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Estrazione e lavorazione dell'amido

Nell'antichità l'amido veniva estratto dal grano e utilizzato come additivo per i farmaci e come pasta.

Migliaia di anni fa, il grano maturo veniva messo a bagno nell'acqua, schiacciato con pietre per formare una polenta di grano, mescolato con acqua limpida e, dopo un periodo di riposo, i componenti galleggianti venivano versati via. Il sedimento chiaro sul fondo del recipiente era costituito principalmente da amido.

Questo sedimento è stato poi essiccato al sole. In modo simile, i nostri antenati ottennero in seguito la fecola di patate dalle patate schiacciate. In Europa, l'industria dell'amido si è sviluppata come un'attività secondaria dell'agricoltura. Lavoravano con i dispositivi più semplici, che sono stati sviluppati in macchine procedurali speciali solo nel corso dell'industrializzazione. Questo ha migliorato la purezza, la resa e la struttura dei costi.

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.

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

Un "viscosimetro" o "visco-analizzatore rapido" fornisce una chiara tecnica di misurazione per confrontare le caratteristiche di gelatinizzazione di diverse soluzioni di amido. In questo processo, una sospensione di amido e acqua viene riscaldata e raffreddata sotto costante agitazione. La resistenza all'agitazione viene tracciata in funzione del tempo.

Solubilità dell'amido

L'amido è insolubile in acqua fredda, ma i granuli di amido possono gonfiarsi facilmente e reversibilmente, aumentando 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, ma di solito non in modo permanente e soprattutto non a temperature variabili. L'amido viene quindi modificato per accelerare, controllare o stabilizzare la formazione del gel. L'amido modificato può solidificare i liquidi. Può stabilizzare la consistenza dei liquidi. La consistenza è quindi indipendente dalle influenze caldo-freddo e dallo sforzo di taglio.

Gli amidi modificati possono avere proprietà sia idrofile che idrofobiche. In questo modo l'amido viene adattato alle esigenze dei produttori. Nel settore alimentare, si tratta in particolare di prodotti pronti e dell'industria dei prodotti da forno con le fasi di processo di cottura, cottura al forno, arrostimento, congelamento e scongelamento, che influenzano le reazioni di Maillard.

Nella modificazione dell'amido, si distinguono 3 tipologie principali

Fisico:

mediante trattamento termico, macinazione, pregelatinizzazione, essiccazione a rulli, estrusione o agglomerazione. Questo trattamento non è dichiarabile per gli alimenti. A seconda della solubilità a freddo desiderata, si utilizza l'essiccazione a rullo, più economica, o il più costoso processo di essiccazione a spruzzo. Quest'ultima viene 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 bollitore agitato e, dopo l'aggiunta di piccole quantità di acido o liscivia, riscaldato con cura senza raggiungere la temperatura di gelatinizzazione. Dopo aver impostato un determinato valore di pH, viene aggiunto un reagente modificante. Dopo la neutralizzazione, il lavaggio, il filtraggio e l'essiccazione, l'amido presenta proprietà completamente diverse. Se l'amido viene trasformato chimicamente, degradato, destrinizzato, esterificato, eterificato o ossidato, deve essere dichiarato negli alimenti come additivo con un numero E o come amido modificato.

Se la struttura cristallina dei granuli di amido deve essere mantenuta in gran parte nonostante l'efficace modifica, si può utilizzare il 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. Ciò riduce la solubilità dell'amido, aumenta la temperatura di gelatinizzazione e, a seconda del grado di reticolazione, sopprime la retrogradazione.

Enzimatico:

L'idrolisi enzimatica dell'amido è un processo altamente efficiente per saccarificare l'amido in dolcificanti. Così come gli enzimi organizzano e collegano le strutture molecolari, formano catene molecolari e catene laterali, gli enzimi possono anche scindere tali molecole di amido. A differenza della scissione chimica, l'idrolisi enzimatica dell'amido procede più lentamente, ma anche con un minore riscaldamento. Gli enzimi corrispondenti possono essere ottenuti da muffe, batteri o dal pancreas dei bovini. Dopo la reazione, gli enzimi vengono completamente lavati dal derivato dell'amido o inattivati. Il grado di degradazione dell'amido può essere regolato con precisione in modo da ottenere una varietà di prodotti (sciroppo di amido). Questa forma di modifica non è soggetta a dichiarazione. In alternativa, l'amido può anche essere scomposto con un acido (idrolisi acida).

Un tipo di essiccazione a contatto particolarmente delicato ed efficiente avviene nell'essiccatore a miscelazione verticale sottovuoto amixon®. Con temperature particolarmente basse e una circolazione delicata, si raggiungono rapidamente alti gradi di evaporazione.

Molecole di amido reticolate glicosidicamente.

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.

Reologia: La viscosità di soluzioni e sospensioni può variare in vari modi quando il liquido viene agitato/spruzzato/pompato/trasportato.

Gelatinizzazione

Se l'amido viene riscaldato sotto forma di sospensione acquosa, al di sopra di una certa temperatura i grani di amido vengono distrutti, il rigonfiamento aumenta ulteriormente e l'amilosio emerge dai grani. Questo processo è chiamato 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 tesa. Quando si raffredda, la soluzione si schiarisce, 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 opposto allo stato iniziale. L'amido umido (acqua in sospensione di amido) è dilatante. Quanto più elevato è lo sforzo di taglio, tanto più aumenta la viscosità.

Reattore di sintesi amixon® / miscelatore essiccatore sotto vuoto

Nel reattore di processo amixon® è possibile modificare, miscelare e trattare termicamente l'amido in diversi modi. In pressione, in atmosfera di gas inerte o sotto vuoto, anche le sequenze di processo più complesse sono realizzate con un eccellente trasferimento di massa.

Spesso la fase finale di essiccazione avviene nell'essiccatore a miscelazione sottovuoto. Nell'essiccatore a contatto sottovuoto amixon® l'essiccazione delle sospensioni è particolarmente efficace, anche a basse temperature. In alcuni casi, la dilatazione delle sospensioni di amido può ostacolare il processo di flusso. amixon® ha una vasta esperienza nella manipolazione di prodotti altamente viscosi (dilatanti, viscosi strutturali o tixotropici). Gli apparecchi amixon® sono sinonimo di controllo sicuro della reazione. Anche se la lavorazione (miscelazione, reazione, sospensione, deagglomerazione, rivestimento, condizionamento, essiccazione a contatto sotto vuoto) avviene in grandi lotti.

reattore di sintesi amixon® / miscelatore essiccatore sottovuoto dimensioni VMT 12000

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

La gamma di applicazioni dell'amido è varia.

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.

asciugatrice ad alte prestazioni amixon® con capacità utile di 6,5 m³. Questo mixer essiccatore sottovuoto ha molte superfici di scambio termico. Anche gli strumenti di miscelazione sono completamente riscaldati. Gli essiccatori a contatto funzionano in modo molto efficace. L'impasto non è praticamente sottoposto a stress termico. Il prodotto essiccato può essere rifinito con materiali di rivestimento.

Significato e prospettive

In Germania, la maggior parte dei tipi di amido sono intercambiabili, soprattutto se utilizzati in modo modificato. La fecola di patate è solitamente più costosa dell'amido di cereali perché i tuberi di patata sono disponibili solo stagionalmente e i sottoprodotti nel processo di produzione sono pochi. L'offerta di amido di frumento è attualmente in aumento, in quanto il glutine di frumento, in particolare, sta acquisendo importanza come coprodotto. Il glutine di frumento/proteine di frumento è sempre stato un apprezzato coprodotto, disponibile in forma essiccata per l'industria della panificazione o per l'alimentazione animale. Oggi il glutine di grano serve anche come base per i sostituti della carne ed è diventato relativamente costoso. L'estrazione dell'amido dal grano sta quindi diventando sempre più interessante.

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 di circa il 4%, in Sud America di circa il 4,5% e in Asia addirittura del 7% 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 presume che la domanda di amido e derivati continuerà ad aumentare in tutti i settori industriali.

La separazione solido-liquido, l'essiccazione termica è una fase del processo ad alta intensità di costi.

Se l'amido o il derivato dell'amido deve essere immesso sul mercato sotto forma di polvere, la principale sfida di ingegneria di processo consiste nella separazione solido-liquido. Nella prima fase, questa operazione viene effettuata meccanicamente in centrifughe pelatrici a rotazione orizzontale o in separatori a rotazione verticale. La separazione avviene a causa delle differenze di densità tra l'acqua e il solido. Segue l'essiccazione termica. In genere si utilizzano essiccatori a contatto con i rulli a funzionamento continuo o essiccatori a convezione, come essiccatori flash, essiccatori ad anello o essiccatori a macinazione. L'acqua viene fatta evaporare dall'aria calda, mentre l'amido umido viene fatto girare pneumaticamente e scaricato come polvere secca.

L'industria alimentare è un importante motore per l'utilizzo e l'ulteriore sviluppo dei derivati dell'amido.

In tutto il mondo, la produzione alimentare beneficia degli sviluppi tecnologici dell'industria dell'amido.

Amido e derivati

  • 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

A seconda dell'applicazione e del settore, le spezie vengono lavorate in modo diverso. L'amido viene spesso utilizzato come sostanza di supporto per poter applicare le oleoresine come premiscela in polvere senza agglomerati.

I derivati dell'amido sono un ingrediente importante nei piatti istantanei. Il cliente vuole una "garanzia di successo", un alto livello di gradimento, una lunga durata di conservazione e un'ampia naturalità.

L'amido come sostanza di supporto per gli aromi e i formatori di sapori

Quando l'amido e i derivati dell'amido vengono utilizzati come vettori per aromi liquidi, oleoresine, coloranti alimentari, estratti di cottura, oli e grassi, è necessaria una grande esperienza per ottenere una bagnatura rapida e uniforme. Perché l'obiettivo primario deve essere quello di mantenere l'input energetico il più basso possibile. Quanto più fredda è la miscela complessiva che lascia l'impianto di miscelazione, tanto meglio funzioneranno in seguito il riempimento, lo stoccaggio, il mantenimento della qualità e la consistenza della freschezza. La produzione di sapori e aromi, di piatti pronti, di zuppe, di salse e di intingoli è spesso un processo a più fasi.

Effetti di rivestimento specifici sono progettati per racchiudere e proteggere i principi attivi liquidi. In questo caso c'è un grande conflitto di obiettivi tra il massimo carico possibile di principi attivi liquidi da un lato e la migliore fluidità possibile delle miscele finite dall'altro.

Prove nel centro tecnico amixon®

Gli amidi in polvere e i derivati dell'amido sono nella maggior parte dei casi additivi insostituibili per la produzione di miscele in polvere per i prodotti sopra citati. In questo contesto, il mixer riveste un'importanza fondamentale. Deve produrre in breve tempo una qualità di miscelazione ideale - senza riscaldare l'impasto - che non può più essere migliorata nella pratica. Questo processo è reso più difficile quando nelle formulazioni sono incorporati additivi liquidi, come spesso accade. Gli amidi e i loro derivati sono solitamente finemente dispersi, aderenti e poco scorrevoli. Essendo prodotti di origine biologica, sono anche moderatamente o fortemente spolveranti. Spesso tendono ad aderire agli strumenti di miscelazione e alle pareti della camera di miscelazione.

amixon® dispone di oltre 30 miscelatori di precisione e reattori di sintesi. Vi invitiamo a provare e vi offriamo soluzioni collaudate basate sui nostri 40 anni di esperienza.

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