Разработка технологии нативных крахмалов из нетрадиционных видов сырья

• Автор: Андреев, Николай Руфеевич
• Шифр специальности: 05.18.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 64 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. За последнее десятилетие мировое производство крахмала увеличилось более чем в 2 раза - в основном за счет переработки традиционных видов крахмалсодержащего сырья: кукурузы, маниока, пшеницы.
Возрастающая роль крахмала в экономике развитых стран вызвана его уникальными свойствами как готового продукта, так и сырья для получения модифицированных крахмалов различного назначения, сахаристых крахмалопродуктов и полимерных материалов.
Для России восстановление и увеличение объемов выработки крахмала становится народнохозяйственной проблемой, так как импорт этого продукта в последние годы составил более 70% его общего потребления. Падение объемов производства крахмала вызвано прекращением субсидирования переработки картофеля на крахмал и недостаточными ресурсами зерна кукурузы, поэтому вовлечение в переработку на крахмал основных видов отечественного зернового сырья - пшеницы, ржи и ячменя - является актуальной задачей. Для решения вопроса о целесообразности использования этого сырья наряду с картофелем и кукурузой требуется проведение научных исследований по технологии его переработки, определению физико-химических свойств новых видов крахмала с целью их анализа и сопоставления со свойствами традиционных крахмалов. При этом необходимо оценивать и экономические аспекты производства крахмала из новых видов крахмалсодержащего сырья с учетом его технологических свойств.
В научной литературе и в учебных пособиях по химии и технологии крахмала (А.С.Сипягин, R.W. Kerr, Н.Н.Трегубов, А.А.Милютин, R.l.Whistler, Н.Г. Гулюк, А.И.Жушман и др.) основное внимание уделено технологическим аспектам получения крахмала из картофеля и кукурузы. Что касается других видов крахмалсодержащего сырья, то в этих работах приведена, как правило, лишь обзорная информация о классических технологиях переработки на крахмал пшеницы, риса, маниока, батата и др.
Последние десятилетия ознаменовались новыми достижениями науки в области синтеза, формирования структуры крахмальных зерен, более глубокого изучения свойств крахмала и др. С использованием меченных атомов углерода, микробиологического анализа, электронной микроскопии, дифрактометрии, калориметрии и других методов и средств анализа подтверждены и уточнены выдвинутые в 50-е годы гипотезы о механизме синтеза крахмала, выявлены основные факторы, определяющие процесс синтеза молекул полисахаридов крахмала при формировании зерен.
На основе достижений генетики и селекции крахмалсодержащего сырья заработаны технологии новых видов крахмала из кукурузы, картофеля, гороха, :'>> са и ячменя с заданными молекулярным составом полисахаридов, структурой л функциональными свойствами.
Качественные изменения произошли и в технологиях традиционных для К ии картофельного и кукурузного крахмалов, что связано с использованием бис технологических процессов подготовки сырья, новых видов оборудования и их комплексов для разрушения структуры сырья, выделения крахмала и разделения некрахмальных компонентов.
Во многих отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности нашел применение системный подход к построению и развитию технологических про-ц< .оов переработки сырья. Результаты анализа эволюционных преобразований, d кций, структуры и диагностирования технологических процессов могут служить основой их совершенствования и адаптации к изменяющимся условиям.
В свете новых данных появились предпосылки для рассмотрения производства крахмала как объекта замкнутой биологической системы, включающей выращивание сырья, его переработку на крахмал, утилизацию сопутствующих ему веществ на кормовые цели, повышение их ценности путем биохимической и механической обработки в технологическом потоке, возвращение неиспользованных веществ в почву для последующего воспроизводства этого сырья.
Разработка экологически безопасных технологий получения крахмалов с заданными молекулярным составом полисахаридов и функциональными свойствами на основе научно обоснованной концепции развития производства крахмала в России с расширением диапазона видов крахмалсодержащего сырья, вовлекаемого в промышленную переработку с минимальными трудовыми и энергетическими затратами, является объектом исследований данной диссертационной работы.
Цель и задачи работы. Цель - создание теоретических основ и практических аспектов разработки и применения принципиально новых технологий переработки на крахмал нетрадиционного крахмалсодержащего сырья ( рожь, пшеница, ячмень и др.), что является основой существенного увеличения объёмов производства крахмала в стране и снижения импорта зерна кукурузы
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
- выявить основные тенденции развития производства нативных крахмалов из различных видов сырья;
- исследовать микроструктуру зерен и функциональные свойства различных видов крахмала на основе их термодинамических и реологических характеристик;
- разработать научно обоснованную систему классификации, .нативных крахмалов и крахмалсодержащего сырья;
- провести экономическую оценку различных видов крахмалсодёржащего сырья для промышленной переработки на крахмал;
- исследовать процессы направленного, разрушения структуры крахмалсодержащего сырья, научно обосновать способы измельчения и конструкции измельчающих устройств для максимального высвобождения крахмала;
- исследовать процессы разделения разрушенного сырья на крахмал и сопутствующие ему продукты, научно обосновать технологические режимы разделения крахмалсодержащих суспензий повышенной вязкости;
- разработать экологически безопасную систему воспроизводства и переработки крахмалсодержащего сырья;
- провести диагностику технологического потока производства крахмала для определения возможности его адаптации к переработке различных видов сырья; ' , . '
-на базе теоретических разработок создать технологию комплексной переработки нетрадиционных видов сырья на крахмал и другие продукты.
Научная новизна. Впервые крахмалсодержащее сырьё рассмотрено как сложный биохимический объект с широкой вариабельностью состава и свойств, а также взаимозависимостью изменений, протекающих на всех стадиях экологически безопасной и экономически целесообразной технологической системы переработки этого сырья на крахмал и сопутствующие ему продукты.
По результатам исследования молекулярного состава, термодинамических и реологических характеристик нативных крахмалов из различных видов крахмалсодержащего сырья впервые научно обоснована и разработана их классификация по 4 типам.

клубнеплоды зерновые
Рис. 30. Операторная модель технологической системы (потока) производства крахмала из картофеля и зерна, состоящей из подсистем:
А • разделения суспензий и извлечения крахмала; В - измельчения зернового сырья и подготовки к разделению; С - очистки и измельчения клубнеплодов