Skip to main content
amixon GmbHamixon GmbH

Добыча крахмала и его переработка

 

В технологическом реакторе amixon® вы можете смешивать и термически обрабатывать производные крахмала различными способами. Тепло- и массообмен происходит очень быстро, даже в больших аппаратах. Это происходит по двум причинам:

  1. amixon® обеспечивает превосходный эффект смешивания и
  2. удельная поверхность теплообмена очень велика.

 

Регулируемые параметры процесса: давление в системе, температура, последовательное добавление материала (сухого, влажного или газообразного) и интенсивность перемешивания - позволяют достичь желаемой конверсии материала. Благодаря эффекту смешивания без мертвого пространства, модификации крахмала в реакторе синтеза amixon® воспроизводимы, независимо от реологических свойств веществ. Окончательный процесс вакуумной сушки смеси может быть легко проведен в том же аппарате amixon®. В этом случае он работает как высокопроизводительная вакуумная контактная сушилка.

Компания amixon® имеет большой опыт работы с высоковязкими продуктами (дилатантными, структурно вязкими или тиксотропными). Оборудование amixon® - это надежный контроль реакции. Независимо от того, проводится ли обработка (смешивание, реакция, суспендирование, деагломерация, нанесение покрытий, кондиционирование, вакуумная контактная сушка) в малых или больших партиях.

 

Крахмал с древних времен использовался в качестве клея и наполнителя для красок и лекарств

 

Производство крахмала простое, но трудоемкое. Спелое зерно замачивают в воде и размалывают в кашицу с помощью камней. Полученную массу смешивают с чистой водой. После периода покоя плавающие компоненты сливают. Осадок светлого цвета состоит в основном из крахмала. Его сушат на солнце. Крахмальный порошок в древности получали из пшеницы.

Позже наши предки аналогичным способом добывали крахмал из картофеля. В Европе крахмальная промышленность развивалась как побочная отрасль сельского хозяйства. Люди работали с простейшим оборудованием, которое только в ходе индустриализации превратилось в специальные технологические машины. Это позволило повысить степень чистоты, выход продукции и затраты на производство.

 

Силосный смеситель Gyraton® для больших объемов

Сегодня крахмал - это массовый продукт. Индивидуальные производные крахмала используются в самых разных отраслях промышленности. В некоторых случаях большие партии необходимо гомогенизировать. amixon производит специальные силосные смесители, которые позволяют очень точно перемешивать большие массы порошка. Неважно, сухие, влажные или мокрые продукты, хорошо или плохо текут, ...

Силосный смеситель Gyraton® может экономично и точно гомогенизировать партии объемом 70 м³.

Три типа модификации крахмала

 

Физические:

путем термической обработки, измельчения, прежелатинизации, роликовой сушки, экструзии или агломерации. Эта обработка не подлежит декларированию для пищевых продуктов. В зависимости от желаемой холодной растворимости используется либо экономически эффективная вальцовая сушка, либо более дорогой процесс распылительной сушки. Последний способ обычно сочетается с агломерацией в псевдоожиженном слое, если крахмал должен обладать особенно хорошими мгновенными свойствами.

 

Химический:

Крахмал суспендируют в воде в чайнике с мешалкой и, добавив небольшое количество кислоты или щелочи, осторожно нагревают, не доводя до температуры желатинизации. После установления определенного значения pH добавляется модифицирующий реагент. После нейтрализации, промывки, фильтрации и сушки крахмал приобретает совершенно другие свойства. Если крахмал подвергается химической трансформации, деградации, декстринизации, этерификации, этерификации или окислению, он должен быть заявлен в пищевых продуктах как добавка с номером Е или как модифицированный крахмал.

Если кристаллическая структура крахмальных гранул должна быть в значительной степени сохранена, несмотря на эффективную модификацию, может быть использован метод химического сшивания групп молекулы крахмала с подходящими гидроксильными группами, такими как этиленовая или пропиленовая окись или дикарбоновые кислоты. Это снижает растворимость крахмала, повышает температуру желатинизации и, в зависимости от степени сшивания, подавляет ретроградирование.

 

Ферментативный:

Ферментативный гидролиз крахмала - это высокоэффективный процесс осахаривания крахмала для получения подсластителей. Подобно тому, как ферменты организуют и связывают молекулярные структуры, формируют молекулярные цепи и боковые цепи, ферменты также могут расщеплять такие молекулы крахмала. В отличие от химического расщепления, ферментный каталитический гидролиз крахмала протекает медленнее, но и при меньшем нагревании. Соответствующие ферменты могут быть получены из плесени, бактерий или поджелудочной железы крупного рогатого скота. После реакции ферменты полностью вымываются из производного крахмала или инактивируются. Степень разложения крахмала можно точно регулировать, что позволяет получать разнообразные продукты (крахмальный сироп). Данная форма модификации не подлежит декларированию. В качестве альтернативы крахмал может быть расщеплен кислотой (кислотный гидролиз).

ферментер/испаритель/вакуумный смеситель-сушилка amixon®

 

Ферменты помогают соответствовать требованиям рынка Микроорганизмы, входящие в состав ферментов, могут влиять на то, обладает ли крахмальный продукт гидрофильными или гидрофобными свойствами.

В пищевом секторе модифицированные крахмалы используются для производства продуктов быстрого приготовления. Они способствуют варке, выпечке, жарке, шоковой заморозке, размораживанию... Они ускоряют образование вкуса в ходе реакции Майяра.

Если крахмал используется в качестве носителя для таблеточных масс, экстрактов приправ, выпечки или десертных продуктов, важно, чтобы активные ингредиенты и ароматизаторы были легко диспергируемыми (как в сухом, так и в жидком виде). Смеситель amixon® надежно справляется с этой задачей.

Смеситель amixon® для термических процессов (объем брутто 16 м³).

Значение и перспективы

 

В Европе большинство видов крахмала взаимозаменяемы, особенно если они модифицированы. Картофельный крахмал немного дороже зернового, поскольку клубни картофеля доступны только сезонно. Предложение пшеничного крахмала в настоящее время увеличивается, поскольку пшеничная клейковина приобретает все большее значение как побочный продукт. Пшеничная клейковина / пшеничный белок используется в сушеном виде в хлебопекарной промышленности. Пшеничный глютен является важным сырьем для производства заменителей мяса. В настоящее время извлечение крахмала из пшеницы представляет двойной экономический интерес.

Общее потребление крахмала в Европе составляет около 12 миллионов тонн с ежегодным приростом примерно на 2 %. В США рост составляет около 4 %, в Южной Америке - около 4,5 %, а в Азии - до 7 % в год. Около 10 % производимого в мире крахмала используется в химической промышленности, около 30 % - в производстве бумаги и гофрокартона, 30 % - в пищевой промышленности и примерно столько же модифицируется или осахаривается для производства напитков и кондитерских изделий. Ожидается, что спрос на крахмал и его производные будет продолжать расти во всех промышленных секторах.

amixon®: Сушка производных крахмала в сверхчистых условиях

 

Сушка начинается с механического разделения твердой и жидкой фаз. Для этого используются горизонтально вращающиеся центрифуги или вертикально вращающиеся сепараторы.

Последующая термическая сушка должна быть пригодна для непрерывных процессов. Поскольку речь идет о больших количествах порошка. Это, например, валковые сушилки. Однако сюда также относятся конвективные сушилки, такие как кольцевые, прядильные и размалывающие сушилки. Оба типа сушки происходят в атмосферных условиях. Вальцовые сушилки работают при высоких температурах. Конвекционные сушилки требуют большого количества горячего воздуха, который предварительно должен быть высушен и очищен.
 

Вакуумная смесительная сушилка amixon® - это экономичная альтернатива для сушки высокочистых или чувствительных к температуре производных крахмала. Применяемый вакуум ускоряет сушку при низких температурах продукта.


Вакуумная смешанная сушка, охлаждение, подготовка

Компания amixon® располагает более чем 30 испытательными машинами. Мы приглашаем вас испытать их. Привозите с собой оригинальные продукты. 40 лет опыта - это эффективность и практическая значимость.

Крахмал как носитель для ароматизаторов и вкусовых добавок

 

При использовании крахмала и его производных в качестве носителя для жидких ароматизаторов, живиц, пищевых красителей, хлебопекарных экстрактов, масел и жиров необходимо соблюдать одно условие: «Быстрое и равномерное смачивание при низких затратах энергии». Производство ароматизаторов и вкусовых добавок, готовых блюд, супов, дипов и соусов часто представляет собой многоступенчатый процесс. Чем холоднее смесь выходит из смесительной установки, тем лучше последующая фасовка, хранение, сохранение качества и свежести.

Для защиты жидких ингредиентов разработаны специальные покрытия. Здесь возникает серьезный конфликт целей между максимально возможной загрузкой жидких активных ингредиентов, с одной стороны, и наилучшей текучестью смешанных порошков - с другой.

И здесь оборудование amixon® обеспечивает превосходный сервис по всему миру. Испытательное оборудование доступно в любое время.

Сфера применения крахмала разнообразна.

 

Прочность влияет на текстуру (слизистость) и мутность, образование пленки, гелеобразование и ретроградацию. Где бы ни использовался крахмал в пищевой промышленности, он должен быть нейтральным на вкус и улучшать конечный потребительский опыт. Кроме того, считается, что он положительно влияет на вкусовые ощущения во рту, в зависимости от вида пищи.

  • Спред для торта должен быть холодно набухающим, быстро готовиться, поддерживать сливочный вкус, но обладать длительной эластичностью и сохранять форму при разрезании кусочков торта
  • Детское питание, высушенное методом распыления, должно обладать хорошими растворимыми свойствами и подходящей жидкой консистенцией
  • Фруктовый десерт или йогурт на основе молока должен освежать и охлаждать во рту, но ни в коем случае не быть липким или пушистым, но, с другой стороны, он должен легко дозироваться и не капать в высокопроизводительную разливочную машину.
  • Соус для барбекю должен легко выдаваться из бутылки и смачивать продукты для барбекю густым и вязким способом, несмотря на воздействие тепла, но во рту он должен естественно развивать ароматы специй при пережевывании.
  • Панировка или кляр, посыпанный крахмалом, должен равномерно смачивать продукт и прочно прилипать к нему. Независимо от того, употребляется ли блюдо сразу или сначала замораживается, упаковывается и хранится.
  • Порошок растворимого напитка должен быстро и без комочков расходиться в жидкой фазе даже после длительного хранения. 
  • В многоступенчатом процессе псевдоожиженного слоя с помощью крахмала можно микрокапсулировать даже высоколетучие или чувствительные к окислению жидкости.

Ретроградация обычно нежелательна.

Ранее связанная вода снова высвобождается с задержкой. Гели могут разжижаться. Такие процессы происходят, в частности, при изменении температуры, например, при охлаждении после приготовления пищи или при размораживании замороженных продуктов. Нежелательная ретроградация может быть уменьшена путем использования модифицированных крахмалов или добавления подходящих эмульгаторов.

Хлебопекарная и кондитерская промышленность является важным инициатором разработки бездекларационных производных крахмала

Желатинизация и образование геля

 

Если крахмал нагревать в виде водной суспензии, то при повышении температуры крахмальные гранулы разрушаются. Набухание еще больше увеличивается, и амилоза высвобождается из зерна. Этот процесс известен как желатинизация. Вязкость увеличивается, как и прозрачность смеси крахмала с водой и ее электропроводность. Это структурно вязкий раствор, вязкость которого уменьшается тем сильнее, чем больше его перемешивают или сдвигают. При охлаждении раствор становится прозрачнее, глюкозные цепи выравниваются параллельно и образуют новые водородные связи. В зависимости от типа крахмала образуется более или менее стабильный гель.

Это структурно-вязкое поведение прямо противоположно исходному состоянию. Суспензия крахмала в воде является дилатантной. Чем выше напряжение сдвига, тем больше увеличивается вязкость.

Примеры применения производных крахмала

 

Продукты питания и предметы роскоши:

  • в качестве добавки для продуктов быстрого приготовления 
  • в качестве наполнителя для таблеток пищевых добавок
  • в качестве регулятора вязкости и опала для растворимых напитков
  • для повышения кремообразности при приготовлении десертов
  • для приготовления соусов для замороженных готовых блюд
  • как основа для живицы в ароматизации и рафинировании специй
  • для повышения водосвязывающей способности в колбасном и мясном производстве
  • в качестве связующего вещества в больших кухнях и столовых
  • в качестве сухой смеси для усилителей вкуса
  • в качестве добавки к сахару для покрытия частиц жиром
  • в качестве добавки для хлебопекарных веществ и готовой к выпечке муки
  • в качестве кондиционирующего агента для панировки

 

Как разнообразно крахмал и его производные используются в пищевой промышленности, так же разнообразно их применение в фармацевтической промышленности.

  • в качестве смазки для медицинских перчаток
  • в качестве наполнителя, чтобы довести планшеты до приемлемого размера
  • в качестве покрытия и дезинтегрирующего агента для таблеток
  • в качестве основного ингредиента для лекарственных порошков и дезодорантов
  • в качестве связующего вещества для лекарственных веществ
  • для растяжки косметических румян
  • в качестве разделительного агента и смазки для бесперебойной работы таблеточных прессов
  • в качестве порошкообразного вещества для постоянного отделения липких частиц друг от друга
  • в качестве регулятора вязкости для кремов, эмульсий, мазей и даже аэрозолей

 

Производные крахмала также используются в тяжелой промышленности.

  • в производстве флокулянтов и пеногасителей для очистки воды
  • для производства смазочно-охлаждающих жидкостей для прокладки тоннелей и земляного бурения
  • для регулировки текучести бетона для бетононасосов
  • для кондиционирования формовочных смесей в литейной промышленности
  • для разглаживания хлопчатобумажных нитей, чтобы их можно было переплетать без износа, в текстильном производстве
  • в качестве клея для марок и гофрокартона
  • для производства древесных клеев
  • в качестве разглаживающего и кондиционирующего агента в производстве бумаги

Крахмал часто используется в качестве вещества-носителя. Тогда живицы можно смешивать в порошки без агломератов.

Растворимость крахмала

 

Крахмал нерастворим в холодной воде, но гранулы крахмала могут легко и обратимо набухать. При этом их объем увеличивается на 28 %. Если удалить из крахмала воду, набухание уменьшается.

Нативный крахмал может хорошо связывать воду или влажные продукты. Связывающая способность снижается при колебаниях температуры. Модифицированный крахмал может затвердевать в жидкостях в течение длительного времени. Он может стабилизировать гели.

Вискограф» или „Быстрый вязкостный анализатор“ обеспечивает четкую методику измерения для сравнения желатинизирующих свойств различных крахмальных растворов. Суспензию крахмала с водой нагревают и охлаждают при постоянном перемешивании. Сопротивление перемешиванию строится в зависимости от времени.

Содержание амилозы и размер частиц

 

В зависимости от типа крахмала, зерна крахмала имеют различные размеры. Диаметр частиц крахмала может быть более 100 мкм в картофеле, от 2 до 35 мкм в пшенице, от 5 до 25 мкм в кукурузе и всего 0,5-3 мкм в амаранте. Пшеничный крахмал имеет бимодальное распределение крахмальных зерен. Это используется для получения высокочистого пшеничного крахмала А (20 - 35 мкм), с одной стороны, и мелкозернистого пшеничного крахмала В (2 - 10 мкм) с большим количеством примесей - с другой. 

В зависимости от происхождения крахмал обычно имеет содержание амилозы от 14 % до 27 % и амилопектина от 73 % до 86 %. Однако специальные сорта растений также обеспечивают крахмал с содержанием амилопектина до 99 % или амилозы до 85 %.

Содержание крахмала и амилозы в различных культурах

Гликозидные сшитые молекулы крахмала.

Частицы крахмала с аморфной или кристаллической структурой

Таким способом можно эффективно получить мальтодекстрин, например, для приготовления растворимых напитков, пряностей, фруктов и мороженого. Крахмал суспендируют в воде с альфа-амилазой при медленном перемешивании и медленно нагревают. Для достижения наиболее полной ферментативной деградации соблюдается определенное время перемешивания и выдержки при различных температурах. Затем суспензию промывают несколько раз, центрифугируют и термически сушат.

Целостность нативного крахмала легко продемонстрировать при микроскопическом рассмотрении гранул крахмала под поляризованным светом. Из-за двулучепреломления зерна нативного крахмала выглядят радужными с темным крестом, в то время как зерна обработанного крахмала выглядят одноцветными без креста - очевидно, потому что их кристаллическая структура разрушена.

Культуры с их приблизительным содержанием крахмала и амилозы

 

Сырьем для производства крахмала в Европе являются картофель, пшеница и кукуруза; за пределами Европы крахмал также получают из культур тапиока и рис. Сегодня коммерческий продукт крахмал (C6H10O5)n может содержать максимум 3% посторонних веществ. На международном уровне преобладают следующие правила: Максимально допустимое содержание белка в сухом веществе крахмала ограничено. Он составляет 0,58 % для зернового крахмала и 0,13 % для картофельного крахмала.

Пшеничный крахмал с низким содержанием белка получают для получения диетических питательных веществ (например, при коэлиакии). Codex alimentarius (международный свод правил для продуктов питания) определяет крахмал как безглютеновый, если содержание белка (глютена) в нем составляет менее 20 мг/кг. Современные аналитические методы позволяют обнаружить остаточные уровни белка ниже 5 мг/кг.

Очень рано в истории человечества были использованы разнообразные свойства крахмала.

Сходство молекулярной структуры целлюлозы и крахмала: В зависимости от того, находится ли аномерная OH-группа сахара A в α- (= снизу) или β-положении (= сверху), образуется α-гликозидная или β-гликозидная связь. Цифры 1,4 и 1,6 обозначают соответствующие атомы С в молекуле глюкозы.

Химический состав целлюлозы и крахмала очень похож.

 

Энергетический носитель крахмал образуется в процессе фотосинтеза и хранится в клубнях и семенах всех растений. Тысячи молекул глюкозы сшиваются по спирали, образуя молекулу крахмала, которая включается в крахмальное зерно.

Ферменты определяют состав и структуру крахмальных гранул. Они могут связывать молекулы глюкозы в длинную гликозидную нить. Эта структура называется амилоза. Если к нити прикреплены боковые цепи, она называется амилопектином.

Интересно молекулярное сходство молекул крахмала и целлюлозы. Крахмал - это энергетический запас растений, а целлюлоза образует клеточный каркас растений - с впечатляющей прочностью и эластичностью, вспомните древесину или стебли конопли высотой 4 метра.

Back

© Copyright by amixon GmbH