Товароведная характеристика крахмала и крахмалопродуктов

Оглавление

Введение

Крахмал, находящийся  в клеточных структурах растений и откладываемый в качестве резервного вещества, а также получаемый в виде продукта, представляет собой мелкие глобулы — зерна. Они формируются в некоторых растениях в результате постепенного отложения углеводов как резервного вещества для дальнейшего развития и формирования нового поколения данного растения.

Являясь основным резервным углеводом растений, крахмал  в больших количествах находится  почти во всех семенах, а также  в клубнях, корневищах и других частях растений. Однако для промышленного получения крахмала человечество приспособилось использовать, прежде всего, клубни картофеля, зерна кукурузы, пшеницы, риса, ржи.

Обладая большой  энергетической ценностью, крахмал  и некоторые углеводные продукты его переработки являются концентратом энергии, благодаря чему они активно используются человеком для употребления в пищу (после кулинарной обработки), а также для получения различных пищевых продуктов.

Крахмал в  России вырабатывают в основном из картофеля и кукурузы. В некоторых, преимущественно южных и восточных, зарубежных странах его получают также из клубней маниоки (крахмал тапиоки), зерен сорго и других. В США крахмал вырабатывают главным образом из кукурузы.

Значительная  часть предприятий крахмало - паточной промышленности размещена в Ярославской, Рязанской, Ивановской, Горьковской и других областях средней зоны России. Много крахмала вырабатывается на Северном Кавказе, а также имеются крахмало - паточные предприятия в Белоруссии, на Украине, в прибалтийских и других республиках СНГ. Размещение предприятий крахмало - паточной промышленности в значительной степени обусловлено ее сырьевой базой. Предприятия, перерабатывающие картофель, расположены преимущественно в средней и северной зоне, а кукурузу — главным образом в южной зоне России.

Кукуруза, как  сырье, имеет большие преимущества по сравнению с картофелем. Она отличается высокой транспортабельностью и гораздо лучшей сохраняемостью, вследствие значительно меньшей влажности, чем картофель. Благодаря этому кукурузоперерабатывающие заводы работают круглый год, а картофелеперерабатывающие — сравнительно небольшой сезон. Кукуруза при переработке используется полнее, при этом потери сухих веществ у нее значительно меньше (около 1%), чем у картофеля (17—22% сухих веществ, растворимых в воде). Однако сухой картофельный крахмал во многих случаях имеет большую потребительную ценность, чем кукурузный.

В настоящее  время рынок крахмала в большей  степени имеет промышленную направленность, а не потребительскую. Крахмал и  все его модификации используются, прежде всего, в качестве сырья для производства большого числа конечной продукции, обеспечивая ее высокое качество.

Основными потребителями  крахмала являются: мясо-молочная промышленность (производство вареных колбас, сосисочных изделий, мороженого, майонеза и других), пищеконцентратная отрасль (кисели и другие), кондитерская (отсадка конфетных масс, добавление в изделия), бумажная промышленность (отдельные виды бумаги, картона и другое), медицинская промышленность и другая, а также население, покупающее крахмал в розничной торговле.

Ассортимент модифицированных крахмалов, вырабатываемых в РФ, ограничен 4 наименованиями: желирующий для кондитерских изделий, желирующий для производства мороженого, окисленный и фосфатный. Модифицированные картофельные крахмалы используются в масложировой, рыбной, мясо - молочной и других отраслях промышленности.

Крахмал относится к  товарам с неэластичным по цене спросом, т.е. объем его продаж мало зависит от уровня цен. В ряде производств крахмал трудно заменить (например, картофельный крахмал в гальванических элементах), а если и есть заменители, то все они значительно дороже (агар, агароид, химические препараты), поэтому большинство потребителей не отказывается от закупок крахмала даже при росте цен.

Объектом курсовой работы является ассортимент крахмала и продуктов его переработки.

Предметом –  анализ и товароведная характеристика крахмала и крахмалопродуктов.

Целью данной курсовой работы является изучение крахмала и продуктов его переработки, а также экспертиза их качества.

1. Товароведная характеристика крахмала и крахмалопродуктов

1.1 Химический состав и пищевая ценность крахмала и крахмалопродуктов

Высокоочищенный крахмал как пищевой продукт  представляет собой почти чистый углевод. По химическому составу и строению крахмал относится к сложным углеводам — полисахаридам 2-го порядка (С₆Н_12О5), мономером его является глюкоза. Однако природные крахмалы содержат некоторые количества (2,4—3,9%) и неуглеводных компонентов. Зольные элементы (в количестве 0,2—0,7%) представлены главным образом фосфорной и сернистой кислотами. При этом в крахмале они связаны с углеводной частью сложно - эфирной связью, а в кукурузном, пшеничном, рисовом фосфорная кислота находится в связи с другими веществами и удаляется экстрагированием теплой водой, спиртом и другими растворителями. В амилопектине картофельного крахмала фосфора значительно больше, чем в амилозе, и соответственно, фосфорная кислота влияет на свойства крахмала и обусловливает в некоторой степени его кислотность.

В крахмале обнаружены такие высокомолекулярные жирные кислоты, как пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая и другие, и общее их содержание достигает 0,6%. Эти жирные кислоты адсорбированы на полисахаридной фракции крахмала и могут быть удалены из него путем экстрагирования нейтральными органическими растворителями, например, метиловым спиртом. Жирные кислоты оказывают влияние на свойства крахмала, например, на его запах и цвет. При производстве крахмала по обычной схеме их отделить не удается, однако перед гидролизом крахмала они обязательно должны быть удалены.

В крахмале, особенно кукурузном и пшеничном, содержатся небольшие количества азотистых  веществ, которые остаются в нем  в виде примесей даже при очень  тщательной очистке крахмала в процессе производства.

Различают два  основных вида полисахаридов крахмала — амилозу и амилопектин, при  этом оба они при полном гидролизе  дают только глюкозу.

 Свойства  этих полимеров различаются. Амилоза  образует в горячей воде гидратированные  мицеллы, но со временем ретроградирует (осаждается) в виде труднорастворимого геля. Амилопектин набухает в воде и дает стойкие вязкие коллоидные растворы: он препятствует ретроградации амилозы в растворах крахмала. Благодаря способности амилозы образовывать упорядоченные кристаллические структуры из амилозной фракции крахмала получают эластичные пленки.

Соотношение амилозы и амилопектина может  изменяться в зависимости от вида и сорта растений, степени зрелости зерна или клубней и других факторов. В крахмале так называемой восковидной кукурузы амилоза отсутствует практически полностью, и крахмал состоит только из амилопектина.

Химический  состав кукурузного и картофельного  крахмала представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Химический состав крахмала

Пищевая ценность искусственного саго (крахмальная крупка) почти полностью определяется наличием углеводов, которые составляют 83,45%. Кроме того, в нем содержатся минеральные вещества — 0,4%, белковые соединения — 0,05%. Энергетическая ценность 100 г крупы составляет 342 ккал (1433 кДж).

Патока — густая сиропообразная жидкость, представляющая собой смесь продуктов неполного расщепления (гидролиза) крахмала — глюкозы, мальтозы и декстринов.

Мальтозная патока состоит  в основном из углеводов, главным  образом из мальтозы. В ней содержатся также декстрины, не осахариваемые в-амилазой, и небольшие количества глюкозы.

Глюкозный сахар наряду с глюкозой содержит некоторые продукты неполного гидролиза крахмала и реверсии глюкозы. Кристаллическая глюкоза состоит из почти чистой глюкозы. Техническая глюкоза содержит много примесей и для пищевых целей непригодна.

1.2 Классификация ассортимента  крахмала и крахмалопродуктов

В зависимости  от сырья, из которого он вырабатывается, крахмал бывает:

- картофельный;

- кукурузный (маисовый);

- пшеничный;

- рисовый;

- сорговый.

Из сырого, не высушенного крахмала, вырабатывают искусственное саго.

В процессе модификации  крахмала получаются следующие его  виды:

- расщепленный (гидролизованный);

- окисленный;

- набухающий;

- диальдегидный;

- замещенный.

Для глубокого  расщепления крахмала до сахаров применяют кислотный, ферментативный и смешанный (кислотно-ферментативный) типы гидролизов. При кислотном способе гидролиза получают следующие продукты:

- декстрины;

- патока карамельная низкоосахаренная;

- патока карамельная (обычная);

- патока глюкозная высокоосахаренная;

- глюкоза.

В результате ферментативного способа гидролиза  крахмала вырабатывают следующие продукты:

- низкоосахаренная патока;

- высокоосахаренная патока;

- декстрин-мальтозная патока;

- мальтозная патока;

- мальц-экстракт;

- глюкозно-фруктозный сироп;

- высокофруктозный сироп;

- фруктоза;

- глюкоза.

1.3 Сырье и технология производства крахмала и крахмалопродуктов

В качестве сырья для  производства картофельного крахмала наиболее пригодны устойчивые к заболеваниям технические или универсальные сорта картофеля, так как они отличаются высокой урожайностью, большим содержанием крахмала и малым содержанием клетчатки и азотистых веществ, хорошей лежкоспособностью (т.е. способностью сохранять свои качества во время хранения). Для этого используются также и районированные сорта картофеля: из ранних — Эпикур, Ранняя роза; из среднеспелых — Лорх; из позднеспелых — Вольтман.

Технологическая схема производства крахмала включает следующие технологические процессы: мойку картофеля, его измельчение, выделение крахмала из кашки, выделение крахмала из крахмального молока и промывание крахмала, его сушку. При переработке картофеля на первой стадии получают сырой крахмал, из которого далее вырабатывают или сухой крахмал, или крахмалопродукты (патоку, саго и другие).

Переработку картофеля начинают с тщательной его мойки, используя для этой цели механизированные моечные машины непрерывного действия с противоточным движением воды и картофеля, передвигаемого с помощью бил. Эти машины имеют камнеловушки и приспособления для отделения соломы. Мойка должна быть проведена очень тщательно, чтобы в готовый продукт не попали посторонние примеси (земля, песок и прочее).

Измельчение картофеля проводят с целью вскрытия клеточных структур клубня, получения кашки и выделения из нее зерен крахмала. Картофель измельчают в скоростных непрерывно действующих терках. В них с большой скоростью вращается на горизонтальной оси барабан, а вдоль поверхности барабана расположены металлические пилки так, чтобы зубья пилок возвышались над его поверхностью на 1—1,5 мм. Картофель, подаваемый сверху на барабан, при одновременном добавлении воды тонко измельчается с разрыванием клеточных структур.

Выделение крахмала из кашки осуществляют на цилиндрических щеточных горизонтальных ситах непрерывного действия. При этом через сита проходят зерна крахмала, имеющие меньшие размеры, чем преобладающая часть обрывков клеточных стенок — мезги, сходящей с сита. Сход с каждого сита, содержащий неразорванные клетки, идет снова на терку, после чего его снова пропускают через более мелкое сито. Всю протертую массу направляют для очистки от более мелких частиц мезги, чем крахмальное зерно, на более плоское, сотрясательное рафинировальное сито, затем получают крахмальное молоко. При пропускании кашки через сита ее промывают водой для лучшего отделения крахмала.

По другой технологической схеме из кашки  перед выделением крахмала отделяют клеточный сок, содержащий растворимые  вещества, на горизонтальных осадочных центрифугах, затем кашка разбавляется водой и перерабатывается по схеме, указанной выше.

Выделение крахмала из молока и промывание крахмала является наиболее ответственной технологической операцией, влияющей на качество готового продукта. Благодаря указанным операциям происходит дальнейшая очистка крахмальных зерен от растворимых клеточных примесей и мелких взвешенных частиц. К растворимым примесям, содержащимся в клетбчном соке, относятся минеральные вещества (соли калия, кальция, фосфорной кислоты и другие), органические кислоты (яблочная, щавелевая и другая), азотистые и другие органические вещества. Эти примеси способны загрязнить крахмал, увеличивая его зольность и кислотность, придавая крахмалу посторонние запах и привкус, обусловливая его потемнение.

Выделение крахмала можно вести при помощи отстойных  чанов или на осадительных центрифугах. Крахмальные зерна, имея удельный вес во влажном состоянии около 1,25, оседают на дно. Эта операция занимает около 8 часов в отстойных чанах или несколько секунд на осадительных центрифугах. Осевший крахмал промывают водой. При промывке, наряду с крахмальными зернами, оседают и нерастворимые примеси (мелкие частицы мезги), но оседая медленнее из-за своего более меньшего удельного веса и большей парусности, они образуют на осевшем крахмале верхний загрязненный слой. После сливания воды ловушечный крахмал отделяют и перерабатывают отдельно.

При промывании крахмала добавляют сернистую кислоту  для отбеливания крахмала и предотвращения развития микрофлоры.

Сушку крахмала после вторичной промывки водой вначале проводят на осушающей центрифуге для удаления механически связанной с крахмалом воды. При этом влажность крахмала снижается с 50—55 до 35—40%. А далее крахмал сушат до остаточной влажности не более 20%.

Для сушки  применяют непрерывно действующие  сушилки, в которых крахмал передвигается либо на полотняных конвейерных лентах, либо во вращающихся горизонтальных барабанных сушилках. Более совершенными и дающими более качественный продукт являются вакуум-сушилки.

Повышенная  температура крахмала при сушке, особенно в ее начале, может вызвать клейстеризацию крахмала, его потемнение и снижение вязкости клейстеризованных растворов. Поэтому температура крахмала в начале сушки не должна превышать 50—55°С, а в конце может повышаться до 80-—-85°С.

После сушки  крахмал охлаждают и пропускают через сита, где отделяется крупка (заклейстеризовавшиеся частички) и просеиваются крахмальные зерна. При этом происходит разделение крахмала на сорта: вначале собирают крахмал высших, затем более низких сортов. Мелкие раздробленные крахмальные зерна просеиваются через сита в первую очередь, затем просеиваются целые крахмальные зерна, а крупка, измельчаясь трением частиц друг о друга при передвижении вдоль сит, просеивается на некотором отдалении от начала. Крупка, которая не прошла через сита, дополнительно измельчается и просеивается на особых мельницах.

Выход сухого крахмала из картофеля составляет около 18—20%, и коэффициент извлечения крахмала (т.е. выход крахмала в процентах от всего крахмала, содержащегося в картофеле) обычно составляет 80—85%, а при более совершенном оборудовании повышается до 90—95%.

Сырьем для производства кукурузного (маисного) крахмала наиболее пригодны малоокрашенные сорта зубовидной, полузубовидной и крахмалистой кукурузы.

Технологическая схема производства кукурузного крахмала включает следующие технологические операции: кукурузные зерна очищают от посторонних примесей, затем замачивают, дробят, размалывают, отделяют крахмал от мезги, после чего промывают и сушат.

Очистку зерна  от посторонних примесей проводят на зерновых сепараторах — машинах для просеивания и провеивания зерна, удаляя из него сорные и зерновые примеси.

Замачивание зерна необходимо для увеличения в зерне содержания свободной воды и извлечения из него части растворимых примесей — минеральных и азотистых веществ, растворимых углеводов. Зерно замачивают в слабом водном растворе сернистой кислоты (0,2—0,3%) при 50°С в течение 48 часов. После замочки зерно промывают.

Дробление зерна  — технологическая операция, подготавливающая к отделению зародыша от зерна. Поскольку зародыш содержит около 40% жира и имеет меньший удельный вес, чем крупка эндосперма, то после дробления в аппаратах-отделителях зародыш всплывает в воде, а крупка собирается отдельно. Зародыш отделяют и используют для выработки кукурузного масла. Из крупки, после повторного дробления, отделяют и отмывают оставшиеся зародыши, которые также направляют для выработки масла.

Тонкий размол крупки, отделенной от зародыша, проводят на жерновах и получают крахмальную кашку. Ее перерабатывают по технологической схеме, сходной с переработкой кашки из картофеля.

Отделение крахмала от мезги  осуществляют на барабанных ситах с последующей очисткой на рафинировальных сотрясательных ситах. Образовавшееся при промывании кашки крахмальное молоко является полидисперсной суспензией из зерен крахмала, глютена (нерастворимого в воде кукурузного белка), водного раствора экстрактивных веществ зерна, мелких частиц мезги, песка. Поэтому для отделения крахмальных зерен от посторонних компонентов используют следующую технологическую операцию.

Выделение из молока крахмала и его промывание ведут обычно на центробежных сепараторах. Крахмальное молоко пропускают через сепараторы, при этом оседают более плотные зерна крахмала. В молоке присутствуют и небольшие частицы кукурузного белка — глютена, но вследствие меньшего удельного веса их и большой парусности не успевают осесть и отводятся в цех по переработке глютена. Крахмал смывают с саморазгружающегося сепаратора и затем промывают на вакуум-фильтрах. Полученный сырой крахмал затем перерабатывают так же, как и сырой картофельный крахмал, и получают сухой крахмал с влажностью 13%.

Коэффициент извлечения крахмала из кукурузного зерна на современных технологических линиях доходит до 95%.

Крахмал других видов. Пшеничный, рисовый, ржаной и другие виды крахмала можно получать по схемам, близким к описанным выше.

Из пшеничных  зерен крахмал получают по той  же схеме, что и кукурузный, и на том же оборудовании. Хорошие результаты дает в этом случае замачивание зерна в растворе сернистой кислоты; далее пшеницу подвергают не дроблению, а прямо размолу на жерновах с такой же последующей переработкой, как и кукурузы.

Особенностью переработки  крахмала из дробленого риса является его предварительное замачивание в воде и добавление перед размолом на жерновах слабого раствора щелочи — для лучшего отделения мелких зерен крахмала.

Группы  крахмалопродуктов. Из крахмала путем его переработки могут быть получены многие пищевые продукты. Различают три группы крахмалопродуктов.

Первая группа — сохранение свойств крахмала в клейстерной оболочке. К ним относится саго искусственное.

Вторая группа — продукты, содержащие малоизмененный крахмал. При их получении крахмал подвергается сравнительно небольшим изменениям (например, клейстеризации). К ним относятся модифицированные или измененные крахмалы.

Третья группа — продукты, получаемые преимущественно путем кислотного и/или ферментативного гидролиза крахмала. При неполном кислотном гидролизе получаются декстрины, патока, иначе называемая патокой крахмальной, а при более глубоком и полном гидролизе — глюкоза. Путем ферментативного гидролиза получаются различные патоки, а также сиропы и фруктоза.

Саго искусственное. Саго натуральное вырабатывается из средней части саговых пальм. В нашей стране вырабатывается саго искусственное из картофельного или кукурузного крахмала путем клейстеризации поверхностных слоев крахмальных комочков (крупка). Оклейстеризованный слой не позволяет в дальнейшем при варке увеличиваться в объеме крахмальным комочкам. В результате этого получается крупа, состоящая только из чистого крахмала. Саго искусственное имеет нежный приятный вкус, хорошо и полностью усваивается. Однако в отличие от натурального саго не имеет клеточной структуры. Поэтому длительное употребление его в пищу нежелательно. Из саго готовят каши, гарниры к разным блюдам, начинки для пирогов, кулебяк и другое. Рекомендуется также для диетического и лечебного питания в малобелковых и безбелковых диетах для почечных больных и для детей, больных фенилкетонурией.

Сырой крахмал, поступающий  на технологическую линию производства саго, дополнительно очищается, обезвоживается до влажности 45—47%, при которой он способен формировать комочки, не разваливающиеся при их разделении. Далее комочкам придают шарообразную форму в катальном барабане и сортируют их по размерам на специальных ситах.

Полученные комочки (крупку) оклейстеризовывают, продувая через  них поток воздуха с температурой 70—80°С. В результате высокой температуры  на поверхности комочка, состоящего из сырого крахмала, образуется оклейстеризованный слой, который при высыхании преобразуется в твердую (ороговевшую) оболочку. Затем саго искусственное из картофельного крахмала высушивают до остаточной влажности 16%, а кукурузное — до 13%. Высушенное саго вторично сортируют по размерам и полируют (шлифуют).

Модифицированные  крахмалы. Модифицированные, или измененные, крахмалы, обладающие новыми свойствами, находят все большее и разнообразное применение в различных отраслях как пищевой промышленности, так и других.¹

Модифицированные крахмалы имеют, как правило, такой же внешний  вид, как и обычный (нативный) крахмал. Однако, воздействуя на него различными физическими, химическими и биологическими реагентами, изменяющими направленно такие его свойства, как растворимость, вязкость, прозрачность, стабильность клейстеров и другие физико-химические параметры, получают крахмалы с удивительными свойствами. Крахмалы, свойства которых изменены в результате специальной обработки, называют модифицированными крахмалами.

Основными превращениями, которые претерпевают крахмалы к результате модификации, являются следующие:

1. Расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с  сохранением  или  без сохранения зернистой структуры.

2. Увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп, перестройка структуры полисахаридных цепей в результате трансгликолизирования.

3. Потеря зернами крахмала первоначальной структуры и приобретение ими после дегидратации новой структуры.

4. Взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков.

5. Одновременная полимеризация блоков частичного гидролиза крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений.

Модифицированные крахмалы могут быть получены путем одного из указанных превращений или  в результате двух и более превращений, протекающих одновременно или последовательно.

Условно модифицированные крахмалы подразделяют на 2 большие  группы: расщепленные эфиры и сополимеры крахмала.

Расщепленные  крахмалы приготавливают путем термического, механического действия, обработки полисахарида кислотами, окислителями,  амилазами, некоторыми солями,  облучения у-лучами, пучком электронов, ультразвуком и другими действиями, вызывающими деструкцию либо структуры крахмального зерна, либо полисахаридных цепей. В результате подобных воздействий происходит направленное или хаотичное расщепление гликозидных, а иногда и других валентных связей. При этом в полисахаридных структурах происходит уменьшение размера частиц, а следовательно, и молекулярной массы, появляются новые свободные карбоксильные группы, возникают внутри- и межмолекулярные связи.

Под действием термической  обработки может частично или  полностью разрушаться структура крахмальных зерен. Клейстеры расщепленных крахмалов отличаются пониженной вязкостью, большей прозрачностью и стабильностью при хранении. Из-за сравнительно низкой вязкости клейстеров расщепленные крахмалы называют жидкокипящими.

Крахмал, модифицированный кислотой, получают при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры 45—50°С. В зернах ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными, вследствие чего крахмал дает более прозрачные студни. Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный — для приготовления конфет, рахат-лукума и других кондитерских изделий; картофельный — для пудинговых смесей.

Окисленные  крахмалы вырабатывают с применением перманганата, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. Крахмал окисляют в водных суспензиях и полусухой. Окисленные крахмалы, по сравнению с исходным, способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, агароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого и других. Диальдегидный крахмал, полученный под действием йодной кислоты (со степенью окисления до 2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.

Набухающие  крахмалы получают полной или частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием клейстера и измельчением. Они способны набухать в холодной воде, полностью или частично переходить в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженого, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.

Эфиры и сополимеры крахмала. В результате присоединения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высокомолекулярными соединениями крахмал приобретает новые свойства. В пищевой промышленности чаще применяют крахмалофосфаты — эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих запаха и вкуса.

Монофосфаты получают при нагревании крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты в течение 1—6 ч до 120—180°С. Температура их клейстеризации ниже, а вязкость клейстера выше, чем исходного крахмала.