ЕҢБЕК ҚЫЗЫЛ ТУ ОРДЕНДІ
«Ə. Б. БЕКТҰРОВ АТЫНДАҒЫ
ХИМИЯ ҒЫЛЫМДАРЫ ИНСТИТУТЫ»
АКЦИОНЕРЛІК ҚОҒАМЫ
Қ АЗА Қ СТАННЫ Ң
Х ИМИЯ Ж УРНАЛЫ
Х ИМИЧЕСКИЙ Ж УРНАЛ
К АЗАХСТАНА
C HEMICAL JOURNAL of K AZAKHSTAN
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
«ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК
им. А. Б. БЕКТУРОВА»
3 (67)
ИЮЛЬ – СЕНТЯБРЬ 2019 г.
ИЗДАЕТСЯ С ОКТЯБРЯ 2003 ГОДА ВЫХОДИТ 4 РАЗА В ГОД
АЛМАТЫ 2019
УДК 664.23
Ю. С. БЕШИМОВ, В. Э. РАДЖАБОВА, В. Н. АХМЕДОВ Бухарский инженерно-технологический институт, Бухара, Узбекистан.
E-mail: yusuf.beshimov@rambler.ru
АКТУАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ
ПРОИЗВОДСТВА ПШЕНИЧНОГО КРАХМАЛА
Аннотация. Приведена общая характеристика пшеницы, сведения о крахмале, полученном из её зерна, и его химический состав. В экспериментальной части при- ведены результаты изучения выхода крахмала в зависимости от продолжительности набухания с различной концентрацией раствора гидроксида натрия. Показана прин- ципиальная схема разделения клейковины и крахмала. Приводится режим техноло- гического процесса и указывается основное оборудование, обеспечивающее парал- лельное получение сухой клейковины и крахмала.
Ключевые слова: пшеница, крахмал, витамины, технологический процесс, от- мывание, набухание, сушка.
Введение. Пшеница относится к роду травянистых растений семейства злаковых и является одной из самых первых культур, освоенных человеком.
Пшеница ещё в Библии упоминалась как важное и полезнейшее из всех хлебных растений. А Древняя Палестина в Ветхом Завете упоминалась как
«земля пшеницы». Эта зерновая культура всегда высоко ценилась в Древней Греции и спортсмены во время Олимпиад питались только ячменным и пшеничным хлебом, названным Гомером «хлебом для мужчин». Для славян зёрна этих злаков всегда являлись символом богатства и благополучия. И это неспроста. Ведь в отличие ото ржи и овса, пшеницу трудно сохранить в засуху и морозы. Довольствовались хорошими урожаями не каждый год, поэтому пшеничная мука приобрела большую ценность и появлялась на столах простых людей только по праздникам [1].
Пшеница содержит растительные жиры, минералы (кальций, калий, фосфор, магний и др.), витамины (В6, В2, В1, РР, С и Е). Именно в момент прорастания зерен пшеницы концентрация антибиотиков и стимуляторов роста возрастает в несколько раз: например, в момент прорастания зерен содержание витамина В2 увеличивается в 10 раз. Такое удивительное свой- ство пророщенных зерен объясняет целебные свойства этих зерен на орга- низм человека.
Ученые всегда интересовались химическим составом важнейшего хлебного злака. В результате многочисленных исследований зерен пшеницы стало известно, что в его составе находится около 50-70 % крахмала и дру- гих углеводов в зависимости от сорта [2].
Крахмал (C6H10O5)n – полисахариды амилозы и амилопектина, моно- мером которых является α-глюкоза. Крахмал, синтезируемый разными рас- тениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько
ISSN 1813-1107 № 3 2019
различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам. Представляет собой безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок, при сжатии по- рошка крахмала издает характерный скрип, вызванный трением частиц.
Крахмал – продукт двоякий. С одной стороны его состав – кладезь энергии. Именно благодаря обилию крахмала в зернах и крупах хлеб, вы- печка и различные каши столь питательны. Кроме того, крахмал, содержа- щий повышенное количество амилозы, играет роль своеобразного масса- жёра для кишечника. Он расщепляется хуже, чем крахмал с большим содер- жанием амилопектина, и потому, образуя комок в кишечнике, обладает свойствами стимуляции его работы, улучшения пищеварения и уменьшения всасывания холестерина.
В структуре зернового сырья, перерабатываемого на крахмал в различ- ных странах, второе по значимости место после кукурузы занимает пше- ница. Наряду с крахмалом из пшеницы получают клейковину, включающую глютенин и глиадин.
Технологические схемы производства пшеничного крахмала очень разнообразны, но все они включают следующие стадии: смешивание муки с водой с последующим разделением крахмала и клейковины, очистка крах- мала от примесей; освобождение клейковины от крахмала.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В зависимости от используемой технологии приготовляемая смесь муки с водой может быть различной консистенции – от крутого теста до легко текучей суспензии.
Крахмал из злаков, в том числе пшеничный крахмал, имеет меньшую влагоемкость, чем крахмал из корней или клубней. Поглощение влаги пшеничным крахмалом колеблется в пределах от 9,3 % (при относительной влажности, равной 18,3 %) до 21,2 % (при 77 % относительной влажности).
Путем экстраполяции к 100 %-ной относительной влажности уста- новлено, что влагоемкость равна примерно 27 %. Это довольно хорошо со- гласуется с величиной 30 %, найденной Ньютоном и Куком для пшеничного крахмала, суспендированного в холодной воде. При поглощении влаги сухим крахмалом крахмальные зерна набухают в небольшой степени, и это набухание обратимо при высушивании. Тщательные измерения показывают, что крахмальные зерна злаков разбухают в диаметре на 10 %, а в объеме на 33 %.
Исследованы также изменения, происходящие в процессе нагревания крахмальной суспензии. После температуры нагревании 50 С крупные крахмальные зерна слегка набухают и теряют способность к двойному лучепреломлению. По мере повышения температуры эти изменения наблю- дались и у зёрен меньшего размера.
В 5 %-ной суспензии двойное лучепреломление полностью исчезало при 60 °С у крахмальных зерен из твердой пшеницы и при 65 °С у крахмаль- ных зерен из мягкой. Как оказалось, пределы температур, при которых происходят эти изменения, зависят от концентрации крахмала. С увели- чением концентрации эти изменения происходят при более высокой тем- пературе. Так, при концентрации 50% двойное лучепреломление у крахмала из твердой пшеницы исчезало при 75 °С, а из мягкой - при 85 °С. В 50%-ном клейстере, нагретом до 95 С, зерна крахмала разбухали почти до размеров крахмальных зерен в 5%-ном клейстере, нагретом до 65-70 °С. Следует отметить, что крахмал из пшеницы дурум и из озимых пшениц имеет более густую консистенцию, чем крахмал из яровых пшениц, и что эта консис- тенция связана с климатическими условиями произрастания пшеницы.
Выход крахмала из дроблённого зерна пшеницы с добавлением рас- творов гидрооксида натрия приведён в таблице 1.
Таблица 1 – Выход крахмала из зерна пшеницы с добавлением растворов гидрооксида натрия
№ Образцы Продолжительность набухания, ч
6 12 18 24 48
1 С водой 21,4 24,6 26,2 25,1 22,7
2 0,1 % NaOH 22,3 26,4 28,1 26,9 24,5 3 0,2 % NaOH 22,4 27,0 30,8 27,2 25,3 4 0,3 % NaOH 23,1 28,8 35,9 31,3 26,2 5 0,5 % NaOH 20,2 24,2 23,6 22,8 22,1
Очистка высокосортного крахмала задерживается из-за присутствия адсорбированных пентозанов, которые, по-видимому, находятся в связан- ном состоянии с фракцией мелкозернистого крахмала или с поверхностью крахмальных зерен. Явления «глазурования» крахмала пентозанами может объяснить некоторые из его свойств, в том числе отношение к ферментам. С помощью фаринографа установлено определенное соотношение между нерастворимыми пентозанами и реологическими свойствами теста. Коли- чество нерастворимого пентозана, по-видимому, находится в обратной связи с качеством пшеницы. Чем ниже товарное качество, тем выше содержание пентозанов. Таким образом, можно предполагать, что недозрелость зерна и повреждение его морозом приводят к повышению содержания в эндосперме нерастворимого пентозана.
Разделение крахмала и клейковины осуществляется или вымыванием крахмала из теста, или разделением суспензии способами, основанными на разности плотностей крахмала (1,470-1,495 г/см3) и клейковины (1,329-
1,341 г/см3). При этом гравитационные методы разделения могут сочетаться
с флотацией.
ISSN 1813-1107 № 3 2019
При вымывании крахмала из теста расходуется большой объем во- ды, поэтому более рационально разделение крахмала и клейковины произ- водить с предварительным приготовлением водно-мучной суспензии (рисунок).
Технологическая схема получения крахмала из зерна пшеницы Мука пшеничная
Смешивание, подготовка суспензии
Отстаивание
Раствор гидрооксида
натрия Вода
Отмывание Центрифугирование
Обезвоживание крахмала
Сушка крахмала
Измельчение крахмала
Измельчение крахмала Выделение
клейковины
Обезвоживание клейковины
Сушка клейковины
Измельчение клейковины
Измельчение клейковины
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Приготовленная смешением муки и воды при 30-40 С в гомогениза- торах суспензия подвергается разделению в центрифугах или гидроциклон- ных установках на сгущённые крахмалистую и белковую фракции, а также жидкую фазу суспензии.
Необходимой стадией процесса является отделение от крахмала при- месей – белка, мезги и растворимых веществ, – которое осуществляется с использованием ситовых аппаратов, центробежных сепараторов, фильтро- вания, отстаивания. После центрифугирования сгущённая крахмальная сус- пензия высушивается с получением крахмала. Из жидкой фазы, полученной после отделения крахмала и клейковины, с использованием центрифугиро- вания выделяется дополнительно часть крахмала, а раствор подвергается концентрированию с получением жидкого корма [3].
Тестовый способ производства позволяет выделять клейковину с содер- жанием 15-17% крахмала, дальнейшее отделение которого нецелесообразно.
При использовании суспензионного метода в выделяемом белковом кон- центрате содержится 60-65 % крахмала от массы сухого вещества. Обычно белковый концентрат выходит из разделительных аппаратов (центрифуг, гидроциклонов) в смеси с жидкой фазой. После выделения клейковина выдерживается 25-40 мин для дозревания, и далее образовавшаяся масса разбивается на измельчителях. Диспергированная клейковина затем пропус- кается через сита с одновременным промыванием. Отделенную суспензию крахмала используют для получения остаточного крахмала, а сырую клей- ковину либо направляют потребителям, либо высушивают. Состав потреби- тельского продукта крахмала приведён в таблице 2.
Таблица 2 – Состав крахмала
№ Компоненты На 100 г крахмала
1 Белки 0,2
2 Углеводы 78,6
3 Вода 16
4 Пищевые волокна 1,8
5 Моно- и дисахариды 2,8
6 Зола 0,6
Установлено, что пшеничный крахмал, хранившийся в течение 5 лет, претерпевает все более возрастающее уменьшение вязкости при его клей- стеризации с едким натром при комнатной температуре. Другие исследо- ватели показали подобное уменьшение вязкости для крахмального клей- стера. Если пшеницу хранили от 3 до 15 лет в холодном сухом, хорошо вен- тилируемом помещении, свежевыделенный из нее крахмал не обнаруживал
ISSN 1813-1107 № 3 2019
никаких изменений физических свойств. Свойства же аналогичным образом выделенного крахмала из образцов поврежденной пшеницы значительно изменялись.
Ранее проведенные исследования показали, что зерно в течение значи- тельного времени хранившееся при 40 °С, даёт крахмал ухудшающий хлебо- пекарные качества муки. Причина этого явления объясняется не изменением самого крахмала, а появлением на его поверхности адсорбированного слоя жирных кислот.
Заключение. Крахмал является достаточно калорийным полисахари- дом: в ста граммах продукта содержится около 300 Ккал. Поэтому следует учитывать, что крахмал будет очень полезным только тем людям, которые ведут активный образ жизни и нуждаются в постоянном пополнении орга- низма калориями.
Дополнительное полезное свойство крахмала – в пищеварительном тракте он способствует восстановлению организма после скачка уровня сахара в крови у страдающих диабетом. С другой стороны, вред крахмала известен всем следящим за своей фигурой. Во многих случаях именно он является причиной набора веса, поставляя организму избыточное количе- ство калорий. Поэтому, как и большинство калорийных продуктов, крахмал ценен для крепкого и подвижного организма, тратящего большое количе- ство калорий и нуждающегося в стабильном получении энергии и хорошей работе пищеварительной системы.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Лоскутов И.Г., Кобылянский В.Д., Ковалева О.Н. Итоги и перспективы исследо- вания мировой коллекции овса, ржи и ячменя // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. СПб., 2007. Т. 164. ISBN 0202-3628.
[2] Crawford, Gary W. Gyoung-Ah Lee (2003). «Agricultural Origins in the Korean Penin- sula». Antiquity 77 (295): 87-95. ISSN 0003-598X.
[3] Бешимов Ю.С., Бахриддинова Н.М., Хайдар-Заде Л.Н. Эффективность использова- ния отходов пивоваренного производства для кормовых целей // Вестник алматинского тех- нологического университета 2018. Вып. 2(119). С. 22-26.
REFERENCES
[1] Loskutov I.G., Kobyljanskij V.D., Kovaleva O.N. Itogi i perspektivy issledovanija mirovoj kollekcii ovsa, rzhi i jachmenja // Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii. SPb., 2007.
Vol. 164. ISBN 0202-3628.
[2] Crawford, Gary W. Gyoung-Ah Lee (2003). «Agricultural Origins in the Korean Penin- sula». Antiquity 77 (295): 87-95. ISSN 0003-598X.
[3] Beshimov Ju.S., Bahriddinova N.M., Hajdar-Zade L.N. Jeffektivnost' ispol'zovanija otho- dov pivovarennogo proizvodstva dlja kormovyh celej // Vestnik almatinskogo tehnologicheskogo universiteta 2018. Vyp. 2(119). P. 22-26.
Резюме
Ю. С. Бешимов, В. Э. Раджабова, В. Н. Ахмедов БИДАЙ КРАХМАЛЫ ӨНДІРІСІНІҢ ӨЗЕКТІ МƏСЕЛЕЛЕРІ
Бидай дəндерінен алынған крахмалдың жалпы сипаттамасы мен химиялық құрамы келтірілген. Тəжірибе бөлімінде натрий гидрооксиді ерітіндісінің əртүрлі концентрациясында бидай дəндері ісінуінің крахмал шығымына байланысы қарас- тырылған. Крахмал жəне клейковинаны бөлудіңжелісі көрсетілген. Технологиялық үдерістің негізгі құралдары мен жүру жағдайлары анықталынып, құрғақ клейковина мен крахмалды қатар алу жолы қарастырылған.
Түйін сөздер: бидай, крахмал, дəрумен, технологиялық үдеріс, жуу, ісіндіру , құрғату.
Summary
Yu. S. Beshimov, V. E. Radjabova, V. N. Akhmedov CURRENT ASPECTS OF WHEAT STARCH PRODUCTION
The article presents a general description of wheat, information about starch obtained from its grain and its chemical composition. The experimental part presents the results of studying the yield of starch depending on the duration of swelling with different concen- trations of sodium hydroxide solution. A schematic diagram of the separation of gluten and starch is shown. The mode of the technological process is given and the main equip- ment is indicated that ensures parallel production of dry gluten and starch.
Key words: wheat, starch, vitamins, technological process, laundering, swelling, drying.
