Amido e lavorazione dell'amido

Nell'antichità, l'amido veniva estratto dal grano e utilizzato come additivo nei farmaci e come colla.

Questo sedimento di base è stato poi essiccato al sole. I nostri antenati hanno poi proceduto in modo simile per ottenere la fecola dalle patate grattugiate. In Europa, l'industria dell'amido si è sviluppata come commercio accessorio all'agricoltura. Venivano utilizzati i dispositivi più semplici, che si sono trasformati in macchine speciali per la lavorazione solo nel corso dell'industrializzazione. Questo ha migliorato la purezza, la resa e la struttura dei costi.

Storia dell'amido

ca. 3500 A.C.

L'amido è usato come colla e lisciante per le foglie di papiro.

ca. 200 A.C.

Documentazione scritta di una descrizione del processo per l'ottenimento dell'amido dal grano dalla Grecia e dall'Egitto

700 - 1300

L'amido viene utilizzato per schiarire il colore e per lisciare la carta.

1400

L'amido serve come aiuto alla stiratura per irrigidire gli indumenti.

1600

L'amido è un ingrediente di base per polveri cosmetiche, trucchi e tinture per capelli.

1700

Negli Stati Uniti l'amido viene estratto dal mais e dalle patate.

1770

La colla d'amido viene utilizzata per la preparazione dei filati.

1811

Modifica chimica / saccarificazione dell'amido mediante catalisi acida

1890

In Germania ci sono circa 250 aziende che producono amido.

heute

In Germania, circa 2600 persone lavorano in 14 fabbriche dell'industria dell'amido. La produzione di amido in Europa è di circa 12 milioni di tonnellate.

Le materie prime per ottenere l'amido in Europa sono le patate, il grano e il mais, mentre al di fuori dell'Europa l'amido viene estratto anche da colture di campo come la manioca e il riso. Oggi, il prodotto commerciale amido (C6H10O5)n può contenere al massimo il 3% di sostanze estranee. Nel mercato internazionale dell'amido, è stato stabilito che il contenuto di proteine grezze dell'amido di cereali non può superare lo 0,58% della sostanza secca e lo 0,13% della fecola di patate.


 

contenuto medio di amido in percentuale di peso

Contenuto di amilomaize nell'amido

Grano

60-70

20-26

Mais

62-70

0-85

Piselli stropicciati

30-40

50-80

Il riso

70

0-25

Orzo

60-70

60-70

Potato

10-20

20-28

Patata manipolata geneticamente

10-20

0

Piante coltivate con il loro contenuto approssimativo di amido e amilomaize

L'amido di frumento a basso contenuto proteico viene estratto per ottenere nutrienti dietetici (ad esempio per la celiachia). Il Codex alimentarius (standard alimentari FAO/OMS) definisce l'amido come privo di glutine se il contenuto di proteine (glutine) è inferiore a 20 mg/kg. I moderni metodi di analisi possono rilevare contenuti proteici residui inferiori a 5 mg/kg.

L'amido è costituito esclusivamente da glucosio ed è la vera fonte di energia della stragrande maggioranza delle piante. Viene prodotto dalla fotosintesi con il glucosio come

n C6H12O6 – (n-1) H2O   –>    (C6H10O5)n

 Amido di glucosio

uno stadio intermedio e si deposita nei tuberi e nei semi delle piante sotto forma di grani di amido. Migliaia di molecole di glucosio si legano l'una all'altra in un'elica e formano una molecola di amido, che a sua volta viene incorporata nel granello di amido.

Gli enzimi determinano la configurazione e la struttura dei grani di amido. Possono formare un lungo filamento attraverso il legame glicosidico delle molecole di glucosio. Questa struttura è chiamata amilomazia. Se al filamento sono attaccate catene laterali, si parla di amilopectina.


La somiglianza molecolare tra le molecole di amido e di cellulosa è interessante. L'amido è il deposito di energia delle piante, mentre la cellulosa costituisce l'ossatura delle cellule - con una resistenza e un'elasticità impressionanti, se si pensa al legno o agli steli di canapa di 4 metri.

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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 i rispettivi atomi di C della molecola di glucosio.

L'amido si forma dal legame α.

Ogni molecola di glucosio ha diverse ramificazioni. Questi gruppi OH di molecole vicine si collegano. Si forma l'acqua. È così che si forma il legame tra due molecole di glucosio. I granuli di amido sono costituiti da migliaia di molecole di glucosio legate in modo glicosidico.

 

La cellulosa si forma dal legame β.

Quando gruppi OH opposti si legano tra loro, si forma una catena di monomeri di glucosio. Questo tipo di molecola si trova nella cellulosa, lo stabilizzatore di tutte le piante.

Somiglianza della struttura molecolare di cellulosa e amido

I grani di amido hanno dimensioni diverse a seconda del tipo di amido. Il diametro delle particelle di amido nelle patate può essere superiore a 100 µm, quello del grano da 2 a 35 µm, quello del mais da 5 a 25 µm e quello dell'amaranto solo da 0,5 a 3 µm. I grani di amido nell'amido di frumento sono distribuiti in modo bimodale (distribuzione di frequenza con due massimi). In questo modo si può 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.

 L'amido ha normalmente un contenuto di amilomaize compreso tra il 14% e il 27% e un contenuto di amilopectine compreso tra il 73% e l'86%. Tuttavia, una speciale selezione di piante produce anche tipi di amido che contengono fino al 99% di amilopectina o fino all'85% di amilomaize.

 

Amylomaize

Amylopectin

Capacità di legare lo iodio

20%

0 - 1%

Colore del complesso di iodio

blu profondo

red-violet

Stabilità della soluzione

instabile

stabile

Prestazioni di addensamento

basso

alto

Retrogradazione; inversione dell'amido precedentemente agglutinato

irreversibile

reversibile

Formazione di gel/reticolazione

forte e veloce

piccolo e lento

Caratteristiche distintive dei due componenti dell'amido: amilomaize e amilopectine

L'amido è insolubile in acqua fredda, ma i calli di amido possono gonfiarsi reversibilmente, aumentando il loro volume fino al 28%. Il rigonfiamento retrocede se l'acqua viene prelevata dall'amido.

L'amido nativo può legare bene l'acqua o i prodotti umidi, ma non in modo permanente e soprattutto non a temperature variabili. L'amido viene quindi modificato per accelerare, controllare e stabilizzare la sua gelatinizzazione, per irrigidire i liquidi e stabilizzarne la consistenza indipendentemente dall'influenza del caldo/freddo o dei movimenti di agitazione.

Gli amidi modificati possono presentare sia proprietà idrofile che idrofobe. L'amido viene così adattato alle esigenze del produttore. Nel settore alimentare, si tratta in particolare dei prodotti convenience e dell'industria degli impasti con le fasi di processo di cottura, cottura al forno, tostatura, glassatura d'urto, scongelamento e influenza delle reazioni di Maillard.

© by amixon GmbH

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Come vorresti mescolare?

Miscelazione in batch rispetto a miscelazione continua. Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dei processi?

Si possono distinguere tre tipi essenziali di modifica

Fisico:

  • mediante trattamento termico, macinazione, pregelatinizzazione, essiccazione a rulli, estrusione o agglomerazione. Questo trattamento non deve essere dichiarato per gli alimenti. Si utilizza l'essiccazione a rullo, poco costosa, o quella a spruzzo, più costosa, a seconda della solubilità a freddo desiderata. Quest'ultima viene solitamente combinata con un'agglomerazione a letto fluido se l'amido deve presentare proprietà istantanee particolarmente buone.

Chimica:

  • L'amido viene sospeso in acqua in un serbatoio agitato e, dopo l'aggiunta di una piccola quantità di acido o alcali, riscaldato con cura senza raggiungere la temperatura di gelatinizzazione. Dopo la regolazione a un determinato valore di pH, viene aggiunto un agente modificante. Dopo la neutralizzazione, il lavaggio, la filtrazione e l'essiccazione, l'amido ha cambiato completamente proprietà. Se l'amido viene convertito chimicamente, degradato o trattato con destrine, esterificato, eterificato o ossidato, deve essere dichiarato negli alimenti come additivo con un numero E o come amido modificato.
  • Se la struttura cristallina dei grani 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 l'aiuto di idrossili adatti, come etilene, ossido di propilene o acido dicarbossilico. Ciò riduce la solubilità dell'amido, aumenta la temperatura di gelatinizzazione e, a seconda del grado di reticolazione, elimina la retrogradazione.

Enzimatico:

  • L'idrolisi enzimatica dell'amido è un processo molto efficace che consente di saccarificare l'amido per produrre dolcificante. Così come sono in grado di organizzare e legare le strutture molecolari e di formare catene molecolari e catene laterali, gli enzimi possono anche scindere le molecole di amido. A differenza della scissione chimica, l'idrolisi enzimatica catalitica dell'amido avviene più lentamente, ma anche a una temperatura inferiore. Gli enzimi corrispondenti possono essere estratti da muffe, batteri o dal pancreas dei bovini. Dopo la conversione, gli enzimi vengono completamente eliminati dal derivato dell'amido o disattivati. Il grado di degradazione dell'amido può essere impostato con precisione, in modo da ottenere un gran numero di prodotti (sciroppo di amido). Non vi è alcun obbligo di dichiarazione per questa forma di modifica. In alternativa, l'amido può anche essere scisso con un acido (idrolisi acida).
  • La maltodestrina, ad esempio per bevande istantanee, preparati di spezie, preparati di frutta e gelati, può essere ottenuta efficacemente in questo modo. L'amido viene sospeso in acqua con alfa-amilasi e riscaldato lentamente mescolando. Sono previsti tempi di agitazione e di permanenza a diverse temperature per favorire la scissione enzimatica più completa possibile. La sospensione viene quindi lavata più volte, centrifugata e asciugata.
  • Un metodo particolarmente delicato ed efficace di essiccazione a contatto avviene nell'essiccatore a vuoto di amixon®. Grazie a temperature particolarmente basse e a un flusso di circolazione delicato, si ottengono tassi di essiccazione elevati in tempi estremamente rapidi.

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Reattore di sintesi/essiccatore sotto vuoto amixon®

Quali sono i criteri tipici per determinare se il sistema deve avere un fondo piatto o conico? fondo piatto o conico?

Struttura dell'amilopectina

L'integrità di un amido nativo è semplice da stabilire se i grani di amido vengono osservati al microscopio con luce polarizzata. La doppia rifrazione fa sì che i grani di amido nativo appaiano iridescenti con una croce scura, mentre i grani di amido lavorato hanno un aspetto monocromatico senza croce - ovviamente perché la loro struttura cristallina è stata distrutta.

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 di nuovo e l'amilomaizolo 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. Durante il raffreddamento, la soluzione si chiarifica, 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 bagnato (sospensione di acqua in amido) è diluente. Quanto più elevato è lo sforzo di taglio, tanto più aumenta la viscosità. In casi particolari, i componenti dell'azionamento e gli utensili di miscelazione possono addirittura rompersi o deformarsi plasticamente a causa dell'effetto di blocco.

Tipo di amido

Temperatura di gelatinizzazione [°C]

Capacità di rigonfiamento (-fold)

Potato

56 - 66

1 000

Mais

75 - 80

24

Grano

80 - 85

21

Il riso

61 - 78

20

Mais ceroso

63 - 72

64

La gelatinizzazione dell'amido è di grande importanza in diverse applicazioni industriali.

© by amixon GmbH

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Un "Viscografo" o un "Rapid-Visco-Analyzer" fornisce una chiara tecnica di misurazione per confrontare le caratteristiche di indurimento di diversi amidi. Una sospensione di acqua e amido viene riscaldata e raffreddata sotto costante agitazione. La resistenza all'agitazione viene misurata continuamente e tracciata nel tempo.

Le sospensioni di amido a volte non scorrono bene perché la loro viscosità aumenta quando la sospensione di amido viene agitata. Con il reattore di sintesi/essiccatore sottovuoto illustrato sopra, è possibile preparare anche formulazioni molto complesse. La miscelazione ideale è di solito sempre possibile.

È possibile modificare, miscelare, trattare termicamente ed essiccare termicamente l'amido in varie forme sotto vuoto. L'essiccazione sottovuoto funziona in modo particolarmente rapido, soprattutto a basse temperature.


Altre proprietà dell'amido liquefatto sono la consistenza (viscosità) e la torbidità, la formazione di film, la formazione di gel e la retrogradazione. Indipendentemente dall'impiego dell'amido nell'industria alimentare, esso deve essere insapore e deve migliorare l'applicazione finale nell'interesse del consumatore. Inoltre, dovrebbe supportare positivamente la sensazione in bocca per abbinarsi al rispettivo cibo.

  • una copertura per torte deve essere gonfiabile a freddo e veloce da preparare, sostenere il gusto cremoso, ma avere un'elasticità duratura e una stabilità di forma quando si tagliano le fette di torta.
  • un alimento per bambini essiccato in spray deve avere buone proprietà istantanee e una consistenza liquida adeguata
  • un dessert di frutta a base di latte o uno yogurt deve avere una sensazione rinfrescante, ma assolutamente non appiccicosa o pelosa in bocca, ma d'altra parte deve essere facile da porzionare e non deve gocciolare nella macchina riempitrice ad alte prestazioni.
  • una salsa per grigliate dovrebbe essere facile da erogare dalla bottiglia e bagnare il cibo grigliato in uno strato spesso con un'alta viscosità nonostante l'effetto del calore, ma dispiegare i sapori delle spezie in bocca in modo naturale durante la masticazione.
  • un rivestimento di pangrattato in polvere di amido o di pasta da forno deve ricoprire l'alimento in modo uniforme e aderire saldamente, indipendentemente dal fatto che l'alimento venga consumato immediatamente o prima surgelato, confezionato e conservato.
  • una bevanda istantanea in polvere dovrebbe disperdersi rapidamente e senza grumi nella fase liquida anche dopo un lungo periodo di conservazione
  • in un processo a letto fluido a più stadi, anche i liquidi volatili o a rischio di ossidazione possono essere microincapsulati con l'aiuto dell'amido.

 

La gelatinizzazione dell'amido è un processo endotermico, simile a quello che avviene quando i cristalli vanno in soluzione. Pertanto, il calore deve essere fornito di conseguenza. In Germania, la maggior parte dei tipi di amido sono intercambiabili, soprattutto se utilizzati in forma modificata. La fecola di patate è solitamente più costosa dell'amido di cereali perché i tuberi di patata sono disponibili solo stagionalmente e durante la produzione vengono prodotti pochi sottoprodotti. Attualmente, l'offerta di amido di frumento è in aumento perché il glutine di frumento, in particolare, sta diventando sempre più importante come sottoprodotto. Il glutine di frumento/proteine di frumento è sempre stato un sottoprodotto apprezzato, reso disponibile in forma essiccata per l'industria della panificazione o per il foraggio animale. Oggi il glutine di grano serve anche come base per i sostituti della carne ed è diventato relativamente costoso. Ciò rende sempre più interessante l'estrazione dell'amido dal grano.

Il consumo totale di amido in Europa è di circa 12 milioni di tonnellate, con un aumento di circa il 2% all'anno. 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 prevede che la domanda di amido e dei suoi derivati continuerà ad aumentare in tutti i settori industriali.

Se l'amido o il derivato dell'amido deve essere immesso sul mercato come polvere, le principali sfide di ingegneria di processo riguardano la 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 della diversa densità dell'acqua e del solido. Segue la fase di essiccazione termica. In questo caso si utilizzano soprattutto essiccatori a convezione come essiccatori a flusso, essiccatori ad anello o essiccatori a macinazione. L'acqua viene scaricata dall'aria calda e l'amido umido viene fatto girare pneumaticamente e trasportato. L'essiccazione termica è una fase del processo particolarmente costosa.

A questo punto, è opportuno menzionare brevemente l'essiccatore sottovuoto amixon® per l'essiccazione delicata di derivati di alta qualità, come il glucosio. Tutte le superfici dell'apparecchio sono riscaldate. Se il vuoto è regolato a 200 mbar di pressione assoluta, l'acqua evapora già a 60 °C. Lo stress termico è quindi estremamente ridotto. Il design verticale presenta numerosi vantaggi, come uno scarico completo particolarmente buono e un flusso particolarmente delicato della merce a basse velocità di rotazione.


https://youtu.be/gVzx8jOgFF0 e https://youtu.be /FavGACava3M


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Miscelatori verticali

Il miscelatori amixon sopra illustrati offrono molti vantaggi all'utente.

L'industria alimentare è uno dei principali motori per l'applicazione e l'ulteriore sviluppo dei derivati dell'amido.

  • come additivi per alimenti istantanei
  • come riempitivo per compresse di integratori alimentari
  • come correttore di viscosità e additivo di torbidità per bevande istantanee
  • per aumentare la cremosità nella produzione di dessert
  • per il condizionamento di salse per pasti istantanei surgelati
  • come composto di 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 nelle cucine e nelle mense commerciali
  • come riempitivo per gli esaltatori di sapidità
  • come additivo allo zucchero per rivestire le particelle di grasso
  • come additivo per agenti di trattamento della farina e farine pronte per la cottura
  • come agente condizionante per i rivestimenti di mollica di pane

L'uso dell'amido e dei suoi derivati nell'industria alimentare è multiforme, ma anche nell'industria farmaceutica.

  • come polvere lubrificante per guanti medici
  • come riempitivo per rendere le compresse di dimensioni pratiche
  • come rivestimento e disintegrante per compresse
  • come composto di base per polveri medicali e deodoranti
  • come vettore per far aderire i principi attivi medici
  • per diluire il rouge cosmetico
  • come agente distaccante e lubrificante per far funzionare senza problemi le macchine per la produzione di compresse.
  • come composto polverizzante per separare in modo permanente le particelle appiccicose tra loro
  • come correttore di viscosità per creme, emulsioni, unguenti e anche aerosol

Un'ampia gamma di derivati dell'amido viene utilizzata anche nell'industria di processo e nell'industria pesante.

Per esempio

  • per la produzione di flocculanti e soppressori di schiuma per il trattamento delle acque
  • nella produzione di lubrificanti refrigeranti per la perforazione di gallerie e terreni
  • per regolare la fluidità del calcestruzzo per le pompe per calcestruzzo
  • per il condizionamento delle sabbie da stampo nell'industria della fonderia
  • per lisciare i fili di cotone per consentire una tessitura senza usura nella produzione tessile
  • come adesivo per i francobolli e il cartone ondulato
  • per la produzione di colle per legno

Nella maggior parte dei casi, gli amidi e i derivati dell'amido in polvere sono additivi insostituibili per la produzione di miscele in polvere per i prodotti sopra citati. Il miscelatore determina il processo. Deve produrre una qualità di miscelazione ideale in breve tempo - senza riscaldare la miscela - che non può essere migliorata nella pratica. Questo processo è reso più difficile quando nelle ricette sono presenti additivi liquidi, come avviene di solito. Gli amidi e i loro derivati sono solitamente molto finemente dispersi, polverosi, rigonfi e poco scorrevoli. Essendo prodotti di origine organica, sono anche moderatamente o particolarmente inclini alle esplosioni di polveri. Spesso tendono ad aderire agli strumenti di miscelazione e alle pareti della camera di miscelazione.

Se l'amido e i derivati dell'amido vengono utilizzati come vettori di aromi liquidi, oleoresine, coloranti alimentari, estratti di cottura, oli e grassi, è necessaria una grande esperienza per ottenere una bagnatura rapida e omogenea priva di residui liquidi, perché l'obiettivo più importante deve essere quello di ridurre al minimo l'apporto energetico. Quanto più fredda è la miscela complessiva che lascia l'impianto di miscelazione, tanto meglio funzionerà il successivo riempimento, lo stoccaggio, la conservazione della qualità e la consistenza della freschezza. La preparazione di aromi e sapori, cibi istantanei, zuppe, salse e intingoli è spesso un'operazione in più fasi. I rivestimenti specifici hanno lo scopo di racchiudere e proteggere i principi attivi liquidi. Esiste un forte conflitto di obiettivi: da un lato, ottenere il massimo carico di materiale liquido e, dall'altro, la migliore fluidità possibile delle miscele finite.

È indiscutibile che la tecnologia di miscelazione sia un elemento di tendenza per la nuova ingegneria di processo e gli standard igienici. In questo senso, i risultati di miscelazione di quasi tutti gli altri tipi di miscelatori possono essere riprodotti e di solito anche migliorati. Spesso è necessario stabilire nuove sequenze di processo nell'ambito dello sviluppo dei prodotti. Abbiamo a disposizione miscelatori di precisione idealmente progettati per scopi di pilotaggio.

Sono dotati di strumenti di miscelazione elicoidali montati verticalmente e possono essere utilizzati con un'ampia gamma di gradi di riempimento. Dopo pochi giri, l'elica di miscelazione produce un'omogeneità ideale per quasi tutti i tipi di solidi e paste secche, umide e bagnate. I miscelatori verticali sono affermati in tutto il mondo e sono noti per il loro design particolarmente igienico con un tasso di scarico fino al 99,98%. I portoni di ispezione di grandi dimensioni sono prodotti con i processi Clever-Cut® e OmgaSeal®. Si sigillano in modo permanente, sono assolutamente a tenuta di gas e privi di spazi morti, e consentono sia la pulizia manuale a secco che la pulizia automatica a umido; un'asciugatura rapida e completa è particolarmente importante. Nell'impianto pilota sono disponibili più di 30 diversi miscelatori verticali a spirale e dimensioni che vanno da 10 litri a 2000 litri. Una giornata di test nell'impianto pilota fornisce alla persona che esegue i test un elevato livello di conoscenza e risultati di prima classe che possono essere trasferiti a un'ampia gamma di dimensioni.


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Cosa vi ha spinto a sviluppare un miscelatore conico per polveri di questo tipo, il KS?

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Miscelatore/omogeneizzatore Gyraton® per grandi lotti di solidi sfusi (secchi, umidi o in sospensione)

Autore:
Ludger Hilleke, membro del Consiglio di amministrazione di amixon GmbH


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