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淀粉提取和淀粉加工

在amixon®过程反应器中,您可以以多种方式混合和热处理您的淀粉衍生物。即使在大型设备中,热量和物质交换也非常迅速。这有两个原因:

  1. amixon®提供了出色的混合效果,
  2. 特定的热交换表面非常大。

通过可调节的工艺参数系统压力、温度、顺序物料添加(干燥、湿润或气态)和混合强度,您可以达到所需的物质转化率。由于无死角的混合效果,淀粉在amixon®合成反应器中的改性是可重复的,与物料的流变特性无关。最终的真空混合干燥可以方便地在同一个amixon®设备中进行。此时,它作为高效的真空接触干燥机。

amixon® 在处理高粘度产品(无论是稀释型、结构粘稠型还是各向同性型)方面拥有丰富的经验。无论是小批量还是大批量的加工(混合、反应、悬浮、解聚、涂层、调节、真空接触干燥),amixon® 设备都能提供可靠的反应控制。

淀粉在古代就被用作粘合剂和颜料及药物的填充剂。

淀粉的制作很简单,但很费力。成熟的谷物被浸泡在水中,并用石头捣成糊状。糊状物与干净的水混合。静置一段时间后,将漂浮的成分倒掉。明亮的沉淀物主要由淀粉组成。将其在阳光下晒干。古代的淀粉粉末是从小麦中提取的。

后来,我们的祖先以类似的方式提取了马铃薯淀粉。在欧洲,淀粉工业作为农业的副业发展起来。人们使用最简单的设备,这些设备在工业化过程中被进一步发展为工艺专用机器。因此,纯度、产量和生产成本得到了改善。

Gyraton® 大批量筒仓混合机

如今,淀粉已成为一种大宗产品。定制的淀粉衍生物被广泛应用于各行各业。在某些情况下,必须对由此产生的大批量产品进行均质处理。amixon 生产的特殊筒仓搅拌机可以非常精确地搅拌大量粉末。无论产品是干的、拥有不同湿度的,流动性好或是差的,...

Gyraton®筒仓混合机可以经济且精确地均质化70立方米的批次。

三种淀粉改性方法

物理方法:

通过热处理、研磨、预巴氏杀菌、滚筒干燥、挤压或造粒。这种处理方法在食品中不需要申报。根据所需的低温溶解度,可采用成本效益高的辊筒干燥法或成本更高的喷雾干燥法。如果希望淀粉具有特别好的速溶特性,后者通常与流化床造粒相结合。

化学方法:

淀粉在混合釜中悬浮于水中,加入少量酸或碱后,小心加热,使其不达到糊化温度。在设定了一定的 pH 值后,再加入改性试剂。经过中和、洗涤、过滤和干燥后,淀粉的性质就完全改变了。如果淀粉发生化学转化、降解、糊精化、酯化、醚化或氧化,则在食品中作为添加剂标注 E 编号或作为变性淀粉。

如果淀粉颗粒的结晶结构在有效改性的情况下仍要基本保留,则可采用淀粉分子基团与合适的羟基(如环氧乙烷或环氧丙烷或二羧酸)发生化学交联的方法。这可以降低淀粉的溶解度,提高糊化温度,并根据交联程度抑制逆降解。

酶法:

酶可以组织和连接分子结构,形成分子链和侧链。酶还能分解淀粉分子: 酶水解淀粉是一种高效的淀粉糖化过程。这样可以生产出廉价的甜味剂。

淀粉的酶催化水解比化学分解慢。转化需要的能量少得多。反应在较低的加热温度下进行。淀粉降解可以在任何时候停止。有时该过程以酸水解结束,从而产生不同类型的淀粉糖浆。

有效的酶可以从霉菌、细菌或牛的胰腺中获得。这种形式的淀粉改性无需申报。

amixon® 发酵罐/蒸发器/真空混合干燥机

酶帮助满足市场需求。酶的微生物可以影响淀粉产品是具有亲水性还是疏水性。

在食品领域,改性淀粉被用于生产方便食品。它们有助于烹饪、烘焙、烤制、速冻、解冻……它们加速了美拉德反应中的风味形成。

如果要将淀粉用作片剂、调味提取物、烘焙提取物或甜点产品的载体,有效成分和香料必须易于分散(无论是干的还是液体的)。amixon® 混合机也能可靠地实现这一点。

amixon® 用于热处理过程的混合机(16 立方米毛体积)。

意义与展望

在欧洲,大多数类型的淀粉都可以互换,尤其是经过改良的淀粉。马铃薯淀粉比谷物淀粉略贵,因为马铃薯块茎只能按季节供应。小麦淀粉的供应量目前正在增加,特别是小麦麸质作为一种副产品的重要性日益增加。小麦麸质/小麦蛋白以干燥形式用于烘焙业。小麦麸是肉类替代产品的重要原料。从小麦中提取淀粉目前具有双重经济利益。

欧洲的淀粉总消费量约为 1200 万吨,年增长率约为 2%。美国的年增长率约为 4%,南美约为 4.5%,亚洲则高达 7%。全球生产的淀粉约有 10% 用于化工行业,约有 30% 用于造纸和瓦楞纸板行业,30% 用于食品行业,约有相同数量的淀粉经过改性或糖化后用于饮料和糖果行业。预计所有工业部门对淀粉和淀粉衍生物的需求都将继续增长。

[Translate to 中文:] amixon®:在纯净条件下干燥淀粉衍生物

干燥从机械固液分离开始。为此,使用水平旋转的刮刀离心机或垂直旋转的分离器。

随后的热干燥必须适用于连续过程。因为涉及到大量的粉末。例如,滚筒干燥机。但也包括对流干燥机,如环流、旋转和磨粉干燥机。这两种干燥方式都在大气条件下进行。滚筒干燥机在高温下工作。对流干燥机需要大量的热空气,这些空气首先需要干燥和净化。

对于高纯度或温度敏感的淀粉衍生物的干燥,amixon®真空混合干燥机提供了一种经济的替代方案。施加的真空在低产品温度下加速干燥。

 

真空混合干燥、冷却、处理

amixon®拥有超过30台试验机。我们邀请您来测试。请带上您的原始产品。40年的经验代表了效率和实用性。

淀粉作为香料和调味剂的载体。

在使用淀粉和淀粉衍生物作为液体香料、油树脂、食品色素、烘焙提取物、油和脂肪的载体时,必须满足一个条件:“在低能量输入下快速且均匀地润湿”。香料和调味品、即食食品、汤料、蘸酱和调味酱的生产通常是一个多步骤的过程。整体混合物离开混合设备时温度越低,后续的灌装、储存、质量保持和新鲜度一致性就越好。

特定的包衣效果应包裹并保护液体活性成分。在尽可能高的液体活性成分负载和混合粉末的良好流动性之间存在一个巨大的目标冲突。

在这方面,amixon®设备在全球范围内提供了卓越的服务。试验设备随时可用。

淀粉的应用范围是多样的。

淀粉影响质地(粘性)和浑浊度、成膜、凝胶形成和回生。当淀粉在食品工业中使用时,应无味,并改善消费者的最终应用。此外,根据食品的种类,它应积极支持口感。

  • 蛋糕涂抹酱应为冷溶性,能够快速制备。应支持奶油味。在切割蛋糕块时:弹性和形状稳定性。
  • 喷雾干燥的婴儿食品应具有良好的即溶性。液体应无结块并传递良好的口感。
  • 基于牛奶的水果甜点或酸奶:在口中感觉清凉。口中不粘或不毛糙。灌装机以高速工作。尽管如此,液体易于分配且不滴落。
  • 烧烤酱可以很好地从瓶中倒出。在热的烧烤食品上保持粘稠。在口中自然地释放香料味。
  • 面包屑或面糊应均匀覆盖烹饪食品并牢固附着。无论菜肴是立即食用还是冷冻、包装和储存。
  • 即溶饮料粉应在长时间储存后也能快速且无结块地分散在液相中。
  • 在多级流化床工艺中,可以使用淀粉对挥发性或易氧化的液体进行微胶囊化。

回生(淀粉老化)通常是不受欢迎的。

先前结合的水会延迟释放。凝胶可能会液化。这种现象特别在温度变化时发生,例如烹饪后冷却或解冻冷冻食品时。通过使用改性淀粉或添加适当的乳化剂,可以减少不受欢迎的回生。

烘焙和糖果工业是无标签淀粉衍生物发展的重要推动者。

糊化和凝胶形成

当淀粉以水悬浮液的形式加热时,在达到一定温度后,淀粉粒会被破坏。膨胀继续增加,直至淀粉粒中的直链淀粉溢出。这个过程称为糊化。粘度增加,淀粉-水混合物的透明度和电导率也随之增加。这是一种结构粘性溶液,其粘度随着溶液搅拌或剪切的强度增加而减少。冷却时,溶液变得更透明,葡萄糖链平行排列并形成新的氢键。根据淀粉的种类,会形成不同稳定性的凝胶。

这种结构粘性行为与初始状态完全相反。“淀粉在水中的悬浮液”是膨胀性的。剪切应力越高,粘度增加得越多。

淀粉衍生物的应用实例

食品和饮料:

  • 作为速食食品的添加剂
  • 作为膳食补充片的填充剂
  • 作为速溶饮料的粘度调节剂和浑浊剂
  • 在制作甜点时增加奶油感
  • 用于冷冻即食食品的酱料调节
  • 作为香料和调味品精制的基础
  • 在香肠和肉类加工中提高水分保持能力
  • 作为大型厨房和食堂的粘合剂
  • 作为味精的填充剂
  • 作为糖的添加剂,用于用脂肪包裹颗粒
  • 作为烘焙剂和即用面粉的添加剂
  • 作为面包屑的调节剂

 

药品:

  • 作为医用手套的润滑剂
  • 作为填充剂,使药片达到便于携带的大小
  • 作为药片的包衣剂和崩解剂
  • 作为医用粉末和除臭剂的基础
  • 作为药物活性成分的粘合剂
  • 用于稀释化妆品腮红
  • 作为分离剂和润滑剂,确保药片压片机的顺畅运行
  • 作为粉末剂,使粘性颗粒永久分离
  • 作为乳霜、乳液、软膏甚至气雾剂的粘度调节剂

 

冶金、采矿、造纸、化工、家居用品:

  • 用于制造水处理用的絮凝剂和消泡剂
  • 用于制造隧道和地钻冷却润滑剂
  • 用于调节混凝土泵送的流动性
  • 用于铸造行业的型砂调节
  • 在纺织制造中,用于平滑棉线以便无磨损地编织
  • 作为邮票和瓦楞纸板的粘合剂
  • 用于制造木胶
  • 作为造纸过程中的平滑剂和调节剂

淀粉经常用作载体物质。然后,油树脂可以无团聚地混入粉末中。

淀粉溶解度

淀粉在冷水中不溶,但淀粉颗粒可以轻易且可逆地膨胀。其体积可增加至多28%。如果淀粉中的水分被去除,膨胀会恢复。

天然淀粉可以很好地结合水或潮湿的物品。在温度波动时,结合能力会下降。改性淀粉可以长时间固化液体,并能稳定凝胶。

使用“粘度计”或“快速粘度分析仪”可以提供一种直观的测量技术,用于比较不同淀粉溶液的糊化特性。过程中,淀粉-水悬浮液在不断搅拌下被加热和冷却。搅拌阻力随时间变化被记录下来。

[Translate to 中文:] 直链淀粉含量和颗粒大小

根据不同的淀粉种类,淀粉颗粒的大小也不同。马铃薯淀粉颗粒的直径可以超过100微米,小麦淀粉为2到35微米,玉米淀粉为5到25微米,而苋菜淀粉仅为0.5到3微米。小麦淀粉表现出双峰分布的淀粉颗粒。这被利用来生产一方面是高纯度的A型小麦淀粉(20 - 35微米),另一方面是具有较高杂质的小颗粒B型小麦淀粉(2 - 10微米)。

根据来源不同,淀粉通常含有14%到27%的直链淀粉和73%到86%的支链淀粉。然而,特殊的植物育种也能提供含有高达99%支链淀粉或高达85%直链淀粉的淀粉。

不同作物的淀粉和直链淀粉含量

糖苷键交联的淀粉分子。

具有无定形或晶体结构的淀粉颗粒

麦芽糊精,例如用于速溶饮料、调味品、果料和冰淇淋,可以通过这种方式高效获得。淀粉在水中与α-淀粉酶一起在缓慢搅拌下悬浮并缓慢加热。在此过程中,在不同温度下保持特定的搅拌和停留时间,以实现尽可能完全的酶解。随后,悬浮液被多次洗涤、离心并热干燥。

如果在偏振光下显微镜观察淀粉颗粒,原生淀粉的完整性很容易被证明。由于双折射,原生淀粉颗粒在显微镜下呈现出带有暗十字的闪光,而处理过的淀粉颗粒则呈现单色且没有十字——显然是因为它们的晶体结构被破坏了。

含有其大致淀粉和直链淀粉含量的作物

在欧洲,用于淀粉提取的原料是马铃薯、小麦和玉米,在欧洲以外,淀粉也从木薯和大米等作物中提取。今天的商品淀粉 (C6H10O5)n 最多允许含有 3% 的杂质。国际上已经达成了以下规定:淀粉干物质中的最大允许蛋白质含量是有限制的。谷物淀粉的蛋白质含量不得超过 0.58%,马铃薯淀粉的蛋白质含量不得超过 0.13%。

低蛋白小麦淀粉用于生产饮食营养食品(例如,乳糜泻)。食品法典(国际食品法规)将淀粉定义为无麸质食品,如果其蛋白质含量(麸质)少于 20 mg/kg。现代分析方法可以检测到低于 5 mg/kg 的残留蛋白质含量。

在人类历史的早期,淀粉的多种特性就被利用了。

纤维素和淀粉的分子结构相似性:根据糖A的异常OH基团处于α-(=下)或β-(=上)位置,形成α-糖苷键或β-糖苷键。数字1,4和1,6表示葡萄糖分子中的相应C原子。

纤维素和淀粉的化学基本结构非常相似。

能源载体淀粉通过光合作用产生,并储存在所有植物的块茎和种子中。数千个葡萄糖分子螺旋状连接形成一个淀粉分子,并被嵌入淀粉粒中。

酶决定了淀粉粒的结构和组成。它们可以将葡萄糖分子连接成一个长的糖苷链。这种结构被称为直链淀粉。如果在链上附加侧链,则称为支链淀粉。

淀粉分子和纤维素分子的分子相似性很有趣。淀粉是植物的能量储存,而纤维素则构成了植物的细胞骨架——具有令人印象深刻的强度和弹性,只需想想木材或4米高的麻秆和硬木。

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