Разработка технологии мальтотетраозной крахмальной патоки

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1.0. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПАТОКИ 12
1.1. Классификация крахмала и крахмалопродуктов 12
1.2. Крахмал как сырье для производства крахмалопродуктов 22
1.3. Гидролиз крахмала и его виды 31
1.4. Применение крахмальной патоки в кондитерском производстве 39
Выводы по Главе 1.0. 46
ГЛАВА 2.0. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МАЛЬТОТЕТРАОЗНОЙ КРАХМАЛЬНОЙ ПАТОКИ 48
2.1. Анализ существующих способов получения крахмальной патоки 48
2.2. Ферменты, применяемые в получении крахмальной патоки 64
2.3. Разработка технологии получения мальтотетразной патоки 69
2.4. Усовершенствование технологии получения карамели с использованием мальтотетраозной патоки. 81
Выводы по главе 2.0. 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 91

Весь текст будет доступен после покупки

Расширение ассортиментной линейки сахаристых крахмалопродуктов, обладающих востребованными функциональными свойствами для применения в различных отраслях пищевой промышленности РФ, является актуальной задачей крахмалопаточной отрасли.
Одним из важнейших направлений решения данной задачи является разработка способов гидролиза крахмала с использованием в качестве биокатализаторов амилолитичских ферментов, обладающих специфичной способностью образовывать мальтоолигосахариды с различной степенью полимеризации (DP), обуславливающие основные востребованные функциональные свойства получаемых продуктов. Мальтоолигосахариды представляют собой углеводные полимеры, состоящие из 2-10 мономерных ?-D-глюкопиранозных единиц, связанных ?-1,4-гликозидными связями [1].
Крахмал является стратегическим сырьем, превосходящим по своему промышленному значению нефть. Он широко используется в пищевой промышленности, входя в состав более семи тысяч продуктов, в целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, текстильной, сталелитейной, фармацевтической и ряда других отраслей.
Следует отметить, что сферы применения крахмалов постоянно расширяются. Так, например, на основе крахмалов можно получать кровезаменители, которые индифферентны к группе крови человека и не заражены опасными вирусными заболеваниями, такими, как СПИД, гепатит и т.п.
Последние достижения по использованию крахмалопродуктов – это получение на их основе биоразлагаемых полимеров [9]. Первое место по объемам производимого крахмала принадлежит кукурузному крахмалу, который занимает около 74% всего рынка крахмалов. Далее идут тапиоковый (маниоковый), картофельный и пшеничный крахмалы, на долю каждого приходится 3-5% [10].
В Юго-Восточной Азии также выпускается незначительное количество рисового крахмала, который занимает менее 1% рынка крахмала. Ржаной, сорговый, ячменный и гороховый крахмалы на рынке отсутствуют. Это обусловлено многими причинами: агрономическими, техническими, экономическими и даже политическими. Кукуруза в благоприятных условиях дает высокие урожай, и ее переработка имеет высокий уровень рентабельности. Помимо крахмала из кукурузы выделяют масло, получают кормовые добавки и глютен.
В России товарная кукуруза выращивается главным образом в Южном федеральном округе. При получении пшеничного крахмала кроме масла зародышей пшеницы и отрубей выделяют нативную клейковину, которая является ценным белковым продуктом. Пшеничный крахмал, однако, сильно загрязнен белковыми соединениями, от которых достаточно трудно избавиться. Эти примеси отрицательно влияют на ферментативный гидролиз крахмала при получении патоки, значительно снижая выход конечного продукта, увеличивая цветность и загрязненность готовой продукции белковыми примесями.
Картофельный крахмал по сравнению с зерновыми крахмалами является самым дорогим крахмалом, но с другой стороны он дает самые прозрачные и прочные клейстеры. Это обусловлено наличием незначительного количества белковых и липидных примесей в товарном крахмале. Основные производители картофельного крахмала: Германия, Бельгия, Голландия, Республика Беларусь.
На наш взгляд, рентабельным промышленным крахмалоносом могла быть рожь, особенно для регионов Уральского, Сибирского и Дальневосточного регионов России. Рожь содержит до 70% крахмала, дает высокие и стабильные урожаи в этих регионах, является хорошим предшественником для многих сельскохозяйственных культур. В связи с тем, что рожь является озимой культурой, ее посев не связан с пиковыми нагрузками в период посевной и уборочной страды, и уборка идет на 2-3 недели раньше, чем пшеницы. [9]
С начала 60-х годов прошлого века предметом интенсивных исследований являются гидролитические ферменты, способные расщеплять крахмал до олигосахаридов, обладающих высокой функциональностью и огромным потенциалом для промышленного использования.
Свойства мальтоолигосахаридов определяются степенью полимеризации, углеводным составом и характеризуются умеренной сладостью, относительно низкой осмоляльностью, высокой водоудерживающей способностью, подходящей вязкостью, некристаллизуемостью и повышенной температурой замерзания, что обуславливает их широкое использование в пищевой промышленности в качестве пищевых ингредиентов, пребиотических добавок, в производстве кормов для животных и агрохимикатов, в фармацевтике в качестве средств доставки лекарств и косметике.
К сахаристым продуктам, получаемым из различных видов растительного крахмалсодержащего сырья, относятся глюкоза, фруктоза, глюкозно-фруктозный сироп, а также патока.
Крахмальная патока, наряду с сахаром, является основным сырьем кондитерского производства, выполняя роль подсластителя и антикристаллизатора. Патока представляет собой смесь углеводов различной молекулярной массы: глюкозы, мальтозы и высших полисахаридов. Это питательные, углеводные сладости растительного происхождения служат важной основой многих пищевых продуктов [13].
Патока крахмальная – это очищенный и концентрированный продукт, получаемый в результате переработки крахмала из кукурузы.
Патока крахмальная широко используется в пищевой промышленности и кулинарии как загуститель и подсластитель. Производство крахмальной патоки происходит посредством ферментативного гидролиза кукурузного крахмала с последующей очисткой.
В зависимости от технологии производства, патока крамальная имеет различный углеводный состав: глюкозы, мальтозы, мальтотриозы, и прочих сахаридов. Клиентоориентированность позволяет изготавливать патоку по индивидуальным спецификациям заказчика, различными с технологическими и потребительскими свойствами:
? низкоосахаренная;
? карамельная кислотная;
? карамельная ферментативная;
? мальтозная;
? экстракт солодовый;
? высокоосахаренная;
? высокоглюкозная.
Патока крахмальная низкоосахаренная представляет собой продукт неполного гидролиза крахмала с содержанием редуцирующих веществ 26-35% (РВ, ДЕ-декстрозный эквивалент). Низкоосахаренная патока характеризуется высокой вязкостью, связующими и антикристаллизационными свойствами, обладает низкой сладостью.
Сфера применения низкоосахаренной патоки – это кондитерское производство (в качестве антикристаллизатора, регулятора сладости, связующего, пенообразователя). Низкое содержание глюкозы позволяет уменьшить гигроскопичность кондитерских изделий и увеличить их срок годности, что особенно актуально для леденцовой карамели. Связующие свойства низкоосахаренной патоки позволяют эффективно использовать ее в строительной индустрии взамен фенолформальдегидных смол при формовании отдельных видов строительных материалов [13].
Патока крахмальная карамельная (глюкозо-мальтозный сироп) с РВ 36-44% имеет оптимальную вязкость и наиболее широко применяется в кондитерской промышленности (как основной вид сырья наряду с сахаром) в качестве сладителя и антикристаллизатора кондитерских изделий. Паточные сиропы являются основой производства всех видов кондитерских изделий. Без патоки невозможно произвести помадку и глазурь, зефир и пастилу, мармелад и халву, нугу и многие другие товары.
Карамельная патока широко применяется в индустрии мороженого и мороженых десертов как регулятор сладости, точек замерзания и оттаивания, препятствует кристаллизации сахарозы. Именно карамельная патока способна улучшить товарные качества мороженого. Карамельная патока, благодаря сбалансированности состава сахаров, универсальна в применении, поэтому используется при производстве хлеба, а также ресторанами и малым бизнесом для производства тортов, рулетов, выпечки и авторских кондитерских изделий.
Патока крахмальная мальтозная (мальтозный сироп) в качестве основного компонента содержит мальтозу (30-70%). Используется в двух основных направлениях: для производства карамели премиального качества с улучшенной цветностью и прозрачностью, максимального увеличения срока годности готовой продукции, а также для использования при изготовлении диетических кондитерских изделий в качестве источника сбраживаемых сахаров при производстве напитков брожения: пива и кваса. Использование мальтозной патоки положительно сказывается на эффективности производства за счёт увеличения экстрактивности сусла и выхода готовой продукции [13].
Патока крахмальная высокоосахаренная (глюкозный сироп) с РВ более 45% и содержанием глюкозы более 30% имеет повышенную сладость и меньшую вязкость в сравнении с другими видами патоки. Этими свойствами обуславливается её использование при производстве мягких кондитерских начинок, джемов, топпингов, соусов и кетчупов.
Отдельные сорта высокоосахаренной патоки с высокими РВ могут использоваться в строительной промышленности.
Мальтозная патока – это универсальный улучшитель для производства хлеба и кондитерских изделий: десертов, тортов, глазури, соков, конфет, мороженого. Она положительным образом оказывает влияние на вкусовые качества продуктов, в том числе и пива, так как содержит большое количество сбраживаемых сахаров. При производстве алкоголя мальтозную патоку применяют для смягчения вкуса и придания характерного послевкусия. Сырьем для мальтозной патоки являются некоторые сорта кукурузы, ячменя, проса, сорго и др. культур. Крахмалосодержащие вещества, получаемые из сырья, осахаривают с помощью ферментов, полученный сироп фильтруют активированным углем и уваривают до получения определенной консистенции.
До 1996 года в России крахмальная патока выпускалась в весьма ограниченном ассортименте, в основном для производства карамели в кондитерской промышленности. Благодаря применению биоконверсии крахмала, обеспечивающей получение патоки в более широком ассортименте, вторым потребителем крахмальной патоки после кондитерской промышленности стала пивоваренная промышленность. Для пивоваренного производства ряд крахмалов – паточных предприятий освоили новый вид сахаристой продукции – мальтозную патоку [13].
Актуальность дипломной работы: мальтозная патока может быть использована также и в кондитерской промышленности для получения кондитерских изделий более высокого качества. Мальтозная патока широко применяется для полной или частичной замены сахара при выработке хлебобулочных изделий, фруктовых и молочных консервов, пива, плодово-ягодных вин и других пищевых продуктов. Из глюкозной патоки выделяется кристаллическая глюкоза. Глюкоза сама по себе является важным продуктом и широко используется в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности. В США, Японии, Таиланде развито производство глюкозно-фруктозных сиропов (ГФС), получаемых путем изомеризации глюкозы во фруктозу [11].
В последнее время все более широко в производстве внедряются различные методы физических воздействий с целью интенсификации химических и биологических процессов. Из известных физических методов, применяемых для интенсификации химических и биохимических процессов, нами в первую очередь были использованы механические и электрохимические методы. Так, при механическом способе интенсификации процесса ферментативного гидролиза крахмалов был использован газовихревой способ перемешивания реакционных смесей вместо классического механического способа перемешивания.
Рост объемов потребления патоки объясняется тем, что их использование в производстве пищевой продукции технологичнее и обходится дешевле. К примеру, в 2020 году было произведено 382,1 тыс.т. крахмальной патоки, а в 2021 году 600,3 тыс.т., что свидетельствует о том, что за год производство увеличило объем на 218 тыс.т. В то время как в 2018 году объем производства составлял 202 тыс.т. крахмальной патоки, следовательно, за 4 года производить стали больше примерно 150%.
Цель исследования: разработка собственной технологии получения получения мальтотетразной патоки.
Чтобы выполнить поставленную цель, необходимо решить следующие задачи:
? изучить основные виды патоки крахмальной;
? изучить основные характеристики сырья для производства патоки;
? провести анализ свойств мальтотетраозной патоки;
? разработать технологию получения мальтотетраозной патоки;
? оценка мальтотетраозной патоки по собственной технологии.
Объектом исследования является крахмальная патока.
Предметом исследования является разработка технологии мальтотетраозной крахмальной патоки.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1.0. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПАТОКИ

1.1. Классификация крахмала и крахмалопродуктов
Крахмал (от польск. Krochmal, от нем. Kraftmehl, от англ. Starch – клей, от лат. Amylum) [1, 2] – это растительный полисахарид (С6Н10О5 nН2 О), содержащийся в виде зерен в клубнях картофеля, зернах кукурузы, пшеницы, риса и др. В промышленности его получают из клубневого (картофель, батат, маниока) и зернового (пшеница, рис, кукуруза, сорго) сырья, а также в небольших количествах получают из ячменя, гороха [3, 4, 5].
Он широко используется в пищевой промышленности – при производстве макаронных, мучных и сахаристых кондитерских изделий, колбасных изделий, алкогольных и безалкогольных напитков, мороженого и др. [5,7], а также в парфюмерно-косметической, химико-фармацевтической, бумажной, текстильной промышленности, промышленности строительных материалов и др. [8, 9].
Согласно ГОСТ Р 51953–2002, крахмал – природный углевод, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зерен и выделяемый из крахмалосодержащего сырья при его переработке; крахмалосодержащее сырье – органы растений, содержащие крахмал в количестве, достаточном для их промышленной переработки [8].
Поскольку один из основных видов крахмала – картофельный, то приведем краткие исторические сведения о происхождении картофеля как производящей культуры. Первые сведения о картофеле (лат. Solanum tuberоsum, L, сем. Solanaceae – пасленовые) относятся к 1565 г., когда испанцы завезли его в Европу из Южной Америки [12]. Там он был известен еще около 14 тыс. лет назад, когда племена первобытных людей собирали клубни дикого картофеля в диких зарослях, а чуть позже начали его возделывать. Этот момент считается началом введения картофеля в культуру [13].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Аксёнов В. В. Комплексная переработка растительного крахмалосодержащего сырья в России // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2007. № 4. — С. 213–218. Андреев Н. Р. Основы производства нативных крахмалов. — М.: Пищепромиздат, 2001. — 289 с.
2. Лукин Н. Д., Бородина З. М., Папахин А. А. Исследование действия амилолитических ферментов на нативный крахмал различных видов в гетерогенной среде. // Достижения науки и техники АПК. — 2013. — № 10. — С. 62–64.
3. Андреев Н.Р. - Адаптация технологического потока производства крахмала к различным видам крахмалсодержащего сырья. Хранение и переработка сельхозсырья, 1999. - №9. - C. 14-16.
4. Андреев Н.Р. Вовлечение новых видов крахмал содержащего сырья для промышленной переработки на крахмал и крахмал продукты. Тез. докл. III Меджународной конф., Пища. Экология. Человек. - М.,1999. - C. 99.
5. Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов. - М.: Пищепромиздат, 2001. - C. 289.
6. Андреев Н.Р. Экологические аспекты развития технологических процессов производства крахмала. - М.: АгроНИИТЭИПП.,1996. - Сер. 19. - Вып. 2. - C. 28.
7. Андреев Н.Р., Введенская Е.П., Симаков Е.А. Некоторые аспекты оценки крахмалсодержащего сырья. //Хранение и переработка сельхозсырья, 2007. - №7 - С. 110.
8. Андреев С.П. Разработка аграрно-пищевых технологий. Организационно-методические указания межотраслевой лаб. систем технологий и машин для пищевых и перерабатывающих отраслей АПК РАСХН. - М., 2006. - 116 с.
9. Андреев Н.Р. Основы производства нативных крахмалов / Н.Р. Андреев. – М.: Пищепромиздат, 2001. – 289 с.
10. Андреев Н.Р., В.Г. Карпов. Структура, химический состав и технологические признаки основных видов крахмалосодержащего сырья / Карпов // Хранение и переработка с.-х. сырья. – 1999. – №7. –С. 30–33.
11. Бугаенко И.Ф. Сахар и его заменители. -- М.: ООО "Телер", 2004. - 72с.
12. Завиваев Н.С., Якимова О.Ю., Мансуров А.П. Кластерный анализ эффективности использования элементов точного сельского хозяйства. // Вестник НГИЭИ. 2021. № 12 (127). С. 72-94.
13. Губин М.Г. Крахмало-паточная промышленность России - М.: Пищепромиздат , 2005. - C. 176.
14. Гулюк Н.Г., Комаров Ю.И., Пихало Д.М. Исследование процесса получения из крахмала циклодекстринов - высокоэффективных соединений включения. Тезисы доклада на XIX Международной конференции по крахмалу "Москва-Краков". - М., 2012. С. 145
15. Гулюк Н.Г., Пучкова Т.С., Пихало Д.М. Перспективы производства и применения инулина из цикория. Тезисы доклада на XI Международной конференции по крахмалу. - М., 2003. - С. 173.
16. Д.С Гамин Общий обзор крахмалопаточной отрасли РФ и мирового производства крахмала и продуктов его переработки, 2007. - C. 176.
17. Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевой продукции. /М., 2001. - С. 528.
18. Кокаева З.К. Цыганова Исследование влияния мальтозной патоки на реологические свойства пшеничного теста /З.К.Кокаева, Т.Б. Цыганова, О.А. Гакова //Хранение и переработка сельхозсырья. ­ 2007, №5 . ­ С. 33­34.
19. Кругляков Г.Н., Круглякова Г.В. Товароведение продовольственных товаров: - Учебник. - Ростов на Дону: "МарТ", 1999.- С. 130.
20. Лукин Н.Д. Сахаристые крахмалопродукты в обеспечении рационального баланса сахара в России. - Сб. науч. трудов VI ежегод. науч. практ. конф. - Сахар 2006: - Повышение эффективности работы сахарной промышленности (30 апреля 2006 г.). - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2006. - С. 178.
21. Монисов А.А., Тутельян В.А., Хотимченко С.А. Проблемы безопасности пищевых продуктов в России Вопросы питания, 1999. - С. 10-33.
22. Бурува Т.Е. Введение в профессиональную деятельность. Пищевая биотехнология: -Спбб: Издательство «Лань», 2021. – 160 с.
23. Рязанова О.А., Николаева М.А. Товароведение продуктов детского питания: Учебное пособие. -- М.: Издательство "Омега-Л": Издательский дом "Деловая литература", 2003. - С. 144.
24. Сборник научных трудов ВНИИ крахмалопродуктов, вып. 12 . Под ред. Н.Д. Лукина, Н.Р. Андреева, Е.А. Симакова, и др. - М., 2008. С.78.
25. Скурихин И.М., Тутепьяп В.А. Таблицы химического состава и калорийности российских продуктов питания. -- М.: Де Ли принт, 2008. - С. 95.
26. Славянский A.A., Егорова М.И. Подсластители и сахарозаменители. Учебное пособие. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - 65 C
27. Славянский, А. А. Промышленное производство крахмала и крахмалопродуктов : учебное пособие / А.А. Славянский, Н.Д. Лукин, Н.Н. Лебедева. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 271 с.
28. Старовойтов В.И. Индустрия картофеля - М.: ВИНИТИ, 2010. - 202 с.
29. Скобельская З.Г. Технология производства сахарных кондитерских изделий: учебное пособие для СПО / З.Г. Скобельская, Г.Н. – 4-е изд., стер. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 428 с.
30. Славянский А.А. Специальная технология сахарного производства: учебное пособие / А.А. Славянский. – 2 изд., исп. – Санкт-Петербург: Лань, 2020. – 216 c.
31. Физико-химические основы и общие принципы переработки растительного сырья: лабораторный практикум / И.Ю. Сергеева, М.В. Кардашева; Кемеровский государственный университет. – Кемерово, 2020 -204
32. Филиппова Н.И. Развитие технологии производства зернового крахмала. Сборник научных трудов ВНИИ крахмалопродуктов. - М., 2008. - Вып. 12. C. 47-57.
33. Цыганова Т.Б. Новые виды патоки в условиях производства ОАО «БМК» [Текст] / Т.Б. Цыганова З.К. Кокаева, А.Н. Бероева // Сборник материалов научно­практической конференции МГУТУ, посвященной 100­летию со дня рождения Н.П. Козьминой. ­ М: Эйдос, 2005. ­ С.12­17.
34. Цыганова Т.Б. Производство мальтозной патоки с применением ферментных препаратов [Текст] / Т.Б. Цыганова, З.К. Кокаева, А.Н. Бероева // Сборник материалов научно­практической конференции МГУТУ, посвященной 100­летию со дня рождения Н.П. Козьминой. М: Эйдос, 2005. ­ С.9­12.
35. Патент SU 93423 A1 C13K 7/00 «Способ получения мальтозной карамельной патоки» / Обуховский Э.А. Смыслов А.И. – Опубл. 01.01.1952, Бюл. № 2-3. - 1 с.
36. Патент RU 2 061 048 C1 C13K 1/04 «Способ получения крахмальной патоки и устройство для его осуществления» / Ещенко А.Ф. –Опубл. 27.05.1996, -6 с.
37. Патент RU 2 283 349 C2 C13K 1/06 «Способ получения патоки из крахмала» / Рамазанов Ю.А. Кислых В.А. Косюк И.П. – Опубл. 10.09.2006, -6 с.
38. Патент RU 2 562 536 C2 А23К 1/6 «Способ получения глюкозо-мальтозной патоки из картофельного крахмала» / Донкова Н.В. Донков С.А. Опубл. 10.09.2015, -6 с.
39. Папахин А.А. Бородина З.И. Гулакова В.А. О получении мальтотетраозной крахмальной патоки с использованием препарата мальтотетраогидразы Optimalt 4G // Пищевая промышленность. – 2021. -№ 12. – С. 68-73.
40. Технологический контроль производства сахаристых крахмалопродуктов: методическое пособие / под ред. Н.Д. Лукина, В.В. Ананских, Т.В. Лапидус, Л.С. Хворовой. М.: Россельхозакадемия, 2007. 261 с.
41. Kimura, T.Maltotetraose, a new saccharide of tertiary property/ T. Kimura, T. Nakakuki // Starch-Starke. 1990.– Vol. 42. – № 4. – P. 151-157.
42. Nakakuki, T. Oligosaccharides: Production, Properties and Applications / T. Nakakuki // Japanese technology reviews. Gordon and Breach, Switzerland. – 1993. – Vol. 3. – № 2. – P.175-203.
43. Технология ферментных препаратов / под ред. И.М. Грачевой, А.Ю. Кривовой. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Элевар, 2000. 512 с.
44. ГОСТ Р 52060 - 2003 «Патока крахмальная. Общие технические условия. – 36 с.
45. Патент RU 2 522 771 C2.,AK23K 1/00, C13K 1/06, C13K 7/00 «Способ получения сахаристых продуктов из крахмалосодержащего сырья.

Весь текст будет доступен после покупки