Tehnologii enzimatice pentru producția de amidon și izoglucoză (2)

Tehnologii enzimatice pentru producția de amidon și zahăr (2) Dr. Istvánné Réczey Universitatea de Tehnologie și Economie din Budapesta Departamentul de Biotehnologie Aplicată și Știința Alimentelor 2016

Producția de amidon (istorie) Producția de amidon în Ungaria chiar la începutul secolului trecut a fost doar de natură domestică. Unul dintre rezultatele industrializării care a început în a doua jumătate a secolului a fost dezvoltarea industriei amidonului (nr. 19!) De la industria mică la cea mare. Conform înregistrărilor scrise, din 1880 până în 1896, zece noi fabrici de amidon au fost puse în funcțiune. Prima fabrică majoră a fost fondată la Füzitő în 1887, sub numele Füzítzi Starch and Chemical Factory. Produsele sale erau cartofi, amidon de grâu, dextrină și lipici, precum și produse chimice de uz casnic. O fabrică de amidon a fost înființată în Kisbér în 1890 pentru a vinde o recoltă semnificativă de cartofi în herghelii Bábolna și Kisbér, iar cele două fabrici au funcționat sub numele de Kisbér-Füzitői United Factory Rt., Împărțind producția produselor astfel încât noua fabricat în fabrică amidon, dextrină și lipici. La acea vreme, György Koromzay a înființat și o fabrică de amidon în Szepes-Béla. Înainte de izbucnirea Primului Război Mondial, în Ungaria existau nouă amidon de cartofi, trei siropuri și două fabrici de dextrină. În timpul războiului, majoritatea fabricilor de amidon au încetat producția, parțial din cauza lipsei de materii prime și parțial din cauza penuriei de cărbune. www.chemonet.hu/eng/food/iptort/iptort5.html Industrii agricole - Amidon 2

Amidonul Amidonul este cea mai mare substanță organică formată pe Pământ după celuloză. Domeniul său de utilizare este mai mare datorită solubilității sale mai bune. Poate fi utilizat sub formă de granule Ca suspensie Ca polimer dizolvat Ca derivat Ca produs de degradare Producția de amidon Separarea fracției de amidon de alți constituenți ai celulelor vegetale Exista 3 tipuri de producție de amidon în Ungaria - din cartofi (la Budapesta, întrerupt) - din grâu (întrerupt, poate încă plantă mică) - din porumb Amidon 3

Utilizarea nealimentară a amidonului Lianți (lipici de hârtie) Pesticide (pe bază de apă) Cosmetice, articole de toaletă (pastă de dinți) Detergenți Industria hârtiei, aditivi Produse farmaceutice Vopsele Industria textilă Purificarea apei (coagulare, aditivi floculatori) Materiale biodegradabile (pure) Amestecuri, aditivi

Utilizarea amidonului nealimentar în Europa 5

Structura și proprietățile amidonului Structura monomerului: legături D-glucoză - 1-4 (în amiloză) - 1-4 și 1-6 (în amilopectină) ultima legătură este formată de enzima Q „enzima de ramificare” Amiloză/amilopectina este caracteristică raport diferit de plante Banană: 16,8% amiloză Secară: 26% amiloză Ceară mare: 1% amiloză amiloză mare porumb: 80% amiloză Rapoarte diferite amiloză/amilopectină produse amiloza bogată plastic biodegradabil mulți floculanți ramificați (apă, clarificare ape uzate) anionic: fosfat de amidon, cationic: derivați de eter amidon 6

Transformarea amidonului Proprietăți de amidon 20-60% cristaline (rombice, triclinice), altele amorfe Insolubile în apă la temperatura camerei, nu se umflă Încălzirea unei suspensii apoase de amidon la 50-60 C granulele se umflă (D: crește de 2-3 ori) 65 La -70 C granulele se rup (scurg conținutul său) - AB: umectare - BC: umflare (rev. Absorbția apei) - CD: dizolvare umflare + dizolvare = germinare structura amidonului se schimbă ireversibil amidonul germinat este mai ușor de rupt scăzut de enzime digestive decât de amidon nativ Industrii agricole - amidon 7

Reacția amidonului cu iod Retrogradarea Caracteristica caracteristică a amilozei este parțial deshidratată prin ciocnirea a două molecule, acestea ies în afară și sunt asociate cu legături de hidrogen, floculele, precipitatele fulgi se formează în pâinea veche, retrogradarea amidonului în ambele) are o mare importanță . De exemplu, indică gradul de degradare a amidonului. Fenomenul: amidonul formează un complex albastru cu iod. - amiloză: albastru închis - amilopectină: violet albăstrui 6-8 unități de glucoză leagă 1 atom de iod ca complex. Într-un lanț poliodic rezonant în spirală, lungimea lanțului determină capacitatea de absorbție a luminii a complexului. Reacție de echilibru a legăturii de iod, K = f (grad DP de polimerizare) Industrii agricole - Amidon 8 http://web.virginia.edu/heidi/chapter7/chp7.htm

Degradarea amidonului Degradarea amidonului În trecut, prin cataliză acidă: pot exista reacții adverse corozive, dăunătoare (descompunere prea puternică a glucozei) din anii 1970, prin cataliza enzimatică: efectul combinat al diferitelor enzime., maltoză, dextrină la limită - apariție: salivă, pancreas, Bacillus ß-amilază: exo-enzimă, clivează la lanțul nereducător - produse: maltoză și ß-border dextrină - apariție: cartof dulce (dulce) R-enzimă: clivarea enzimei ramificate - apariția: la plante - enzima microbiană cu efect similar este izoamilaza și pullulanaza Glucoamilaza sau amiloglucozidaza: exoenzimă, începe la capătul nereducător al lanțului - produs: glucoză - apariție: microbi, de ex. Aspergillus niger - o enzimă cu efect similar în flora intestinală a organismelor superioare: -amilază Industrii agricole - Amidon 9

Producția de amidon de porumb Constituenții principali ai miezului de porumb Vârful semințelor Peel este conectat la miez, structură spongioasă, absorbție rapidă a apei în principal celuloză și hemiceluloză fibră multistrat, în principal celuloză și hemiceluloză Germen de germeni 11-12% din greutatea bobului, bogat în ulei proteine și zahăr Enderm sunt încorporate într-o matrice proteică uscată - 34% făină (parte moale), după măcinare - 66% corn (tare), numai după pre-slăbire, îmbibarea amidonului poate fi spălată Industrii agricole - Amidon 10

Fabricarea amidonului de porumb II. Fracțiuni de boabe de porumb coapte, procentul lor în greutate și compoziția medie în% din substanță uscată Industrii agricole - Amidon 11

Fabricarea amidonului de porumb III. Depozitare, recoltare Recoltare: cu un conținut de umiditate de 22-28% Uscare în cazul boabelor deteriorate max. Pentru un conținut de umiditate de 13%, temperatura de uscare: 60 C Porumbul poate fi procesat tot anul! în forma recoltată toamna, uscată ulterior până la un conținut de umiditate de 16%, Szabadegyháza a fost o distilerie, apoi fermentarea ABE mai târziu etanol. + producția de amidon și izosugar izosugar Efect SUA izosugar (amestec glucoză-fructoză) mai ieftin decât zaharoza (dizaharidă glucoză-fructoză) Hungrana (Agrana + Tate & Lyle + ADM) este una dintre primele companii din țară care a fost privatizată Piața Uniunii Europene -producător principal de porumb prelucrat cu izosugar: început la 200 t/zi, mai târziu la 300, apoi la 1.300, 2.000, acum aproape 3.500 t/zi anual:> 1 M t Industrii agricole - Amidon 12

Hungrana Bioeconomy Company I (de pe site-ul companiei) Producem produse naturale exclusiv în mod natural, folosind o gamă largă de tehnologii de ultimă generație și energii regenerabile, fără risipă. Credem că dezvoltarea durabilă poate fi realizată numai în conformitate cu mediul nostru, cu un accent puternic pe responsabilitatea noastră față de societate. Hungrana Keményítő- és Izocukorgyártó és Forgalmazó Kft. A fost un jucător cheie în industria alimentară maghiară de peste 100 de ani, fiind cea mai importantă companie de prelucrare a porumbului din Europa. Tipurile naturale de zahăr și amidon, alcool și ingrediente pentru furaje fabricate aici pot fi întâlnite de consumatori în fiecare zi când cumpără produse lactate, produse de patiserie, gemuri sau băuturi răcoritoare și chiar ambalajele lor din hârtie. Responsabilitatea față de mediu este de o importanță capitală pentru Hungrana Kft., Un exemplu excelent este faptul că compania produce combustibil bioetanol din surse regenerabile de energie, comercializat sub numele de GreenPower E85. Industrii agricole - Amidon 13

Tehnologia de producție a amidonului II. Înmuierea în industriile agricole - amidon 16

Tehnologia de producție a amidonului III. Măcinarea grosieră - scopul este de a separa partea de germeni de semințe - porumb + apă pentru râșniță - este posibilă distanța dintre discul rotativ și cel în picioare, deteriorarea minimă a germenilor, separarea maximă a germenilor: Germeni (greutate specifică mai mică: 1,03 g/cm 3) dedesubt: endosperm + înveliș (greutate specifică mai mare: 1,6 g/cm 3) Măcinare fină și apoi îndepărtarea fibrelor - îndepărtarea fibrelor (învelișului) pe un sistem de ecranare cu arc - după separarea fibrei amidonul conține încă 5-8% proteine acestea sunt separate printr-un separator centrifugal sau hidrocicloni amidon fs .: 1,5 proteine fs: 1,1 separare cu amidon max. 0,3% proteină - după separarea proteinei, laptele de amidon este uscat folosind o centrifugă cu tambur, un filtru cu tambur sub vid și apoi uscat într-un uscător pneumatic. Industrii agricole - Amidon 17

Tehnologia de producere a amidonului IV. Industrii agricole - Amidon 18

Producția de amidon, proporțiile produselor Proporția și compoziția porumbului și a produselor sale în% din substanța uscată Industrii agricole - Amidon 19

Subproduse ale producției de amidon Subproduse importante Suc de înmuiere concentrat la 50% alcool abrupt din porumb - Sursă excelentă de azot pentru fermentații, în fabricile farmaceutice - Amestecat cu furaje (subprodus uscat în fibre) Ulei de germeni - de la sfârșitul anilor 1980 - extracție de ulei comestibil: prin presare și extracție - (Picătură de porumb Kukoricacsíra Feldolgozó Kft, Szabadegyháza) Fracțiune de fibre eliminată gumă de fibră de porumb ca cauciuc vegetal Fracție proteică - dacă este disponibilă, vândută separat - ze bioplastic (opțiune) (rășini și alți polimeri bioplastici) Industrii agricole - Amidon 20

Subproduse ale producției de amidon II. din porumb Compoziția gemului de porumb în% din substanță uscată Proteină N 7.5 Peptidă și amino N 35.0 Amidă N și amoniac 7.5 Carbohidrat 2,4 Acid fitic (fosfor de rezervă) (inozitol hexafosfat K, sare Mg) 7,5 Cenușă 18 .0 - din care K 4,5 - Mg 2,0 - P 3,3 Acid lactic 26,0 Industrii agricole - Amidon 21

Compoziția și utilizarea sâmburilor de porumb lignină 5% ulei 4% acetat 2% cenușă 1% alte 10% proteine 12% pentozan 33% celuloză 13% amidon 20% sâmburi de porumb ca umplutură de plastic 22

Tehnologia de producție a isosugarului isosugar: siropul de glucoză + fructoză din America este competitiv cu zaharoza (mai ieftin decât noi) Ungaria nu poate intra pe piața cu amănuntul deoarece este un lichid, dar producătorii de băuturi răcoritoare (Coca-Cola) îl folosesc în cantități mari pași: 1. -amilază defalcare 2. amiloglucozidază (AMG) și pullulanază zaharificare glucoză 3. izomerizare - glucoză fructoză (42%) Producerea siropului HF Creșterea concentrației de fructoză la 55% pornind de la izozar folosind schimb de ioni 1. separarea fructozei prin cromatografie cu schimb de ioni, apoi se adaugă 2. fructoză pură, aceasta ar crește concentrația de fructoză de la 42% la 55%, 100% ar fi bună pentru preparatele pentru diabetici, dar costisitoare Industrii agricole - Amidon 23

Tehnologia de producție Isosugar Lapte de amidon 36-38% suspensie de amidon chiar și granule închise de enzime ar funcționa foarte lent în punctul de germinare a amidonului de porumb de 62 C (pe acesta ar fi ca cauciucul), nu ar trebui încălzit lent Aragaz cu jet încălzire instantanee 12 bari - abur direct la 130-145 C, deci devine o soluție și nu germinează cu doză mică de -amilază și Ca 2+ (necesară pentru stabilitatea E) -amilază: Bacillus licheniformis/Bacillus subtilis apoi explodează într-un ciclon de expansiune (termic + digestie enzimatică) Lichidare 90-100 C, 60-90 minute mai mult-adaos de amilază produs: 15-18 DE dextrină (oligomeri cu aproximativ 5 membri, test de iod negativ) Industrii agricole - Amidon 24

Tehnologia de producție a izosugarului - expansiune de descompunere (lichefiere) a amilazei DS = substanță uscată Industrii agricole - Amidon 25

Tehnologia de producere a izosugarului Rolul Na 2 CO 3 Ajustarea pH-ului pH-ul depinde de enzima utilizată, dar optimul ph al următoarei enzime (AMG) 60 C enzime este de cca. ar trebui să fie la fel nu trebuie să reglați pH-ul între cele două etape Producători de enzime Genencor Novozymes Industrii agricole - Amidon 26

Tehnologia de producție a izosugarului Zahărirea utilizată E: amiloglucozidază (AMG) (Hungrana: + pullulanază) condiții ușor acide, ph 4,5-4,8 încetinește timpul de reacție, deoarece lanțurile de dextrină scurtează timpul de reacție: 60 de ore produs DE: 97-98 filtrare pe pământul diatomeu filtru cu tambur de vid limpezire cu cărbune activ, filtrare Industrii agricole - Amidon 27

Tehnologia de producție a zahărului Izosacrificare Industrii agricole - Amidon 28

Tehnologia de producție a izosugarului Izomerizare E: schimb ionic complet înainte de utilizarea glucozei izomerazei imobilizate (scump) deoarece otrăvirea Ca 2+ pentru izomeraza MgSO 4 + Na-hidrogen sulfit (sau Na-pirosulfit) adăugarea stabilității microbiologice sterilizarea necesită o coloană pentru 100-110 zile se poate utiliza temperatura de izomerizare: 42-45 C ph 7.8 izomerizare după schimbul de ioni suplimentar pentru a elimina produsele chimice adăugate: izosugarul este concentrat până la 71,5%, deci 1 litru de izosugar = 1 kg zahăr granulat puțin mai ieftin decât zahărul granulat; transportat în camioane cisterne încălzite cu o doză mai bună, mai ușor de manevrat (min. 30 C, fructoza cristalizează la temperaturi scăzute) sirop de maltoză + izosugar reduce tendința izosugarului de a cristaliza utilizarea: băutură răcoritoare, bere, cofetărie (fostă), astăzi Coca-Cola conține 55% fructoză HF Sirop este utilizat în industriile agricole - amidon 29

Tehnologia de producție a izosugarului izomerizarea este izosuple Industrii agricole - Amidon 30

Sirop de fructoză mare Producție de sirop HF Cerință de băuturi răcoritoare: pentru a obține o dulceață adecvată separarea cromatografică a glucozei și fructozei 50 m 3 ambalaje de rășină schimbătoare de ioni 4 coloane de 42% sirop de fructoză isos + sirop de fructoză proporții diferite de siropuri de fructoză diferite 55% sirop de fructoză ar trebui să fie 95% sirop de fructoză pentru prepararea diabeticului Dulciuri relative Zahar de sfeclă (zaharoză, dizaharidă glucoză-fructoză) 100% glucoză (glucoză) 60% fructoză 140% izosupper (amestec glucoză-fructoză, 42% fructoză) 100% mai bun din punct de vedere nutrițional decât sfecla zahărul ca monozaharid Industrii agricole - Amidon 31

Produse din amidon izosuple Industrii agricole - Amidon 32

Întrebări de pregătire 1. Cum măsurăm cantitatea de enzime? 2. Ce origini ale enzimelor știți că au cea mai mare semnificație industrială? 3. Ce sunt enzimele fixe? 4. În ce constă pierderea activității atunci când se utilizează enzime imobilizate? 5. Ce este amidonul, din ce componente constă? 6. Ce enzime sunt necesare pentru hidrolizarea amidonului în glucoză? 7. Care este echivalentul cu dextroză? 8. Care sunt utilizările amidonului? 9. Ce legături se găsesc în amiloză și amilopectină? 10. Ce este legarea de iod, de ce depinde? Industrii agricole - Amidon 33

11. Ce este acest endo și ce acționează exo asupra unei enzime? 12. Care este scopul îmbibării în producția de amidon de porumb? 13. Ce separăm după măcinarea grosieră a boabelor de porumb? 14. Ce produse principale și subproduse pot fi obținute în timpul măcinării umede a boabelor de porumb? 15. Ce este gemul de porumb, la ce se poate folosi? 16. Schema tehnologică de producție a amidonului de porumb. 17. Ce este zahărul izoză și cum îl producem? 18. Ce enzimă este necesară pentru a obține izoglucoză din glucoză? 19. Cum se face sirop de HF (bogat în fructoză)? 20. Care este dulceața glucozei, fructozei, izozarului în comparație cu zahărul granulat? Industrii agricole - Amidon 34