CC BY
41
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Кристаллизация глюкозы
из сиропов кислотно-ферментативного гидролиза крахмала
Л.С. Хворова
ВНИИ крахмалопродуктов
В зависимости от вида катализаторов, применяемых для гидролиза крахмала, получают глюкозные сиропы с различной степенью расщепления крахмала, а следовательно, с различным составом из-за неодинакового содержания глюкозы и примесей в них.
Кислотно-ферментативный гидролиз крахмала проводят с использованием двух катализаторов: кислоты для раз-
75 80 85 90 95 Глюкозный эвивалент (ГЭ), % Рис. 1. Зависимость содержания глюкозы от глюкозного эквивалента
жижения крахмальной суспензии и ферментов для ее осахаривания.
Получаемые сиропы существенно отличаются по углеводному и минеральному составу от сиропов кислотного гидролиза. Их глюкозный эквивалент на 4-5 % выше и составляет 94-95 % при содержании золы 0,2 % вместо 2 %, соответственно количество примесей углеводного характера в них в 2 раза, а хлористого натрия в 10 раз ниже в сравнении с кислотными гидро-лизатами. Существенно изменяется и состав углеводной части примесей, в котором резко снижается количество высокомолекулярных продуктов неполного гидролиза крахмала.
Разработка рациональной технологии кристаллизации глюкозы из таких сиропов потребовала проведения соответствующих исследований по кинетике кристаллизации.
При разработке технологической схемы одностадийной кристаллизации гидратной глюкозы [1, 2] были получены зависимости растворимостей от температуры раздельно для редуцирующих веществ и глюкозы, что создает определенные сложности при использовании этих данных для вычисления степени пересыщения в практике глюкозного производства.
Выявлена прямолинейная зависимость между содержанием редуцирующих веществ и глюкозы (рис. 1).
Растворимость глюкозы в зависимости от сум-
марного влияния температуры и глюкозного эквивалента (ГЭ) изображена на рис. 2.
Таким образом, растворимость глюкозы возрастает с повышением температуры и снижением глюкозного эквивалента растворов, при этом влияние температуры на растворимость глюкозы значительно выше.
Зависимость скорости кристаллизации глюкозы от основных параметров процесса - избыточной концентрации, глюкозного эквивалента, температуры, необходимых для разработки технологического режима кристаллизации -представлена в работе [3].
При разработке технологической схемы получения глюкозы из сиропов кислотно-ферментативного гидролиза крахмала критериями для оценки выбора схемы служили: продолжительность процесса кристаллизации, выход, качество глюкозы и простота обслуживания.
Расчет обоснования схемы кристаллизации глюкозы из такого сиропа (рис. 3) показывает, что межкристальный раствор в конце кристаллизации истощается до ГЭ 86,3 %, а смесь получаемых побочных продуктов (зеленая, белая патоки, крупка и др.) при выходе глюкозы из утфеля 38 % имеет ГЭ 89,42 %. При экспериментальной кристаллизации (см. таблицу) сироп истощен до ГЭ 86,34 % при содержании 49,27 % кристаллов в утфеле за 60 ч.
Кристаллизация второго продукта продолжалась 105 ч при снижении ГЭ
0
90 92
ГЭ сиропа, %
Рис. 3. Зависимость ГЭ побочных продуктов от ГЭ исходного сиропа:
1 - смесь побочных продуктов (зеленая, белая патоки, крупка и др.); 2 - межкристальный раствор
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Показатели кристаллизации сиропа кислотно-ферментативного гидролиза
крахмала
Время кристал- Температура, Межкристальный раствор Содержание
лизации, ч °С СВ, % ГЭ, % кристаллов, %
Двустадийная кристаллизация
1-я стадия
0 44,0 72,61 94,46 10
20 /1П 41,5 30 с: 68,85 11 92,35 ОП П1 29,23 /11
4U 48 39,5 38,0 66, 1 1 64,43 90,0 1 88,76 41,15 45,41
60 35,0 62,37 86,34 49,27
Утфель - 72,8 95,10
2-я стадия
0 Q 43,0 75,15 11 пз 87,97 10,0 о
9 33 С7 43,0 АО П /2,03 69,53 РЛ AI 86,93 83,34 7Q 7П 15,8 30,32 АГ\ ПП
57 80 40,U 35,3 67,47 66,0 79,7U 77,50 40,00 44,26
105 31,5 64,3 76,03 46,67
Утфель - 75,7 89,42
Одностадийная кристаллизация
Утфель 75,7 90,68
0 43,0 73,5 89,40 10,05
9 42,5 AI П 71,75 7П 88,24 71 17,50 11 пз
2 I 33 57 42,U 40,5 37 0 7 0,53 69,71 66 63 86,2 1 84,20 79 9 27,03 34,15
5 7 80 3 7,U 33,5 66,63 63,0 7 9,9 77,78 44,71 44,71 48,75
90 31,0 61,12 76,81 49,81
межкристального раствора до 76,03 %. Качество глюкозы второго продукта не удовлетворяло требований ГОСТ на глюкозу из-за повышенной цветности ее растворов.
Технологическая схема одностадийной кристаллизации, предусматривающая предварительное снижение ГЭ сиропа до 90-91 % за счет возврата зеленой патоки в осахаренный сироп, более рациональна, так как позволяет в одной стадии совместить кристаллизацию двух продуктов и получить глюкозу высокого качества при максимальном истощении межкристального раствора. При этом для получения сиропа с 90-91 % на 100 кг СВ осахаренного сиропа с ГЭ 94,5 % необходимо добавлять от 20 до 38 кг СВ зеленой патоки с ГЭ 78 %. При добавке в него других побочных продуктов (белой патоки, крупки и др.) количество возвращаемой зеленой патоки повышается до 60 %.
Опыты показали, что кристаллизация такого сиропа продолжалась 90 ч.
Межкристальный раствор в конце опыта имел ГЭ 76,8 %.
На рис. 4 для сравнения представлены данные наращивания кристаллической массы в утфелях в процессе кристаллизаций по обеим схемам. Кривая наращивания кристаллической массы при одностадийной кристаллизации располагается между кривыми первого и второго продуктов, характеризующими двустадийную схему. Исследования показали, что при кристаллизации в две стадии истощение сиропа происходит на 0,81 % больше, что должно повышать выход глюкозы также до 1 %. Однако этого теоретически возможного увеличения выхода по двустадийной схеме не хватает даже на компенсацию потерь, на 2 % превышающих потери по одностадийной схеме.
Для использования высокой кристаллизационной способности сиропов с ГЭ 94,5 % предложено добавлять зеленую патоку в сироп через 20-25 ч от начала кристаллизации [4], благодаря
0 20 40 60 80 100
Время, ч
Рис. 4. Наращивание кристаллической массы в утфелях при кристаллизации:
1, 3 - по двустадийной схеме; 2- по одностадийной схеме
чему продолжительность процесса кристаллизации сокращается на 10-12 ч.
Представленные сравнительные данные по кристаллизации сиропов по дву- и одностадийной схемам свидетельствуют в пользу одностадийной кристаллизации, при которой из-за ликвидации линии второго продукта значительно упрощаются технология и ее обслуживание. Вместо двух готовых продуктов, различающихся по качеству, получают одну глюкозу, соответствующую требованиям ГОСТ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гулюк Н.Г. Растворимость глюкозы в ферментативных крахмальных гид-ролизатах//НТРС. Пищевая промышленность. 1979. Сер. 5. В. 6. С.4-7.
2. Гулюк Н.Г., Хворова Л.С., Тищен-ко-РоманченкоГ.В. Кристаллизация глюкозы в одну стадию из сиропов кислотно-ферментативного осахаривания крахмала//ЦНИИТЭИПищепром. Крахмало-паточная промышленность. 1982. В. 4. С. 3-6.
3. Хворова Л.С. Условия кристаллизации гидратной глюкозы из сиропов, полученных с применением фермен-тов//Хранение и переработка сельхоз-сырья. 2008. № 6. С. 48-49.
4. Гулюк Н.Г., Хворова Л.С., Сидорова Е.К. Способ кристаллизации глюкозы. Авторское свидетельство № 863642, опубл. 15.09.81, БИ №34.
