فرآیند تولید نشاسته

[Mahdi Eng 22,940]

نشاسته يك پلي‌ساكاريد گياهي ذخيره شده در ريشه‌ها، جوانه و دانه‌هاي گياهان است. چنان‌چه تعداد واحدهاي قند يا مونو ساكاريد در يك كربوهيدرات بيش از 10 واحد باشد آن تركيب قندي، پلي‌ساكاريد ناميده مي‌شود. در صورتي كه چنين كربوهيدراتي از يك نوع واحد قندي تشكيل شده باشد مثل نشاسته و سلولز هموپلي‌ساكاريد گفته مي‌شود و وقتي از بيش از يك نوع واحد قندي درست شده باشد مثل اكثر همي‌سلولزها، متروپلي‌ساكاريد ناميده مي‌شود. بنابراين نشاسته يك هموپلي‌ساكاريد است كه در آندوسپرم همه دانه‌ها وجود دارد. نشاسته ممكن است به گلوكز هيدروليز شود و براي بدن انسان تامين انرژي كند. گلوكز براي مغز و اعمال سيستم عصبي مركزي لازم است و به هنگام مصرف در رژيم انساني چهار كالري به ازاي هر گرم توليد مي‌كند.

 

دانه‌هاي نشاسته يا گرانول‌ها شامل پلي‌مرهاي بلند زنجيره‌اي از مولكول‌هاي گلوكز هستند كه در آب نامحلولند. برخلاف مولكول‌هاي كوچك نمك و شكر پلي‌مرهاي بزرگ‌تر نشاسته تشكيل يك حلال واقعي را نمي‌دهند. گرانول‌هاي نشاسته به هنگام هم زدن در آب تشكيل يك سوسپانسيون موقت را مي‌دهند. گرانول‌هاي خام و نپخته نشاسته به محض جذب به آرامي متورم مي‌شوند. تورم گرانول‌ها به هنگام پختن نشاسته بسيار مهم است و سبب خروج نشاسته شده كه اين امر سبب مي‌شود نشاسته به عنوان يك غلظت‌دهنده كاربرد داشته باشد. به طور كلي ويژگي‌هاي يك فراورده غذايي تمام شده به وسيله منبع نشاسته، دماي حرارت دادن، غلظت نشاسته استفاده شده در فرمولاسيون و ساير تركيبات استفاده شده همراه نشاسته مثل اسيد و شكر تعريف مي‌شود اين مطلب اهميت نشاسته و كاربردش در صنايع غذايي مختلف و همچنين فراورده‌هاي گوناگون را آشكار مي‌سازد. بر اين اساس انواع زيادي از نشاسته و همچنين نشاسته اصلاح شده (modifiecl starch) براي نيازهاي رژيمي ويژه و كاربردهاي غذايي طراحي و توليد شده‌اند.

محصولات كوتاه‌ زنجيره و متوسط‌‌ زنجيره حاصل از شكستن نشاسته ممكن است به عنوان شبيه‌ساز چربي در تزيين سالاد و دسرهاي منجمدشده استفاده شود. براي مثال نشاسته گندم و سيب‌زميني و مالتودكسترين‌هاي تايپوكا ممكن است به عنوان جايگزين‌هاي چربي استفاده شود. اين مواد قوام و احساس خوب دهاني مربوط به چربي را در يك فراورده غذايي تامين مي‌كنند ضمن اينكه در مقايسه با چربي كالري كمتري دارند.

 

موارد استفاده از نشاسته در صنايع غذايي

نشاسته به عنوان ماده اوليه در بسياري از رشته‌هاي صنايع غذايي استفاده مي‌شود كه براي هر مورد نشاسته خاص آن مناسب است. در توليد دكستروز، دكسترين، گلوكز مايع و ساير انواع سيروپ، ماده اوليه اصلي نشاسته است و براي بسياري ديگر از رشته‌هاي صنايع، براي نقشي كه در بهبود ويژگي‌هاي فيزيكي، بالا بردن ثبات سيستم‌هاي كلوييدي و اثر غلظت‌دهندگي دارد از آن استفاده مي‌شود. در پودرهاي نانوايي و مواد بهبود‌دهنده پخت به عنوان پركننده يا filler و جلوگيري از واكنش‌هاي شيميايي بين بيكربنات و اسيد پيش از ساختن خمير، در سس‌ها براي حفظ امولسيون روغن و سركه و جلوگيري از دو فاز شدن سيستم، در بيسكويت و كراكر براي بهبود بافت و تردي فراورده و كنترل PH، در صنايع پخت پيش از قالب‌گيري و براي جلوگيري از چسبيدن خمير به قالب، در توليد انواع سوپ به عنون غلظت‌دهنده و در صنايع كنسروسازي، صنايع گوشت، صنايع غذاهاي منجمد، بيسكويت‌سازي، كيك‌سازي و نيز كاكائو، بستني، آدامس، قهوه، شير كندانسه و خردل از نشاسته استفاده مي‌شود. همچنين قابل ذكر است كه از انواع نشاسته در فرمول داروهاي گوناگون استفاده مي‌شود.

به علاوه از نشاسته‌هاي درجه دو يا انواع ويژه‌اي از نشاسته در توليد غذاي دام، نساجي، حفاري، چاه‌هاي نفت، چسب‌سازي، كاغذسازي و پودرهاي آرايشي صورت استفاده مي‌شود. براي انتخاب بهترين و مناسب‌ترين نشاسته براي هر يك از مواد گفته شده در بالا، لازم است آزمون‌هاي مربوطه مانند: آزمون ميزان ناخالصي‌ها، مواد جامد محلول، اكي‌والان دكستروز، حلاليت اندازه گرانول‌ها، ميزان گرانول‌هاي ژلاتينه نشده، شفافيت، ثبات فيزيكي و شيميايي، طعم، رنگ، ويژگي‌هاي كريستالي، قدرت ژل، قابليت انتشار ذرات، باقي‌مانده SO2،‌ دانسيته، قابليت تخيمر، وزن مخصوص، فشار اسمزي ويسكوزيته، ساختمان ميكروسكوپي و بالاخره شناسايي الگوي قندي و ميزان مونو، دي و پلي ساكاريدها بر روي نشاسته مورد نظر انجام گيرد تا براساس آن بتوان نسبت به كاربرد آن تصميم‌گيري كرد.

 

خاستگاه‌هاي نشاسته

نشاسته ممكن است از منابع گوناگوني با ساختارهاي كريستالي متفاوت به دست آيد. دانه‌هاي غلات مثل ذرت، گندم يا برنج منابع نشاسته به عنوان ريشه‌ها و جوانه‌ها هستند. شاسته همچنين از دانه‌هايي لگومينوزهايي مثل دانه سويا به دست مي‌آيد. Sogo يك نشاسته پودري به دست آمده از ساقه درخت پالم در مناطق گرمسيري آسياست و به عنوان يك غلظت‌دهنده غذا و همچنين يك آهار دهنده استفاده مي‌شود. اگر منبع نشاسته يك ريشه يا جوانه يا نوعي نشاسته باشد. مخلوط غليظ شفافي ممكن است به دست آيد در حالي كه يك مخلوط غليظ ابري معمولا به وسيله نشاسته‌هاي غلات به دست مي‌آيد.

 

ساختار نشاسته‌ و تركيب آن

گرانول‌هاي نشاسته داراي اندازه‌هاي متفاوت هستند و از دو تا 150 ميكرون متغير است.

شكل آنها ممكن است گرد، بيضي يا چند وجهي باشد. در شكل 1 ـ 1 انواعي از گرانول‌هاي نشاسته را مي‌بينيد. خصوصيات اين گرانول‌ها در گياهان مختلف بسيار متفاوت است. از اين نظر مي‌توانند به منزله مبنايي (از نقطه‌نظر مبدا) براي تقسيم‌بندي نشاسته‌هاي مختلف مورد استفاده قرار بگيرند. همان‌طور كه گفته شد گرانول‌ها از لحاظ شكل ممكن است صورت‌هاي كروي، بيضي و يا چندوجهي داشته باشند كه با ميكروسكوپ قابل بررسي است. اين گرانول‌ها اكثرا داراي يك مبدا مركزي موسوم به هيلام هستند كه اغلب توسط حلقه‌هاي متحدالمركزي احاطه شده‌اند. مهم‌ترين منبع تهيه نشاسته ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سيب‌زميني، كاساوا (به نام تاپيوكا = tapioca) و ساگو نيز توليد و به بازار عرضه مي‌شود. در اين ميان بزرگ‌ترين گرانول‌ها (با قطر متوسط 33 ميكرون) مربوط به سيب‌زميني و كوچك‌ترين آنها (با قطر متوسط 5 ميكرون) متعلق به برنج است. نشاسته از دو مولكول آميلوز و آميلوپكتين تشكيل شده است. مولكول‌هاي آميلوز تقريبا يك‌چهارم كل نشاسته را تشكيل مي‌دهند (اگرچه بعضي واريته‌ها آميلوز ندارند). آميلوز يك زنجيره خطي بلند متشكل از هزاران گلوكز است. در مولكول آميلوز پيوند ميان واحدهاي گلوكز فقط به شكل 4 - 1 آلفا است. نشاسته‌هاي داراي مقادير بالاي آميلوز شكل خود را به هنگام شكل دادن حفظ كرده و تشكيل ژل مي‌دهند. مثال‌هايي از محتوي آميلوز در نشاسته‌هاي مختلف به شرح زير است: دانه‌هاي غلات: 28 درصد ـ 26 درصد ريشه‌ها و جوانه‌ها: 23 درصد ـ 17 درصد انواع مومي نشاسته: 0 درصد مولكول‌هاي آميلوپكتين تقريبا سه‌چهارم پلي‌مرهاي يك گرانول نشاسته را تشكيل مي‌دهند. در مولكول آميلو پكتين معمولا بعد از هر 8 ـ 7 واحد گلوكز يك شاخه انشعابي وجود دارد كه خود داراي 30 ـ 15 واحد گلوكز است. در رشته اصلي اتصال واحدهاي گلوكز به صورت 4- 1 آلفا و در محل انشعاب به صورت 6-1 آلفا است. نشاسته چاي درصد بالايي آميلوپكتين دارد كه سبب تغليظ يك مخلوط خواهد شد اما برخلاف آميلوز تشكيل ژل نمي‌دهد. مولكول‌هاي آميلوپكتين به يكديگر متصل نمي‌شوند و به هنگام سرد شدن پيوندهاي شيميايي مشابه آميلوز تشكيل نمي‌دهند. از ديگر موارد قابل مقايسه بين آميلوز و آميلوپكتين وزن مولكولي آنها است. وزن مولكولي آميلوز ممكن است به 200 ـ 100 هزار برسد در حالي كه وزن مولكولي آميلوپكتين در حدود يك ميليون است. نسبت وجود دو آنزيم كه سازنده اتصال‌هاي 4 -1 آلفا و 6 -1 آلفا در گياه هستند مشخص‌كننده نسبت يا ميزان آميلوز يا آميلوپكتين در نشاسته آن گياه است. مي‌توان گفت كه نسبت آميلوز به آميلوپكتين نقش مهمي در رفتار نشاسته خواهد داشت.

 

نشاسته مودیفای خوراکی

این محصول به عنوان قوام دهنده در محصولات غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با تقویت زنجیره نشاسته تحمل محصول در برابر شرایط دشوار مانند دمای بالا و فشار وارده در سپراتور به مراتب بالاتر از نشاسته خام بوده و پس‌روی در محصول به حداقل ممکن کاهش می‌یابد.

 

نشاسته پریژل خوراکی

این محصول در صنایع غذایی به عنوان قوام دهنده و پایدار کننده، غذای ماهی، تغلیظ کننده و غیره کاربرد دارد. خاصیت اصلی این محصول حل شدن آن در آب سرد می‌باشد که امکان استفاده از آن‌را در جایی که امکان گرم کردن محصول وجود ندارد محیا می‌سازد.

 

منابع نشاسته

نشاسته در اغلب میوه‌ها ، دانه‌ها ، غلات و غده‌های گیاهی ، (سیب زمینی) یافت می‌شود. 4 منبع عمده نشاسته عبارتند از: ذرت ، سیب زمینی ، گندم و برنج.

 

کاربرد

تولید فرآورده های غذایی (انواع شیرینی ها، فرآورده های گوشتی، ماکارونی، نان حجیم و فانتزی، انواع سس کچاپ و سس های خوارکی)

• تولید انواع آهار مصرفی صنایع نساجی، فرش ماشینی و موکت
  
• تولید کاغذ، کارتن، انواع چسب و پوشش بسته بندی و نشاسته اصلاح شده
  
• تولید انواع شربت های قندی (گلوکز، دکستروز، فروکتوز و ...)
  
• تولید الکل، جوهر چاپ کاغذ و پارچه و رنگ
  
• تولید قالب برای شکل دهی فرآورده های غذایی و صنعتی
  
• تولید ظروف یک بار مصرف، صنایع پتروشیمی و نفت
  
• تولید سرم قندی و پر کننده در تولیدات دارویی
  
• تولید خمیر مجسمه سازی و گل سازی تزئینی
  
• تولید خوراک دام، طیور و آبزیان
  
• 
  

توليد نشاسته از گندم

 

سه روش اصلي براي اين كار يعني توليد نشاسته از آرد گندم وجود دارد.

روش اول روش تري فاز يا تري كانتر : خلاصه اين روش شامل اين موارد است: *تهيه خمير و همو‍ن كردن آن *جدا سازي گلوتن از نشاسته درجه دو *تغليظ و خشك كردن نشاسته درجه دو *استفاده از دكانتر سه فاز ،براي جدا كردن پنتازون،نشاسته درجه دوو ،گلوتن و نشاسته درجه 1 *شستشو و آبگيري و خشك كردن نشاسته درجه درجه 1

*آبگيري و خشك كردن گلوتن

 

روش دوم :روش هيدرو سيكلون : با توجه به تكنولو‍ژي مناسب توليد در اين روش ،مقرون به صرفه ترين روش براي توليد نشاسته است. خلاصه مراحل روش اصلي توليد نشاسته : *تهيه خمير و همو‍ن كردن آن *استفاده از هيدرو سيكلون براي جداكردن نشاسته درجه يك از نشاسته درجه دو و گلوتن

**جدا سازي گلوتن از نشاسته درجه دو *شستشو و آبگيري و خشك كردن نشاسته درجه درجه 1 *تغليظ و خشك كردن نشاسته درجه 2 *آبگيري و خشك كردن گلوتن

 

روش سوم :روش مارتين پيشرفته : اين روش قديمي ترين و ساده ترين روش توليد نشاسته بوده و در گذشته سراسر دنيا كارخانجات زيادي از اين روش براي توليد نشاسته استفاده مي نمودند. خلاصه روش مارتين: *تهيه خمير *جداسازي نشاسته درجه 1 و درجه 2 با سپراتور *تغليظ و خشك كردن نشاسته درجه 2 *استفاده از ترومل براي جدا كردن نشاسته از گلوتن شستشو ،آبگيري و خشك كردن نشاسته درجه 1 *آبگيري و خشك كردن گلوتن مزايا و معايب روشها: 1.روش تري فاز : مزايا: تكنولوژي جديد،مصرف آب كم ،محصول با كيفيت، درصد استحصال بالا،فضاي توليد كوچك،امكان ظرفيت توليد بالا،مصرف انرژي پايين معايب: بسيار گران قيمت ،غير اقتصادي براي توليد براي ظرفيت هاي كم،تكنولوژي توليد ماشين آلات آن فقط در اختيار بعضي كشور ها،خدمات پس از فروش ضعيف به دليل انحصار ي بودن ان

2.روش هيدروسيكلون: مزايا:تكنولوژي تقريبا مناسب ،مصرف آب نسبتا كم،فضاي توليد كوچك،مصرف انرژي كم،محصولات با كيفيت، تجهيزات نسبتا ارزان قيمت معايب: درصد استحصال كمتر از روش تري فاز است،نمي توان پنتازون را جدا كرد. 3.روش مارتين: مزايا: تعمير و نگهدار ساده ماشين آلات ،مناسب براي ظرفيت هاي پايين،قيمت پايين خط توليد،وجود تكنولوژي ماشين آلات و روش توليد در اكثر كشور ها معايب : مصرف بالاي آب ،استحصال پايين ،مصرف انرژي زياد و ضي توليد بزرگ

 

معرفي چند دستگاه از دستگاه هاي مورد استفاده در روش هاي فوق:

1.سپراتور ديسكس: اين دستگاه تحت نيروي گريز از مركز با سرعت بلا باعث جدا شدن ذرات جامد از مايع و مايع از مايع مي گردد.خرروج ذرات جامد توسط نازل هايي كه در ديواره دستگاه تعبيه شده انجام مي شود. سوسپانسيون وارد دستگاه شده تحت نيروي گريزاز مركز قرار گرفته ذرات جامد روي ديسك قرار مي گيردو مايع از قسمت داخلي دستگاه خارج مي شود و برايجدا سازي نشاسته درجه يك و دو و تغليظ نشاسته نيز به كار مي رود.

 

2.دكانتر سانتريفيوژ: دستگاهي است كه براي آبگيري و تغليظ نشاسته به كار مي رود .با توجه به اين كه ذرات نشاسته درجه دو بسيار ريزند،در تمام روش ها آبگيري از نشاسته درجه دو با دكانتر انجام مي پذيرد.نشاسته درجه دو از يك طرف وارد دستگاه شده تحت نيروي گريز از مركز نشاسته روي ديوار دستگاه مي نشيند.و آب در لايه هاي پايين قرار مي گيرد.از اين دستگاه براي آبگيرينشاسته ،سبوس ،جدا سازي ذرات جامد از مايع.

 

3.وكيوم فيلتر : دستگاهي با تعمير و نگهداري راحت تر كه با استفاده از وكيو (فشار منفي )باعث جدا سازي جامد از مايع مي گردد.نشاسته داخل وان كه زير ستگاه قرار دارد ريخته مي شود با عبور درام دستگاه از درون محلول نشاسته ذرات نشاسته روي درام دستگاه مي نشينندو آب وارد درام شده و نشاسته توسط تيغه مخصوص تراشيده مي شود. اين دستگاه براي جدا سازي جامد از مايع و آبگيري از نشاسته به كار مي رود.

 

4.جت ريفاينر: دستگاهي مناسب براي جدا سازي ناخالص و سبوساز شير نشاسته و اساس كار آن نيز فيلتراسيون و نيروي گريز از مركز ميباشد.

 

5.هيدرو سيكلون : اين دستگاه بر اساس اصول سيكلون هابراي جدا سازي استفاده مي شود.طراحي كاربردي و نگهداري آسان آن باعث افزايش استفاده از آن در صنايع مختلف مي گردد.ايندستگاه مل هاي گوناگون دارد.عملكرد اين دستگاه اينگونه است كه شير نشاسته تحت فشار معيني وارد اولين محفظه سيكلون شده و اولين مرحله جدا شدن فاز سبك و سنگين اتفاق مي افتد سپس با توجه به طراحي هز يك از فاز هاي سبك و سنگسن براي عمليات بيشتر وارد محفظه هاي ديگر مي گردد.اين دستگاه براي جدا سازي نشاسته درجه يك و درجه دو ،تغليظ نشاسته درجه يك ،شستشوي نشاسته درجه يك براي كاهش پروتئين هاي محلولو و بالا بردن خلوص نشاسته. * علاوه بر توليد نشاسته از گندم ،نشاسته از ذرت و سيب زميني و... هم توليد مي شود. * گلوتن محصول ديگر توليد نشاسته از گندم است كه تقريبا با همان خط توليد نشاسته با اندكي تغييرات انجام مي گيرد. * از نشاسته محصولات مانند ورق ،گرانول و ظروف يكبار مصرف نيز توليد مي شود.

 

تست نشاسته

برای دانستن اینکه نمونه‌ای حاوی نشاسته است به آن مقداری محلول ید (یدید پتاسیم در آب) اضافه می‌کنند در صورت وجود نشاسته در ترکیب ، رنگ زرد محلول ید به آبی تیره تغییر می کند. اين اطلاعات گرچه جمع و جور و خلاصه بود ولي اميدوارم براي دانشجویان صنايع غذايي مفيد واقع شود.

 

 

 

گردآورنده : مهندس محسن طاهرسلطانی