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amixon GmbHamixon GmbH

Estrazione e lavorazione dell'amido

 

Nel reattore di processo amixon® è possibile miscelare e trattare termicamente i derivati dell'amido in diversi modi. Il trasferimento di calore e di massa è molto veloce, anche con apparecchiature di grandi dimensioni. Ciò è dovuto a due motivi:

  1. amixon® offre un eccellente effetto di miscelazione e
  2. la superficie specifica di scambio termico è estremamente ampia.

 

Con i parametri di processo regolabili di pressione del sistema, temperatura, aggiunta sequenziale di materiale (secco, umido o gassoso) e intensità di miscelazione, è possibile ottenere la conversione desiderata del materiale. Grazie all'effetto di miscelazione senza spazi morti, le modifiche dell'amido nel reattore di sintesi amixon® sono riproducibili, indipendentemente dalle proprietà reologiche delle sostanze. Il processo finale di miscelazione-essiccazione sotto vuoto può avvenire facilmente nello stesso apparato amixon®. Il reattore funziona quindi come un essiccatore a contatto sottovuoto ad alte prestazioni.

amixon® ha una vasta esperienza nella gestione di prodotti altamente viscosi (sia dilatanti che strutturalmente viscosi o tixotropici). L'apparecchiatura amixon® è sinonimo di controllo affidabile della reazione. Indipendentemente dal fatto che il processo (miscelazione, reazione, sospensione, deagglomerazione, rivestimento, condizionamento, essiccazione a contatto sotto vuoto) venga eseguito in piccoli o grandi lotti.

L'amido è stato utilizzato fin dall'antichità come adesivo e riempitivo per vernici e medicinali.

 

La produzione di amido è semplice ma laboriosa. I cereali maturi vengono messi a bagno in acqua e schiacciati fino a ridurli in poltiglia con delle pietre. Il porridge viene mescolato con acqua pulita. Dopo un periodo di riposo, i componenti galleggianti vengono versati via. Il sedimento di colore chiaro è costituito principalmente da amido. Questo viene essiccato al sole. Nell'antichità l'amido in polvere si otteneva dal grano.

In seguito, i nostri antenati hanno estratto la fecola di patate in modo simile. In Europa, l'industria dell'amido si è sviluppata come un'attività secondaria dell'agricoltura. Si lavorava con le attrezzature più semplici, che sono state ulteriormente sviluppate in macchine speciali per l'ingegneria di processo solo nel corso dell'industrializzazione. Ciò ha migliorato il grado di purezza, la resa e i costi di produzione.

 

Miscelatore a silo Gyraton® per grandi quantità

Oggi l'amido è un prodotto di massa. I derivati dell'amido personalizzati sono utilizzati in un'ampia gamma di settori. In alcuni casi, i grandi lotti che ne derivano devono essere omogeneizzati. amixon produce speciali miscelatori a silo in grado di miscelare con estrema precisione grandi masse di polvere. Non importa se i prodotti sono secchi, umidi o bagnati, se scorrono bene o male, ...

Il miscelatore a silo Gyraton® può omogeneizzare lotti da 70 m³ in modo economico e preciso.

Tre tipi di modifica dell'amido

 

Fisica:

Mediante trattamento termico, macinazione, pregelatinizzazione, essiccazione a rulli, estrusione o agglomerazione. Questo trattamento non è soggetto a dichiarazione per i prodotti alimentari. A seconda della solubilità a freddo desiderata, si ricorre all'essiccazione a rullo, più economica, o all'essiccazione a spruzzo, più costosa. Quest'ultima è solitamente combinata con l'agglomerazione a letto fluido se l'amido deve avere proprietà istantanee particolarmente buone.

 

Chimica:

L'amido viene sospeso in acqua in un serbatoio agitato e, dopo l'aggiunta di piccole quantità di acido o alcali, viene riscaldato con cura senza raggiungere la temperatura di gelatinizzazione. Dopo aver impostato un certo valore di pH, si aggiunge un reagente modificante. Dopo la neutralizzazione, il lavaggio, la filtrazione e l'essiccazione, l'amido presenta proprietà completamente modificate. Se l'amido è chimicamente convertito, degradato, destrinizzato, esterificato, eterificato o ossidato, viene dichiarato negli alimenti come additivo con un numero E o come amido modificato.

Se la struttura cristallina dei granuli di amido deve essere in gran parte conservata nonostante l'effettiva modificazione, si può ricorrere al metodo della reticolazione chimica dei gruppi molecolari dell'amido con gruppi idrossilici adatti, come l'ossido di etilene o di propilene o gli acidi dicarbossilici. Questo metodo riduce la solubilità dell'amido, aumenta la temperatura di gelatinizzazione e, a seconda del grado di reticolazione, sopprime la retrogradazione.

 

Enzimatico:

Gli enzimi possono organizzare e collegare strutture molecolari, formare catene molecolari e catene laterali. Gli enzimi possono anche scindere le molecole di amido: L'idrolisi enzimatica dell'amido è un processo altamente efficiente per la saccarificazione dell'amido. In questo modo si ottengono dolcificanti poco costosi.

L'idrolisi enzimatica dell'amido è più lenta della scissione chimica. La conversione richiede molta meno energia. La conversione avviene a una temperatura molto più bassa. La degradazione dell'amido può essere interrotta in qualsiasi momento.
A volte il processo si conclude con l'idrolisi acida. Si ottengono così diversi tipi di sciroppo di amido.

Gli enzimi efficaci si ottengono, ad esempio, da muffe, batteri o dal pancreas dei bovini. Questa forma di modifica dell'amido non è soggetta a dichiarazione.

amixon® fermentatore/evaporatore/essiccatore con miscelatore sottovuoto

 

Gli enzimi contribuiscono a soddisfare le esigenze del mercato I microrganismi presenti negli enzimi possono influenzare le proprietà idrofile o idrofobe del prodotto amidaceo.

Nel settore alimentare, gli amidi modificati sono utilizzati per la produzione di prodotti pronti. Favoriscono la cottura, la cottura al forno, la tostatura, la surgelazione, lo scongelamento, ... Accelerano la formazione del sapore durante la reazione di Maillard.

Se l'amido deve essere utilizzato come supporto per masse in compresse, estratti di condimento, estratti di cottura o prodotti dolciari, è importante che i principi attivi e gli aromi siano facilmente disperdibili (siano essi secchi o liquidi). Un miscelatore amixon® è in grado di farlo in modo affidabile.

 

miscelatore amixon® per processi termici (volume lordo 16 m³).

Significato e prospettive

 

In Europa, la maggior parte dei tipi di amido sono intercambiabili, soprattutto se modificati. La fecola di patate è leggermente più costosa dell'amido di cereali, poiché i tuberi di patata sono disponibili solo stagionalmente. L'offerta di amido di frumento è attualmente in aumento, poiché il glutine di frumento, in particolare, sta acquisendo importanza come sottoprodotto. Il glutine di frumento/proteine di frumento viene utilizzato in forma essiccata nell'industria della panificazione. Il glutine di frumento è un'importante materia prima per i prodotti sostitutivi della carne. L'estrazione dell'amido dal grano è attualmente di doppio interesse economico.

Il consumo totale di amido in Europa è di circa 12 milioni di tonnellate, con un aumento annuale di circa il 2%. Negli Stati Uniti l'aumento è del 4% circa, in Sud America del 4,5% circa e in Asia del 7% circa all'anno. Circa il 10% dell'amido prodotto a livello mondiale viene utilizzato nell'industria chimica, circa il 30% nell'industria della carta e del cartone ondulato, il 30% nell'industria alimentare e circa la stessa quantità viene modificata o saccarificata per l'industria delle bevande e dei dolciumi. Si prevede che la domanda di amido e derivati continuerà ad aumentare in tutti i settori industriali.

 

amixon®: Essiccazione di derivati dell'amido in condizioni di ultra-purezza

 

L'essiccazione inizia con la separazione meccanica solido-liquido. A questo scopo si utilizzano centrifughe pelatrici a rotazione orizzontale o separatori a rotazione verticale.

La successiva essiccazione termica deve essere adatta a processi continui. Poiché sono coinvolte grandi quantità di polvere. Si tratta, ad esempio, di essiccatori a rulli. Tuttavia, sono compresi anche gli essiccatori a convezione, come gli essiccatori a flusso anulare, a filatura e a macinazione. Entrambi i tipi di essiccazione avvengono in condizioni atmosferiche. Gli essiccatori a rulli lavorano ad alte temperature. Gli essiccatori a convezione richiedono grandi quantità di aria calda, che deve essere prima asciugata e pulita.
 

L'essiccatore a miscelazione sottovuoto amixon® offre un'alternativa economica per l'essiccazione di derivati dell'amido di elevata purezza o sensibili alla temperatura. Il vuoto applicato accelera l'essiccazione a basse temperature del prodotto.
Essiccazione mista sottovuoto, raffreddamento, preparazione

amixon® dispone di oltre 30 macchine di prova. Vi invitiamo a provarle. Portate con voi i vostri prodotti originali. 40 anni di esperienza sono sinonimo di efficienza e rilevanza pratica.

 

L'amido come sostanza portante per aromi e agenti aromatizzanti

 

Quando si utilizzano amido e derivati dell'amido come supporto per aromi liquidi, oleoresine, coloranti alimentari, estratti di cottura, oli e grassi, è necessario soddisfare una condizione: “bagnatura rapida e uniforme con un basso apporto energetico”. La produzione di aromi e sapori, di piatti pronti, zuppe, salse e sughi è spesso un processo a più fasi. Quanto più fredda è la miscela complessiva che lascia l'impianto di miscelazione, tanto migliore è il successivo riempimento, lo stoccaggio, la conservazione della qualità e la consistenza della freschezza.

Gli effetti di rivestimento specifici sono progettati per racchiudere e proteggere gli ingredienti liquidi. In questo caso c'è un grande conflitto di obiettivi tra il massimo carico possibile di ingredienti attivi liquidi da un lato e la migliore fluidità possibile delle polveri miscelate dall'altro.

Anche in questo caso, le apparecchiature amixon® forniscono un servizio eccellente in tutto il mondo. L'apparecchiatura di prova è sempre disponibile.

 

L'amido ha un'ampia gamma di applicazioni.

 

La forza influisce sulla consistenza (viscosità) e sulla torbidità, sulla formazione di film, sulla gelificazione e sulla retrogradazione. Ovunque venga utilizzato nell'industria alimentare, l'amido deve avere un sapore neutro e migliorare l'esperienza di utilizzo finale per il consumatore. Inoltre, si dice che sostenga positivamente la sensazione in bocca, a seconda dell'alimento.

  • Una crema spalmabile per torte deve gonfiarsi a freddo, essere veloce da preparare, sostenere il gusto cremoso, ma avere un'elasticità duratura e mantenere la forma quando i pezzi di torta vengono tagliati.
  • Un alimento per bambini essiccato a spruzzo deve avere buone proprietà istantanee e una consistenza liquida adeguata.
  • Un dessert di frutta o uno yogurt a base di latte deve avere una sensazione rinfrescante in bocca, ma per nulla appiccicosa o pelosa; d'altra parte, deve essere facile da dosare e senza gocciolamenti nella riempitrice ad alte prestazioni.
  • Una salsa barbecue dovrebbe essere facile da erogare dalla bottiglia e bagnare il cibo al barbecue in modo denso e altamente viscoso nonostante l'effetto del calore, ma in bocca dovrebbe sviluppare naturalmente gli aromi di spezie quando si mastica.
  • Un'impanatura o una pastella in polvere con amido deve bagnare uniformemente il cibo e aderire saldamente. Indipendentemente dal fatto che il piatto venga consumato immediatamente o prima congelato, confezionato e conservato.
  • Una bevanda istantanea in polvere deve disperdersi rapidamente e senza grumi nella fase liquida anche dopo una conservazione prolungata. 
  • In un processo a letto fluido a più stadi, anche i liquidi altamente volatili o sensibili all'ossidazione possono essere microincapsulati con l'aiuto dell'amido.

 

La retrogradazione è solitamente indesiderabile.

L'acqua precedentemente legata viene rilasciata nuovamente con un ritardo. I gel possono liquefarsi. Tali processi si verificano soprattutto in presenza di variazioni di temperatura, come nel caso del raffreddamento dopo la cottura o dello scongelamento di alimenti congelati. La retrogradazione indesiderata può essere ridotta utilizzando amidi modificati o aggiungendo emulsionanti adeguati.

L'industria dei prodotti da forno e dolciari è un importante promotore dello sviluppo di derivati dell'amido esenti da dichiarazioni.

Gelatinizzazione e formazione di gel

 

Se l'amido viene riscaldato sotto forma di sospensione acquosa, i granuli di amido vengono distrutti al di sopra di una certa temperatura. Il rigonfiamento aumenta ulteriormente e l'amilosio viene rilasciato dal chicco. Questo processo è noto come gelatinizzazione. La viscosità aumenta, così come la limpidezza della miscela amido-acqua e la sua conducibilità elettrica. Si tratta di una soluzione strutturalmente viscosa, la cui viscosità diminuisce quanto più la soluzione viene agitata o sottoposta a torsione. Al raffreddamento, la soluzione diventa più chiara, le catene di glucosio si allineano in parallelo e formano nuovi legami idrogeno. A seconda del tipo di amido, si forma un gel più o meno stabile.

Questo comportamento strutturalmente viscoso è esattamente l'opposto dello stato iniziale. Una “sospensione di amido in acqua” è dilatante. Maggiore è lo sforzo di taglio, maggiore è l'aumento della viscosità.

 

Esempi di applicazione dei derivati dell'amido

 

Cibo e alimenti di lusso:

  • come additivo per alimenti istantanei 
  • come riempitivo per compresse di integratori alimentari
  • come regolatore di viscosità e opacizzante per bevande istantanee
  • per aumentare la cremosità nella preparazione dei dolci
  • per il condizionamento di salse per piatti pronti surgelati
  • come base per le oleoresine nella raffinazione degli aromi e delle spezie
  • per aumentare la capacità di legare l'acqua nella lavorazione delle salsicce e della carne
  • come legante in cucine e mense di grandi dimensioni
  • come agente di carica per gli esaltatori di sapidità
  • come additivo allo zucchero per rivestire le particelle di grasso
  • come additivo per agenti lievitanti e farine pronte per la cottura
  • come agente condizionante per impanature

 

Così come l'amido e i suoi derivati sono utilizzati nell'industria alimentare, lo sono anche nell'industria farmaceutica.

  • come lubrificante per guanti medici
  • come riempitivo per portare le compresse ad una dimensione gestibile
  • come agente di rivestimento e disintegrazione per compresse
  • come ingrediente di base per polveri medicinali e deodoranti
  • come legante per sostanze medicinali
  • per la stesura del fard cosmetico
  • come agente distaccante e lubrificante per il funzionamento senza problemi delle presse per compresse
  • come agente polverizzante per separare in modo permanente le particelle appiccicose le une dalle altre
  • come regolatore di viscosità per creme, emulsioni, unguenti e anche aerosol

 

I derivati dell'amido sono utilizzati anche nell'industria pesante.

  • nella produzione di flocculanti e antischiuma per il trattamento delle acque
  • per la produzione di lubrificanti refrigeranti per il tunneling e la perforazione della terra
  • per la regolazione della fluidità del calcestruzzo per le pompe per calcestruzzo
  • per il condizionamento delle sabbie di formatura nell'industria della fonderia
  • per lisciare i fili di cotone al fine di poterli tessere senza usura, nella produzione tessile
  • come adesivo per francobolli e cartone ondulato
  • per la produzione di colle per legno
  • come agente lisciante e condizionante nella produzione della carta

L'amido viene spesso utilizzato come sostanza di supporto. Le oleoresine possono quindi essere miscelate in polveri senza agglomerati.

Solubilità dell'amido

 

L'amido è insolubile in acqua fredda, ma i granuli di amido possono gonfiarsi facilmente e in modo reversibile. Questo aumenta il loro volume fino al 28%. Se l'acqua viene rimossa dall'amido, il rigonfiamento diminuisce.

L'amido nativo può legare bene l'acqua o i prodotti umidi. La capacità di legare diminuisce con le fluttuazioni di temperatura. L'amido modificato può solidificare i liquidi per un periodo di tempo più lungo. Può stabilizzare i gel.

 

Il “Viscografo” o “Rapid Visco Analyser” fornisce una chiara tecnica di misurazione per confrontare le proprietà di gelatinizzazione di diverse soluzioni di amido. Una sospensione di amido e acqua viene riscaldata e raffreddata con agitazione costante. La resistenza all'agitazione viene tracciata in funzione del tempo.

Contenuto di amilosio e dimensione delle particelle

 

A seconda del tipo di amido, i grani di amido hanno dimensioni diverse. Il diametro delle particelle di amido può essere superiore a 100 µm nelle patate, da 2 a 35 µm nel grano, da 5 a 25 µm nel mais e solo da 0,5 a 3 µm nell'amaranto. L'amido di frumento presenta una distribuzione bimodale dei grani di amido. Questo viene sfruttato per produrre, da un lato, un amido di frumento A di elevata purezza (20 - 35 µm) e, dall'altro, un amido di frumento B a grana piccola (2 - 10 µm) con maggiori impurità. 

A seconda dell'origine, l'amido ha normalmente un contenuto di amilosio compreso tra il 14% e il 27% e un contenuto di amilopectina compreso tra il 73% e l'86%. Tuttavia, particolari varietà vegetali forniscono anche amido con un contenuto di amilopectina fino al 99% o di amilosio fino all'85%.

Contenuto di amido e amilosio di varie colture

Molecole di amido reticolate glicosidicamente.

Particelle di amido con struttura amorfa o cristallina

La maltodestrina, ad esempio per bevande istantanee, preparazioni di spezie, preparazioni di frutta e gelati, può essere efficacemente ottenuta in questo modo. L'amido viene sospeso in acqua con alfa-amilasi sotto lenta agitazione e riscaldato lentamente. Si osservano tempi di agitazione e di permanenza definiti a diverse temperature per ottenere una degradazione enzimatica più completa possibile. La sospensione viene quindi lavata più volte, centrifugata ed essiccata termicamente.

L'integrità dell'amido nativo è facilmente dimostrabile quando i granuli di amido vengono osservati al microscopio in luce polarizzata. A causa della birifrangenza, i grani di amido nativo appaiono iridescenti con una croce scura, mentre i grani di amido trattati appaiono monocromatici senza croce - ovviamente perché la loro struttura cristallina viene distrutta.

Colture con il loro contenuto approssimativo di amido e amilosio

 

Le materie prime per la produzione di amido in Europa sono le patate, il grano e il mais; al di fuori dell'Europa, l'amido si ottiene anche dalle colture di tapioca e riso. Oggi, il prodotto commerciale amido (C6H10O5)n può contenere al massimo il 3% di sostanze estranee. A livello internazionale, ha prevalso la seguente normativa: Il contenuto massimo ammissibile di proteine nella sostanza secca dell'amido è limitato. È dello 0,58% per l'amido di cereali e dello 0,13% per la fecola di patate.

L'amido di frumento a basso contenuto proteico si ottiene per i nutrienti dietetici (ad esempio per la celiachia). Il Codex alimentarius (insieme di regole internazionali per gli alimenti) definisce l'amido come privo di glutine se il contenuto di proteine (glutine) è inferiore a 20 mg/kg. I metodi analitici odierni possono rilevare livelli di proteine residue inferiori a 5 mg/kg.

Molto presto nella storia dell'uomo sono state sfruttate le diverse proprietà dell'amido.

Somiglianza della struttura molecolare della cellulosa e dell'amido: A seconda che il gruppo anomerico OH dello zucchero A si trovi in posizione α- (= in basso) o β- (= in alto), si forma un legame α-glicosidico o β-glicosidico. I numeri 1,4 e 1,6 indicano gli atomi di C corrispondenti nella molecola di glucosio.

La composizione chimica della cellulosa e dell'amido è molto simile.

 

L'amido, vettore energetico, è prodotto dalla fotosintesi ed è immagazzinato nei tuberi e nei semi di tutte le piante. Migliaia di molecole di glucosio si incrociano elicoidalmente per formare una molecola di amido, che viene incorporata nel chicco di amido.

Gli enzimi determinano la composizione e la struttura dei granuli di amido. Possono collegare le molecole di glucosio in un lungo filamento glicosidico. Questa struttura è chiamata amilosio. Se al filamento sono attaccate catene laterali, si parla di amilopectina.

La somiglianza molecolare delle molecole di amido e cellulosa è interessante. L'amido è il deposito di energia delle piante, mentre la cellulosa costituisce l'ossatura cellulare delle piante - con una forza e un'elasticità impressionanti, basti pensare al legno o agli steli di canapa alti 4 metri.

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