Skip to main content
amixon GmbHamixon GmbH

Добыча крахмала и его переработка

Крахмал добывали из пшеницы еще в древние времена и использовали как добавку к лекарствам и в качестве пасты.

Тысячи лет назад созревшее зерно замачивали в воде, толкли камнями, чтобы получилась зерновая масса, смешивали с чистой водой и после периода покоя сливали плавающие компоненты. Светлый осадок на дне сосуда был в основном крахмалом.

Затем этот осадок был высушен на солнце. Подобным образом наши предки впоследствии получали картофельный крахмал из толченого картофеля. В Европе крахмальная промышленность развивалась как побочная отрасль сельского хозяйства. Они работали с простейшими устройствами, которые только в ходе индустриализации превратились в специальные процедурные машины. Это позволило улучшить чистоту, выход продукции и структуру затрат.

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.

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

Вискограф" или "быстрый вискоанализатор" обеспечивает четкую методику измерения для сравнения характеристик желатинизации различных крахмальных растворов. В этом процессе водно-крахмальная суспензия нагревается и охлаждается при постоянном перемешивании. График зависимости сопротивления перемешиванию от времени.

Растворимость крахмала

Крахмал нерастворим в холодной воде, но гранулы крахмала могут легко и обратимо набухать, увеличивая свой объем до 28 %. Если из крахмала удаляется вода, набухание уменьшается.

Нативный крахмал может хорошо связывать воду или влажные товары, но обычно не надолго и особенно при изменении температуры. Поэтому крахмал модифицируют для ускорения, контроля или стабилизации гелеобразования. Модифицированный крахмал может затвердевать в жидкостях. Он может стабилизировать консистенцию жидкостей. В этом случае консистенция не зависит от влияния тепла и холода и не зависит от напряжения сдвига.

Модифицированные крахмалы могут обладать как гидрофильными, так и гидрофобными свойствами. Это позволяет адаптировать крахмал к потребностям производителей. В пищевом секторе это, в частности, полуфабрикаты и промышленность хлебопекарных изделий с технологическими операциями варки, выпечки, жарки, шоковой заморозки, размораживания, влияющими на реакцию Майяра.

В модификации крахмала различают 3 основных типа

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).

Особенно щадящий и эффективный тип контактной сушки происходит в вертикальной вакуумной смесительной сушилке amixon®. При особенно низких температурах и щадящей циркуляции высокая степень испарения достигается очень быстро

Гликозидные сшитые молекулы крахмала.

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.

Реология: Вязкость растворов и суспензий может изменяться различными способами при перемешивании/распылении/перекачивании/транспортировке жидкости.

Желатинизация

Если крахмал нагревать в виде водной суспензии, то выше определенной температуры крахмальное зерно разрушается, набухание еще больше увеличивается и амилоза выходит из зерна. Этот процесс называется желатинизацией. Вязкость увеличивается, также как и прозрачность смеси крахмал-вода и ее электропроводность. Это структурно вязкий раствор, вязкость которого уменьшается тем больше, чем больше раствор перемешивается или сдвигается. При охлаждении раствор очищается, цепи глюкозы выравниваются параллельно и образуют новые водородные связи. В зависимости от типа крахмала образуется более или менее устойчивый гель.

Такое структурно-вязкое поведение прямо противоположно исходному состоянию. Влажный крахмал (вода в крахмальной суспензии) является дилатантом. Чем выше напряжение сдвига, тем больше увеличивается вязкость.

реактор синтеза amixon® / вакуумный смеситель-сушилка

В технологическом реакторе amixon® вы можете модифицировать, смешивать и термически обрабатывать крахмал различными способами. Под давлением, в атмосфере инертного газа или в вакууме даже очень сложные технологические последовательности реализуются с отличным массопереносом.

Часто заключительный этап сушки происходит в вакуумной смесительной сушилке. В вакуумной контактной сушилке amixon® сушка суспензий особенно эффективна - даже при низких температурах. В отдельных случаях дилатансия крахмальных суспензий может препятствовать процессу течения. amixon® имеет большой опыт работы с высоковязкими продуктами (дилатансия, структурная вязкость или тиксотропность). аппараты amixon® обеспечивают безопасный контроль реакции. Даже если обработка (смешивание, реакция, суспендирование, деагломерирование, покрытие, кондиционирование, вакуумная контактная сушка) производится большими партиями.

amixon® реактор синтеза/вакуумный смеситель-сушилка размер VMT 12000

Хлебопекарная и кондитерская промышленность является важным инициатором разработки бездекларационных производных крахмала

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.

Высокопроизводительная сушилка amixon® с полезной емкостью 6,5 м³. Эта вакуумная смесительная сушилка имеет очень много теплообменных поверхностей. Инструменты для смешивания также полностью обогреваются. Контактные сушилки работают очень эффективно. Смесь практически не подвергается тепловому воздействию. Высушенный продукт может быть обработан лакокрасочными материалами.

Значение и перспективы

В Германии большинство видов крахмала взаимозаменяемы, особенно при использовании в модифицированном виде. Картофельный крахмал обычно дороже зернового, поскольку клубни картофеля доступны только сезонно, а в процессе производства мало побочных продуктов. В настоящее время предложение пшеничного крахмала растет, поскольку пшеничная клейковина, в частности, приобретает все большее значение в качестве сопутствующего продукта. Пшеничная клейковина / пшеничный белок всегда были ценным сопутствующим продуктом, доступным в сушеном виде для хлебопекарной промышленности или для корма животных. Сегодня пшеничная клейковина также служит основой для заменителей мяса и стала сравнительно дорогой. Поэтому извлечение крахмала из пшеницы становится все более интересным.

Общее потребление крахмала в Европе составляет около 12 миллионов тонн с ежегодным ростом примерно на 2%. В США рост составляет около 4%, в Южной Америке - около 4,5%, а в Азии - даже 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. Предполагается, что спрос на крахмал и производные крахмала будет продолжать расти во всех промышленных секторах.

Разделение твердой и жидкой фаз, термическая сушка - это дорогостоящая технологическая операция.

Если крахмал или производное крахмала будет продаваться в виде порошка, то основная проблема технологического процесса заключается в разделении твердой и жидкой фаз. На первом этапе это делается механически в горизонтально вращающихся отшелушивающих центрифугах или вертикально вращающихся сепараторах. Разделение происходит из-за разницы в плотности воды и твердого тела. Затем следует термическая сушка. Здесь обычно используются непрерывно работающие роликовые контактные сушилки или конвективные сушилки, такие как флэш-сушилки, кольцевые сушилки или размольные сушилки. Вода испаряется горячим воздухом, а влажный крахмал пневматически завихряется и выгружается в виде сухой пыли.

Пищевая промышленность является важным фактором для использования и дальнейшего развития производных крахмала.

Во всем мире производство продуктов питания выигрывает от технологических разработок в крахмалопаточной промышленности.

Крахмал и его производные

  • 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

В зависимости от сферы применения и отрасли специи обрабатываются по-разному. Крахмал часто используется в качестве вещества-носителя, чтобы иметь возможность наносить живицы в виде порошкообразного премикса без агломератов.

Производные крахмала являются важным ингредиентом блюд быстрого приготовления. Потребитель хочет получить "гарантию успеха", высокий уровень удовольствия, длительный срок хранения и полную натуральность.

Крахмал как вещество-носитель для ароматизаторов и вкусообразователей

Когда крахмал и производные крахмала используются в качестве носителей для жидких ароматизаторов, живиц, пищевых красителей, экстрактов для выпечки, масел и жиров, требуется большой опыт для достижения быстрого и равномерного смачивания. Потому что главная цель должна заключаться в том, чтобы энергозатраты были как можно меньше. Чем более холодная смесь выходит из смесительной установки, тем лучше будут функционировать в дальнейшем системы розлива, хранения, поддержания качества и сохранения свежести. Производство вкусов и ароматов, готовых блюд, супов, дипов и соусов часто представляет собой многоступенчатый процесс.

Специфические эффекты покрытия предназначены для заключения и защиты жидких активных ингредиентов. Здесь возникает серьезный конфликт целей между максимально возможной загрузкой жидких активных ингредиентов, с одной стороны, и наилучшей текучестью готовых смесей, с другой.

Испытания в техническом центре amixon®

Порошкообразные крахмалы и производные крахмала в большинстве случаев являются незаменимыми добавками для производства порошковых смесей для вышеупомянутых продуктов. В этом контексте смеситель имеет решающее значение. Он должен обеспечивать идеальное качество смешивания за короткое время - без нагрева смеси - которое уже невозможно улучшить на практике. Этот процесс усложняется, когда в составы включаются жидкие добавки, что часто бывает. Крахмал и его производные обычно мелкодисперсные, липкие и не очень свободно текучие. Будучи продуктами органического происхождения, они также умеренно или сильно пылят. Они часто прилипают к инструментам для смешивания и стенкам смесительной камеры.

Компания amixon® имеет более 30 прецизионных смесителей и реакторов синтеза. Мы приглашаем вас попробовать и предлагаем вам проверенные решения, основанные на нашем 40-летнем опыте.

Back

© Copyright by amixon GmbH