T E C H N O L O G I E
Š K R O B U
Druhy škrobu: - kukuřičný 85 % - bramborový 10 % - pšeničný 5 % - ostatní (rýžový, ječný . . .) Hlavní odběratelé: - potravinářský průmysl 50 % - výroba papíru 30 % - chemický průmysl 10 % - ostatní 10 % Výroba v ČR: - Havlíčkův Brod - Pelhřimov - Horažďovice Vznik škrobu: - konečný produkt fotosyntézy - 3 fáze - vznik škrobu v listech - rozklad na sacharidy a transport - zpětná syntéza a tvorba škrobových zrn Podoba škrobových zrn: - bramborový - oválný (lasturovitý) tvar, 15 - 100 µm - kukuřičný - hranatá s dutinkou, 5 - 25 µm - pšeničný - kulovitý s deformacemi - 10 - 40 µm (A - škrob) - 2 - 10 µm (B - škrob) Rozpustnost škrobu: - ve studené vodě nerozpustný, suspenze = škrobové mléko - reverzibilní adsorpce vody - po zahřátí tvorba škrobové disperze = škrobový maz - rozrušení vodíkových můstků, hydratace - difuse amylosy do roztoku, irreverzibilní mazovatění škrobu - nestabilita disperzí = retrogradace (sraženina)
Teploty mazovatění škrobů: druh škrobu
teplota mazovatění [C] počáteční
střední
konečná
pšeničný
58
61
64
bramborový
59
64
68
tapiokový
61
66
71
kukuřičný
62
67
74
rýžový
68
74
78
Chemické složení škrobu: - polysacharid (glykan) z α-D-glukopyranosových jednotek - dva homopolysacharidy - amylosy - amylopektinu - molekuly vázané glykosidovou vazbou Amylosa
Amylopektin
Amylopektin: - vazby 1 - 4 a 1 - 6 v poměru 20 : 1 až 30 : 1 - polymerační stupeň 10 000 a více jednotek
Amylosa: - pouze vazba 1 - 4 - polymerační stupeň 500 - 2 500 jednotek - šroubovice s 6 jednotkami na závit - komplex s atomy jodu = modré zbarvení - různý poměr k amylopektinu (1 : 4 u bramborového škrobu) Výroba škrobu: - izolace z průmyslových roztlin - komerční (technický) škrob obsahuje neodstranitelné látky Obecná technologie výroby: - přejímka, ukládání a čištění surovin - úprava suroviny do vhodného stavu - izolace (vypírání) škrobu - rafinace škrobu - předsoušení, sušení a finální úprava škrobu Posuzování technologického postupu: - čistota finálního výrobku - výtěžnost procesu - minimalizace odpadů - recyklace odpadních vod - cena strojního zařízení Výroba bramborového škrobu: Suroviny (brambory): - mechanicky nepoškozené - bez mikrobiální kontaminace - odrůdy rané, polorané i polopozdní - nejdůležitější odrůdy Orvela a Amylex Složení bramborové hlízy: - voda 75,38 % - sacharidy 20,59 % (19 % škrobu) - bílkoviny 1,95 % - popeloviny 0,98 % - vláknina 0,95 % - tuky 0,15 %
Schéma výroby bramborového škrobu brambory skládka separace příměsí
kámen, nať
separace kalů pračka
voda
váha struhák třenka plodová odstředivka voda vypírače surové škrobové mléko voda rafinace
zahuštění krmivo
zdrtkolis zdrtky odpadní voda
rotační vakuový filtr pneumatická sušárna vysévače škrob Skladování a čištění brambor: - provozní zásoba 5 - 10 dnů - během hydraulické přepravy ze skládky = plavení - odloučení plavící vody - odstranění veškerých nečistot v pračce - kontinuální vážení a doprava do struháku Dezintegrace brambor: - rozrušení 85 - 90 % buněk - ve struháku hydrodynamickými rázy - v jednom (třenka) nebo dvou (třenička) stupních - přídavek vody (10 - 200 %) a SO2 (0,02 - 0,04 %) - kontinuální dekantační odstředivka (oddělení buněčné šťávy)
Vypírání škrobu: - oddělování škrobu od buněčného pletiva a slupek - vypírače s kónickým sítem s otvory 60 - 120 µm - kontinuální propírání vodou - produktem je surové škrobové mléko Rafinace škrobu: - odstranění nečistot ze škrobu - nečistoty - jemná vláknina - rozpuštěné organické i anorganické látky - mechanické nečištoty - 25 % škrobu v rafinovaném škrobovém mléku - předsušení na vakuových filtrech (38 - 40 % škrobu) - sušení v pneumatických sušárnách (140 - 160 C) - vysévání k odstranění hrudek Výroba pšeničného škrobu: pšeničná mouka voda voda
kontinuální hnětač surové škrobové mléko vypírací stanice rotační síto otruby mokrý lepek lavér NaOH rafinační odstředivky ultrarotor
vakuový rotační filtr
vysévání
pneumatická sušárna
balení
vysévání zemní usazovací nádrž
vitální lepek
balení vlhký B-škrob suchý A-škrob
Výhody a nevýhody technologie: - celoroční provoz, levná surovina - produkce vitálního lepku (dobře prodejný) - nutnost oddělení B-škrobu (kalový škrob) Parametry jakosti mouky: - kvalita bílkovinné složky (lepku) - vysoký podíl A-škrobu - minimum ztrátových položek Složení pšeničné mouky: - škrob 68,4 % - voda 14,0 % - bílkoviny 13,5 % - tuky 1,5 % - vláknina 1,2 % - nižší scharidy 0,8 % - popeloviny 0,6 % Způsoby izolace škrobu: - vypírání z hustého těsta - dělení řídkého těsta Příprava hustého těsta: - doprava přes váhu do manipulačních nádob - smíchání 40 - 60 % vody - v kontinuálních pekařských hnětačích - odležení těsta 10 - 20 min Vypírání škrobu: - v protiproudých vypíracích bubnech (2 - 3 stupně) - vypírání vodou - rozdělení na bílkovinu (lepek) a škrob - odvodnění a sušení lepku při 50 C Rafinace škrobu: - oddělení vlákniny (otrub) na sítech - přídavek NaOH v lavérech při 40 C, pH 10 - 11 - oddělení B-škrobu (pro lihovary) na rafinačních odstředivkách - předsušení a sušení
Vypírání z řídkého těsta: - prakticky suspenze mouky - dekantační odstředivky nebo hydrocyklony - smíchání s vodou 40 C - rozdělení na - surový škrob a bílkovinný koncentrát - A-škrob, směs B-škrobu s lepkem a na pentosany Výroba kukuřičného škrobu: - kyselý, teplý, uzavřený způsob kukuřice máčecí tanky
výluh
zahuštění
cornsteep
odkličkovací drtič separace klíčků
klíčky
jemné mletí vypírání
vláknina
rafinace předsušení, sušení škrob Složení kukuřičného zrna: - škrob 56,0 % - voda 18,0 % - bílkoviny 8,2 % - pentosany 5,0 % - tuky 3,0 % - vláknina 2,4 % - popeloviny 1,5 % Máčení kukuřičného zrna: - v 0,2 % roztoku H2SO3 - při 50 C po dobu 48 h - výluh po zahuštění = cornsteep
zpracování klíčků olej
pokrutiny
kukuřičné mláto gluten
Zpracování změklého zrna: - hrubé drcení a separace klíčků - jemné mletí drti - vypírání škrobu - důkladná rafinace (vysoký obsah bílkovin) - předsoušení a sušení škrobu Vedlejší produkty výroby: - gluten = bílkovinný koncentrát - klíčkový olej pro farmaceutický průmysl - pokrutiny a kukuřičné mláto (vláknina) jako krmivo - cornsteep pro fermentační půdy Výrobky ze škrobu: - produkty frakcionace škrobu (amylosa a amylopektin) - modifikované škroby (přeměna přítomných funkčních skupin) - substituované škroby (zavádění nových skupin do molekuly) - technické dextriny (katalytické pražení škrobů) - hydrolyzáty škrobu Frakcionace škrobu: - rozdělení na základní složky - hrubé při 60 - 70 C, extrakce amylosy - průmyslově srážení amylosy polárními látkami - vysolování, srážení MgSO4, Na2SO4 . . . - šlechtění speciálních plodin Modifikované škroby: - chemicky - v 40 % suspenzi - minerálními kyselinami (HCl ...) nebo solemi (NaCl...) - 35 - 52 C za 2 - 10 h - snížení polymeračního stupně - snížení viskozity, zvýšení rozpustnosti - průmyslová výroba želírujících škrobů - oxidované - na karboxylové skupiny (C-6, red. konec) - na ketonické skupiny (C-2, C-3) - mírná depolymerace - snížená vískozita, zvýšená stabilita
- termicky
- odstranění vodíkových můstků - 25 - 30 % suspenze - při 120 - 150 C, rozetření na tenké vrstvy - rozpustnost ve studené vodě - enzymově - α-amylasou, 70 - 80 C, pH 6,7 - 7,5 - snížení polymeračního stupně Substituované škroby: - úprava rozpustnosti - zvýšení stability, ovlivnění retrogradace - úprava reologických vlastností - změna chemických vlastností Typy substituovaných škrobů: - škrob-O-R - ethery, R = alkyl (např. kerboxymethylether škrobu) škrob-OH + Cl-CH2-COONa + NaOH škrob-O-CH2-COONa + NaCl + H2O - estery, R = acyl (např. acetyl škrob) škrob-OH + (CH3COO)2O + NaOH škrob-O-CO-CH3 + CH3COONa + H2O - škrob-O-R-O-škrob - zesítěné škroby Technické dextriny: - zahřívání (110 - 180 C) s katalyzátorem (HCl nebo HNO 3) - hydrolýza škrobu, odštěpení vody, polykondenzace - výroba lepidel (knihařských, kartonážních . . .) Škrobové hydrolyzáty: - produkty hrubší degradace škrobu - DE = zdánlivý obsah glukosy v sušině hydrolyzátu - škrob DE = 0 % - glukosa DE = 100 % - kyselá hydrolýza - štěpení 1-4 i 1-6 vazeb - 0,2 % HCl, 120 - 150 C, 0,3 - 0,4 MPa - neutralizace sodou na pH 4,5 - 4,7 - rafinace glukosy a glukosových sirupů - enzymová hydrolýza - obecně působením amylás - úprava pH, přídavek Ca2+ - ztekucení (85 - 120 C, 10 - 90 min) - zcukření (až 96 h) - pasterace, rafinace - fruktosové sirupy, cyklodextriny
Použití výrobků ze škrobu v potravinářském průmyslu: Mlékárenství: - zahušťovadla a stabilizátory instantních polotovarů (TM, EM) - stabilizátory a vodovazné prostředky kysaných výrobků (EM) - termizované speciality (TM, EM + ZS) - stabilizátory mražených krémů (OM, OM + EsS) - antikrystalizační a stabilizující prostředky při výrobě mražených výrobků (KH-škrobové sirupy, maltodextriny) Pekařství: - regulátory distribuce vody při výrobě chleba pečiva s prodlouženou trvanlivostí (TM) - zlepšovací přísada mouk (OM - aldehydické) - zahuštění náplní (TM pšeničný + kukuřičný) Cukrovinky: - při výrobě želé náhrada až 30 % želatiny (OM) - čistě škrobové želé (H - kukuřičný) - výroba fondánů a kandytů (KH - škrobové sirupy) Konzervárenství: - zahušťovadla kečupů a marmelád, tepelně odolné a chemicky stabilní (amylopektiny, ZS) - vodovazné prostředky při mrazírenství bez retrogradace pod -20 C (TM amylopektiny, EtS, EsS, EM-ZS) - úprava textury předsmažených výrobků (nízkorozpustné dextriny) Ostatní: - flokulanty čištění ovocných šťáv (TM, EtS) - omezení tvrdnutí cukrové moučky (TM) - náhrada oleje v nízkoenergetických majonézách (TM, EM, ZS) - zahušťovadla a vodovazné prostředky instantních a dehydratovaných potravin (TM, EM, TM-ZS) - náhrada sacharosy při výrobě nealko nápojů, ovocných sirupů a dřemů (KH - glukoso-fruktosové sirupy) - náhrada tuků v nízkoenergetických potravinách (KH - škrobové sirupy, maltodextriny) - nosiče aromatických látek (EH - cyklodextriny)
