Opracowanie pytań EGZAMIN Inżynierski Technologia Żywności 2009 r.

Węglowodany i zboża

XIII. Z ZAKRESU TECHNOLOGII WĘGLOWODANÓW

1. Charakterystyka żywieniowa ziemniaka.

Ziemniaki należą do podstawowych produktów węglowodanowych. Znaczącą część ich składu, oprócz wody, stanowi skrobia (15-22%), natomiast białko i tłuszcz występują w niewielkich ilościach, a zawartość błonnika pokarmowego kształtuje się na poziomie od 0,5 do około 2%. Ziemniaki należą do produktów niskokalorycznych, o wartości energetycznej nie przekraczającej 90 kcal/100 g (377 kJ/100 g). Wysokokaloryczne są natomiast chipsy i frytki (około 450 kcal; 1886 kJ) produkowane ze znacznym udziałem tłuszczu.

Ziemniaki, w zależności od odmiany, mogą zawierać w 100 gramach od 3 do 30 mg witaminy C, z tym że ilość tej witaminy w ziemniakach znacznie spada podczas ich przechowywania i gotowania w wodzie. W ziemniakach obecne są ponadto witaminy z grupy B oraz witamina K. Zawartość składników mineralnych w ziemniakach wynosi 1,0-1,5%, z czego najwięcej zawierają one potasu, dzięki któremu wykazują działanie alkalizujące organizm. Względnie dużo jest też w ziemniakach fosforu (głównie w związkach fitynowych), siarki i magnezu, oraz takich mikroelementów, jak: miedź, cynk, mangan i molibden.

Do specyficznych substancji o działaniu leczniczym występujących w ziemniaku należą: potas - korzystnie działający w schorzeniach nerek i ser­ca; tomatyna - przy egzemach i grzybicach skóry; tomatyna w połączeniu z solaniną, leptyną i demissyną - w schorzeniach układu nerwowego, a witami­na C w połączeniu z rutyną - działa wzmacniająco na naczynia krwionośne. Sok z surowych ziemniaków jest pomocny w leczeniu wrzodów żołądka i osteo-artretyzmu.

W określonych przypadkach spożywanie ziemniaków może być również szkodliwe, a nawet trujące. Dotyczy to bulw:

• o zawartości solaniny w ilościach powyżej 12 mg/100 g świeżej masy, co może mieć miejsce w zzieleniałych lub i skiełkowanych ziemniakach (bulwy wystawiane na światło i niewłaściwie przechowane), zwłaszcza na wiosnę;

• o dużej zawartości azotanów i azotynów powyżej 100 mg/kg świeżej masy, podobnie jak w warzywach;

• o zawartości ołowiu, kadmu i rtęci (m.in. na terenach ekologicznie zagro­żonych)

2. Podaj i opisz różnice w procesie produkcji granulatu ziemniaczanego i płatków

ziemniaczanych.

Podaj i opisz różnice w procesie produkcji granulatu ziemniaczanego i płatków

ziemniaczanych.

PROCES PRODUKCJI - OPIS.

Granulat ziemniaczany

Płatki ziemniaczane

1. hydrotransport. 2. płukanie wstępne (płuczka bębnowo prętowa ze spryskiwaniem ziemniaków wodą pod ciśnieniem). Transport taśmowy → 3. kontrola - selekcja bulw chorych i uszkodzonych. 4. ważenie na wadze taśmowej automatycznej. 5. parowanie w parowniku obieraczki parowej (zmiękczenie skórki) do 3mm. 6. obłupiarka wstępna - usuniecie warstwy zewnętrznej ziemniaka. 7. doczyszczanie szczotkarką. 8. płukanie wodą. 9. ręczne doczyszczanie z części zielonych i oczek na stole oczkowniczym. 10. krajalnica krażkowa talarki o grubości 12mm oraz płukanie w celu usunięcia uwodnionej skrobi - na sicie wibracyjnym przez dodatek wody. 11. blanszowanie krajanki 80-85° C/1020min. 12. schładzanie wodą z dodatkiem SO2 15-20°C/ 15min. 13. parowanie krajanki w trzystopniowym parowniku taśmowym o działaniu ciągłym (para pod ciśnieniem 0,2MPa/3545min. 14. kierowanie na ryżownik zmiażdżenie Na jednolitą masę oraz dodanie roztworu mieszaniny siarczynu i pirosiarczynu sodu - przeciwutleniacze, oraz emulsji monoglicerydu - emulgator. 15. mieszalnika korytowego → mieszanie mieszanki z zawrotem (suchy granulat) w proporcji 1:2 (więcej granulatu!!). Sucha masa mieszanki 65-79%. 16. schładzalnik korytowy z płaszczem wodnym (schładzanie do temp.35°C). 17. mieszanie wtórne (remixer), kondycjonowanie/sezonowanie (ochłodzenie produktu w czasie którego zachodzi retrogradacja skrobi, nadająca sypkość granulatowi) - 30min., wilgotność 30%. 18. suszenie: -1 stopień - suszarnia pneumatyczna 16-18% -2 stopień - zazwyczaj fluidyzacyjne do 9-10% wilgotności. -schładzanie zimnym powietrzem do temp. 30°C o do wilgotności 8%. 18. frakcjonowanie: >4mm - na paszę, 4-0,25mm- zawrót do mieszania, <0,25mm - pakowany jako produkt gotowy lub do przerobu na aglomerat.

1. mycie. 2. hydrotransport. 3. odwadniacz prętowy - oddzielanie kamieni i zanieczyszczeń ciężkich. 4. mycie w płuczce wstępnej. 5. ważenie na taśmie automatycznej. 6. podawanie przez dozownik do obieraczki parowej - rozmiękczenie warstwy zewnętrznej do 3mm. 7. obłupiarka sucha - usunięcie ok 80% warstwy zewnętrznej. 8. obłupiarka wodna - silny natrysk wody o ciśnieniu 6MPa. 9. taśma kontrolna - oczkowanie, odcinanie części zielonych, ponowne ważenie automatyczne. 10. krajalnica krążkowa - talarki o grubości 12mm oraz płukanie w celu usunięcia uwodnionej skrobi - na sicie wibracyjnym przez dodatek wody. 11. blanszowanie krajanki w wodzie o temp. 80-90° C/1529min z dodatkiem SO2. 12. schładzanie w zbiorniku z wodą. 13. odwadnianie na sicie wibracyjnym. 14.parownik ślimakowy o działaniu ciągłym - ugotowanie krajanki w czasie 15-30min/ 0,15MPa. 15. ryżownik - zmiażdżenie na jednolitą masę oraz dodanie roztworu mieszaniny siarczynu i pirosiarczynu sodu - przeciwutleniacze, oraz emulsji monoglicerydu emulgator. 16. suszarka walcowa - miazga jest równomiernie rozprowadzana na walcu. Ciśnienie pary wodnej ogrzewającej walec 0,6-0,7 mPa. Wysuszone płatki mają wilgotność 79%, co jest regulowane szybkością obrotów bębna. Oddzielanie za pomocą skrobaka - w postaci folii spadają do przenośnika ślimakowego. 17. w ślimaku następuje rozdrabnianie na drobne płatki. 18. transport pneumatyczny na odsiewacz wahadłowy - frakcjonowanie: - frakcja gruba rozdrabniana na młynku i zawracana na odsiewacz, - frakcja średnia o prawidłowej granulacji odprowadzana do zbiornika produktu gotowego, przez wagi automatyczne do pakowarek, - frakcja drobna wykorzystywana jako grysik do celów spożywczych. 19. zawartość wody produktu gotowego 1012%, zaw. sub. min. dopuszczalnie 0,1%, zawartość SO2 poniżej 125mg/kg.

Różnica w produkcji polega na tym, iż w produkcji granulatu wykorzystuje się frakcję

najdrobniejszą w sposób wtórny - poprzez mieszanie z miazgą. W produkcji płatków ten etap nie

występuje z racji innego sposobu suszenia. Wykorzystanie suszarki bębnowej pozwala na bardziej

ekonomiczne wykorzystanie surowca i zmniejszenie powstawanie frakcji drobnej.

Oba procesy produkcyjne nie wykazują różnic w myciu, aż do momentu ryżownika. Dalsze etapy

produkcji są inne.

3. Opisz wymagania surowcowe dla ziemniaków przeznaczonych do przemysłu

spożywczego.

Ze względu na znaczne różnice w składzie chemicznym bulw o różnej wielkości, należy kłęby segregować i przeznaczać je odpowiednio do przerobu przemysłowego, albo do celów spożywczych, paszowych lub do reprodukcji.

Bulwy małe najbardziej są odpowiednie na pasze, ponieważ zawierają więcej białka, bulwy duże i średnie odstawia się do krochmalni i gorzelni. Ziemniaki przemysłowe powinny odznaczać się regularnymi kształtami, kruchością miąższu i płytko osadzonymi oczkami, co ułatwia oczyszczanie i rozdrabnianie. Partie ziemniaków przeznaczone do przerobu nie powinny być zanieczyszczone, ani porażone zgnilizną, ani nadmarznięte.

Przydatność do przerobu uszlachetnionego uwarunkowana jest wieloma czynnikami, takimi jak odmiana ziemniaków, kształt i wielkość bulw, warunki uprawy, zbioru i przechowywania. Podstawowymi kryteriami gotowych przetworów czy półproduktów ziemniaczanych, na które decydujący wpływ mają właściwości i cechy technologiczne surowca są:

- skłonność do ciemnienia po rozdrobnieniu bulw, ugotowaniu czy obróbce technologicznej,

- odpowiedni smak i zapach oraz tekstura.

Skład chemiczny bulw ziemniaka przeznaczonych do przerobu uszlachetniającego powinien być następujący:

• Cukry proste do 0,25%

• Skrobia 12-20%

• Zw. Mineralne 1,2-1,3%

• Połączenia azotowe 0,25-0,35%

• Solanina nie więcej niż 20 mg/100g

Konsystencja, czyli tekstura ziemniaków jest szczególnie ważnym czynnikiem w ocenie jakości surowca przeznaczonego do produkcji przetworów uszlachetnionych lub gotowanych. Na teksturę ziemniaków po ugotowaniu ma wpływ gęstość bulw, a najlepszą wykazuje surowiec mający poniżej 1,075 g/cm3. Istotna też jest zawartość skrobi, związków pektynowych, soli mineralnych, fityny, a zwłaszcza struktura i skład ścian komórkowych. Tekstura przetworów ziemniaczanych uzależniona jest (podobnie jak ugotowanych bulw) od budowy tkanki i struktury komórkowej bulwy, a głównie od wielkości ziaren skrobi.

Tab. Właściwości technologiczne surowca do produkcji spożywczych przetworów ziemniaczanych.

CECHA	PRODUKTY SUSZONE	FRYTKI	CHIPSY	PRODUKTY STERYLIZOWANE
SUCHA MASA %	21-25	20-22	21-24	18-20
SKROBIA	15-19	14-17	16-20	12-14
CUKRY REDUKUJĄCE %	0,5	0,5	0,25	0,5
CIEMNIENIE:
-PO UGOTOWANIU	NIEZNACZNE	NIEZNACZNE	ŚREDNIE	ŚREDNIE
-MIAZGI	NIEZNACZNE	ŚREDNIE	ŚREDNIE	NIEZNACZNE
SMAKOWITOŚĆ	DOBRA	B.DOBRA	DOBRA	B.DOBRA

4. Wyjaśnij różnice pomiędzy rekondycjonowaniem a kondycjonowaniem ziemniaków.

REKONDYCJONOWANIE

Rekondycjonowanie ziemniaków polega na przejściu cukrów prostych wytworzonych podczas składowania ziemniaków w skrobię pod wpływem zmiany temperatury na wyższą.

Ziemniaki przeznaczone do przerobu uszlachetniającego tj. na produkty suszone (płatki, granulat), smażone (chipsy, frytki) i konserwy ziemniaczane zazwyczaj poddawane są rekondycjonowaniu w podwyższonej temperaturze. Ziemniaki przechowywane w temperaturze poniżej 10°C należy przenieść do temperatury w zakresie 16-22°C i utrzymywać, aż test na smażenie wykaże, że chipsy czy frytki mają odpowiednio jasny kolor, lub test na zawartość cukrów redukujących potwierdzi wymagany poziom (poniżej 0,25 lub 0,5%). Wilgotność względna powietrza podczas rekondycjonowania powinna być utrzymana na poziomie 75-90%. Zalecana jest również dobra wentylacja i wymiana powietrza w pomieszczeniu, gdzie przeprowadza się rekondycjonowanie ziemniaków przeznaczonych do przerobu.

Przebieg procesu rekondycjonowania ziemniaków w temperaturze 18°C przez 28 dni podano w tabeli:

Dni	Próba I		Próba II
		zawartość cukru w %	kolor chipsów w stopniach*	zawartość cukru w %	kolor chipsów w stopniach*
0	0,92-0,75	8-7	0,65-0,50	7-6
14	0,60-0,55	7-6	0,45-0,40	7-4
21	0,40-0,35	5-4	0,35-0,30	5-4
28	0,25-0,24	4-3	0,20	3-2

*1=bardzo jasne 10=krańcowo ciemne

KONDYCJONOWANIE

Kondycjonowanie polega na ochłodzeniu produktu, podczas którego zachodzi retrogradacja skrobi, nadająca sypkość granulatom (aglomeratom) i płatkom ziemniaczanym.

Rozmawiając z dr Gumul i prof. Gambuś dowiedziałam się, że tu należy oprzeć się o technologię produkcji płatków i granulatu, zatem:

Płatki ziemniaczane

Technologię produkcji płatków ziemniaczanych można podzielić na następujące etapy:

_ obróbka wstępna,

_ krojenie,

_ blanszowanie,

_ gotowanie,

_ miażdżenie,

_ suszenie.

Umyte i obrane ziemniaki kieruje się do krajalnic, które rozdrabniają je na talarki

o jednakowej wielkości. Otrzymana krajanka jest przepłukiwana wodą w celu usunięcia nadmiaru skrobi.

Kolejnym etapem jest blanszowanie, które przeprowadza się, aby zapobiec ciemnieniu surowca. Krajanka przebywa w blanszowniku przez około 15 - 30 minut, w wodzie (80 - 90°C) z dodatkiem wodorosiarczanu sodowego. Następnie jest schładzana i osuszana

z nadmiaru wody.

Gotowanie krajanki przeprowadza się w parnikach. W urządzeniach tych następuje rozparzanie krajanki przy ciśnieniu 0,05 - 0,15 MPa w ciągu 15 - 40 minut.

Z parownika ugotowana krajanka przechodzi do tzw. ryżowników, gdzie następuje jej zmiażdżenie na jednolitą miazgę, kierowaną następnie na suszarkę walcową. Ryżowanie to inaczej rozdrobnienie uparowanej masy ziemniaczanej na możliwie pojedyncze komórki, tak aby ich nie uszkodzić. Do miazgi ziemniaczanej na ryżowniku dozowany jest roztwór mieszaniny siarczynu i pirosiarczyn sodu (jako przeciwutleniacze) oraz emulsja monoglicerydu (emulgatora).

Suszarka walcowa jest od wewnątrz ogrzewana parą wodną o ciśnieniu około 0,6 MPa. Zetknięcie się masy uparzonych ziemniaków z gorącą powierzchnią walca (170 - 180°C) powoduje bardzo szybkie (5 - 20sekund) odparowanie wody. Wysuszona warstwa masy ziemniaczanej jest zeskrobywana z walców za pomocą podłużnych noży, a następnie kierowania na przenośnik taśmowy.

W trakcie transportu przenośnikiem następuje rozdrobnienie wstęg wysuszonej

masy na płatki. Natomiast na odsiewaczu wahadłowym zatrzymane zostają

większe zlepy, a susz ulega ochłodzeniu.

Granulat ziemniaczany to produkt otrzymywany na drodze fluidyzacyjnego lub pneumatycznego suszenia. Po wymieszaniu z wodą tworzy purěe ziemniaczane, które może być wykorzystywane na przykład do produkcji klusek, pyz, krokietów. Granulat jest suszony do wilgotności 6 - 8% .

Początkowe procesy produkcji granulatu czyli: mycie, obieranie, krojenie przebiegają dokładnie tak samo jak w przypadku otrzymywania płatków ziemniaczanych. Kolejnym etapem jest blanszowanie, które przeprowadza się w temperaturze 85°C w czasie około 15 minut. Później następuje schładzanie krajanki w zimnej wodzie (15 - 20°C) z dodatkiem dwutlenku siarki. Etap ten trwa kolejne 15 minut.

Zblanszowana krajanka jest transportowana do parownika ślimakowego pracującego

w sposób ciągły. W urządzeniu tym następuje uparowanie ziemniaków w temperaturze 102°C w czasie około 40 minut i pod ciśnieniem 0,15 MPa.

Rozparzona krajanka zostaje wymieszana z suchym, wcześniej pozyskany granulatem

w stosunku 1:2. Proces ten przeprowadza się w mieszalnikach korytowych. Uzyskana mieszanka ma zawartość 65 - 79% suchej substancji. Po opuszczeniu mieszalnika wilgotny, gruboziarnisty granulat jest kierowany do schładzalnika korytowego z płaszczem wodnym

i ochładzany do temperatury 35°C. Następnie jest przekazywany do mieszalnika wtórnego (remixer), gdzie jest mieszany, kondycjonowany przez 30min. Wilgotność ustala się na poziomie 30%.

Otrzymany półprodukt suszy się dwustopniowo. Pierwszym etapem odwadniania jest suszenie pneumatyczne w gorącym powietrzu, które na początku transportu ma temperaturę 170°C, a na wylocie 80°C. Po tym procesie proszek ma wilgotność 16 - 17%. Drugim etapem jest dwustopniowo suszenie fluidyzacyjne. Na początku proszek jest poddawany działaniu gorącego powietrza o temperaturze 120°C, w wyniku czego następuje jego znaczne odwodnienie (wilgotność proszku 9 - 10%). Następnie jest schładzany zimnym powietrzem o temperaturze 30°C. Podczas tego etapu następuje dosuszenie granulatu do wilgotności końcowej 6 - 8%. Zastosowanie kilkukrotnego ogrzewania i schładzania masy ziemniaczanej oraz suszenia fluidyzacyjnego w celu otrzymania granulatu ziemniaczanego jest rozwiązaniem ekonomicznym, wydajnym i zapewnia bardzo dobrą jakość produktu końcowego.

Uzyskany granulat jest dzielony na trzy frakcje za pomocą przesiewaczy:

_ frakcja ≥ 4 mm jest wykorzystywana jako składnik na paszę

_ frakcja od 0,25 mm do 4 mm jest zawracana do mieszania z uparowanymi ziemniakami (tworzenie mieszanki do otrzymywania granulatu)

_ frakcja ≤ 0,25 mm jest pakowana jako produkt gotowy lub jest surowcem do produkcji aglomeratu ziemniaczanego

Zatem w skrócie:

Nie ma różnic pomiędzy kodycjonowaniem, a rekondycjonowaniem ziemniaków, gdyż oba te pojęcia dotyczą zupełnie czego innego.

PS. Tego dowiedziałam się od mojej promotor

Uzupełnienie:

Retrogradacja skrobi - jest to zjawisko polegające na przemianie formy spiralnej skrobi w liniową i porządkowaniu się wyprostowanych łańcuchów amylozy w zwarte micele, których struktura jest stabilizowana przez wiązania wodorowe.

5. Porównaj proces produkcji chipsów i frytek ziemniaczanych.

	CHIPSY	FRYTKI
OSUSZANIE	+ Bębny obrotowe, pasy siatkowe przedmuchiwane wentylatorami z ogrzanym powietrzem	+ Suszarka owiewowa podająca ciepłe powietrze
		Cel: skraca czas smażenia, ogranicza absorpcję oleju przez chipsy\frytki
SMAŻENIE	+ Smażalniki napełnione podgrzewanym olejem. Temp: 180^0C na początku linii 165^0C na końcu linii Czas ok. 1,5-3min (zależy od surowca)	+ Smażalnik wibracyjny, przez zbiornik gorącego oleju przeprowadzane są transportem siatkowym. Temp: 160-180^0C Czas: ok. 5 min dla gotowych do spożycia Ok.3 min dla wstępnie podsmażonych
ODSĄCZANIE NADMIARU OLEJU	+	+
SOLENIE I DODATEK SUBBSTACJI SMAKOWYCH	+ Po usunięciu namiaru oleju przez osączania. Chipsy soli się na taśmociągu solą drobnokrystaliczną, często mieszaną z antyoksydantami. Dodatki: pieprz, papryka, ser, suszona cebula	+ Solenie frytek schłodzonych Wstępnie solone frytki nie są solone.
KONTROLA GOTOWEGO PRODUKTU	+ Ręczne odsortowywanie wadliwych, przypalonych, nidosmażoonych plstrów. Ochładzanie	+
MROŻENIE	-	+ Mrożenie fluidyzacyjne. Temp.-20^0C Czas:7-12min
PAKOWANIE	Torebki z tworzywa sztucznego, odpornego na działanie tłuszczu, zamykane na zgrzewarce, pakowane w pudełka zbiorcze

6. Burak cukrowy jako surowiec przemysłowy.

Burak cukrowy w Polsce jest głównym surowcem w przemyśle cukrowniczym. Jest rośliną dwuletnią. Jego zgrubiały korzeń, dzięki dużej zawartości sacharozy (zawartość w buraku waha się w granicach 14-20%, a czasami nawet więcej) jest surowcem do produkcji cukru.

W przemyśle cukrowniczym surowcem dominującym jest trzcina cukrowa (75% światowej produkcji cukru), burak cukrowy stanowi 25%

Uprawiane w Polsce buraki cukrowe należą do trzech typów:

• Typ cukrowy, o największej zawartości cukru (ponad 18%)

• Typ normalny, o średniej zawartości cukru (ok. 17%)

• Typ plenny, o wysokim plonie korzeni, ale o niskiej zawartości cukru.

Sprzęt buraków następuje , gdy osiągają one dojrzałość technologiczną, gdyż w tym stanie korzenie buraka dają maksymalny plon cukru z hektara i osiągają optymalne właściwości technologiczne, takie jak:

• Wysoka zawartość cukru,

• Niska zawartość niecukrów szkodliwych, do których można zaliczyć:

• Rozpuszczalny popiół (głównie sole K i Na)

• Azot szkodliwy (aminowy),

• Cukier inwertowany (inwert),ok. 0,1%

• Pektyny rozpuszczalne

Najwcześniej osiągają dojrzałość technologiczną buraki typu cukrowego. Odznaczają się one wysoką wartością współczynnika czystości soku:

Gdzie:

Cz- współczynnik czystości soku,

Ck- zawartość cukru(%),

ss- zawartość suchej substancji(%).

Dojrzałość technologiczna buraka przypada na okres tuż przed żółknięciem i usychaniem liści, gdy ulega zahamowaniu proces asymilacji, a wzmagają się procesy dysymilacyjne.

Najlepszym surowcem do przerobu są buraki o dojrzałości technologicznej, świeże, nie zwiędnięte, nie uszkodzone, a więc zebrane prosto z pola, natychmiast po wykopaniu i ogłowieniu (ogłowienie- usunięcie główki z liśćmi oraz ogonka i korzeni bocznych)

W praktyce zwykle muszą być przechowywane.

Podczas przechowywania w korzeniach zachodzą normalne procesy życiowe: oddychanie, transpiracja oraz szkodliwe procesy rozkładu sacharozy (inwersja) i innych substancji (hemiceluloz i pektyn). Intensywność tych procesów zależy przede wszystkim od temperatury i wilgotności przechowywania. Do przechowywania nadają się buraki dojrzałe, zdrowe, nieuszkodzone i nie zamarznięte. Pryzmuje się je na wysokość do 3-5 m i regulując przewietrzanie utrzymuję się temperaturę na poziomie 2˚C. Buraki nie nadające się do przechowywania muszą być natychmiast przerabiane.

Skład chemiczny korzenia buraka cukrowego zależy od typu i odmiany buraków, warunków ich wzrostu, zbioru i przechowywania.

W cukrownictwie wszystkie składniki suchej substancji dzieli się na cukier (którym jest sacharoza) i niecukrów do których można zaliczyć: (cukier inwertowany, czyli glukozę, fruktozę) oraz rafinozę. Niecukry albo usuwane są wraz z odpadami w procesie technologicznym w cukrowni (wysłodki, błoto filtracyjne, melas),albo pozostają w sokach. Niecukry usunięte to niecukry nieszkodliwe, bo nie przeszkadzają w krystalizacji sacharozy, te nieusunięte, znajdujące się w sokach, to niecukry szkodliwe (inaczej niecukry melasotwórcze)- utrudniają krystalizację sacharozy. Zalicza się tutaj również produkty hydrolizy protopektyny ( występuje w burakach niedojrzałych, długo przechowywanych, uszkodzonych mrozem)- ich obecność w soku zwiększa jego lepkość, co powoduje utrudnienie filtracji, zwłaszcza po nawapnianiu i węglanowaniu.

Sacharoza - (β-D-fruktofuranozylo-α-D-glukopiranozyd). Rozmieszczenie jest nierównomierne, najwięcej w środku korzenia, najmniej w okolicach główki.

W produkcji cukru ważne są następujące fizyczna właściwości sacharozy:

• Rozpuszczalność w wodzie,

• Zdolność do krystalizacji,

• Higroskopijność kryształów, lepkość roztworów,

• Optyczna czynność,

• Zdolność załamywania światła.

Najważniejsze właściwości chemiczne sacharozy to:

• Inwersja, (zdolność ulegania hydrolizie pod wpływem kwasów i enzymów)

• Rozkład w środowisku alalicznym do kwasów organicznych, furfuralu i substancji barwnych,

• Karmelizacja zachodząca podczas ogrzewania stężonych roztworów cukru,

• Tworzenie cukrzanów z tlenkami i wodorotlenkami.

Sok buraczny zawiera ok. 75% wody, lepki, łatwo się pieni, przy dostępie powietrza szybko ciemnieje(ciemnienie enzymatyczne). W skład suchej masy soku oprócz sacharozy (ok. 17,5%) wchodzą niecukry nieorganiczne (ok. (0,5%) i organiczne( ok. 2,0%).

Niecukry organiczne - podzielono na niecukry azotowe(1,1%) i niecukry bezazotowe (0,09%)

Wszystkie azotowe niecukry szkodliwe (produkty hydrolizy białek jak peptydy i aminokwasy) oraz (amidy, zasady azotowe,) określa się w cukrownictwie jako azot szkodliwy.

Niecukry bezazotowe - (glukoza, fruktoza- cukier inwertowany- może tworzyć podczas przechowywania kwas mlekowy i furfural), (rafinoza)też pozostają w melasie- niecukry szkodliwe.

W skoku występują też substancje śluzowe i pektyny, które stanowią niecukry szkodliwe, choć nie występują w melasie, ale utrudniają filtrację.

Niecukry nieorganiczne - Sole potasu i sodu- przechodzą do melasy - stanowią niecukry szkodliwe.

Niecukry nieorganiczne - Fe, Al, P, Si, Ca, Mg - odpad - niecukry nieszkodliwe

7. Technologia produkcji cukru - operacje jednostkowe i ich znaczenie.

Poszczególne etapy

MYCIE- ma na celu oddzielenie od buraków kamieni i innych zanieczyszczeń. Maszyny, które wykonują te czynności to tzw. „łapacze”. Wyróżnia sie dwa rodzaje: ciężkie, które zbierają kamienie i piasek oraz lekkie do wychwytywania liści i chwastów. Po usunięcie tych zanieczyszczeń buraki są jeszcze raz dokładnie myte wodą.

KRAJANIE-warunkiem dalszej części procesu technologicznego produkcji cukru jest skrojenie buraków na tzw. krajankę. Krajanka ma w przekroju kształt daszkowaty, który jest optymalny dla najlepszego przebiegu następnego procesu - ekstrakcji.

EKSTRAKCJA- ekstrakcja przeciwprądowa polega na przepuszczeniu przez krajankę odpowiednio przygotowanej wody ekstrakcyjnej, do której przenikają składniki soku komórkowego, w tym głównie cukier. W procesie ekstrakcji otrzymuje się tzw. sok surowy, który zawiera 13-15% cukru (przy 14,5-16,5% suchej substancji).

NAWAPNIANIE- Proces ten polega na nawapnianiu surowego soku z buraków poprzez dodanie do niego rozdrobnionego wapna lub mleka wapiennego, w celu wytrącenia z roztworu zanieczyszczeń zamienionych do postaci nierozpuszczalnych w wodzie soli wapnia. W procesie tym chodzi przede wszystkim o wytrącenie z roztworu kwasów fosforowych pochodzenia naturalnego.

KARBONATACJA (saturacja)- w technologii cukrowniczej proces nasycania (uprzednio nawapnionego) soku buraczanego tlenkiem węgla(IV), w celu wytracenia osadu węglanu wapnia, absorbującego z soku koloidowe zanieczyszczenia, tzw. niecukry. Powstający w procesie karbonatacji osad jest oddzielany na filtrach. Saturacja wiąże się z obniżeniem odczynu pH do wartości około 10,8-11,2.

FILTRACJA-Wytworzoną zawiesinę (osad) węglanu wapniowego wraz z zaadsorbowanymi niecukrami poddaje się filtracji. Odbywa sie to na prasach filtracyjnych lub filtrach próżniowych. Tak oczyszczony sok nazywa się sokiem rzadkim. Zawiera on ok. 14,5-16% suchej substancji (w tym 13,5-15% cukru).

ZAGĘSZCZANIE SOKU- Sok rzadki poddaje się zagęszczaniu w wyparkach. Wyparkę opuszcza tzw. sok gęsty, który ma ok. 73-76% suchej substancji, w tym ok. 68-71% cukru.

KRYSTALIZACJA-Kryształy cukru uzyskuje się przez prowadzenie krystalizacji przez dalsza zagęszczanie syropu czyli soku gęstego i odparowywanie wody w warunkach stanu przesycenia. Przesycenie roztworu jest warunkiem krystalizacji, czyli wytrącania cukru w postaci kryształów.

WIROWANIE-Wirowanie stosuje się w cukrownictwie do oddzielenia kryształów cukru od syropu między-kryształowego z cukrzyc. W procesie wirowania ciągłego stosuje się bębny. Cukrzyca jest podawana na dół bębna i dzięki sile odśrodkowej przesuwa się ku jego górze. Syrop międzykryszta-łowy (tzw. odciek) przechodzi przez sito w bębnie i ponownie poddawany jest zagęszczaniu, natomiast kryształy cukru odsypuje się w dolnej części bębna.

SUSZENIE I SORTOWANIE-Cukier biały, który opuszcza wirówki, poddany jest suszeniu gorącym powietrzem w suszarkach. Następnie schłodzany do temp. ok. 20-25°C i segregowany według wielkości kryształów

CUKIER BIAŁY

8. Technologia wytwarzania hydrolizatów skrobiowych. Porównanie procesu hydrolizy

kwasowej i enzymatycznej.

Hydrolizę mogą katalizować enzymy amylolityczne (hydroliza enzymatyczna) albo podwyższone stężenie jonów wodorowych (hydroliza kwasowa). Zależnie od zastosowanych enzymów otrzymuje się różne produkty hydrolizy.

- α - amylaza upłynnia skrobię, czyli hydrolizuje do stosunkowo dużych fragmentów cząsteczki skrobiowej,

- β - amylaza scukrza skrobię, hydrolizując ją do maltozy,

- glukoamylaza (amyloglukozydaza) wytwarza wyłącznie skrobię,

- pullulanaza odszczepia boczne łańcuchy w miejscu rozgałęzienia w amylopektynie

Podczas hydrolizy kwasowej zachodzi stopniowy rozkład cząsteczki skrobi aż do D - glukozy. Hydrolizie kwasowej skrobi towarzyszą jednakże takie niekorzystne reakcje, obniżające wydajność produktu końcowego jak:

- rozkład glukozy do 5 - hydroksymetylofurfuralu, a następnie do kwasu lewulinowego i mrówkowego

- rewersja, czyli kondensacja glukozy do oligosacharydów o innych wiązaniach niż w skrobi

- reakcja Maillarda, polegająca na kondensacji cukrów z aminokwasami, w wyniku dalszych przemian powstają ciemno zabarwione związki - melanoidy (ciemnienie nieenzymatyczne).

Hydrolizaty skrobiowe są to produkty otrzymane ze skrobi przez jej kwasową lub enzymatyczną, względnie mieszaną kwasowo- enzymatyczną hydrolizę. Przy metodzie kwasowej upłynnianie mleczka skrobiowego oraz jego scukrzanie przeprowadza się wyłącznie na drodze hydrolizy kwasowej. Natomiast metoda enzymatyczna (enzym-enzym) polega na upłynnieniu mleczka (α-amylazą) i scukrzeniu (glukoamylazą + pullulanazą) wyłącznie enzymatycznie. Metodą kwas enzym upłynnianie mleczka skrobiowego dokonuje się hydrolizą kwasową, natomiast scukrzanie - enzymatycznie.

W zależności od stopnia scukrzenia (hydrolizy) produkuje się przede wszystkim syropy skrobiowe i glukozę. Surowcem do ich otrzymywania jest tzw. krochmal zielony, czyli wilgotna skrobia (nie poddana suszeniu).

Syropy skrobiowe produkuje się zazwyczaj metodą kwasową prowadząc konwersję (hydrolizę) do wymaganego równoważnika glukozowego (DE) hydrolizatu. Po zobojętnieniu hydrolizatu przeprowadza się jego rafinację (oczyszczanie), a następnie zagęszczanie (osmoaktywne zabezpieczanie przed zepsuciem). W ten sposób otrzymany syrop jest produktem handlowym.

Glukozę produkuje się zazwyczaj metodą enzym-enzym. Mleczko skrobiowe poddaje się najpierw upłynnieniu α-amylazą, a następnie scukrzeniu preparatem zawierającym glukoamylazę i pullulanazę. Otrzymany w ten sposób hydrolizat poddaje się rafinacji (niekiedy hydrolizat jest tak czysty, że rafinacja jest zbyteczna) i zagęszczaniu. Otrzymana w ten sposób cukrzycę wiruje się celem oddzielenia kryształów glukozy od syropu międzykryształowego (odciek). Natomiast glukozę zestaloną stanowi nieodwirowana cukrzyca (glukoza wraz z syropem między kryształowym) zestalona w blokach.

Produkcja syropów skrobiowych

Mleczko skrobiowe poddaje się zakwaszeniu do pH ok. 2, celem przeprowadzenia konwersji. Podczas konwersji, w warunkach silnie zakwaszonego środowiska, podwyższonej temperatury- pow. 120°C i ciśnienia zachodzi kleikowanie, a następnie hydroliza skrobi. Po osiągnięciu wymaganej wartości DE hydrolizatu przeprowadza się przerwanie konwersji poprzez zobojętnienie do pH ok. 4,8. Zobojętniony hydrolizat zadaje się węglem aktywnym celem zaadsorbowania rozpuszczalnych zanieczyszczeń, a następnie poddaje filtracji. Sok rzadki po oczyszczeniu na filtrach poddaje się zagęszczaniu na wyparce. Tam ulega zagęszczeniu do ok. 65°Bx, a następnie po ponownym przesączeniu zagęszczany jest na warniku do 83-84°Bx. Po ochłodzeniu do temp. 60°C napełnia się beczki.

Mleczko skrobiowe Zakwaszenie HCl

Konwersja

(pH 2, 120°C)

Zobojętnienie

pH 4,8

Rafinacja

(węgiel aktywny)

Filtracja

(sok rzadki 45°Bx)

Zagęszczanie

(wyparka 65°Bx, warnik 84°Bx)

Chłodzenie

(60°C)

Rozlew do beczek

Produkcja glukozy krystalicznej

Glukozę krystaliczną można produkować metodą kwasową, kwas-enzym lub enzym-enzym. Produkując glukozę metodą kwasową konwersję przeprowadza się podobnie jak przy produkcji syropu skrobiowego z tym że przy większej kwasowości (pH ok. 1,4). Konwersję prowadzi się aż do uzyskania maksymalnego dla tej metody DE 92. Hydrolizat zobojętnia się do pH ok. 4,5 i po zadaniu węglem aktywnym przeprowadza rafinację. Osady oddziela się przez filtrację i następnie sok rzadki zagęszcza się na wyparce do ok. 73°Bx. Następnie przeprowadza się krystalizację glukozy, a po jej zakończeniu cukrzycę poddaje się wirowaniu celem oddzielenia kryształów jednowodnej D-glukozy od syropu międzykryształowego. Odwirowane kryształy przemywa się wodą, suszy, przesiewa i pakuje.

W metodzie kwas-enzym początkowy etap przebiega podobnie jak przy metodzie kwasowej. Po zakwaszeniu w temp 140°C uzyskuje się równoważnik glukozowy (DE) 10-20. Po zobojętnieniu do pH optymalnego dla działania glukoamylazy (pH ok. 4,0) i oziębieniu do temp. 60°C, hydrolizat poddaje się filtracji celem oddzielenia wytrąconego podczas konwersji osadu i następnie dokonuje się scukrzenia metodą enzymatyczną (glukoamylazą).

Otrzymanie glukozy metodą enzym-enzym polega na przeprowadzeniu zarówno upłynniania mleczka skrobiowego jak i scukrzania przy pomocy preparatów enzymatycznych. Upłynnianie mleczka dokonuje się α-amylzą. W mleczku skrobiowym ustala się pH na wartość optymalną dla zastosowanego preparatu α-amylzy (ok.6), a następnie ogrzewa mleczko do temp. optymalnej dla działania enzymu (85-105°C). Skrobię upłynnia się do DE ok. 10. Następnie przeprowadza się scukrzanie preparatem glukoamylazy w temp. 60°C i pH 3,8-4,5. Scukrzanie przeprowadza się aż do uzyskania DE 98. Można również przeprowadzić scukrzanie przy użyciu glukoamylazy i pullulanazy ( pH wynosi 4,5-6,3). Dzięki temu można uzyskać wyższy stopień scukrzenia skrobi -DE 99. Po skończonym scukrzeniu nastawia się pH hydrolizatu na 4,8-5,0 celem wytrącenia zanieczyszczeń białkowo - tłuszczowych, które oddziela się na wirówce. Oczyszczony hydrolizat rafinuje się, a następnie poddaje zagęszczeniu.

Produkcja syropów izomeryzowanych

Stosując preparat enzymatyczny izomerazy glukozowej w ciągu 20 h otrzymuje się syrop, w którym ok. 42% glukozy przekształciło się we fruktozę. Po rafinacji i zagęszczeniu do 70-72% otrzymuje się gotowy produkt.

Syrop glukozowy

(40-45% ss)

Ogrzewanie

Izomeryzacja Izomeraza glukozowa

(60°C, pH 6,6-7,0)

Rafinacja:

-jonity

-węgiel aktywny

Zagęszczanie

(70-72% ss)

Syrop izomeryzowany

Produkcja maltodekstryn

Do otrzymywania maltodekstryn wykorzystuje się α- amylazy. Produkowane są 3 podstawowe rodzaje maltodekstryn: niskoscukrzone o DE 6-11, średnioscukrzone o DE 12-19 i wysokoscukrzone o DE 20-30. Przebieg produkcji przedstawia schemat.

Mleczko skrobiowe

Upłynnianie α-amylaza

(temp. 103-107°C, czas 5-10 min, pH 6,0-6,5)

Dekstrynizacja

(temp. 90-95°C, czas 90-120 min, pH 6,0-6,5)

Rafinacja węglem aktywnym

(temp. 60-85°C, pH 4,5-5,0)

Suszenie rozpyłowe

Pakowanie

9. Przydatność technologiczna skrobi. Właściwości fizykochemiczne o znaczeniu

przemysłowym.

Skrobia jest węglowodanem roślinnym. Występuje w postaci nierozpuszczalnych i pół krystalicznych ziarenek przechowywanych w tkankach roślin (np. bulwach, korzeniach). Skrobia złożona jest z dwóch polimerów: amylozy i amylopektyny.

Stosunkowo najwięcej skrobi znajduje się jej w zbożach oraz ziemniakach. W przemyśle największy udział stanowi skrobia ziemniaczana, a także skrobia kukurydziana. Skrobia jest bardzo cennym surowcem m.in. ze względu na możliwość jej modyfikacji, dzięki czemu zyskuje szereg korzystnych i pożądanych właściwości, tym samym znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.

Przemysł papierniczy jest znaczącym odbiorcą skrobi i produktów skrobiowych. Stanowi ona ok. 10% masy papieru. Wykorzystywana jest w celu zwiększenia gładkości powierzchni papieru, zadrukowalności, bieli, wytrzymałości mechanicznej papieru, a także zmniejszenia uciążliwości ścieków poprodukcyjnych.

Przemysł włókienniczy wykorzystuje głównie skrobie utlenione, skrobie hydrolizowane, estry i etery skrobiowe, dekstryny, a także kompozycje wyżej wymienionych modyfikatów. Skrobia nadaje przędzy odporność na strzępienie

I odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.

W przemyśle hutniczym i odlewnictwie skrobia zyskała „popularność” dzięki właściwościom wiążącym. W przemyśle materiałów budowlanych skrobię wykorzystuje się do aglomeracji pyłów, brykietowania węgla oraz wytwarzania płyt gipsowych z surowców wtórnych.

W wiertnictwie naftowym i geologicznym środki skrobiowe są stosowane w technologii płuczkowej jako składniki płuczek wiertniczych w celu obniżenia ich filtracji i zachowania stabilności płuczki. Zapewnia to utrzymanie ścian otworu wiertniczego i związanym z tym komplikacjom technicznym. Skrobie modyfikowane produkowane dla odlewnictwa spełniają rolę spoiwa mas for­mier­skich.

Największym odbiorcą skrobi ziemniaczanej jest przemysł spożywczy. Skrobia (zwłaszcza) modyfikowana, ale i natywna stosowana jest w celu poprawienia konsystencji, tekstury, wyglądu i przedłużenia trwałości produktu. Skrobię modyfikowaną spotkać można w większości koncentratów spożywczych jak np. budyniach, kisielach, lodach, kremach, puddingach, twarożkach, kawach cappuccino, „gorących kubkach” i produktach typu „instant”. Ponadto, jako zagęstnik w sosach, dresingach, ketchupach, majonezach, deserach mlecznych, a także w przemyśle mięsnym, jako zagęstniki i środki wiążące wyciek cieplny podczas parzenia wędlin.

Właściwości fizykochemiczne o znaczeniu przemysłowym.

KLEIKOWANIE - skrobie naturalne nie pęcznieją w zimnej wodzie i nie tworza roztworów koloidowych. Gdy jednak ogrzewa się je w wodzie do temperatury klepkowania, to ziarenka ich pęcznieją mniej lub więcej i pozostają w zasadzie całymi nawet po dłuższym gotowaniu. Stan spęcznienia może być mniej lub więcej stabilny w zalwzności od pochodzenia skrobi naturalnej czy też rodzaju modyfikacji. Wpływ na zachwanie się gałeczek skrobiowych wywierają różnego rodzaju chemikalia dodane do wody, a temperatura klepkowania w zakresie pH od 5 do 7 nie wykazuje zależności od wartości pH.

AKTYWNOŚĆ JONOWA - w większości skrobie naturalne nie są aktywne jonowo i tylko niektóre z nich jak np. skrobia ziemniaczana, dzieki zawartości w sobie grup fosforanowych, wykazują właściwości jonowymienne. Dzieki temu m. in. można rozdzielić amylozę i amylopektynę poprzez elektroforezę. Skrobie modyfikowane natomiast w bardzo wielu przypadkach wykazują działanie zarówno kationo- jak tez aniono-czynne.

ZABARWIENIE Z JODEM - gałeczki skrobi naturalnej a także pasty kleiki skrobiowe zadane roztworem zawierającym jod np. wodnym roztworem jodu w jodku potasu, barwią się na kolor niebieski. Intensywność tego zabarwienia, wywołanego powstaniem barwnego kompleksu jod-amyloza, zależy od stężenia jodu w roztworze i od rodzaju skrobi. Amyloza odznacza się wysoką zdolnością wiązania jody dając niebieskie zabarwienie. Amylopektyna wiąże ok. 1% jodu, dając zabarwienie czerwono-fioletowe.

Pod wpływem wody i ciepła następuje spęcznienie ziarenek skrobiowych i przy mniejszych stężeniach powstają kleiki a przy większych pasty.

Właściwości past i kleików skrobiowych:

HYDROFILNOŚĆ SKROBI - hydrofilność zależne są w dużym stopniu od składnika amylopektynowego skrobi. Jest on bowiem bardzie hydrofilowy i lepiej emulgujący. Składnik amylozowy prowadzi do past wykazując działanie zagęszczające z wydzieleniem wody.

ZDOLNOŚĆ ŻELOWANIA - zdolność skrobi do tworzenia mniej lub wiecej sztywnych żeli jest zależna od frakcji amylozowej. Żel skrobiowy wykazuje tendencję do zestalenia się

(sztywnienia) i wydzielania zamkniętej w sobie wody.

RETROGRADACJA - zjawisko to jest właściwością wszystkich żelów. Polega na tym, że skrobia w stanie roztworu koloidalnego czy też uwodniona w postaci żelu przechodzi w formę nierozpuszczalną. Kleiki skrobiowe oraz pasty bardziej nierozpuszczalne, mętnieją, z kleików rzadkich wytrącają się osady, a pasty zagęszczają się, stają się coraz sztywniejszymi żelami, a w końcu wydzielają część wchłoniętej wody.

10. Produkty uboczne przemysłu cukrowniczego i krochmalniczego. Charakterystyka,

właściwości, zastosowanie.

• Sok ziemniaczany - płynny produkt odpadowy oddzielony od miazgi ziemniaka na wirówce miazgowej. Zawiera on około 5% suchej masy, w tym około 2% cennego białka, o wysokiej wartości odżywczej (białko pełnowartościowe) oraz cenne składniki mineralne, witaminy i inne. W nowoczesnych krochmalniach stosuje się oddzielenie soku od miazgi, w celu wykorzystania jego cennych składników. Z 1000t ziemniaków można otrzymać około 600kg białka skoagulowanego. Białko z soku można wydzielić przy zastosowaniu ultrafiltracji.

• Wycierka - jest produktem ubocznym otrzymywanym po wymyciu wodą skrobi z miazgi. Zawiera ona wszystkie substancje niekrochmalowe nierozpuszczalne (fragmenty ścian komórkowych) oraz skrobię związaną (znajdującą się wewnątrz nieotwartych komórek miazgi), nie dającą się oddzielić mechanicznie od rozdrobnionych fragmentów tkanki ziemniaka. W świeżej wycierce znajduje się około 86% wody, 0,7% białka, 0,1% tłuszczu, 11% substancji bezazotowych wyciągowych, 1,8% błonnika oraz 0,4% substancji mineralnych. Ze 100kg ziemniaków otrzymuje się około 50kg wycierki świeżej. W suchej masie wycierka zawiera ponad 30% skrobi, której nie opłaca się wydobywać. Wycierkę można wykorzystać jako dodatek do pasz jednak ze względu na wysoką zawartość wody jest ona kłopotliwa w transporcie i szybko się psuje. Aby zmniejszyć zawartość wody w wycierce można ją poddawać prasowaniu lub suszeniu.

• Woda sokowa - jest płynnym odpadem otrzymywanym podczas rafinacji mleczka skrobiowego. Jest to 10-krotnie rozcieńczony sok ziemniaczany. Ze względu na swój skład stanowi on ściek, który nie może być odprowadzany do wód otwartych. Woda sokowa zawiera białko, cukry, tłuszcz, skrobię, potas, fosfor, wapń, krzemionkę, siarkę i in. Można ją stosować do nawadniania łąk lub innych upraw rolniczych (zalew użyźniający) lub też unieszkodliwić ją przez zastosowanie zalewu unieszkodliwiającego.

• Wody brudne - powstają podczas transportu ziemniaków i ich mycia. Kierowane są one do osadników, gdzie pozostawiają około 96% wszystkich zanieczyszczeń. Otrzymane osady można wykorzystywać w rolnictwie, a sklarowaną wodę zwraca się do transportu ziemniaków.

DE (dextrose equivalent)-równoważnik glukozowy, jest to zdolność redukcyjna hydrolizatu wyrażona jako D-glukoza (w przeliczeniu na suchą substancję).

---