Способ промывания картофельного крахмала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПРОМЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЬНОГО КРАХМАЛА(71) Заявитель Производственно-торговое республиканское унитарное предприятие МИНСК КРИСТАЛЛ(72) Авторы Белко Николай Трофимович Олдовский Павел Петрович Позняков Виктор Казимирович Чернышев Юрий Степанович Копытко Роман Павлович(73) Патентообладатель Производственноторговое республиканское унитарное предприятие МИНСК КРИСТАЛЛ(57) 1. Способ промывания картофельного крахмала, при котором крахмальную суспензию подают в размывной чан, отстаивают, воду сливают, снимают поверхностный грязевой слой крахмала, заполняют чан свежей промывной водой, размешивают и оставляют для отстаивания, отличающийся тем, что в качестве промывной воды используют кремневую воду, а суспензию размешивают при циклическом воздействии ультразвуком, при этом продолжительность цикла воздействия ультразвуком составляет не менее 15 минут, количество циклов - не менее 3-х. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывную воду меняют не менее одного раза.(56) Трегубов Н.Н. и др. Технология крахмала и крахмалопродуктов. - М. Пищевая промышленность, 1970. - С. 86-87.1369673 3, 1988.506233 3, 1993.5674322 , 1997.95/006667 1.443692 3, 1992. Предлагаемое изобретение относится к технологии производства картофельного крахмала, используемого в пищевой промышленности. Известен способ промывания картофельного крахмала с помощью гидроциклонов 1. В них происходит разделение кашки на крахмал и смесь картофельного сока с мезгой под действием центробежной силы, создающейся за счет тангенциального ввода продукта под избыточным давлением. Технологически стадия промывания картофельного крахмала следует за процессом выделения крахмала из картофеля и рафинированием крахмального молока. Крахмальное молоко промывают до почти полного удаления из него очень тонкой мезги, диспергированного нерастворимого белка, песка, клеточного сока. Молоко, освобожденное на первом гидроциклоне от части тонкой мезги, белка и клеточного сока, обрабатывают последовательно на втором и третьем гидроциклонах. Получают продукт с небольшим содержанием взвешенных и растворенных веществ. Мультициклон включает в себя определенное число микроциклонов, имеющих калиброванные входные и выходные отверстия. Качественное промывание крахмала происходит при хорошем сгущении исходной суспензии в каждом отдельном микроциклоне. Это достигается определенной скоростью движения суспензии. Для контроля скорости устанавливают манометры, показывающие давление, при котором суспензия поступает в микроциклоны. При снижении давления скорость движения суспензии уменьшается, ухудшается разделение компонентов, и, следовательно, промывание крахмала. Суспензия в микроциклон поступает по касательной к внутренней поверхности. Частичная закупорка входного отверстия нарушает направление движения струи. Суспензия в микроциклоне не разделяется. Известен способ промывания крахмала с помощью отстойно-промывных центрифуг 1, 4, 6. Работа центрифуги состоит в том, что крахмальное молоко подается через ловушку, пустотелую полуось и диск питания во внутреннюю часть двухконусного барабана. Под действием центробежной силы зерна крахмала отбрасываются на внутреннюю поверхность наружного барабана и выводятся наружу шнеком на внутреннем барабане. Промывная вода вместе с примесями мезги и хлопьями свернувшегося белка непрерывно взмучивается укрепленной на шнеке специальной лопастью и стекает в сторону,противоположную от входа концентрированного крахмального молока. Молоко разбавляют до концентрации сухих веществ 4-5 и направляют в другую центрифугу на вторую стадию промывки. Согласно 4, промывание крахмала в обычных отстойных центрифугах осуществляют в одну ступень. Рафинированная крахмальная суспензия поступает с концентрацией сухих веществ 3-5. Относительно малый эффект разделения этих центрифуг и малая концентрация поступающей крахмальной суспензии приводит к плохому отделению от нее мелкой мезги. Одноступенчатая схема промывания крахмала не обеспечивает полного удаления растворимых веществ. Хорошо известен способ промывания крахмала в размывных чанах 1, 2, 3, 4, 5, 6. Наиболее близким техническим решением является способ промывания крахмала в размывных чанах 6. Размывные чаны снабжены мешальным механизмом и подъемными 2 6276 1 лопастями. Работают они периодически. Вначале в чаны заливают крахмальную суспензию концентрацией сухих веществ 15-18. Лопасти мешального механизма находятся в верхнем положении. В течение 8 часов после заполнения чана происходит естественное отстаивание крахмала. Промывную воду сливают в наружные крахмалоловушки. С поверхности осадка удаляют грязевой слой крахмала. Заполняют чан свежей водой. Суспензию размешивают и оставляют на вторичное отстаивание. Это позволяет получить крахмал хорошего качества при переработке нестандартного картофеля с низкими исходными показателями пониженное содержание крахмала, небольшие размеры клубней, повышенное содержание земли. К преимуществам размывных чанов можно отнести простоту устройств, дешевизну и надежность действий при хорошем уходе. К недостаткам - периодичность работы и малая производительность, большая производственная площадь, получение грязевого крахмала,требующего дополнительной обработки. В результате использования заявленного решения планируется уменьшить в сыром крахмале содержание общей золы, золы (песка), кислотности и увеличения его набухаемости, то есть улучшить качество по отношению к качеству крахмала, полученного по способу - прототипу. Требования к качеству сухого крахмала (таблица 1) даны в ГОСТ 7699-78. Основные характеристики сырого крахмала, отобранного в октябре-ноябре 1999 г из промывных чанов подразделений заявителя (Сновский и Любанский крахмальные заводы) представлены в таблице 2. Из таблиц видно, что крахмал может быть отнесен по содержанию золы - к высшему сорту, по кислотности - к первому сорту, а по песку - ко второму сорту. Предлагаемый способ промывания картофельного крахмала заключается в том, что на последней стадии его промывания используют кремневую воду и ультразвуковую обработку суспензии. Под действием ультразвука происходит диспергирование частиц песка и других ингредиентов, определяющих кислотность крахмала. Мельчайшие частички песка и других ингредиентов после оседания частиц крахмала остаются в верхнем осветленном слое воды. Они выносятся из промывного чана через сифонную трубку. Кремневую воду готовят из обычной воды, взятой из любого источника, путем пропускания ее через заполненные черным кремнем колонны. Молекулярная структура кремневой воды отличается от молекулярной структуры обычной воды другими значениями валентного угла, длины валентной и водородной связей, угла изгиба водородной связи,потенциальной энергией колебаний, терма атома водорода и кислорода. На основе методов ИК-спектроскопии установлено, что при взаимодействии кремневой воды с крахмалом происходит удлинение связи С-О-С в молекулярной цепи крахмала. То есть использование кремневой воды обусловливает увеличение набухаемости крахмала. Изобретение поясняется графиками. На фиг. 1 дана зависимость содержания золы (кривая 1) и песка (кривая 2) от числа циклов обработки ультразвуком в суспензии сырого крахмала, взятого на Сновском крахмальном заводе. На фиг. 2 - зависимость содержания кислотности в этом крахмале от числа циклов обработки ультразвуком. На фиг. 3 - зависимость содержания золы 1 (кривая 1) и песка 2 (кривая 2) от числа цикловобработки крахмала ультразвуком в суспензии сырого крахмала, взятого на Любанском крахмальном заводе. На фиг. 4 - зависимость содержания кислотности в этом же крахмале от числа циклов обработки крахмала ультразвуком. По оси абсцисс графиков отложено количество циклов воздействия ультразвука. Продолжительность каждого цикла 30 и 15 минут. После каждого цикла обработки суспензия отстаивалась, промывная вода сливалась и подавалась свежая вода. Как следует из графиков, под действием ультразвука к концу последнего цикла обработки общая зола в крахмале уменьшается на 10-15 , зола (песок) - в 1,7-2,2 раза, ки 3 6276 1 слотность - в 2,6-2,3 раза. При увеличении количества циклов процесс удаления этих ингредиентов продолжается. Из представленных данных также следует, что продолжительность цикла 15 или 30 минут приводит к одним и тем же результатам. В таблице 3 приведены результаты определения размеров частиц крахмала по данным оптических фотографий для различных вариантов обработки суспензии сырого крахмала,взятого на Любанском крахмальном заводе. Видно, что за счет воздействия ультразвука размеры частиц уменьшаются на 1 . От использования кремневой воды они увеличиваются на 13 . Как следует из таблицы 4, использование кремневой воды обусловливает увеличение набухаемости крахмала. Для различных вариантов обработки определялась растворимость крахмала в воде. Результаты представлены в таблице 5. Из них следует, что под воздействием ультразвука растворимость крахмала, количество водорастворимых веществ не меняется (не уменьшается). В то же время под влиянием кремневой воды растворимость крахмала растет в 2,5 раза,количество водорастворимых веществ в первом цикле обработки увеличивается в 12 раз, во втором в 2,5 раза, в последующих циклах водорастворимые вещества из крахмала исчезают. Суспензию при промывании перемешивают. Затем ей дают отстояться, промывную воду меняют, а загрязненный слой удаляют. Загрязнения поступают только в верхний слой, т.к. крахмальные зерна оседают быстрее примесей. Механическое перемешивание позволяет эффективно отделять от крахмальных зерен только достаточно крупные частицы примесей. На заключительном этапе к мешалке добавлено воздействие ультразвуком. Это дает возможность отделить и мелкие частицы. Частота и амплитуда ультразвуковых колебаний особой роли не играют. Достаточно того, что к механическим (низкая частота) колебаниям мешалки добавляется высокочастотная составляющая (ультразвук). Возникающая при этом суперпозиция колебаний имеет хорошую интенсивность и характеризуется широким частотным диапазоном. Под ее воздействием частицы примесей лучше отделяются и дольше остаются в воде во взвешенном состоянии. При замене промывной воды взвесь частиц выносится из чана. Конструктивно каждый примененный источник ультразвуковых колебаний представляет собой кристалл с электродами. Он должен выдавать сигнал постоянной частоты и амплитуды. Однако источники звука взаимодействуют между собой с учетом влияния переменных масс и других реальных условий, таких как плотность взвеси, которая существенно различается в начале и в конце процесса перемешивания,присоединенные массы лопастей мешалки, которые тоже различаются. В результате применения различных источников выяснилось, что суммарный эффект от воздействия значительно превышает вклад каждого источника в отдельности. Разделение примесей и крахмала происходит в результате резонансных или иных явлений. Статистика показала однозначную связь между степенью очистки крахмала и количеством циклов воздействия на суспензию. Воздействие ультразвуком - это обработка крахмальной суспензии при ее перемешивании. Обработка приводит к улучшению качества крахмала за счет более тонкого и эффективного отделения частиц примеси от крахмальных зерен суспензии по всему ее объему. Такая обработка становится возможной в результате закрепления пьезокерамических ультразвуковых преобразователей именно на лопастях мешалки. При движении лопастей с учетом перемещения прилегающих к ним слоев жидкости и влияния возникающих при этом струй и каналов, ультразвук распространяется по сложной траектории и оказывает свое воздействие на значительно больший объем суспензии, чем, если бы положение его источника было фиксированным. После промывания и удаления значительной части примесей очищенная масса крахмальных зерен подается на сушку и упаковку. Полученный продукт обладает всеми качествами готового продукта. 4 6276 1 Заявленный способ промывания картофельного крахмала реально отработан и подготовлен предприятием к применению. На участок ограничен доступ даже для сотрудников предприятия. Способ эффективно работает с крахмальной суспензией, подготовленной по любой из известных методик. Количество циклов перемешивания суспензии зависит только от степени загрязненности крахмала. При использовании рафинированной суспензии из гидроциклона таких циклов понадобилось меньше всего. Но в этом случае высокая степень очистки исходного материала от таких примесей, как общая зола, зола (песок), достигнута методами, выходящими за рамки заявленного способа. Таблица 1 Показатели картофельного крахмала по ГОСТу 7694-78 Показатели Цвет Влажность,не более Содержание общей золы в пересчете на абсолютно сухой крахмал,В том числе золы (песка) нерастворенной в 10 соляной кислоте,не более Кислотность, мл 0,1 н раствора едкого натрия (калия) при индикаторе фенолфталеине в пересчете на 100 г абсолютно сухого крахмала, не более Число крапин на 1 дм 2 поверхности крахмала при рассмотрении невооруженным глазом, не более Содержание 2 мг на 1 кг крахмала,не более СОРТА Экстра Высший Первый Второй Белый с кри- Белый с криБелый с сталлическим сталличеБелый сероватым блеском ским оттенком Таблица 2 Физико-химические характеристики сырого крахмала, взятого из промывных чанов Сновского и Любаньского картофельных заводов в октябре и ноябре 1999 г. ПОКАЗАТЕЛИ Влажность,Содержание общей золы в пересчете на абсолютно сухой крахмал,В том числе золы (песка) нерастворенной в 10 соляной кислоте,Кислотность, мл 0,1 н раствора едкого натрия (калия) при индикаторе фенолфталеине в пересчете на 100 г абсолютно сухого крахмала Число крапин на 1 дм 2 поверхности крахмала при рассмотрении невооруженным глазом Сновский крахмальный завод 18,50 Любаньский крахмальный завод 16,15 6276 1 Таблица 3 Размеры частиц картофельного крахмала для различных условий обработки суспензии сырого крахмала, полученные по данным оптических фотографий Вариант воздейст- Размер вия на суспензию частиц,крахмала мм 3 Перемешивание 1 раз 30 минут Перемешивание и ультразвук 1 раз 30 минут Перемешивание 1 раз 30 минут Перемешивание и ультразвук 1 раз 30 минут Перемешивание 1 раз 15 минут Перемешивание и ультразвук 1 раз 15 минут Перемешивание 1 раз 15 минут Перемешивание и ультразвук 1 раз 15 минут Перемешивание 2 раза по 30 минут Перемешивание и ультразвук 2 раза по 30 минут Перемешивание 2 раза по 30 минут Перемешивание и ультразвук 2 раза по 30 минут Перемешивание 2 раза по 15 минут Перемешивание и ультразвук 2 раза по 15 минут Перемешивание 2 раза по 15 минут Перемешивание и ультразвук 2 раза по 15 минут Перемешивание 3 раза по 30 минут Изменение разме- Изменение размера частиц под воздейра частиц под ствием кремневой воздействием воды ультразвука 5 6 3 Перемешивание и Вода из ультразвук 3 раза скважины по 30 минут Кремневая Перемешивание 3 вода раза по 30 минут Перемешивание и Кремневая ультразвук 3 раза вода по 30 минут Вода из Перемешивание 3 скважины раза по 15 минут Перемешивание и Вода из ультразвук 3 раза скважины по 15 минут Кремневая Перемешивание 3 вода раза по 15 минут Перемешивание и Кремневая ультразвук 3 раза вода по 15 минут Средние значения Средние значения величины набухаемости крахмала,полученные для всех вариантов его обработки Относительная набухаемость Вариант воздей- Набуствия на суспен- хаемость, под воздействием под воздействием зию крахмала мл на 1 г ультразвука кремневой воды 3 4 5 6 Перемешивание 1,37 1 раз 30 минут Перемешивание 1,007 и ультразвук 1,38 1 раз 30 минут 1,029 Перемешивание 1,42 1 раз 30 минут 0,993 Перемешивание и ультразвук 1,41 1 раз 30 минут Перемешивание 1,40 1 раз 15 минут Перемешивание 0,986 и ультразвук 1,38 1 раз 15 минут 1,011 Перемешивание 1,42 1 раз 15 минут Перемешивание 0,979 и ультразвук 1,39 1 раз 15 минут 7 Таблица 5 Способность крахмала растворяться в горячей воде и количество водорастворимых веществ в крахмале в различных вариантах его обработки 3 Перемешивание 1 раз 30 минут Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 1 раз 30 минут Кремневая Перемешивание вода 1 раз 30 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 1 раз 30 минут Вода из Перемешивание скважины 1 раз 15 минут КолиРаствочество риводомость раствокрахримых мала,веществ,Относительно Относительная количество ворастворимость дорастворимых веществ под под под под воздейвоздейвоздейвоздействием ствием ствием ствием кремкремультраультраневой невой звука звука воды воды 6 7 8 9 3 Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 1 раз 15 минут Кремневая Перемешивание вода 1 раз 15 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 1 раз 15 минут Вода из Перемешивание скважины 2 раза по 30 минут Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 2 раза по 30 минут Кремневая Перемешивание вода 2 раза по 30 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 2 раза по 30 минут Вода из Перемешивание скважины 2 раза по 15 минут Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 2 раза по 15 минут Кремневая Перемешивание вода 2 раза по 15 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 2 раза по 15 минут Вода из Перемешивание скважины 3 раза по 30 минут Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 3 раза по 30 минут Кремневая Перемешивание вода 3 раза по 30 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 3 раза по 30 минут Вода из Перемешивание скважины 3 раза по 15 минут Перемешивание Вода из и ультразвук скважины 3 раза по 15 минут Кремневая Перемешивание вода 3 раза по 15 минут Перемешивание Кремневая и ультразвук вода 3 раза по 15 минут Средние значения 6276 1 Источники информации 1. Трегубов И.Н., Милютин А.А. Технология крахмала. - М., 1965. - С. 128-136, 141142, 144-146. 2. Трегубов И. Н., Жушман А.И., Жарова Е.Я., Сидорова Е.К. Технология крахмала и крахмалопродуктов. - М., 1981. - С. 80-84. 3. Гулюк Н.Г., Жушман А.И., Ладур Т.А., Штыркова Е.А. Крахмал и крахмалопродукты. - М.,1985. - С. 18-19, 61-62. 4. Костенко В.Г, Овчинников А.Е., Горбатов В.М. Производство крахмала - М., 1983. С. 54-59, 60, 138-141. 5. Гулюк Н.Г., Заруднев Ю.Н., Лейберман Л.А., Махнов А.В., Романенко В.И., Холмянский Ю.А. Новая технология переработки картофеля на крахмал с применением гидроциклонных установок. - М., 1988. - С. 11-22. 6. Трегубов И.Н., Бычков Б.К., Векссер Б.А., Кравченко С.Ф., Смирнов В.А. Технология крахмала и крахмалопродуктов. - М., 1970. - С. 86-87, 94-95 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.