75 |
Микробиологические показатели кукурузного крахмала представлены в таблице 6.
Таблица 6- Микробиологические показатели [9, c.56]
МАФАМ, КОЕ в 1 г, не более |
1×103 |
Плесевые грибы, КОЕ в 1 г, не более |
5,0 |
Дрожжи, КОЕ в 1 г, не более |
1,0 |
Пищевая и энергетическая ценность кукурузного крахмала представлена в таблице 7.
Таблица 7- Пищевая и энергетическая ценность 100 г крахмала [15]
|
Крахмал | ||
высшего сорта |
первого сорта |
амилопектиновый | |
Пищевая ценность: |
|||
углеводы, г |
85,14 |
84,92 |
82,95 |
энергетическая ценность, ккал |
340,56 |
339,68 |
331,80 |
В своем составе кукурузный крахмал содержит 83,5 % грамма углеводов (калоризатор). В нем присутствует кальций, фосфор, натрий, калий и в небольшом количестве магний. Он является источником витамина РР.
- ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КРАХМАЛА
- Технологическая схема производства кукурузного крахмала
Схема производства сырого кукурузного крахмала представлена на рисунке 1.
Рисунок 1- Технологическая схема производства кукурузного крахмала [6, c.88]
Задачами технологических процессов производства кукурузного крахмала является:
- полное разделение зерна на составные части;
- извлечение из него максимально возможного количества крахмала в возможно более чистом виде и с минимальным изменением его природных свойств;
- проведение наиболее эффективного разделения, подготовки и использования других ценных составных частей (мезги, зародыша) и веществ (экстракта, глютена и др.) зерна.
1. Замачивание зерна. Это
важнейшая технологическая
В процессе замачивания зерна (длительность 48—50 ч) происходят различные физико-химические и биохимические процессы. Зерно набухает, под действием кислоты оболочки становятся проницаемыми, что ускоряет переход водорастворимых веществ (сахаров, декстринов, аминокислот, частично белков, пектиновых веществ и др.) в замочную воду.
Для ускорения химических реакций и повышения скорости диффузии химических соединений замачивание ведут при повышенной температуре (48—50 °С). К концу замачивания ферменты почти полностью инактивируются, а из микроорганизмов выживают только термофильные молочнокислые бактерии, сбраживающие сахара до молочной кислоты. Молочная кислота способствует размягчению зерна. Всего в замочную воду переходит около 6,5% сухого вещества зерна, из них примерно 70% — минеральные вещества, 42% — растворимые углеводы и около 16%—азотистые вещества. При этом зародыш теряет около 60% массы, эндосперм — около 13—14%- Процесс замачивания зерна ведут в батарее замочных чанов методом противотока, позволяющим полнее извлечь растворимые вещества из зерна и получить более концентрированный экстракт.
2. Дробление зерна. Дробление кукурузного зерна производят таким образом, чтобы отделить зародыш, не повредив его. Зародыш— ценная составная часть зерна, содержание жира в нем составляет 55% сухого вещества. Чтобы полнее выделить зародыш. дробление ведут двукратно на дисковых дробилках. Дробление производят до получения частей, соизмеримых с размерами зародыша. При первом дроблении освобождается 75—85% зародыша и 20—25% крахмала, при втором — 15—20% и 10— 15% соответственно.
3. Выделение зародыша. Полученную кашку направляют для отделения зародыша на гидроциклонные установки. Разделение зародыша и эндосперма производится под действием центробежных сил. Кукурузный зародыш содержит много жира, поэтому он легче остальной массы и вместе с крахмальным молоком выводится из гидроциклона сверху как более легкая фракция, а эндосперм опускается вниз как более тяжелая фракция н выбрасывается через нижнюю насадку. Применяемые гндроциклоны имеют диаметр цилиндрической части 150—300 мм.
Зародыш вместе с крахмальным молоком подают на ситовые аппараты различной конструкции для отцеживания и двукратного промывания. Отмытый зародыш должен содержать свободного крахмала не более 1% сухого вещества.
4. Помол кукурузной кашки. Полученная после отделения зародыша кукурузная кашка представляет собой смесь крупных частиц оболочек зерна, связанных с эндоспермом, дробленый чистый эндосперм, свободный крахмал и белок. Для полного высвобождения крахмала кашку подвергают тонкому измельчению после предварительного отделения на дуговых ситах свободного крахмала, глютена и мелкой мезги. Затем полученное крахмальное молоко дважды пропускают через шелковые сита и направляют на рафинирование, а сход (остаток) с дугового и шелкового сит направляют на измельчение.
Тонкий помол кукурузной кашки осуществляют на мельницах ударного действия.
5. Ситование крахмальной суспензии. Цель ситования — отделение и очистка крахмала от клетчатки (мезги). На современных заводах производят многократное противоточное промывание продукта, что позволяет минимальным количеством жидкости отмыть максимум свободного крахмала.
Отцеживанне крупной мезги и ее трехкратная промывка! производятся па дуговых ситах с отверстиями диаметром 0,5—I 0,6 мм. Промытая крупная мезга пе должна содержать более! 1,5% свободного крахмала. %
Мелкая мезга отделяется на шелковых ситах, 4 раза промывается и поступает на механическое обезвоживание. Содержание свободного крахмала в ней не должно превышать 4%. Крахмальное молоко поступает на двукратное рафинирование на шелковых ситах.
6. Выделение крахмала из крахмальной суспензии. Рафинированное крахмальное молоко содержит 11 —14% сухого вещества, из них около 90% составляет крахмал, 6—10%—белок (глютен), 0,5—1,0%—жиры и 3—6%—растворимые вещества. Глютен содержится в молоке в виде взвешенных частиц размером 1—2 мкм. Плотность его значительно ниже плотности крахмальных зерен, на этом свойстве и основано их разделение. В настоящее время выделение крахмала из крахмало-белковой суспензии производят на центробежных сепараторах. Рабочая часть сепаратора — быстровращающийся ротор (частота вращения 3000об мин) с пакетом конических тарелок, зазор между которыми 1 мм. Более тяжелые крахмальные зерна прижимаются к внутренней поверхности тарелок, сползают в периферийную зону ротора и в виде сконцентрированного крахмального молока выбрасываются через разгрузочные сопла (сгущенный сход). Более легкие частицы глютена как бы всплывают в уплотненном крахмальном молоке, прижимаются к наружной поверхности тарелок и под давлением новых порций поступающего в ротор продукта вытесняются к центру. Оттуда по вертикальному каналу в виде суспензии низкой концентрации выводятся через сопла в верхней части ротора (жидкий скод). Чтобы выделить весь глютен, обработку крахмального молока ведут на нескольких последовательно установленных сепараторах.
7. Промывание крахмала. Крахмальное молоко после отделения глютена содержит некоторое количество примесей, поэтому его дополнительно промывают на вакуум-фильтрах в две пли три стадии. Промытый крахмал содержит 98,4—98,7% чистого крахмала, 1,3—1,6% примесей (белок, жир, п пр.).
Выход и коэффициент извлечения крахмала. В зависимости от качества сырья, технической оснащенности завода и схемы производства, выход крахмала на предприятии по производству кукурузного крахмала колеблется от 60 до 66,6% от массы сухого вещества зерна кукурузы. Коэффициент извлечения крахмала составляет 86—93,5%.
Использование отходов. На отходах производства кукурузного крахмала получают кукурузные корма, кукурузное масло и кукурузный экстракт.
Кукурузное масло получают из зародыша. В зерне кукурузы содержится 5—6% от сухого вещества жира, который почти полностью сосредоточен в зародыше. Выход зародыша составляет 6—7% к массе сухого вещества зерна кукурузы.
Сырой зародыш сушат до влажности 1,0—1,5%, на пятивальцовых машинах получают мятку и подвергают ее первому прессованию на шнековых прессах. Выделенное масло поступает на рафинирование, оставшийся после прессования жмых дробят, подогревают на жаровнях и при вторичном прессовании дополнительно выделяют из него масло. Выход масла составляет 2,8— 3,3% к массе сухого вещества зерна кукурузы.
Кукурузный экстракт получают путем замачивания зерен кукурузы. Замочные воды с содержанием сухого вещества 8—9% упаривают до содержания сухого вещества 35—40% и используют при производстве кормов. Кукурузный экстракт используют также в микробиологической промышленности и при получении хлебопекарных прессованных дрожжей. Для этих целей его предварительно упаривают до содержания сухого вещества 50%.
Концентраты глютена получают при выделении крахмала из крахмало-белковой суспензии на тарелочных сепараторах в качестве жидкого схода. Белковая суспензия имеет содержание сухих веществ около 1%, из них 65—70% —белковые вещества.
Суспензию разделяют на специальном оборудовании (флотационных камерах) на частично сгущенный глютен и хорошо осветленную глютеновую воду. Окончательное сгущение глютена до содержания сухого вещества 12% ведут на центробежных сепараторах. Глютеновую воду используют для различных технологических целей.
Производство кормов основано на использовании жмыха (остаток после извлечения из зародыша масла), крупной и мелкой мезги, сечки (измельченное зерно) и частично стержней початков кукурузы, глютена и экстракта. Мезгу и глютеН предварительно механически обезвоживают до содержания сухого вещества 35—42%, жидкий кукурузный экстракт сгущают до содержания сухого вещества 30—35%. При производстве кормов используют также фильтрационные осадки, получающиеся при производстве патоки и глюкозы. Компоненты кормов смешивают в определенном соотношении, высушивают до влажности 12%, просеивают, отделяют ферропримеси и отправляют на склад. Сухой кукурузный корм должен отвечать требованиям соответствующих ТУ и содержать 18—19% белка, 18—25 крахмала, 7—9 жира и 1—4% золы.
Дефекты, возникающие в процессе производства крахмала представлены в таблице 8.
Таблица 8- Дефекты, возникающие в процессе производства кукурузного крахмала [1, c.36]
Название дефекта |
Причина возникновения |
Наличие механических и посторонних примесей |
Нарушение технологии изготовления и условий хранения |
Появление запаха и вкуса испорченного продукта (брожения) |
Несоблюдение технологии изготовления и условий хранения |
Наличие хруста при разжевывании от минеральных примесей |
Несоблюдение процесса мойки картофеля, очень загрязнена сырье |
Серый цвет крахмала |
Нарушение технологии изготовления и условий хранения |
Повышенная влажность крахмала |
Нарушение технологии изготовления и условий хранения |
- Машинно- аппаратурная схема производства кукурузного крахмала
Машинно- аппаратурная схема линии производства кукурузного крахмала представлена на рисунке 2.
Рисунок 2- Машинно- аппаратурная схема линии производства кукурузного крахмала [8, c.56]
Зерно кукурузы подают в чан 1, где оно подлежит замачиванию. Дробление зерна происходит в измельчителе 2, далее кашку насосом перекачивают на второе измельчение к теркам 3. На второе измельчение подают также надситовый продукт с дуговых рафинированных сит 11. После второго измельчения кашку насосом 4 перекачивают через самоочищающийся фильтр 5 в сборник-накопитель 6. В этом сборнике происходит смешивание кашки с густым крахмальным сходом, поступающим с обескрахмаливающих гидроциклонов 16. Из сборника 6 насосом 7 разбавленную кашку подают на станцию гидроциклонов 15, включающую 9 ступеней мультициклонов для выделения мезги и промывки крахмала.
Густой крахмальный сход с предпоследней ступени мультициклонов направляют в сборник 9, куда через фильтр 8 подают свежую воду, предназначенную для промывки крахмала. Для контрольной очистки крахмала от мезги суспензию из сборника 9 насосом 10 направляют на рафинировальное сито 11. Мезгу (надситовый продукт) возвращают в производство на второе измельчение, а суспензию собирают в сборнике 12. Из последнего насосом 13 суспензию через песковый гидроциклон 14 подают на последнюю ступень гидроциклонной установки. В результате обработки получают суспензию крахмала концентрацией 37.. .40 %, содержание в ней мезги составляет 0,01.. .0,02 % (к сухим веществам), растворимых веществ до 0,05 %. Жидкие сходы с первой и второй ступени гидроциклонной установки содержат мезгу, крахмал, их жидкая фаза представлена в основном кукурузным молоком. Обескрахмаливание смеси мезги и кукурузного молока осуществляют на трехступенчатой установке 16 [10, c.46].