Skip to main content
amixon GmbHamixon GmbH

Przetwarzanie skrobi i fermentacja skrobi

 

W reaktorze procesowym amixon® można mieszać i poddawać obróbce termicznej pochodne skrobi na różne sposoby. Transfer ciepła i masy jest bardzo szybki, nawet w przypadku dużej aparatury. Dzieje się tak z dwóch powodów:

  1. amixon® oferuje doskonały efekt mieszania i
  2. specyficzna powierzchnia wymiany ciepła jest wyjątkowo duża.

 

Dzięki regulowanym parametrom procesowym ciśnienia systemowego, temperatury, sekwencyjnego dodawania materiału (suchego, mokrego lub gazowego) i intensywności mieszania, można osiągnąć pożądaną konwersję materiału. Dzięki efektowi mieszania bez martwej przestrzeni, modyfikacje skrobi w reaktorze syntezy amixon® są powtarzalne, niezależnie od właściwości reologicznych substancji. Końcowy proces suszenia próżniowego może z łatwością odbywać się w tym samym urządzeniu amixon®. Działa on wówczas jako wydajna próżniowa suszarka kontaktowa.

Firma amixon® posiada bogate doświadczenie w obsłudze produktów o wysokiej lepkości (rozcieńczalnych, lepkich strukturalnie lub tiksotropowych). Sprzęt amixon® oznacza niezawodną kontrolę reakcji. Niezależnie od tego, czy przetwarzanie (mieszanie, reakcja, zawieszanie, deaglomeracja, powlekanie, kondycjonowanie, próżniowe suszenie kontaktowe) odbywa się w małych czy dużych partiach.

 

Skrobia była używana jako klej i wypełniacz do farb i leków od czasów starożytnych.

 

Produkcja skrobi jest prosta, ale pracochłonna. Dojrzałe ziarno jest moczone w wodzie i miażdżone na miazgę za pomocą kamieni. Owsianka jest mieszana z czystą wodą. Po okresie spoczynku, pływające składniki są wylewane. Jasny osad składa się głównie ze skrobi. Jest on suszony na słońcu. Skrobia w proszku była uzyskiwana z pszenicy w czasach starożytnych.

Później nasi przodkowie pozyskiwali skrobię ziemniaczaną w podobny sposób. W Europie przemysł skrobiowy rozwinął się jako działalność uboczna w rolnictwie. Używano najprostszego sprzętu, który dopiero w trakcie industrializacji został rozwinięty w specjalne maszyny inżynierii procesowej. Poprawiło to stopień czystości, wydajność i koszty produkcji.

Mieszalnik silosowy Gyraton® dla dużych ilości

Obecnie skrobia jest produktem masowym. Indywidualne pochodne skrobi są wykorzystywane w wielu różnych gałęziach przemysłu. W niektórych przypadkach powstałe duże partie muszą być homogenizowane. amixon produkuje specjalne mieszalniki silosowe, które mogą bardzo precyzyjnie mieszać duże masy proszku. Nie ma znaczenia, czy produkty są suche, wilgotne lub mokre, dobrze lub słabo płyną, ...

Mieszalnik silosowy Gyraton® może homogenizować partie o objętości 70 m³ w sposób ekonomiczny i precyzyjny.

Trzy rodzaje modyfikacji skrobi

 

Fizycznie:

Poprzez obróbkę cieplną, mielenie, pasteryzację wstępną, suszenie rolkowe, wytłaczanie lub aglomerację. Obróbka ta nie podlega zgłoszeniu dla środków spożywczych. W zależności od pożądanej rozpuszczalności na zimno, stosuje się ekonomiczne suszenie rolkowe lub droższe suszenie rozpyłowe. Ta ostatnia metoda jest zwykle łączona z aglomeracją w złożu fluidalnym, jeśli skrobia ma mieć szczególnie dobre właściwości natychmiastowe.

 

Substancja chemiczna:

Skrobia jest zawieszona w wodzie w mieszanym zbiorniku i po dodaniu niewielkich ilości kwasu lub zasady jest ostrożnie podgrzewana bez osiągania temperatury żelatynizacji. Po ustaleniu określonej wartości pH dodawany jest odczynnik modyfikujący. Po neutralizacji, płukaniu, filtracji i suszeniu, skrobia ma całkowicie zmienione właściwości. Jeśli skrobia jest chemicznie przekształcana, degradowana, dekstrynizowana, estryfikowana, eteryfikowana lub utleniana, jest deklarowana w żywności jako dodatek z numerem E lub jako skrobia modyfikowana.

Jeśli krystaliczna struktura granulek skrobi ma być w znacznym stopniu zachowana pomimo skutecznej modyfikacji, można zastosować metodę chemicznego sieciowania grup cząsteczek skrobi odpowiednimi grupami hydroksylowymi, takimi jak tlenek etylenu lub propylenu lub kwasy dikarboksylowe. Zmniejsza to rozpuszczalność skrobi, zwiększa temperaturę żelatynizacji i, w zależności od stopnia usieciowania, hamuje retrogradację.

 

Enzymatyczne:

Enzymy mogą organizować i łączyć struktury molekularne, tworzyć łańcuchy molekularne i łańcuchy boczne. Enzymy mogą również dzielić cząsteczki skrobi: Enzymatyczna hydroliza skrobi jest wysoce wydajnym procesem scukrzania skrobi. W ten sposób powstają niedrogie substancje słodzące.

Enzymatyczna hydroliza skrobi jest wolniejsza niż rozszczepianie chemiczne. Konwersja wymaga znacznie mniej energii. Konwersja zachodzi w znacznie niższej temperaturze. Degradację skrobi można zatrzymać w dowolnym momencie.
Czasami proces kończy się hydrolizą kwasową. W ten sposób powstają różne rodzaje syropu skrobiowego.

Skuteczne enzymy uzyskuje się na przykład z pleśni, bakterii lub trzustki bydła. Ta forma modyfikacji skrobi nie podlega zgłoszeniu.

amixon® fermentator/parownik/suszarka z mieszalnikiem próżniowym

 

Enzymy pomagają spełnić wymagania rynku Mikroorganizmy w enzymach mogą wpływać na to, czy produkt skrobiowy ma właściwości hydrofilowe czy hydrofobowe.

W sektorze spożywczym skrobie modyfikowane są wykorzystywane do produkcji wyrobów gotowych. Sprzyjają one gotowaniu, pieczeniu, prażeniu, zamrażaniu szokowemu, rozmrażaniu... Przyspieszają powstawanie smaku podczas reakcji Maillarda.

Jeśli skrobia ma być stosowana jako nośnik mas tabletkowych, ekstraktów przypraw, ekstraktów do pieczenia lub produktów deserowych, ważne jest, aby składniki aktywne i aromaty były łatwo dyspergowalne (zarówno suche, jak i płynne). Mieszalnik amixon® może to również niezawodnie osiągnąć.

Mieszalnik amixon® do procesów termicznych (pojemność brutto 16 m³).

Znaczenie i perspektywy

 

W Europie większość rodzajów skrobi jest wymienna, zwłaszcza gdy jest modyfikowana. Skrobia ziemniaczana jest nieco droższa niż skrobia zbożowa, ponieważ bulwy ziemniaka są dostępne tylko sezonowo. Podaż skrobi pszennej obecnie rośnie, ponieważ szczególnie gluten pszenny zyskuje na znaczeniu jako produkt uboczny. Gluten pszenny / białko pszenicy jest wykorzystywane w postaci suszonej w przemyśle piekarniczym. Gluten pszenny jest ważnym surowcem do produkcji substytutów mięsa. Ekstrakcja skrobi z pszenicy ma obecnie podwójne znaczenie ekonomiczne.

Całkowite zużycie skrobi w Europie wynosi ok. 12 mln ton przy rocznym wzroście o ok. 2%. W USA wzrost ten wynosi ok. 4%, w Ameryce Południowej ok. 4,5%, a w Azji aż 7% rocznie. Około 10% skrobi produkowanej na całym świecie jest wykorzystywane w przemyśle chemicznym, około 30% w przemyśle papierniczym i tektury falistej, 30% w przemyśle spożywczym i mniej więcej taka sama ilość jest modyfikowana lub scukrzana dla przemysłu napojów i słodyczy. Oczekuje się, że popyt na skrobię i jej pochodne będzie nadal rósł we wszystkich sektorach przemysłu.

amixon®: Suszenie pochodnych skrobi w ultraczystych warunkach

 

Suszenie rozpoczyna się od mechanicznej separacji ciał stałych od cieczy. W tym celu stosuje się wirówki łuszczące obracające się poziomo lub separatory obracające się pionowo.

Późniejsze suszenie termiczne musi być odpowiednie dla procesów ciągłych. Dotyczy to dużych ilości proszku. Są to na przykład suszarki rolkowe. Obejmuje to również suszarki konwekcyjne, takie jak suszarki pierścieniowe, wirujące i mielące. Oba rodzaje suszenia odbywają się w warunkach atmosferycznych. Suszarki rolkowe pracują w wysokich temperaturach. Suszarki konwekcyjne wymagają dużych ilości gorącego powietrza, które najpierw musi zostać osuszone i oczyszczone.

Próżniowa suszarka mieszalnikowa amixon® stanowi ekonomiczną alternatywę dla suszenia pochodnych skrobi o wysokiej czystości lub wrażliwych na temperaturę. Zastosowana próżnia przyspiesza suszenie w niskich temperaturach produktu.


Próżniowe suszenie mieszane, chłodzenie, przygotowanie

amixon® posiada ponad 30 maszyn testowych. Zapraszamy do ich przetestowania. Przynieś ze sobą swoje oryginalne produkty. 40 lat doświadczenia oznacza wydajność i praktyczne znaczenie.

Skrobia jako nośnik aromatów i środków aromatyzujących

 

Przy stosowaniu skrobi i jej pochodnych jako nośników płynnych aromatów, oleożywic, barwników spożywczych, ekstraktów piekarniczych, olejów i tłuszczów, musi być spełniony jeden warunek: „Szybkie i równomierne zwilżanie przy niskim nakładzie energii”. Produkcja aromatów i środków aromatyzujących, dań gotowych, zup, dipów i sosów jest często procesem wieloetapowym. Im chłodniejsza mieszanka opuszcza mieszalnię, tym lepsze jest późniejsze napełnianie, przechowywanie, zachowanie jakości i świeżości.

Określone efekty powlekania mają na celu zamknięcie i ochronę płynnych składników. Występuje tu poważny konflikt celów między najwyższym możliwym obciążeniem płynnymi składnikami aktywnymi z jednej strony, a najlepszą możliwą płynnością zmieszanych proszków z drugiej.

Również w tym przypadku sprzęt amixon® zapewnia doskonałą obsługę na całym świecie. Aparatura testowa jest dostępna przez cały czas.

Skrobia ma szeroki zakres zastosowań.

 

Skrobia wpływa na teksturę (śliskość) i zmętnienie, tworzenie się filmu, żelowanie i retrogradację. Gdy skrobia jest stosowana w przemyśle spożywczym, powinna być neutralna w smaku i poprawiać końcowe zastosowanie dla konsumenta. W zależności od rodzaju żywności, powinna również pozytywnie wpływać na odczucie w ustach.

  • Ciasto do smarowania powinno być zimne i szybkie w przygotowaniu. Kremowy smak powinien być wspierany. Podczas krojenia kawałków ciasta: Elastyczność i zachowanie kształtu.
  • Suszona rozpyłowo żywność dla niemowląt powinna mieć dobre właściwości natychmiastowe. Płynna masa powinna być pozbawiona grudek i zapewniać dobre odczucie w ustach.
  • Deser owocowy lub jogurt na bazie mleka: orzeźwiające uczucie chłodu w ustach. W ustach nie jest lepki ani włochaty. Maszyny napełniające pracują z dużą prędkością. Mimo to płyn jest łatwy do dozowania i nie kapie.
  • Sos barbecue łatwo wylewa się z butelki. Pozostaje gęsty na gorącej potrawie z grilla. W ustach naturalnie uwalnia aromaty przypraw.
  • Panierka lub ciasto powinny równomiernie pokrywać potrawę i mocno do niej przylegać. Niezależnie od tego, czy danie jest spożywane od razu, czy też mrożone, pakowane i przechowywane.
  • Napoje instant w proszku powinny rozpraszać się szybko i bez grudek w fazie płynnej, nawet po dłuższym przechowywaniu.
  • W wieloetapowym procesie ze złożem fluidalnym, lotne lub wrażliwe na utlenianie ciecze mogą być mikrokapsułkowane za pomocą skrobi.

 

Retrogradacja jest ogólnie niepożądana.

Wcześniej związana woda jest ponownie uwalniana z opóźnieniem. Żele mogą się upłynniać. Takie procesy zachodzą szczególnie przy zmianach temperatury, np. podczas chłodzenia po gotowaniu lub rozmrażania zamrożonej żywności. Niepożądaną retrogradację można zminimalizować stosując skrobie modyfikowane lub dodając odpowiednie emulgatory.

Przemysł piekarniczy i cukierniczy jest ważnym inicjatorem rozwoju skrobi modyfikowanej

Żelatynizacja i tworzenie żelu

 

Jeśli skrobia jest podgrzewana w postaci wodnej zawiesiny, granulki skrobi ulegają zniszczeniu powyżej pewnej temperatury. Pęcznienie wzrasta dalej, a amyloza jest uwalniana z ziarna. Proces ten znany jest jako żelatynizacja. Lepkość wzrasta, podobnie jak klarowność mieszaniny skrobi i wody oraz jej przewodność elektryczna. Jest to strukturalnie lepki roztwór, którego lepkość zmniejsza się, im bardziej roztwór jest mieszany lub ścinany. Po schłodzeniu roztwór staje się bardziej klarowny, łańcuchy glukozy układają się równolegle i tworzą nowe wiązania wodorowe. W zależności od rodzaju skrobi powstaje mniej lub bardziej stabilny żel.

To strukturalnie lepkie zachowanie jest dokładnie odwrotne do stanu początkowego. „Skrobia w zawiesinie wodnej” jest rozrzedzona. Im wyższe naprężenie ścinające, tym większy wzrost lepkości.

Przykłady zastosowań pochodnych skrobi

 

Żywność i produkty luksusowe:

  • jako dodatek do żywności instant
  • jako wypełniacz do tabletek suplementów diety
  • jako regulator lepkości i środek zmętniający do napojów instant
  • do zwiększania kremowości w produkcji deserów
  • do kondycjonowania sosów do mrożonych dań gotowych
  • jako baza dla oleożywic w uszlachetnianiu smaku i przypraw
  • w celu zwiększenia zdolności wiązania wody w przetwórstwie kiełbas i mięsa
  • jako środek wiążący w kuchniach stołówkowych i stołówkach
  • jako środek wypełniający dla wzmacniaczy smaku
  • jako dodatek do cukru w celu pokrycia cząstek tłuszczem
  • jako dodatek do środków do pieczenia i mąk gotowych do pieczenia
  • jako środek kondycjonujący do bułki tartej

 

farmaceutyki:

  • jako smar do rękawic medycznych
  • jako wypełniacz do tabletek o odpowiednim rozmiarze
  • jako środek powlekający i dezintegrujący tabletki
  • jako baza dla proszków leczniczych i dezodorantów
  • jako środek wiążący dla medycznych składników aktywnych
  • do rozciągania różu kosmetycznego
  • jako środek antyadhezyjny i smar do bezawaryjnej pracy tabletkarek
  • jako środek pudrujący do trwałego oddzielania od siebie lepkich cząstek
  • jako regulator lepkości kremów, emulsji, maści, a nawet aerozoli

 
metalurgia, górnictwo, przemysł papierniczy, chemiczny, artykuły gospodarstwa domowego:

  • w produkcji flokulantów i środków przeciwpieniących do uzdatniania wody
  • do produkcji smarów chłodzących do drążenia tuneli i wierceń ziemnych
  • do regulacji płynności betonu dla pomp do betonu
  • do kondycjonowania piasków formierskich w przemyśle odlewniczym
  • do wygładzania nici bawełnianych, aby mogły być tkane bez zużycia w produkcji tekstyliów
  • jako klej do stempli i tektury falistej
  • do produkcji klejów do drewna
  • jako środek wygładzający i kondycjonujący w produkcji papieru

Skrobia jest często używana jako substancja nośna. Oleożywice mogą być następnie mieszane w proszki bez aglomeratów.

Rozpuszczalność skrobi

 

Skrobia jest nierozpuszczalna w zimnej wodzie, ale granulki skrobi mogą łatwo i odwracalnie pęcznieć. Zwiększa to ich objętość nawet o 28%. Jeśli woda zostanie usunięta ze skrobi, pęcznienie zmniejsza się.

Skrobia natywna może dobrze wiązać wodę lub wilgotne produkty. Zdolność wiązania zmniejsza się wraz z wahaniami temperatury. Skrobia modyfikowana może zestalać płyny przez dłuższy czas. Może stabilizować żele.

„Viscograph” lub „Rapid Visco Analyser” zapewnia przejrzystą technikę pomiarową do porównywania właściwości żelowania różnych roztworów skrobi. Zawiesina skrobi i wody jest podgrzewana i chłodzona przy ciągłym mieszaniu. Opór mieszania jest wykreślany w funkcji czasu.

Zawartość amylozy i wielkość cząstek

 

Rozmiar granulek skrobi różni się w zależności od rodzaju skrobi. Średnica cząstek skrobi może wynosić ponad 100 µm dla ziemniaków, 2 do 35 µm dla pszenicy, 5 do 25 µm dla kukurydzy i tylko 0,5 do 3 µm dla amarantusa. Skrobia pszeniczna ma bimodalny rozkład granulek skrobi. Jest to wykorzystywane do produkcji skrobi pszennej o wysokiej czystości A (20 - 35 µm) z jednej strony i drobnoziarnistej skrobi pszennej B (2 - 10 µm) z większą ilością zanieczyszczeń z drugiej.  

W zależności od pochodzenia, skrobia ma zwykle zawartość amylozy od 14% do 27% i amylopektyny od 73% do 86%. Jednak specjalne odmiany roślin dostarczają również skrobię o zawartości amylopektyny do 99% lub amylozy do 85%.

Zawartość skrobi i amylozy w różnych uprawach

Glikozydowo usieciowane cząsteczki skrobi.

Cząsteczki skrobi o strukturze amorficznej lub krystalicznej

W ten sposób można skutecznie uzyskać maltodekstrynę, np. do napojów instant, preparatów przyprawowych, preparatów owocowych i lodów. Skrobia jest zawieszana w wodzie z alfa-amylazą przy powolnym mieszaniu i powoli podgrzewana. Określone czasy mieszania i przebywania są utrzymywane w różnych temperaturach w celu osiągnięcia możliwie najpełniejszej degradacji enzymatycznej. Zawiesina jest następnie kilkakrotnie płukana, odwirowywana i suszona termicznie.

Integralność natywnej skrobi można łatwo zweryfikować, badając granulki skrobi pod mikroskopem w świetle spolaryzowanym. Ze względu na dwójłomność, ziarna skrobi natywnej wydają się opalizujące z ciemnym krzyżykiem, podczas gdy ziarna skrobi poddane obróbce wydają się monochromatyczne bez krzyżyka - oczywiście dlatego, że ich struktura krystaliczna została zniszczona.

Rośliny uprawne z ich przybliżoną zawartością skrobi i amylozy

 

W Europie surowcami do produkcji skrobi są ziemniaki, pszenica i kukurydza; poza Europą skrobię uzyskuje się również z tapioki i ryżu. Obecnie produkt handlowy skrobia (C6H10O5)n może zawierać maksymalnie 3% substancji obcych. Następujące przepisy zostały ustanowione na szczeblu międzynarodowym: Maksymalna dopuszczalna zawartość białka w suchej masie skrobi jest ograniczona. Wynosi ona 0,58% dla skrobi zbożowej i 0,13% dla skrobi ziemniaczanej.

Niskobiałkową skrobię pszenną uzyskuje się dla żywności dietetycznej (np. celiakia). Codex alimentarius (międzynarodowe przepisy dotyczące żywności) definiuje skrobię jako bezglutenową, jeśli zawartość białka (glutenu) jest mniejsza niż 20 mg/kg. Dzisiejsze metody analityczne są w stanie wykryć pozostałości białka na poziomie poniżej 5 mg/kg.

Różnorodne właściwości skrobi były wykorzystywane bardzo wcześnie w historii ludzkości.

Podobieństwo struktury molekularnej celulozy i skrobi: W zależności od tego, czy anomeryczna grupa OH cukru A znajduje się w pozycji α (= dolnej) czy β (= górnej), powstaje wiązanie α-glikozydowe lub β-glikozydowe. Liczby 1,4 i 1,6 wskazują odpowiednie atomy C w cząsteczce glukozy.

Podstawowa struktura chemiczna celulozy i skrobi jest bardzo podobna

 

Źródłem energii jest skrobia wytwarzana w procesie fotosyntezy i przechowywana w bulwach i nasionach wszystkich roślin. Tysiące cząsteczek glukozy krzyżuje się spiralnie, tworząc cząsteczkę skrobi, która jest włączana do granulek skrobi.

Enzymy określają skład i strukturę granulek skrobi. Mogą one łączyć cząsteczki glukozy, tworząc długą nić glikozydową. Struktura ta znana jest jako amyloza. Jeśli do nici dołączone są łańcuchy boczne, jest ona nazywana amylopektyną.

Molekularne podobieństwo cząsteczek skrobi i celulozy jest interesujące. Skrobia jest magazynem energii roślin, podczas gdy celuloza tworzy strukturę komórkową roślin - o imponującej wytrzymałości i elastyczności, wystarczy pomyśleć o drewnie lub 4-metrowych łodygach konopi i twardym drewnie.

Powrót

© Copyright by amixon GmbH