Keményítőiparok technológiái

Keményítőiparok technológiái

Dr Réczey Istvánné

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék

Keményítő

A keményítő a cellulóz után a Földön a legnagyobb mennyiségben képződő szervesanyag.

Felhasználási köre, jobb oldhatósága miatt nagyobb mérvű.

Felhasználható

 Szemcsés állapotban

 Szuszpenzióként

 Oldott polimerként

 Származékként

 Lebontási termékként Keményítőgyártás

 keményítő frakció elválasztása a többi növényi sejtalkotótól

 Magyarországon 3 féle keményítőgyártás volt burgonyából (Budapesten, megszűnt)

búzából (megszűnt, talán kis üzem még van)

kukoricából – nagyipari biotechnológiai kombinátban

 Keményítőgyártás (történelem)

 A keményítő előállítása Magyarországon még a 19. század elején is csak háziipari jellegű volt. A század második felében meginduló iparosodás egyik eredménye volt a keményítőipar kisiparból nagyiparrá való fejlődése. Az írásos emlékek szerint 1880-tól 1896-ig tíz új keményítőgyárat helyeztek üzembe.

 Az első nagyobb üzemet Füzitőn alapították 1887-ben, Füzítői Keményítő és Vegyészetigyár néven.

Gyártmánya volt a burgonya-, a búzakeményítő, a dextrin és az enyv, valamint háztartási vegyiárú.

A bábolnai és a kisbéri ménesbirtokok jelentős burgonyatermésének értékesítésére 1890-ben Kisbéren keményítőgyárat létesítettek, és a két gyár Kisbér-Füzitői Egyesült Gyár Rt. néven működött, megosztva a termékek gyártását oly módon, hogy a keményítő, a dextrin és az enyv gyártását az új gyár vette át. Ebben az időben Koromzay György is létesített Szepes-Bélán keményítőgyárat.

 Az I. világháború kitörése előtt Magyarországon kilenc burgonyakeményítő-, három szörp- és két dextringyár működött. A háború alatt részint nyersanyag-, részint szénhiány miatt a keményítőgyárak nagy része beszüntette a termelést.

 www.chemonet.hu/hun/food/iptort/iptort5.html

Nem élelmiszercélú keményítőfelhasználás

Európában

A keményítő nem élelmiszeripari felhasználása

 Kötőanyagok (papír ragasztó)

 Növényvédőszerek (vízbázisú)

 Kozmetikumok, piperecikkek (fogkrém)

 Mosószerek

 Papíripar, adalékanyag

 Gyógyszerészet

 Festékek

 Textilipar

 Víztisztítás (koaguláló, flokuláló adalékok)

 Biodegradálható műanyagok (adalék, keverék, tiszta)

 Szuper nedvességfelszívó képességű anyagok

 EU starch market data



www.starch.eu/european-starch-industry



Keményítő szerkezete és tulajdonságai

Szerkezete

 monomere: D-glükóz

 Kötések

  1-4 (amilózban)

 1-4 és 1-6 (amilopektinben)

ez utóbbi kötést a Q-enzim a "branching enzyme" hozza létre Különböző növényekre jellemző az amilóz/amilopektin arány

 Banán: 16,8 % amilóz

 Rozs: 26% amilóz

 Viaszos tengeri: 1% amilóz

 „high amylose corn” : 80% amilóz

Különböző amilóz/amilopektin arány  kül. termékek

 nagy amilóz-tartalom  biodegradálható műanyag

 sok elágazás  flokkulálószerek (víz, szennyvíz derítése)

Keményítő átalakulása

A keményítő tulajdonságai

 20-60% kristályos (otrombos, triklin), a többi amorf

 Szobahőmérsékleten vízben nem oldódik, nem is duzzad Vizes keményítőszuszpenzió melegítése

 50-60°C-on a szemcsék megduzzadnak (D: 2-3-szorosra nő)

 65-70°C-on a szemcsék felszakadnak (kifolyik a beltartalma) A-B: nedvesedés

B-C: duzzadás (rev. vízfelvétel) C-D: oldódás

duzzadás+oldódás=csirizesedés

a keményítő szerkezete irreverzibilisen megváltozik az elcsirizesedett keményítőt az emésztőenzimek könnyebben lebontják, mint a natív keményítőt

Keményítő reakciója jóddal

Retrogradáció

Főleg az amilózra jellemző tulajdonság

 két molekula ütközve részlegesen dehidratálódik, kinyúlik

 majd a hidrogén kötések révén asszociálódik, flokkulumok, pelyhes csapadék keletkezik

 öreg kenyérnél a keményítő retrogradációja okozza a kenyér morzsálódását Jódkötő képesség

Az analitikában (mind a keményítő, mind a jód analitikában) nagy jelentősége van.

Pl. jelzi a keményítő lebontásának mértékét.

 A jelenség: keményítő jóddal kék komplexet alkot.

amilóz: sötétkék

amilopektin: kékes ibolya

 6-8 glükózegység 1 atom jódot köt komplexként.

 A spirálban rezonáns polijód lánc,

a lánc hossza határozza meg a komplex fényelnyelő képességét.

 A jódkötés egyensúlyi reakció,

K = f (DP-degree of polimerisation (polimerizációs fok))

Keményítő lebontása

A keményítő lebontása

 Régen savkatalízissel: korrozív, káros mellékreakciók lehetnek (túl erélyes  glükóz bomlása)

 ’70-es évektől enzimkatalízissel: különböző enzimek együttes hatása A keményítőbontás enzimei

 -amiláz: endo-enzim, lehet folyósító, vagy cukrosító, termékek: glükóz, maltóz, -határdextrin

előfordulása: nyál, hasnyálmirigy, Bacillusok

 ß-amiláz: exo-enzim, a nem redukáló láncvégen hasít termékek: maltóz és ß-határdextrin

előfordulása: édeskrumpli (batáta)

 R-enzim: elágazásbontó enzim, a határdextrinek elágazó kötéseit hasítja előfordulása: növényekben

mikrobiális hasonló hatású enzim az izoamiláz és a pullulanáz

 Glükoamiláz, vagy amiloglükozidáz: exoenzim, a nem redukáló láncvégről indul termék: glükóz

előfordulása: mikrobák, pl. Aspergillus niger

Keményítő gyártása I.

Burgonyakeményítő gyártás M.o.-on már nem

 Burgonya szárazanyagtartalma: 18-22%

 tárolása problémás

 Sz.a. tartalom összetétele:

Keményítő: 75%

N tartalmú a.:10%

Szervetlen a.: 4,5%

Cukrok: 2,5%

Szerves savak: 2,5%

Nyersrost: 2%

Pektin: 1%

 Termelés, gyártás összefügg és idényjellegű nagyon komolyak a tárolási veszteségek

0-5°C között tárolva 3 hónap alatt ¼ rész lebomlik - enzimes degradáció

glükóz-6-foszfáton át részben szacharóz, maltóz, maltotrióz keletkezik, részben metabolizálódik

burgonyából

Keményítőgyártás technológia I.

 Mosás, szállítás

 Aprítás

célja: a sejtfalak felszakítása révén a keményítőszemcsék kinyerhetők legyenek

SO₂ adagolás a barnulás megakadályozása érdekében a polifenoloxidázok működésének visszaszorítására

eszköze: pl. függőleges tengelyű kalapácsos darálók, körben rostalemez

 Keményítő kimosása a feltárt pépből

hengerkimosószita, rázósíkszita, ívszita, centrifugális kimosószita

 Tisztítás

Rost, valamint az oldott szennyezők elválasztása a keményítőszemcséktől oldott szennyezések eltávolítása centrifugális szeparátorral

 Szikkasztás, szárítás

tisztított keményítőtej szikkasztása vákuum dobszűrővel, szárítás pneumatikus szárítóval, 55°C alatt

A termék 18% nedvességtartalmú

burgonyából

Keményítőgyártás technológia I.

burgonyából

Keményítőgyártás technológia II.

búzából

Búzakeményítő gyártás alapja

 a sikérfehérje mellől a keményítőszemcsék kimoshatók

 búzaliszt + 40% víz  tészta

 a tésztából kimossák a keményítőt, visszamarad: sikér

Keményítőgyártás technológia II.

Melléktermék sikér hasznosítása

Sikér: 8-10% nedvességtartalmú, nagy fehérjetartalmú, szénhidrátszegény

 ragasztóanyag

csirizzé alakítás tejsavbaktériumokkal (részleges bontás)

„vékonyodik”, kenhetővé válik

 tápsikér

kíméletes szárítás

 glutaminsav nátriumsója (mononátrium-glutamát, MSG, E621) ételízesítő (pikáns, zöldséges húsleveshez hasonló íz)

nincs önmagában semmilyen íze

ízfokozó hatás: az ízlelőbimbókat stimulálja

Japánból ered a használata, az ázsiai konyha előszeretettel használja mihez?

fagyasztott élelmiszerek, csípős keverékek, konzerv- vagy szárított/zacskós levesek, szószok, alapok, leveskockák, ételízesítők, salátaöntetek, hús- és halalapú termékek, feltétek, egyes fagyasztott készételek, virslik, felvágottak, szójatermékek, üdítőitalok

búzából

Kukoricafeldolgozás lehetőségei

Két különböző feldolgozási mód

Nedves őrléses és szárazőrléses technológia

 nedves őrlés: előzetes áztatás után több lépcsőben őrölve: lehetővé teszi a kukoricaszem alkotóinak szétválasztását

ha keményítőt akarunk előállítani, csak így lehetséges

 száraz őrlés

alkohol előállításnál mindkettő út lehetséges

Keményítő gyártása III.

Kukoricaszem fő alkotói

 Magcsúcs

ezzel kapcsolódik a szem a csutkához, szivacsos szerkezet, gyors vízfelvétel főleg cellulóz és hemicellulóz

 Héj

több rétegű rostanyag

főleg cellulóz és hemicellulóz

 Csíra

a szem súlyának 11-12%-a,

olajban, fehérjében és cukorban gazdag

 Endosperm

a keményítőszemcsék egy beszáradt protein mátrixba vannak beágyazva 34% lisztes (lágy rész), őrlés után

66% szaru (kemény), csak előzetes fellazítás, áztatás után mosható ki a keményítő

kukoricából

Keményítő gyártása III.

kukoricából

Érett kukoricaszem frakciói, azok tömegaránya és átlagos összetétele a szárazanyag %-ában

Keményítő gyártása III.

Tárolás, betakarítás

 Betakarítás: 22-28% nedvességtartalommal

 Szárítás

károsodott szemek esetén max. 13% nedvességtartalomra, szárítási hőmérséklet: 60°C A kukorica egész éven át feldolgozható!

ősszel betakarított formában, később 16% nedvesség-tartalmúra szárítva Szabadegyháza

régen szeszfőzde, majd ABE fermentáció

később etanol eá. + keményítő és izocukor gyártás izocukor – USA hatás

izocukor (glükóz-fruktóz elegy) olcsóbb, mint a szacharóz (glükóz-fruktóz diszacharid) Hungrana (Agrana+Tate &Lyle+ADM)

az országban elsők között privatizált cégek egyike az Európai Unió piacvezető izocukorgyártója

feldolgozott kukorica mennyisége:

indult 200 t/nap, később 300, majd 1.300, 2.000, most közel 3.500 t/nap

kukoricából

Hungrana Bioeconomy Company I

(a cég honlapjáról)

 Természetes termékeket kizárólag természetesen állítunk elő, a legmodernebb technológiák és megújuló energiák széles körű alkalmazásával,

hulladékmentesen. Abban hiszünk, hogy fenntartható fejlődést csak a

környezetünkkel összhangban, a társadalom iránti felelősségünkre nagy hangsúlyt fektetve érhetünk el.



A Hungrana Keményítő- és Izocukorgyártó és Forgalmazó Kft.

magyarországi élelmiszeriparnak. Az itt készült természetes

keményítőféleségekkel, alkohol- és takarmány alapanyagokkal nap mint nap

találkozhatnak a fogyasztók, amikor tejterméket, péksüteményeket, lekvárokat vagy

üdítő- és szeszesitalokat vásárolnak, vagy akár ezek papírcsomagolását veszik a kezükbe.

A Hungrana Kft. számára kiemelten fontos a környezet iránti felelősség, amelynek

remek példája, hogy a cég állítja elő a GreenPower E85 néven forgalmazott, megújuló

energiaforrásból készülő bioetanol üzemanyagot.

Hungrana Bioeconomy Company II

(a cég honlapjáról)

 A szabadegyházi gyárat melasz alapon működő alkoholüzemként alapították 1912-ben, majd később, a kukorica feldolgozó vonal elindítását követően az izocukorgyártás is elkezdődött 1981-ben. A privatizációt követően az állami tulajdonú Szabadegyházi Szeszipari Vállalat értékesítésével létrejött a Hungrana Kft.

A gyár állandó fejlesztésen, bővítésen ment és megy a mai napig keresztül. Folyamatosan tesszük egyre hatékonyabbá gyárunkat, új termékeket dolgozunk ki, miközben a 90-es évek

közepének 400 tonna/napos kukoricafeldolgozó kapacitása napjainkra közel 3500-ra nőtt. 2008-ban adtuk át új bioetanol üzemegységünket, majd a 100 éves évfordulónkat is újabb fejlesztések övezték, melyek közül a legjelentősebb az energiafelhasználásunk 25%-t adó biomassza erőmű megépítése.

Ez a dinamizmus a jelenünket és a jövőnket is meghatározza. Állandó beruházásokkal válaszolunk a világ mindenkori kihívásaira, erősítve piaci helyzetünket, példát mutatva a bioökonómiai iparágban.

Kizárólag magyar kukoricát dolgozunk fel, éves szinten több mint egymillió tonnát. A magyar termékek előállításához szükséges gőz kétharmadát pedig környezetbarát módszerrel, biomassza kazán segítségével állítjuk elő.

Keményítőgyártás technológia III.

 Nyersanyag átvétel: tömeg, sz.a. tartalom, keményítőtartalom/NIR/, mikrobiológiai tisztaság

 Mechanikai tisztítás

Rostálás: nagyobb szennyezések eltávolítása

Aspirálás: por és könnyebb szennyezések eltávolítása levegő befúvással

 Áztatás (kénessavas) célja a kemény endosperm előkészítése a keményítő kivonására. Az áztatás tejsav és kéndioxid rezisztens, régen vörösfenyő, ma rozsdamentes acél kádakban, ellenáramban történik.

Mi történik az áztatás alatt?

Vízadszorpció: csíra 4, endosperm 8 óra alatt telítődik vízzel

a vízfelvétel a hőmérséklet növelésével gyorsítható, de 60°C fölött káros Vízoldható anyagok extrakciója, 30-50 óra, 48-52°C.

A szemek víztartalma 16%-ról 45%-ra nő, a szárazanyag tartalom 6-6,5%-a kioldódik.

Kénessav hatása: a protein mátrixot fokozatosan duzzasztja, a fehérjék kollodiálisan

diszpergálódnak, biszulfit ion reagál a diszulfid hidakkal, redukálja azokat, a termék jobban hidratálódik és oldódik

Tejsavas erjedés: a kukoricaszem felületén tejsavbaktériumok

Lactobacillus bulgaricus az áztatólé oldott szénhidrátjaiból tejsavat termel, ez savanyodást

kukoricából

Keményítőgyártás technológia III.

Az áztatás

kukoricából

Keményítőgyártás technológia III.

 Durva őrlés

célja a csíra rész leválasztása a magról kukorica + víz  őrlőberendezésre

forgó és álló tárcsa távolsága  lehetőleg minimális csírasérülés, maximális csíraleválasztás

 Csíra elválasztása

fajsúlykükönbség alapján hidrociklonnal

 felül: csíra (kisebb fajsúly: 1,03 g/cm³)

alul: endosperm + héj (nagyobb fajsúly: 1,6 g/cm³)

 Finom őrlés, majd rosteltávolítás

rost (héj) eltávolítása ívszita rendszeren

rost elválasztása után a keményítő még 5-8% fehérjét tartalmaz

ezeket centrifugál szeparátorral, vagy hidrociklonokkal választják el keményítő fs.:1,5

fehérje fs.:1,1

elválasztás  keményítő mellett max. 0,3% fehérje

kukoricából

Keményítőgyártás technológia III.

kukoricából

Keményítő gyártása III.

kukoricából

A kukorica és az abból kapott termékek aránya és összetétele a szárazanyag %-ában

Keményítőgyártás melléktermékei III.

Fontos melléktermékek

 Áztatólé

ebből 50%-ra töményítve  kukoricalekvár (corn steep liquor) Fermentációkhoz kiváló nitrogén forrás, gyógyszergyárakba Takarmányhoz keverve (a melléktermék rostokra szárítva)

 Csíraolaj

1980-as évek vége óta étkezései olaj (előtte takarmány) - koleszterincsökkentő kinyerés: préseléssel és extrakcióval

(Corn Drop Kukoricacsíra Feldolgozó Kft, Szabadegyháza) megszünt

 Rostfrakció

áztatólével, kiextrahált csírával, esetleg fehérjefrakcióval együtt  takarmány felesleget elégetik, pelletizálás vagy belőle biogázt állítanak elő

műanyagba töltőanyag (lehetőség)

„biorefinery” (lehetőség)

Hemicellulóz frakció  corn fiber gum – mint a növényi gumi

 Fehérje frakció

ha van rá piac, ezt külön értékesítik

kukoricából

Keményítőgyártás melléktermékei III.

kukoricából

Kukoricalekvár összetétele a szárazanyag %-ában

 Fehérje N 7,5

 Peptid és amino N 35,0

 Amid N és ammónia 7,5

 Szénhidrát 2,4

 Fitinsav (tartalék foszfor)

(inozit-hexafoszfát K, Mg sója) 7,5

 Hamu 18,0

ebből K 4,5

Mg 2,0

P 3,3

 Tejsav 26,0

GOP-2009-1.3.1/A-2010-0083 A gyógyszeripari előírásoknak megfelelő minőségű kukorica lekvár

gyártási technológiájának kifejlesztése a Hungrana Kft-nél

 A gyógyszeripari előírásoknak megfelelő minőségű kukorica lekvár gyártási technológiájának kifejlesztése a Hungrana Kft-nél

 A projekt célja egy olyan szakaszos kukorica áztatási technológia megvalósítása, mely segítségével az áztatólé tulajdonságai (ásványi anyag tartalom, tejsav-tartalom, maradék cukor tartalom) bepárlást követően alkalmassá teszik az előállításra kerülő kukorica lekvárt a gyógyszeripari fermentáció alapanyagaként történő felhasználásra.

 A kukorica lekvár előállítása során a fontos változó a baktérium kultúra összetétele, az áztatóvíz

tartózkodása az áztató kádban, a technológiai sor során alkalmazott hőmérséklet és az áramlás iránya, erőssége. A fenti technológia kialakításakor fontos szempontot képvisel az eredeti végtermékek

minőségének megőrzése is.

 A projekt tehát egy optimalizált technológia kialakítására irányul, mely lehetővé teszi a mellék és kísérő termékből is magas hozzáadott értékű versenyképes termék előállítását, a főtermékek minőségének sérülése nélkül.

 Kedvezményezett: Hungrana Kft., 2432 Szabadegyháza, Ipartelep, Telefon: 25/578-111, Fax: 25/578- 112

 Közreműködő szervezet: MAG - Magyar Gazdaságfejlesztési Központ Zrt., 1139 Budapest, Váci út 83., Telefon: 40/200-617, Fax: 1/465-8503



A kukoricamaghéj összetétele és felhasználása

hamu acetát 1%

2%

cellulóz 13%

fehérje 12%

lignin 5%

olaj 4%

egyéb 10%

pentozán 33%

keményítő 20%

kukoricamaghéj,

Fehérje frakció

 Definició:

 A glutén: a gliadin és a glutenin keveréke a búza, rozs és árpa magjainak endospermjében található és a búzaszemek fehérjetartalmának 80%-át teszi ki.

 Mi a sikér?

 Gabonafélékben előforduló fehérjék: gliadin és glutenin keveréke. A sikér másik elnevezése a

glutén. A búzaliszt sütőipari feldolgozhatóságának egyik legfontosabb jellemzője a sikértartalom és a sikér minősége.

A sikérfehérjék vízben nem oldódnak, de víz hozzáadása és dagasztás hatására térhálós szerkezetű, rugalmas anyaggá alakulnak. Ez a rugalmas, nyújtható anyag képes „csapdába ejteni” a kelesztés során keletkező gázbuborékokat, így teszi lehetővé a tészta laza, lyukacsos szerkezetének

kialakulását. Minél nagyobb a liszt sikértartalma, és minél jobb minőségű a benne található sikér, annál több gázt képes magában tartani a tészta. Nagy térfogatú, laza bélzetű kenyeret és könnyű, foszlós kelt tésztát vagy jól nyújtható rétestésztát csak magas sikértartalmú lisztből készíthetünk.

 A kukorica fehérjében két domináló frakció van: a lúgban oldható -glutelin és az alkohololdható zein (40%)

 A kukoricafehérje nem GLUTÉN sajnos rosszul rögzült a technológiában (glutén frakció), az egzakt kifejezés: kukorica fehérje frakció

Fehérje frakció

(a Hungrana honlapjáról)

Cornpro 232 (kukorica glutén)

A kukorica glutén prémium minőségű, koncentrált fehérjét tartalmazó alapanyag haszonállatok, halak és kedvtelésből tartott állatok (kutya, macska)

takarmányozására.

A glutén a kukorica egyik fő összetevője. A nedves úti feldolgozás során nyerjük ki a kukoricából. A kukorica glutén hasznos jellemzői miatt több célra is kiválóan alkalmas: magas metionin (esszenciális aminosav) tartalma (2,4 g/100 g fehérje) lehetővé teszi hogy más, általánosan használt fehérje hordozók (pl. szójadara) aminosav összetételét kiegészítse. A termék alacsony hamu, kálium és nátrium tartalma, valamint természetes (a benne található antioxidáns tulajdonságokkal bíró cc. 160 ppm xanthophyll-nak köszönhető) sárga színe szintén kiemelkedő

felhasználási lehetőséget biztosítanak.

A könnyű emészthetőség, alacsony ásványi anyag és nem-allergizáló fehérje

tartalom lehetővé teszi, hogy a kukorica glutén a prémium minőségű takarmány

alapanyagok széles körében alkalmazható legyen.

Keményítő felhasználása

Szemcsés natív formában

 tablettakészítés – gyógyszeripar

 púderek – kozmetikai ipar

Lebontási termékként

 hidegen duzzadó keményítő

 hipoklorittal oxidált keményítő

 dextrinek

 keményítőszörpök

 glükóz, glükóz átalakítási termékek

Keményítő származékként

 keményítő foszfátészterek

 karboximetil keményítő

 kationos keményítők

 hidroxialkil keményítők

 keresztkötött éterszármazékok

Izocukor előállítási technológia

Szabadegyháza

 cél: izocukor eá.

 izocukor: glükóz + fruktóz szirup

 Amerikában versenyképes a szacharózzal (nálunk is olcsóbb)

 Magyarországon nem tud betörni a kiskereskedelmi piacra, mert folyadék, de az üdítőgyártók (Coca-Cola) nagy mennyiségben használják

Előállítási technológia lépései:

 1. -amilázos bontás

 2. amiloglükozidázos (AMG) és pullulanázos cukrosítás  glükóz

 3. izomerizáció

glükóz  fruktóz (42%) fruktóz dúsítása ioncserével

• fruktóz elválasztása ioncserés kromatográfiával, majd

• dúsítás  55%,

Izocukor előállítási technológia

Keményítőtej

 36-38%-os szuszpenzió

 a keményítő még zárt szemcse

 az enzimek nagyon lassan dolgoznának

 a kukoricakeményítő csirizesedési pontja 62°C (ezen olyan lenne, mint a gumi), nem szabad lassan felmelegíteni

Jet cooker

 pillanatszerű felmelegítés 10-12 bar-os direkt gőzzel 130-145°C-ra

 így oldat lesz és nem csiriz

 kevés -amiláz és Ca²⁺ adagolás (E stabilitásához kell) mellett

 -amiláz: Bacillus licheniformis/ Bacillus subtilis

 majd expanziós ciklonban szétrobbannak a szemcsék (termikus + enzimes feltárás) Folyósítás

 90-100°C, 60-90 perc

 újabb -amiláz adagolás

 termék: 15-18 DE dextrin (kb. 5-ös tagszámú oligomerek, jódpróba negatív)

Izocukor előállítási technológia

expanzió

-amilázos bontás (elfolyósítás)

Izocukor előállítási technológia

Na₂CO₃ szerepe

 pH beállítása

 pH függ az alkalmazott enzimtől Fejlesztések

 -amiláz Ca²⁺ igény csökkentése, mert a Mg²⁺ igényű enzimnek (izomeráz) méreg a Ca²⁺

 enzimek hőfokoptimuma közelítsen

-amiláz hőfokoptimuma 85-90°C, de a következő enzimé (AMG) 60°C

 enzimek pH optimuma kb. azonos legyen ne kelljen a 2 lépés között pH-t állítani Enzim gyártók

 Genencor

 Novozymes

Izocukor előállítási technológia

Cukrosítás

 alkalmazott E: amiloglükozidáz (AMG) (Hungrana:+ pullulanáz)

 enyhén savas körülmények, pH 4,5-4,8

 a dextrinláncok rövidülésével lassul a reakció

 reakcióidő: 60 óra

 termék DE: 97-98

 szűrés kovaföldes vákuumdobszűrőn

 aktívszenes derítés, szűrés

Izocukor előállítási technológia

cukrosítás

Izocukor előállítási technológia

Izomerizáció

 E: immobilizált glükóz izomeráz (drága)

 alkalmazása előtt teljes ioncsere, mert a Ca²⁺ méreg az izomeráznak

 MgSO₄ + Na-hidrogénszulfit (vagy Na-piroszulfit ) adagolás  mikrobiológiai stabilitás

 sterilezés szükséges

 egy-egy kolonnát 100-110 napig lehet használni

 izomerizáció hőfoka: 42-45°C

 pH 7,8

 izomerizáció után újabb ioncsere a hozzáadott vegyszerek eltávolítására

 termék: izocukor

 71,5%-ig töményítik, így 1 liter izocukor = 1 kg kristálycukor

 valamivel olcsóbb, mint a kristálycukor; jobban adagolható, könnyebben kezelhető

 fűtött tartálykocsikban szállítják (min. 30°C, alacsony hőmérsékleten a fruktóz kikristályosodik) maltózszörp + izocukor  csökkenti az izocukor kristályosodási hajlamát

 felhasználás: üdítő-, sör-, édesipar (korábban), ma a Coca-Cola 55% fruktóz tartalmú HF szirupot

Izocukor előállítási technológia

izomerizálás

izoszörp

„High fructose” szirup

HF szirup előállítása

 üdítőgyárak igénye: megfelelő édesség elérése

 glükóz és fruktóz kromatográfiás elválasztása

 50 m³-es ioncserélő gyanta töltetek

 4 db kolonna

 a 42% fruktóz-tartalmú izoszörp + fruktóz szirup különböző arányban

 különböző fruktóz tartalmú szörpök

 üdítőiparnak 55% fruktóz tartalmú szirup kell

 95% fruktóz-tartalmú szirup  diabetikus készítmény Relatív édesség

 répacukor (szacharóz, glükóz-fruktóz diszacharid) 100%

 szőlőcukor (glükóz) 60%

 fruktóz 140%

 izoszörp (glükóz-fruktóz elegy, 42% fruktóz) 100%

Keményítőtermékek

izoszörp

Keményítőtermékek

 Sűrített dextróz

eá.: -amilázos bontás után további hidrolízis AMG-zal, DE=98 derítés, ioncsere, besűrítés

 Ciklodextrin

6-8 glükózból álló gyűrűs vegyület

szag-, illatanyagok kivonása, mérgező anyagok „bezárása” (pl. talajremediáció) Győrben állítottak elő

 Fermentációs termékek

glükózból etanol („szeszgyártás” előadásban részletesen)

 Maltóz szirup

DE=50-60, 50% maltóz (egyéb cukrok is, nem csak maltóz)

eá.: -amilázos bontás után további hidrolízis gomba eredetű amilázzal

gyáron belül használják fel, az izocukorhoz keverik  kristályosodás csökken

 Maltóz termék csak maltóz

Keményítőtermékek

 Kristályos dextróz

dextróz = glükóz = szőlőcukor

6 szénatomos redukáló monoszacharid (hexóz) előállítása a keményítő teljes hidrolízisével

• korábban savkatalízissel, majd savas-enzimes

• ma többnyire enzimes + enzimes technológiával kiindulás 98 DE dextróz szirupból

enzim inaktiválás

szilárd szennyezők eltávolítása, színtelenítés: aktívszén, kovaföld adagolás, vákuumdobszűrés vákuumbepárlás  50-55% sz.a. tartalom

színtelenítés: aktívszén, kovaföld

vákuumbepárlás  70-72% sz.a. tartalom

kristályosítás 46°C-on, beoltás 10% kristályos dextrózzal  a hőmérséklet programozva 2-4 nap alatt 20-25°C-ra csökken  kb. 60% glükóz kristályosodik ki

többi glükóz az anyalúgban marad: hidrol (kiváló fermentációs szénforrás) termék: -D-glükóz monohidrát (Szabadegyházán állítanak elő ezt is)

Keményítőtermékek

 Keményítő kissé bontva  dextrinek DE=5-20

a keményítővel szemben nagy koncentrációjú oldat készíthető belőlük, mely vékony rétegben megszárad és erős filmet képez

azonos vagy eltérő felületek között erős kötést hoz létre

Borax vagy Na-borát adagolással növelhető a ragasztó viszkozitása, stabilitása, ragasztó képessége

ragasztóként használja a papíripar többrétegű zsák- és hullámpapíroknál üvegcimke ragasztóként (mikrobiológiailag megtámadható)

 Keményítőszörp

30-50% bontásfokú, 80% sz.a. tartalmú sűrítmények édesipar: szacharóz kristályosodásának gátlására konzisztencia beállításra

nedvességtartalom stabilizálásra

Egyéb termékek

 hidegen duzzadó / vízoldható keményítő feloldott, szárított keményítő

eá.: a keményítőszemcséket irreverzibilisen fel kell tárni (manapság jet-cookerban), majd fűtött hengereken, vagy porlasztva szárítani

felhasználás

• öntödei homokformák és tapéták ragasztása

• papírgyártásnál ragasztóként

• élelmiszeriparban instant készítmények (pl. főzés nélkül készíthető puding) konzisztencia biztosítása

• tészták, sütemények vízkötő képességének javítása, légbuborék bezárás

• húskészítményekben nedvesség stabilizáló

• levesporokban zsírbezárással avasodás, oxidáció gátlása

Egyéb termékek

 hipoklorittal oxidált keményítő

eá.: csirizesedési hőmérséklet alatt Na-hipoklorittal 20-24 Be° (1,16-1,2 g/cm³) szuszpenzióban

• Be°: Baumé fok: a sűrűség kifejezésére az iparban ma is használt, de elavult és önkényes fajsúly egység, átszámítás: sűrűség= 144,3/(144,3- Be°)

pH 8-10, 20-24°C

5-10% aktív klór jelenlétében

az oxidálószer a keményítő amorf részein hat

az oxidáció alatt glikozidos kötés hasadás is fellép, minden kötés hasadása 4-5 atom oxigén felvétellel jár (1 karbonil- és 2 karboxil-csoport képződése)

túlnyomó részét (85%) a papíripar felületkezelésre használja

 írhatóság, nyomtathatóság javul (lényeges, hogy behatoljon a rostok közé, s közben sima felületet biztosítson)

textilipar írezésre (szálak átitatása szövés előtt, utána keményítő enzimes lebontása) mosodaipar keményítésre

Keményítőszármazékok

Keményítő foszfát észterek

 Keményítő monofoszfát észter

eá.: ortofoszfát vagy tri-polifoszfát sókkal készült oldattal permetezik a száraz vagy szűrő- nedves keményítőt, pH 5-8,5

óvatos szárítás, majd egy órán át 120-140°C a termék szubsztitúció foka =f(pH, T, t)

vízoldhatósága és viszkozitása =f(szubsztitúció fok)

felhasználás: zselatin, növényi gumik helyettesítésére

mélyhűtött élelmiszerek készítéséhez – nincs szinerézis (víz elkülönülése, szivacsos szerkezet kialakulása)

instant készítményekhez (pl. puding, majonéz)

vörös iszap ülepítésére, vasércek flotálásos dúsítására

 Keményítő foszfát diészter

eá.: 2 keményítő molekulából és trimetafoszfátból, pH 10-11, 95-100°C

felhasználása: kiváló főzési tulajdonságai miatt sütemények, gyümölcsöntetek, csecsemőételek sűrítésére

Keményítőszármazékok

 Karboxi-metil keményítő

eá.: keményítő + monoklór-acetát NaOH jelenlétében

keményítőmolekulák vízoldhatóságát a karboxil csoport bevitele jelentősen befolyásolja felhasználása: élelmiszeripar fagylalt stabilizálásra

gyógyászatban bázikus alkaloidokat, antibiotikumokat megkötve stabilizál

 Keresztkötött éter-származékok

leggyakrabban elterjedt az epiklórhidrinnel térhálósított keresztkötésű keményítő

a szubsztitúciófok előrehaladtával növekszik a csirizesítési hőmérséklet, csökken a duzzadás, nő az oldat viszkozitása

bizonyos keresztkötés elérése után a szemcse még duzzad, de felszakadni már nem tud tovább növelve a keresztkötések számát már nem is duzzad, pl. gőzzel sterilezhető

felhasználás: a duzzadó, de nem oldódó termék szárazelemekben elektrolit-hordozóként használatos

a nem duzzadó termék porozószerek töltőanyagaként használható

Keményítőszármazékok

 Kationos keményítők

különböző rendű aminokat tartalmazó polikationok primer, tercier, kvaterner aminok

felhasználás: papíriparban lapképzésnél (javul a negatív töltésű cellulóz rostok beépülése a papírba, nő a szakító-szilárdsága, kevésbé törik)

flokkuláció, ellentétes töltések dehidratálják és semlegesítik a cellulózrostok felületét, ezáltal elősegíti a H-kötéses asszociációt

kiváló ivóvíz és szennyvíz flokkulálószerek, biodegradálhatók

 Hidroxi-alkil keményítők

a leggyakrabban a hidroxi-etil- és hidroxi-propil-keményítő terjedt el (lúgkatalízissel etilén-oxid ill. propilén-oxid kapcsolásával állítják elő)

a belőlük készült film átlátszósága, flexibilitása, simasága és oldhatósága kiváló felhasználás:

¤ papír felületi kezelésére (hasonlóan a hipoklorittal oxidált keményítőhöz)

¤ textiliparban az írezett szál feldolgozása kedvezőbb, írtelenítése mosószerrel is megoldható

folyékony ruhakeményítő szerként

A keményítő műanyagipari felhasználása Biodegradálható „műanyagok”

Keményítő +

Plaszticizáló szer

T T ^{hermo hermo} P P ^{lasticize lasticize}

d d

S S ^{tarch tarch}

Hő Hő

Felhasználási területek:

• Csomagolóanyagok • Pelenka

• Hátrány:

- vízáteresztő

- mechanikailag gyenge

• Előny:

- környezetbarát

- biodegradálható Megoldás: adalékanyagok

(cellulóz, hemicellulóz, fehérje, lignin, polikaprolakton)

Amilóz / Amilopektin arány

Víz + Poliolok

glicerin mellett

(~30-40 v/v %)

a Hungrana Kft termékei

 Natív keményítő

eá.: víztelenítés dobcentrifugával, vákuum-dobszűrővel, majd pneumatikus szárítóval felhasználás: tablettakészítés, púderek

 Dextrinek

eá.: hősokk 110°C-on -amilázzal jódpróba negatív

felhasználás: ragasztók

 Keményítőszörp

eá.: további hőkezeléssel és további -amiláz adagolással, DE 40 tisztítás ioncserével

sűrítés vákuum-bepárlással

felhasználás: édesipari termékekben töltelék, szaloncukor, rágógumi

a szacharóz kristályosodásának gátlására

konzisztencia beállítására, nedvesség stabilizálásra Színtelen oldatok, ízük a gyengén édestől az édesig terjed

 Ciklodextrinek, mint a szénhidrátalapú nanotechnológia sokoldalú képviselői

 Szente Lajos, Fenyvesi Éva

 ELTE kód: kv2n9o31



 A ciklodextrinek az innovatív gyógyszerformulázás kedvelt segédanyagai, különleges

szupramolekuláris szerkezetek alapelemei, a királis elválasztások legfontosabb szelektorai. Vizes oldataik a zöldkémia elfogadott oldószerei. Ma már a legtöbb nagy gyógyszergyár formulázási protokolljában szerepel a ciklodextrines komplexálás. Az analitika, különösen a királis elválasztások területén szinte megkerülhetetlen a ciklodextrinek alkalmazása. A tervezett előadások ezeken a tématerületeken mutatják be a tájékozódáshoz szükséges alapismereteken kívül a kutatások legújabb eredményeit.