Патент на изобретение №2159252

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОДИФИЦИРОВАННОГО КРАХМАЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ предусматривает приготовление водной суспензии картофельного или высокоамилозного крахмала. Суспензию нагревают, добавляют в нее катализатор, в качестве которого используют раствор сернокислого двухвалентного железа, и затем окислитель – раствор перекиси водорода. Суспензию выдерживают в течение 1,0 – 2,0 ч до получения модифицированного крахмала со студнеобразующей способностью не менее 1000 г. Отделяют от крахмала жидкую фазу, промывают крахмал водой и модифицированный крахмал сушат. Способ обеспечивает получение продукта, обладающего высокой студнеобразующей способностью, что позволяет его использовать при приготовлении различных пищевых продуктов. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству модифицированных окисленных крахмалов, обладающих повышенной студнеобразующей способностью и используемых для производства желейных и взбивных кондитерских изделий, а также мороженого, фруктовых, молочных, овощных, мясных, рыбных и других желеобразных продуктов.

Известен способ производства модифицированного крахмала, предусматривающий приготовление кислой водной суспензии крахмала при температуре ниже клейстеризации последнего, введение в суспензию металлического катионного катализатора – соль тяжелого металла, например железа, кобальта, меди, хрома или их сочетания, добавление небольшого количества перекиси водорода, достаточного для деструкции зерен крахмала и получения окисленных крахмалов, образующих клейстеры пониженной вязкости и имеющих небольшую студнеобразующую способность (US 3975206 A, C 08 B 31/18, 17.08.1976).

Недостатком этого способа является то, что полученный модифицированный крахмал не может быть использован в пищевых продуктах в качестве студнеобразователя.

Известен способ производства модифицированного крахмала, предусматривающий приготовление водной суспензии крахмала с pH 11,0-12,5, введение некоторого количества катионов марганца путем использования марганцевокислой соли и 0,01-2,0% из расчета на массу крахмала перекиси водорода (в пересчете на 100%-ный продукт), выдерживание суспензии в течение 2-36 ч при температуре 0-55^oC, фильтрацию суспензии, промывку отфильтрованного модифицированного крахмала на сушку (US 4838944 A, C 08 B 31/00, 13.06.1989). Окисление крахмала по этому способу также протекает в условиях интенсивной реакции расщепления крахмала, образования новых карбонильных и карбоксильных групп.

Сильно деструктированный крахмал не позволяет получать прочные студни. Окисление крахмала по этому способу приводит к удержанию части марганца в крахмале, что ограничивает его применение в пищевой промышленности.

Известен способ производства модифицированного крахмала, предусматривающий приготовление водной суспензии картофельного крахмала, введение в нее катализатора в виде ионов меди, железа, вольфрама и окисление крахмала 2%-ным раствором перекиси водорода. Окисление крахмала проводят в кислой или в щелочной среде при температуре 40^oC в течение 1-24 ч. Установлено, что как в щелочной, так и в кислой среде (в последнем случае больше) происходит увеличение количества карбоксильных (от 0,9 до 1,6 на 100 ангидроглюкозных единиц) и карбонильных групп (от 3 до 8,6 /100). В кислой среде эффективность реакции более высокая, чем в щелочной. С ростом продолжительности обработки растет содержание в крахмале количества карбонильных групп, при этом в большей степени при проведении реакции в кислой среде, а карбоксильных групп – только в кислой среде (Starke, 1995, 47, N 1, с. 19-23).

К недостатку этого метода окисления крахмала следует отнести то, что для обработки крахмала используют очень большое количество окислителя (3% к массе крахмала), что приводит к чрезмерной деструкции крахмала и снижению вязкости его клейстера. Модифицированный крахмал обладает низкой студнеобразующей способностью, что приводит к возможности получения только мягких студней.

Известен способ получения модифицированного крахмала из зернового крахмала, предусматривающий приготовление 35-40%-ной подкисленной суспензии исходного крахмала, ее нагревание до 45-50^oC, добавление в суспензию амилолитического или протеолитического ферментного препарата, выдерживание суспензии 1,5-2,0 ч, отделение крахмала от раствора с ферментом, его промывку, приготовление вновь 35-40%-ной водной суспензии крахмала, порционное введение окислителя – перманганата калия, нейтрализацию суспензии, центрифугирование и сушку (SU 1054413 A, C 08 B 30/12, 15.11.1983).

Недостатками этого способа являются усложнение технологии и повышение себестоимости продукта из-за использования дорогих ферментных препаратов, необходимости удаления отработавших ферментов из суспензии перед окислением. Наличие ионов марганца создает трудности получения качественной пищевой продукции и способствует образованию трудноочищаемых сточных вод.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ производства модифицированного крахмала, предусматривающий приготовление водной подкисленной суспензии картофельного или высокоамилозного крахмала, нагревание ее до 44-55^oC, добавление в нагретую суспензию раствора окислителя, в качестве которого используют раствор соляной кислоты и раствор марганцевокислого калия, выдерживание суспензии в течение 1-4 ч для окисления крахмала, отделение от него жидкой фазы, промывку крахмала водой, отделение свободной влаги на центрифуге и сушку (SU 1054414 A, C 08 B 30/12, 15.11.1983).

Недостатком этого способа является то, что в нем для окисления крахмала в значительных количествах одновременно используют сильно диссоциирующую соляную кислоту (0,4-0,7% к массе суспензии) и марганцeвокислый калий (0,05-0,15% к массе суспензии), т. е. смесь, обладающую деструктивным и коррозионным действием (pH 1-1,2).

Известно, что в растворах соляной кислоты низкой концентрации потеря массы эмали марки 105 составляет 0,131 мг/см², что определяет ее пониженную химическую кислотность в условиях такой реакции. Еще более низкая стойкость в этих условиях углеродистой стали – ее коррозионная проницаемость составляет 3-6 мм/год (Справочник механика химического завода ГОСНТИЗД хим.лит. М. – 1950 г. , c. 378-405). Проведение реакции окисления по этому методу требует использования коррозионностойких оборудования, труб и арматуры, хорошо защищенных строительных конструкций. После удаления жидкой фазы и промывки крахмала образуются сточные воды, содержащие отработавшие реагенты, трудно поддающиеся очистке. Расчеты показывают, что при окислении крахмала по данному способу и переходу в сточные воды 75% отработавших солей в этих водах будет содержаться (в мг/л) ионов натрия – 1420, калия – 104, хлора – 3210, марганца – 150, всего 4884 мг/л. Частичное попадание ионов марганца в крахмал требует тщательного контроля его содержания в конечном продукте. Длительность реакции окисления снижает производительность оборудования. Реакции окисления крахмала протекают через ряд ступеней с образованием MnO₂, MnCl₂, что не позволяет четко контролировать производственный процесс и зачастую приводит к получению окисленных крахмалов с пониженной студнеобразующей способностью, не соответствующей требованиям ТУ “Крахмал модифицированный окисленный” ТУ 9187-042-00334735-98.

Технический результат изобретения заключается в получении крахмальных студнеобразователей на основе крахмалов картофеля и высокоамилозных крахмалов зерновых культур, обладающих повышенной студнеобразующей способностью, при пониженном коррозионном действии реагентов рабочей среды и низком содержании неорганических веществ в сточных водах.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе производства модифицированного крахмала, предусматривающем приготовление водной суспензии картофельного или высокоамилозного крахмала, нагревание суспензии, добавление в нее раствора окислителя, выдерживание суспензии для окисления крахмала, отделение от него жидкой фазы, промывку крахмала водой и сушку модифицированного крахмала, перед добавлением в суспензию раствора окислителя в нее вводят катализатор в качестве которого используют раствор сернокислого двухвалентного железа, а в качестве окислителя – раствор перекиси водорода. Выдерживание суспензии проводят в течение 1,0-2,0 ч до получения модифицированного крахмала со студнеобразующей способностью не менее 1000 г.

Раствор сернокислого двухвалентного железа вводят в суспензию картофельного крахмала в количестве 0,07-0,08 вес.%, а в суспензию высокоамилозного крахмала – в количестве 0,10-0,13 вес.% к массе сухих веществ суспензии.

Раствор перекиси водорода вводят в суспензию картофельного крахмала в количестве 0,18-0,20 вес.%, а в суспензию высокоамилозного крахмала 0,30-0,40 вес.% к массе сухих веществ суспензии.

Способ получения крахмальных студнеобразователей заключается в следующем. Картофельный или высокоамилозный крахмал размещают в реакторе, оснащенном мешалкой и водяной рубашкой, с водой, обеспечивая концентрацию суспензии 41-43 вес. %. Подают в рубашку горячую воду с температурой 85^oC, и суспензию при перемешивании нагревают до 44-46^oC. В нагретую суспензию вводят раствор сернокислого двухвалентного железа (FeSO₄ 7H₂O) в расчете на безводное вещество в количестве 0,097-0,10 вес.% при окислении картофельного крахмала и в количестве 0,10-0,15 вес.% при окислении высокоамилозного крахмала к массе сухих веществ суспензии. Тщательно перемешивают раствор сернокислого железа и суспензию крахмала (не менее 5 мин). Затем в смесь вводят раствор перекиси водорода, в количестве (в расчете на концентрацию 100%) 0,18-0,20 вес. % к массе сухих веществ для картофельного и 0,3-0,4 вес.% – для высокоамилозного крахмала. Окисление крахмала проводят в течение 1-2 ч до полного расхода окислителя при постоянном перемешивании и поддержании температуры суспензии 44-46^oC. Суспензию после завершения реакции (pH 3,5-5,2) нейтрализуют раствором углекислого натрия до pH 6-6,5 и отделяют крахмал от жидкой фазы путем фильтрации или центрифугирования. Окисленный крахмал промывают, размешивая его в воде с последующим разделением твердой и жидкой фазы, высушивают, просеивают и упаривают.

Жидкую фазу суспензии и промывные воды объединяют. Их используют на технические цели (гидроподача и мойка картофеля, замачивание и транспортирование зерна) или выводят на очистные сооружения. Преимуществом предлагаемого способа является то, что образующиеся в производстве отработавшие воды не содержат хлоридов, марганца и натрия и тяжелых металлов, в больших количествах присутствующих в сбрасываемых водах при работе по другим способам. Содержание неорганических солей в этих водах составляет около 600 мг/л.

В процессе окисления используют перекись водорода, обладающую высокой окислительной способностью в кислой, нейтральной и щелочной среде.

Для ускорения разложения молекул перекиси водорода на атомарный кислород и воду в нейтральной среде в качестве катализатора используют ионы двухвалентного железа, а именно его сернокислую соль (FeSO₄ 7H₂O). Основная часть этой соли после окисления переходит в сбрасываемые воды и проявляет свое коагулирующее действие при контакте с высокомолекулярными веществами сточных вод, ускоряет их осаждение и облегчает очистку.

При окислении крахмала в этих условиях образуются карбонильные и карбоксильные группы. Наличие последних из-за диссоциации и образование ионов водорода приводит к снижению pH суспензии на 2,6-4,2 единиц. Контроль этого показателя позволяет судить о ходе реакции окисления. В этой реакции быстро (за 1-2 ч) происходит полное использование окислителя. Реакция протекает в условиях пониженного коррозионного действия среды по сравнению с известными способами. Образующиеся после окисления поликарбоксильные соединения по коррозионному действию можно отнести к органическим кислотам, устойчивость эмали марки 105 в этих условиях хорошая.

При окислении крахмала протекает деструкция его полисахаридных цепей, что позволяет получать клейстеры крахмала низкой вязкости при их высокой концентрации.

При окислении картофельного крахмала и изменении расхода безводного сернокислого железа от 0,06 до 0,10 вес.% и перекиси водорода (в расчете на концентрацию 100%) от 0,18 до 0,20 вес.% получают окисленные крахмалы, обеспечивающие прочность сахарокрахмального студня до 1280 г. При расходе сернокислого железа ниже 0,06 вес.% и перекиси водорода ниже 0,18% окисленные крахмалы образуют студни пониженной прочности. Увеличение расхода катализатора выше 0,10 вес.% и перекиси водорода выше 0,20 вес.% приводит к чрезмерной деструкции полисахаридов крахмала и возможности получения только мягких студней пониженной прочности.

При окислении высокоамилозного крахмала с изменением расхода сернокислого железа от 0,08 до 0,15 вес.% и перекиси водорода от 0,20 до 0,4 вес.% получают окисленные крахмалы с высокой студнеобразующей способностью (1300 г). При пониженных расходах реагентов (0,08 и 0.20 вес.% соответственно) окисленные крахмалы образуют клейстеры высокой вязкости, они трудно увариваются при приготовлении сахарокрахмальной дисперсии. Повышение расхода реагентов соответственно выше 0,15 и 0,30 вес.% не дает эффекта увеличения прочности студня.

Полученные по предложенному способу студнеобразователи могут быть использованы в производстве желейных кондитерских изделий, фруктовых, рыбных, мясных желе, корпусов конфет как влагоудерживатели и структурообразователи мясных, рыбных, молочных и других изделий.

Пример 1. Готовят суспензию картофельного крахмала концентрацией 43,0 вес. %. При перемешивании ее нагревают до 45^oC и в нее вводят в расчете на безводное сернокислое железо 0,06, 0,07, 0,075, 0,08 и 0,10 вес.% и 0,18, 0,19, 0.20 вес. % перекиси водорода к массе сухих веществ суспензии. После завершения обработки в течение 2 ч суспензию нейтрализуют раствором углекислого натрия до pH 6,5. Крахмал отделяют фильтрацией, промывают, высушивают и анализируют. Условия проведения окисления крахмала и результаты его анализа приведены в табл. 1.

Пример 2. Готовят суспензию высокоамилозного зернового крахмала и проводят его окисление как в примере 1, но расходуя сернокислое железо в количествe 0,08, 0,10, 0,13 и 0,15 вес.% и перекись водорода в количестве 0,20, 0,30 и 0,40 вес.%. Условия модифицирования крахмала и результаты его анализа приведены в табл. 2.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение модифицированного крахмала со стабильно высокой студнеобразующей способностью и позволяет улучшить условия его производства.

Формула изобретения

1. Способ производства модифицированного крахмала, предусматривающий приготовление водной суспензии картофельного или высокоамилозного крахмала, нагревание суспензии, добавление в нее раствора окислителя, выдерживание суспензии для окисления крахмала, отделение от него жидкой фазы, промывку крахмала водой и сушку модифицированного крахмала, отличающийся тем, что перед добавлением в суспензию раствора окислителя в нее вводят катализатор, в качестве которого используют раствор сернокислого двухвалентного железа, а в качестве окислителя – раствор перекиси водорода, при этом выдерживание суспензии проводят в течение 1,0 – 2,0 ч до получения модифицированного крахмала со студнеобразующей способностью не менее 1000 г.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор сернокислого двухвалентного железа в суспензию картофельного крахмала вводят в количестве 0,07 – 0,08 вес. %, а раствор перекиси водорода – в количестве 0,18 – 0,20 вес.% к массе сыпучих веществ суспензии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор сернокислого двухвалентного железа в суспензию высокоамилозного крахмала вводят в количестве 0,10 – 0,13 вес. %, а раствор перекиси водорода – в количестве 0,30 – 0,40 вес.% к массе сухих веществ суспензии.

РИСУНКИ