Отличительную особенность этого класса составляет использование в производствах микроорганизмов, вызывающих сбраживание углеводов. Жизненное проявление организмов (синтез «веществ, размножение и т. п.) связано с затратой энергии, которую они получают в результате дыхания. При дыхании освобождается энергия, заключенная в органическом веществе, в качестве которых могут быть сахар, органические кислоты, реже жиры и белки. Некоторые микробы могут использовать для дыхания углеводороды (парафин, метан). В технике применяются оба вида дыхания. Анаэробное дыхание используется в тех отраслях, целью которых является получение продуктов, содержащих этиловый спирт (производство хлеба, алкогольных напитков и др.). Аэробное дыхание протекает при хранении пищевого сырья и используется при производстве микробиологического сырья (хлебопекарных и кормовых дрожжей, ферментных препаратов, некоторых витаминов и т. п.). Дрожжи для дыхания используют сахара, находящиеся в полуфабрикатах, например в хлебном тесте или в винном сусле, в спиртовом заторе и пивном сусле. Для нормального функционирования дрожжей обычно хватает собственных Сахаров сырья (при производстве хлеба, виноградного вина), а в производствах алкогольных напитков весь крахмал сырья переводят в сахар путем осахаривания амилолитическими ферментами.

В качестве источника ферментов обычно используют солод, а в последнее время наряду с солодом применяют ферментные препараты микробного происхождения. Для производства хлебопекарных, пивных и винных дрожжей используют аэробное дыхание. В присутствии кислорода спиртовое брожение прекращается; дрожжи при более глубоком окислении сахара получают больше энергии и тратят ее для своего развития и размножения. Выращивание дрожжей и накопление их биомассы является главным процессом производства всех видов дрожжей: хлебопекарных, винных, пивных, спиртовых и кормовых. В качестве углеродосодержащего материала во всех случаях используется углеводное сырье, только при производстве кормовых дрожжей применяют парафин или щелок —отходы нефтяной и гидролизной промышленности. Основным и дополнительным сырьем бродильных производств служат: для получения хлеба, галет и некоторых сортов бисквита— мука, вода, соль, дрожжи, сахар, жиры и яйцепродукты; для получения вина — виноград; для получения пива — ячменный солод, хмель; для получения спирта — зерно злаков, картофель, Остановимся кратко на основных операциях бродильных производств.

Подготовка сырья к производству сводится к очистке его от посторонних примесей. Сыпучие материалы просеивают и подвергают магнитной обработке для удаления металлопримесей. Соль и сахар предварительно растворяют, а их растворы очищают от примесей фильтрацией или отстаиванием. Твердые жире (маргарин, животное масло) растопляют. Яйцепродукты приготовляют в виде эмульсий, а дрожжи — в виде водной суспензии. Зернопродукты для получения спирта после очистки и картофель после мойки взвешивают и измельчают. Мелассу осветляют путем обработки крепкой серной кисло той в холодном или подогретом виде. После осветления мелассу разбавляют водой и очищают от примесей методом отстаивания или сепарирования. Ячменный солод тоже очищают от примесей и измельчают. Дозирование сырья производят специальными дозаторами. Различают непрерывно-поточное производство и периодическое, В первом случае дозирование сырья ведут непрерывно по объем ному принципу, во втором — сыпучие материалы дозируют по весовому принципу, жидкие — по объему.

В зависимости от вида изготовляемого продукта из сырья приготавливают разные полуфабрикаты. При производстве пшеничного хлеба ими являются опара и тесто, для ржаного хлеба -закваска и тесто, при производстве напитков — сусло или затор. Процесс приготовления некоторых полуфабрикатов называется замесом. Замес как стадия приготовления полуфабриката применяется при производстве хлебного, макаронного теста и мучного кондитерского теста, шоколадной и халвичной массы. Замес осуществляется с целью получения полуфабриката с однородной структурой и составам по всей его массе. Однако наряду с чисто механическим перемешиванием в полуфабрикате при замесе происходят сложнейшие процессы различного характера: физические (прогрев вследствие перехода механической энергии в тепловую) ; микробиологические вследствие контакта микроорганизмов с питательной средой; гидратация или набухание частичек дисперсной (твердой) фазы в субстрате дисперсионной ( жидкой) среды и образование в связи с этим структурированной коллоид ной системы; биохимические под воздействием различных ферментов, катализирующих гидролитические и окислительно-восстановительные реакции. Все эти процессы при замесе теста только начинаются, а на последующих этапах обработки полуфабриката они углубляются и интенсифицируются под влиянием различных факторов.

При производстве хлеба опару, закваску и тесто замешивают с помощью периодически или непрерывно действующей тесто месильной машины. При замесе достигается равномерное распределение в массе полуфабриката всех ингредиентов. Пшеничное тесто приготовляют опарным и безопарным способами. Первый обеспечивает более высокое качество хлеба, но требует большой затраты времени на процесс брожения. Опару готовят на половине муки и 2/3 части воды от их общего расхода и на всем количестве дрожжей. На готовой опаре через 3—4 часа брожения замешивают тесто, в которое добавляют соль, оставшееся количество муки, воды и все другие виды дополнительного сырья по рецептуре (сахар, жиры и т. д.). Тесто до готовности бродит 60—90 мин.

Приготовление ржаного теста имеет свои особенности, обусловленные свойствами ржаной муки. Ржаное тесто готовят не на дрожжах, как пшеничное, а на заквасках (на старом тесте), специально приготовляемых на хлебозаводе. Обычно цикл приготовления ржаного теста состоит из двух стадий: приготовления закваски и ее возобновления и приготовления самого теста. При возобновлении закваска бродит 3—4 ч, а тесто 60—90 мин. Условно к бродильным можно отнести производство мучных кондитерских изделий. Лишь немногие из них (галеты, некоторые сорта бисквита) приготовляются из бродящего теста. Основная же масса кондитерских изделий из муки изготовляется с применением химического способа разрыхления теста. Выделяющиеся аммиак и углекислый газ образуют пористую структуру изделия. Применение в этом случае биологического способа разрыхления, т. е. с помощью спиртового брожения, вызываемого дрожжами, невозможно, так как высокое содержащие в кондитерском тесте сахара и жиров подавляет жизнедеятельность дрожжевых клеток. Мучное кондитерское тесто после замеса подвергают дополнительной механической обработке для лучшей штамповки. Различают два вида теста: сахарное и затяжное. Первое содержит больше сахара (35—50%) и меньше влаги (18—20%), второе — меньше сахара (20%) и больше влаги (26—27%). Температура затяжного теста 30—40°С, сахарного 15—20°С. Дополнительная обработка теста заключается в его прокатке между парой металлических вальцов тестовальцовочной машины. Сахарное тесто подвергают кратковременной, а затяжное — более длительной прокатке. При производстве алкогольных напитков полуфабрикатом чаще всего является сусло.

Сусло для виноградных вин готовится из виноградных ягод. После получения сусла его осветляют путем сепарирования или отстаивания. Состав сусла, условия и сроки его сбраживания зависят от вида и типа вина. Сусло для пива готовится путем затирания ячменного солода с водой в соотношении 1:4 с целью извлечения из него экстрактивных (растворимых) веществ. Полученный затор осахаривают, т. е. переводят крахмал солода под влиянием его же амилолитических ферментов в сахар (мальтозу). При этом и белки солода под влиянием протеолитических ферментов переходят в водорастворимое состояние (в пептиды и аминокислоты). После осахаривания сладкое сусло фильтруют, освобождая его от дробины (семенной оболочки зерна). Продолжительность затирания 3—3,5 ч. Затем сладкое сусло в течение 1,5—2 ч кипятят с хмелем и охлаждают до 4—6°С. Полученный полуфабрикат называется пивным суслом. Для получения спирта приготовляют затор из картофеля или зерна. Вымытый картофель разваривают в разварниках в течение 50—60 мин. при давлении 300—400 кПа. Зерно предварительно разваривают при тех же условиях, но несколько дольше. При разваривании сырья разрушаются клеточные стенки, крах мал клейстеризуется, благодаря чему он легче поддается осахариванию. В затор после охлаждения до 55—60°С вносят солодовое молоко для осахаривания крахмала, которое длится; 20—30 мин.

Следующей стадией производства, согласно схеме, является брожение. О брожении теста сказано выше. Брожение виноградного сусла ведут с помощью чистых куль тур винных дрожжей (3—5% к объему сусла). Брожение осуществляют в две фазы: главное брожение в течение 8—10 дней при температуре 22—30°С и дображение в течение 30—45 дней при температуре 8—10°С. Молодое вино осветляют. Дрожжи и другие примеси (муть) оседают на дно бродильной емкости, после чего вино отделяют от них. Брожение пивного сусла также проводят в две фазы: главное брожение и дображивание. В 1 мл сусла содержится до 20 млн. дрожжевых клеток. Применяют так называемые дрожжи низового брожения, т. е. такие дрожжи, которые оседают на дне емкости для брожения. Главное брожение ведут в бродильных чанах при температуре 6—7°С в течение 5—8 дней. В результате получают молодое (зеленое) пиво, содержащее до 1,5% несброженных Сахаров и мало углекислого газа. Дображивание (выдержка пива) ведется в закрытых емкостях (танках) при температуре 1—4°С и избыточном давлении 30—70 кПа в течение 11—100 дней в зависимости от сорта пива. Затор для получения спирта сбраживают при температуре 28—30°С в течение 72 ч. Брожение осуществляют в бродильных аппаратах периодического и непрерывного действия. Процесс брожения ведется в три этапа: взбраживание, главное брожение, дображивание.

. При взбраживании размножаются дрожжи, при главном брожении основная масса сахара превращается в спирт. В стадии дображивания происходит осахаривание конечных декстринов (водорастворимых фракций крахмала) и сбраживание Сахаров. Следующим по схеме процессом является дальнейшая обработка сброженных полуфабрикатов. Для хлебного теста это его разделка, включающая операции деление теста на куски задан ной массы, округление и закатка их для придания формы будущего изделия, расстойка (выдержка кусков в расстойном шкафу при влажности воздуха около 85% и температуре 35—45°С). Во время расстойки восстанавливается пористая структура, утраченная тестом в момент механической обработки. Разделка кондитерского теста заключается в его штамповании. Подготовленный на прокатке пласт теста пропускают через пару калибровочных вальцов штампмашины, с помощью которых пласт превращается в тонкую, но широкую ленту теста. Из нее периодически опускающимся и поднимающимся штампом вырезают кусочки теста с рисунком на верхней поверхности и с проколами по вертикали. Проколы особенно важны для затяжного теста. Они предохраняют изделия от разрыва и деформации при выпечке. Отшпампованные листы раскладывают на листы или на сплошную металлическую ленту печного конвейера. Сахарное печенье штампуют на ротационных штампмашинах, на вальцах которых выгравированы углубления.

Обработка виноматериалов- длительный процесс, в котором различают следующие периоды: образование вина, созревание, старение и отмирание. Это вызвано тем, что виноматериал —сложная биохимическая система, в которой непрерывно протека ют физические, химические и биохимические процессы. Образование вина происходит во время брожения виноградного сусла. В результате брожения получают молодое мутное вино. Формирование вина — период жизни вина (в течение нескольких недель) от окончания брожения до первой переливки. В конце этого периода вино осветляют (отделяют дрожжевой и другие осадки). Такое вино называют ординарным. Если вино предназначается к выпуску в виде марочного, его оставляют на созревание. Созревание — период развития вина, характеризующийся интенсивными окислительно-восстановительными процесса ми, в результате которых вино приобретает стабильность с хорошо развитым вкусом и ароматом. Старение вина приходит на смену его созревания, когда окислительно-восстановительные процессы не могут больше улучшать вино, а его контакт с кислородом нежелателен. Старение вина может длиться десятилетиями, с течением времени вино становится лучше.

Отмирание наступает в результате порчи вина, распада его составных частей. Обычно эта фаза не наступает, так как вино реализуется в стадии созревания и редко в стадии старения. Обработка пива после дображивания заключается в фильтрации для повышения прозрачности напитка и розливе в тару. Обработка спиртовой бражки заключается в выделении из нее спирта на непрерывно действующих брагоперегонных аппаратах. В результате этого процесса получается спирт-сырец, содержащий более 0,5% побочных продуктов (свыше 50 компонентов), которые придают ему дурной запах. Поэтому спирт-сырец подвергают очистке — ректификации на непрерывно действующих ректификационных колоннах. В последнее время начали получать спирт-ректификат непосредственно из бражки, минуя стадию получения спирта-сырца.

Предпоследняя стадия производства ряда продуктов заключается в термической обработке полуфабрикатов. В случае производства хлеба и мучных кондитерских изделий — это выпечка. Массовые сорта хлеба выпекаются в хлебопекарных печах при температуре газовой среды пекарной камеры 220—280°С в течение 10—65 мин в зависимости от массы единичных изделий. Печенье выпекается при температуре 240— 260°С. При выпечке изделия поверхность прогревается до 140— 180°С, внутренние слои печенья до 100—102°С, мякиш хлеба до 95—97°С. Выпечка ведется в длинных тоннельных, а хлеба, кроме того, в тупиковых хлебопекарных камерах. При выпечке под влиянием тепла удаляется часть (при выпечке печенья большая часть) воды, изделия разрыхляются, образуется пористая структура и происходят другие глубокие физико-химические изменения: клейстеризация крахмала, денатурация белков. Образуются вкусовые и ароматические вещества. Под влиянием тепла поверхность изделий приобретает соответствующий цвет. После выпечки изделия охлаждают и при необходимости упаковывают.

II КЛАСС. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА

К этой группе относятся свеклосахарное, крахмало-паточное, маслодобывающее и другие производства. Общим для них являются физические способы извлечения из сырья полезных веществ и химические методы их дальнейшей обработки. Основной технологический процесс составляет диффузия, или экстракция. При добывании крахмала применяют флотацию, т. е. вымывание крахмала из измельченной массы сырья водой. Методом диффузии (экстракции) получают свекловичный сок из свеклы, сок из плодов и ягод, мисцеллу (раствор расти тельного масла в органическом растворителе) из масличного семени, а методом флотации (вымыванием) — крахмальное мо локо из крахмалсодержащего сырья. Диффузией (экстракцией) называется взаимное проникновение одного вещества в другое. Движущей силой диффузионного процесса является разность концентраций данного вещества в клетках сырья и омывающей их жидкости. Сырье и растворитель в диффузионном аппарате (экстракторе) движутся навстречу друг другу. Вследствие теплового движения, происходящего во всех направлениях системы, большая часть молекул данного вещества в единицу времени перемещается от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией.

Подготовка к переработке сахарной свеклы и картофеля заключается в транспортировании их на гидравлическом транспортере в цех. Продвигаясь по наклонному желобу, сырье промывается и освобождается от посторонних примесей (камней, песка и соломы). Затем сырье в свекло- и картофелемойках очищается от грязи и оставшихся примесей. Металлопримеси удаляются электромагнитным сепарированием. Вымытую свеклу разрезают на свеклорезках в тонкую желобчатую или пластинчатую стружку толщиной до 1 мм. Картофель измельчают в кашку на картофелетерочной машине. Семена масличных и зерно злаков очищают от посторонних примесей на зерновых сепараторах; масличное семя подвергают обрушиванию, очищенное от оболочек ядро измельчают на пяти валковых мельницах до получения мятки; мятку обжаривают на жаровнях. Обжаренная мятка называется мезгой. Зерно злаковых замачивают в воде в течение 36—48 ч до влажности 42—44%, затем его подвергают грубому измельчению для выделения зародыша (при переработке кукурузы), тонкому измельчению с целью последующего отделения белка (глютена) от крахмала.

Диффузия сахара осуществляется в непрерывно действующих колоннах-диффузорах, работающих по принципу противотока. Диффузия сахара происходит только из мертвой клетки, которую убивают путем применения для диффузии воды, нагретой до 85—95°С. Белковые вещества свекловичных клеток при этом денатурируются, открывая тем самым доступ воды в клетки. Первоначально в свекловичной стружке содержится 16—18% сахара, а после диффузии его остается в жоме около 0,2—0,3%. В диффузионном соке содержится сухих веществ 15—18%, из которых 85—90% приходится на сахарозу.

Выделение крахмала (получение крахмального молока) производится путем промывания картофельной кашки водой на специальных ситах, отверстия которых имеют размер меньше размера преобладающей части клеточных стенок картофеля, мезги. Перед ситованием картофельную кашку промывают водой для предварительного отделения клеточного сока. Его полезные вещества используются для получения корма скоту или в качестве сырья для получения антибиотиков.

Извлечение масла из мезги производится методом прессования или экстракции. Экстрагирование— более совершенный способ, при котором остаточное содержание масла в шроте не превышает 1,0%, тогда как при прессовании его величина доходит до 6%. Чаще применяют комбинированный способ: вначале извлекают масло прессованием, а затем применяют экстракцию. В качестве растворителя используют бензин высокой степени очистки или гексан. Как и диффузию, экстрагирование ведут в экстракторах не прерывного действия методом противотока. Получаемый эстракт называют мисцеллой. Масло из мисцеллы выделяют путем отгонки растворителя, а затем подвергают очистке. Очистка диффузионного сока растительного масла и крахмального молока от примесей называется рафинацией и осуществляется в основном химическими и физико-химическими методами.

Очистку свекловичного сока ведут методом дефекации обработки известковым молоком. Под действием извести реакция сока из слабокислой вследствие наличия органических кислот становится щелочной. В осадок выпадают минеральные соли, соли органических кислот, гидраты окисей магния, алюминия, железа, белковые вещества и различные другие несахара сока. Однако некоторые несахара растворимы в воде, остаются в соке (небелковые азотистые вещества, соли калия и натрия, пектиновые вещества). После дефекации, которая ведется в два эта па (сначала добавлением 0,25—0,41% СаО к массе свеклы, второй раз 2,0—2,5% СаО), сок подвергают сатурации, т. е. обработке углекислым газом. Избыток извести переводится в осадок Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О Сатурацию проводят тоже в два этапа, после каждого из которых отфильтровывают осадок. Полученный сок с целью осветления подвергают сульфитации (обработке сернистым газом SO2). На всем протяжении процесса сохраняют щелочную реакцию сока, так как в кислой среде сахароза разлагается на простейшие сахара — фруктозу и глюкозу, которые затем являются отходом производства.

Очистку (рафинацию) крахмального молока совмещают с выделением крахмала из этой суспензии. Эту операцию осуществляют в центробежном поле специальных центрифуг, называемых осадочными. Плотность крахмальных зерен в 1,6 раза выше плотности воды, что и позволяет использовать в технологических процессах машины для выделения крахмала из водных суспензий (центрифуги, сепараторы, гидроциклоны). При очистке молочка кукурузного крахмала дополнительно приходится выделять глютен (кукурузный белок), который как ценный отход используется на корм скоту или как сырье для получения антибиотиков. Зародыши кукурузы используют на комбикорм или для получения кукурузного масла.

Рафинация растительного масла состоит в удалении из него различных сопутствующих примесей: белковых и слизистых веществ, свободных жирных кислот, пигментов, обрывков расти тельных клеток, остатков растворителя. Применяются различные методы очистки.

Фильтрация — обязательная операция для масла, полученного любым способом. Гидратация — обработка масла водой с целью отделения белковых веществ и фосфатидов, которые в воде набухают и легко отфильтровываются. Нейтрализация — обработка щелочью (NaOH) с целью удаления свободных жирных кислот, которые, соединяясь со щелочью, образуют соль (мыло), легко удаляемую из масла промывкой водой. Отбелка — обработка масла отбеливающими глинами (например, кельзигуром) с целью осветления с последующим удалением осадка путем фильтрования. Дезодорация — обработка масла острым водяным паром для удаления летучих ароматических (иногда с дурным запахом) веществ.

Далее следует операция выделения готового продукта. Эта операция применительно к крахмалу и растительному маслу описана выше. Свекловичный сок с содержанием сухих веществ 15—18% сгущают путем выпаривания воды в два приема. Первое выпаривание до содержания сухих веществ ведут в много корпусной выпарной станции (из 4—5 корпусов). Сок проходит последовательно все корпусы при температуре кипения в 126°С в первом и 60°С в последнем корпусе. Полученный сироп осветляют путем сульфитации и очищают с помощью фильтрации через активированный уголь. Далее сироп уваривают в вакуумных аппаратах до содержания сухих веществ 92,5—93%. Полученный продукт — утфель состоит из кристаллов сахара и меж кристального сиропа — патоки. Отделение кристаллов сахара от патоки производят на непрерывно действующей центрифуге. Тут же на центрифуге сахарный песок пробеливается опрыскиванием горячей водой и с влажностью 1,5—1,7% идет на сушку до влажности 0,15%. Межкристальная патока (зеленая патока) подвергается дополнительной обработке для получения желтого сахара — полуфабриката, нуждающегося в дополнительной очистке с целью получения товарного сахара. Крахмал после очистки и выделения из суспензии имеет высокую влажность (до 60%), поэтому подвергается сушке. Картофельный крахмал высушивают до влажности 20%, кукурузный — 13%. Во всех производствах готовый продукт упаковывают в тару.

III КЛАСС. МЕХАНИКО-ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДСТВА

Это наиболее обширный класс пищевых предприятий, включающий мукомольно-крупяное, макаронное, кондитерское, консервное и другие производства. В основе технологии этого класса производств широко используются механические процессы (смешивание и разделение, сепарирование, дробление, измельчение и обработка под давлением) и различные теплофизические процессы (кондиционирование, сушка, обжарка, стерилизация и т. п.).

Наиболее типичными процессами подготовки сырья к производству являются: очистка его от посторонних примесей путем просеивания через сита и магнитной очистки сыпучих материалов; фильтрация жидких компонентов; шелушение, обрушивание или снятие другими методами семенных оболочек и покровных тканей у зернобобового сырья и овощей (картофель, лук); удаление семян и косточек из плодов и овощей (косточковые плоды, томаты). Многие виды сырья (зерно, овощи, плоды и ягоды) подвергаются мойке. Применительно к плодам и овощам очистка сырья часто дополняется сортировкой по степени их спелости и калибровкой по размерам. Следующая стадия подготовки сырья—составление оптимальных смесей. Для мельзаводов —это составление помольных смесей зерна разных сортов и партий для получения муки наиболее высокого качества. Для макаронных фабрик — смешивание муки различных партий данного сорта с целью выработки макарон ной продукции лучшего качества. Для кондитерских фабрик составление смесей определяется рецептурой полуфабриката, например, для получения сахарного сиропа берутся в определенном соотношении сахарный песок, крахмальная патока и вода (на 2 части сахара 1 часть патоки и вода по расчету при влажности сиропа 13—16%).

Тепловая обработка сырья на разных предприятиях различна. На мельзаводах производят кондиционирование зерна, т. е. обработку теплом и влагой с целью улучшения его структурно-механических свойств, повышения выхода муки высоких сортов и снижения ее зольности. Дело в том, что в зерне, обработанном теплом и водой (или паром), оболочка утрачивает хрупкость, становится пластичной и легче отделяется от ядра зерновки. В макаронном производстве замешивают тесто на теплой или горячей воде. На кондитерских фабриках обжаривают какао-бобы или орехи с целью улучшения их вкуса и аромата, уваривают сахаро-паточный сироп с целью получения карамели, полу чают тертое какао и т. п. Сахарный сироп с добавленной патокой очень широко используется в кондитерском производстве. На его основе готовят карамельные, мармеладные и конфетные массы. Как известно, сахар — кристаллическое вещество. Во всех кондитерских изделиях сахар находится в аморфном состоянии.

[в начало]

[литература]

Закрыть