Technologie škrobu

Technologie škrobu
v předmětu Potravinářské a biochemické technologie
Evžen Šárka
[email protected]
1
Struktura škrobu
• Amylosa
redukující zbytek
2
po 10-100 jednotkách
Struktura škrobu
3
Struktura škrobu
• amylosa;
(ne)přerušovaná
šroubovice
1 závit je 6 molekul
glukosy;
inkorporace jódu –
modrý barevný
chromofor
4
• Tvorba vodíkových
můstků
5
Struktura škrobu
• amylopektin
6
Vlastnosti
Vlastnost
Amylosa
Amylopektin
Počet glukosových jednotek
50 000 –
1 000 000
Molární hmotnost
Glykosidické vazby
obilné škroby 1 000 2 000; bramorový až
4 500
105 – 106
převážně (1,4)- -D-
Reakce s jódem
barva modrá
Náchylnost k retrogradaci
Produkty působení -amylasy
velká
maltosa
Produkty působení
glukoamylasy
Tvar molekuly
Obsah P (%)
D-glukosa
107 – 108
(1,4)- -D-,
(1,6)- -Dbarva
červenofialová
malá
maltosa, hraniční dextrin
D-glukosa
v podstatě lineární
0,03
rozvětvený
0,2
7
Bobtnání zrn
•
adsorpce vody do zrn, s tím
spojené malé zvětšení objemu zrn
Mazovatění
• po dosažení teploty cca 60 °C rozrušování mezimolekulárních
•
•
•
•
•
vodíkových můstků
prudké zvětšování objemu zrn
amylosa difunduje do roztoku
se zvyšující teplotou pokračuje hydratace, zrna ztrácejí integritu
(praskání), mizí polarizační kříž
rozmezí teplot 10 – 15 °C
nad teplotou mazovatění hydratace pokračuje natolik, že vodíkové
můstky jsou zpřetrhány a dochází k desintegraci zrna
8
Ochlazování
• vzniká škrobový gel: spojitá, pevná trojrozměrná síť,
obsahující velké množství vody, viskozita roste
(viskózní pasty)
Retrogradace
• škrobový gel po čase mění strukturu a reologické
vlastnosti, vznik dvoufázového systému pevná látkakapalina
• další tvorba intermolekulárních vodíkových vazeb
(přednostně u amylopektinu)
9
Fyzikální a fyzikálně chemické vlastnosti
(suchého) škrobu
• Velikost zrn škrobu
(bramborový 10-80 μm, pšeničný 2-10 μm, 10-40 μm)
• Hustota 1600 kg/m3, při rovnovážné vlhkosti 1500 kg/m3
• Sypná hmotnost při 20 % vlhkosti 650 kg/m3
• Hygroskopická látka
(rovnovážná vlhkost: bramborový 21 %, pšeničný 14 %);
část vody tzv. krystalická (pevně vázaná), část fyzikálně
adsorbovaná nebo kapilární.
• Nerozpustný ve studené vodě, rozpustný
částečně v dimethylsulfoxidu.
10
Reologické vlastnosti
• viskozimetry: Höplerův, rotační (popis)
• viskogram
z Brabenderova
viskografu
»1 – pšeničný škrob, 2 – bramborový škrob, 3 – kukuřičný 11
škrob
Škrobárny v ČR
• bramborové
škrobárny:
• AMYLEX Radešínská
Svratka s.r.o. (Žďár nad
Sázavou)
1 400 t
• Škrobárny Pelhřimov
a.s.
12 000 t
• Lyckeby Amylex a.s.
Horažďovice 17 900 t
• Naturamyl a.s.
Havlíčkův
Brod (Hamry, Pohledští
Dvořáci)
2 200 t
• pšeničné škrobárny
• Amylon a.s. Havlíčkův
Brod
• Krnovská škrobárna s.r.o.
• Škrobárny Pelhřimov a.s.
– provoz Batelov
12
Výroba škrobu - Martin
vypírání škrobu z hustého těsta
13
Schéma technologie
výroby bramborového škrobu
14
Výrobky ze škrobu:
• produkty frakcionace škrobu (amylosa,
amylopektin)
• termicky modifikované (extrudované)
škroby
• dextriny
• (chemicky) modifikované škroby
• substituované škroby
• hydrolyzáty škrobu
15
Použití výrobků ze škrobu:
•
•
•
•
•
mlékárenský průmysl
pekárenský průmysl
výroba cukrovinek
masný a konzervárenský průmysl
ostatní
potravinářské
použití
• 50 % potravinářství
• jiná průmyslová
odvětví
• 30 % papírenství
• 10 % chemický průmysl
16
• 10 % ostatní
E
• zákon 318/2003
17
Modifikované škroby:
•
•
•
•
chemicky degradované
enzymově degradované
oxidované
termicky modifikované a extrudované
18
Oxidační činidla
Oxidace škrobu
COOH
COOH
COOH
OH
I
COOH
II
III
spojena vždy s určitou
depolymerací
IV
COOH
COOH
19
Dopad na
viskozitu
Oxidované škroby
jsou při vysoké
koncentraci
charakteristické
velmi nízkou
viskozitou při
vaření a naopak
vysokou
viskozitou při
ochlazování
(vznikne gel)
depolymerizace
COOH
nižší teplota
mazovatění
η
přírodní škrob
oxidovaný škrob
teplota
závisí na pH
20
Použití oxidovaného škrobu E 1404
•
•
•
„oxidace
roztokem NaClO
Moramyl OXB = bramborový –
v papírenství (klížení, vytvrzování, úprava povrchu pro tisk, natírání
papíru ) – 80-85 % aplikací
Moramyl OXP = pšeničný - při výrobě sádrokartonových desek
Další použití: zahušťovadlo, stabilizátor, kuchyňské koření, želé v
cukrovinkách, mražené krémy, zlepšuje vaznost těsta, obalování ryb
a masa, pomocná látka ve farmacii, textilní průmysl (šlichtování –
vlákno předtím, než jde na tkaní se obalí, apretury, tisk), škrobení
prádla, zlepšení mechanických vlastností kůže, izolace
21
Šaržová výroba oxidovaného škrobu
1 – reakční nádoba (duplikátor), 2 – zásobní nádrž na škrobové mléko 20 – 24 Bé
(35 – 45 %)
3 – zásobník na 3% NaOH, 4 – zásobník na NaClO,
5 – zásobník na Na2SO3,6 – zásobník HCl,
7 – sběrná
problém,
rafinační nádrž,
náhrada stat. směšovačem
8 – rafinační
přebytečný chlornan
odlučovače,
9 – difusní
nádoby,
10 – vakuový
filtr, 11 – sušárna, 12 vysévání,pytlování
při reakci klesá pH
voda (odstranění vedlejších produktů)
pasta
22
Substituované škroby
• ethery
• estery
• zesítěné škroby
Lze upravit následující vlastnosti škrobů:
- hydratační vlastnosti (rozpustnost)
- retrogradaci
- disperzní stabilitu (reologické vlastnosti)
- chemické vlastnosti
23
Substituované škroby
• stupeň substituce DS: počet
substituovaných skupin na jednu
glukosovou jednotku škrobu, v praxi
nejvíce používány 0,01 - 0,5; maximální
hodnoty okolo 1
24
Estery škrobu
25
E 1410 Fosforečnanový
monoester škrobu
(monoškrobfosfát)
–
rozpustný za studena (i při relativně
nízkém stupni substituce 0,02-0,1) při
vzniku viskózních roztoků s dobrou disperzní stabilitou, které mají
anionaktivní charakter
• Moramyl E = pšeničný
- vysoká vaznost vody, konzervárenství, kečupy,
pomazánky atd.
• Moramyl EB = bramborový
- při výrobě zmrzlin,
kečupů, majonéz, dressingů
•
E 1450 Škrobový oktenyljantaran
(oktenylsukcinát) sodný zahušťovadlo,
stabilizátor
TRECOMEX TWELVE, TRECOMEX TWELVE 02:
- zlepšují konzistenci paštik, masových konzerv nebo
masových směsí
- zvyšují vaznost tuku ve výrobku
- zlepšují ekonomiku výroby (nahrazují žloutky)
• OPASET 2070:
- palačinky,
těstoviny
- podporuje
elasticitu těsta
- vytváří povrch
odpuzující vlhkost
27
Škrobové ethery
• společným znakem je etherický charakter vazby
substituentu na molekulu škrobu
• otevírání oxiranových kruhů, nukleofilní
substituce, alkylace (Williamsonova syntéza);
adice na nenasycené sloučeniny (Michealisova
syntéza)
28
E 1440 Hydroxypropylškrob
(hydroxypropylether škrobu)
- zahušťovadlo, stabilizátor
O
(škrob)-OH +
H3 C
CH
CH2
(škrob)-O-CH-CH2-OH
propylenoxid
CH3
29
Zesítěné škroby
• vznikají esterifikační nebo etherifikační
reakcí, přičemž vznikají příčné vazby
(intermolekulární nebo intramolekulární
vazby
• intramolekulární vazby spojují škrob do
zesítěných struktur
(škrob)-O-R-O-(škrob)
30
E 1412 Fosforečnanový diester
škrobu (diškrobfosfát) zahušťovadlo, stabilizátor
• Moramyl ZB = bramborový –
modifikovaný škrob rozpustný za studena
– mas. konzervy, paštiky, masové směsi,
majonézy, náplně
• Moramyl ZBH = bramborový –
modifikovaný škrob rozpustný za tepla marmelády, dresingy, masná výroba
31
E 1412 Fosforečnanový diester škrobu
(diškrobfosfát)
2 škrob – OH +
+ Na2H2P2O7
25 – 35 °C, několik hodin,
pH 10
E 1422 Acetylovaný škrobový
adipát (adipan) - rozpustný za tepla
- zahušťovadlo, stabilizátor
• Moramyl AD-BH = bramborový - odolný vůči
retrogradaci, marmelády, kečupy
Moramyl AD-PH = pšeničný - stabilizátor,
zahušťovadlo, dressingy, marmelády, kečupy
33
E 1442 Hydroxypropyl - škrobový
difosforečnan (hydroxypropylether
zesíťovaného fosfátu škrobu)
• zahušťovadlo, stabilizátor
• TRECOMEX AET4:
paštiky, masové konzervy nebo do masových směsi
- zabraňuje uvolňování masové šťávy ve výrobcích
- zvyšuje stabilitu a kompaktnost paštik, masových
konzerv nebo masových směsí
- zabraňuje vzniku nepřípustných rosolovitých útvarů
- zlepšuje ekonomiku výroby
palačinky, těstoviny
- vytváří hladkou texturu
- zlepšují texturu palačinek a těstovin
- vytváří povrch odpuzující vlhkost
34
Hydrolyzáty škrobu:
• sirupy
• sirupy v prášku
• krystalická glukosa nebo maltosa
35
• D-glukosa
• Vyhláška, kterou se stanoví požadavky pro přírodní
sladidla[1]
[1] Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 76/2003,
kterou se stanoví požadavky pro přírodní sladidla,
med, cukrovinky, kakaový prášek a směsi kakaa s
cukrem, čokoládu a čokoládové bonbony, ve znění
vyhlášky č. 43/2005
36
Glukózové a glukózofruktózové
sirupy
• Glukózové sirupy jsou v podstatě
vyčištěné koncentrované vodné roztoky
glukózy, získané kyselou nebo
enzymatickou hydrolýzou škrobu. Stupeň
zcukření je přibližně vyjádřen hodnotou
dextrózového ekvivalentu (DE). Při úplné
hydrolýze je stupeň zcukření DE = 100.
Obvyklý stupeň zcukření sirupu odpovídá
DE 38 až 48 %.
37
1 – zapouštěcí káď, 2,6 – zásobník HCl a sody, Výroba na bázi kyselé hydrolýzy
3 – konvertor, 4 – topný systém, 5 – neutralizační káď, 7,11 – kalolis,
8,10,12 – zásobní nádrž, 9,13 - odparka
35 % (20 – 22 Bé)
0,2 % HCl suš. škrobu
10%
120-150 oC;
0,3-0,4 MPa
pH 4,5-4,7
38
Glukózofruktózové sirupy
• se vyrábějí z glukózového sirupu, přičemž se za
katalýzy glukosoisomerasou část glukosy
isomerizuje na fruktosu. Výsledný sirup se
nazývá isoglukóza nebo HFCS (High Fructose
Corn Sirob) nebo HFS. Označení
glukózofruktózových sirupů HFS se často
doplňuje číselným údajem, který informuje o
obsahu fruktosy v sušině, např. HFS 42, HFS 55
ap.
• výroba isoglukózy je v Evropské unii kvótována
39
Aplikační možnosti glukosy,
vlastnosti
•
•
•
•
•
•
- potravinářské aplikace,
- chemické transformace,
- fermentační transformace,
- farmaceutické aplikace,
- aplikace v kosmetice,
- aplikace ve stavebnictví, při úpravě kůží,
v tabákovém průmyslu aj.
40
Maltózové sirupy
• výroba enzymatickou cestou
• převažující složkou v sušině je maltosa
41
Aplikační možnosti, vlastnosti
• důležitý zdroj energie pro lidský organismus (potraviny,
cukrovinky, nápoje, sirupy – konkurence s cukrem,
lékařství)
• krystalická glukóza může být součástí instantních
výrobků
• zmrzlina či mražené krémy vyrobené s pevnou glukózou
jsou pevnější a tužší a dají se lépe ukusovat; glukóza
zabraňuje tvorbě krystalků a zrnitosti
• použití škrobových (glukózových a HFS) sirupů při
výrobě mraženého ovoce - je možno dosáhnout
uchování tvaru zmrazeného ovoce, dochází ke snížení
bodu zmrazování a snižuje se cena výrobku
42
Aplikační možnosti, vlastnosti
• pekařství - zlepšují podmínky fermentace,
vytváří se zlatohnědá kůrka, vzniká
rovnoměrná pórovitost a dobrá chuť
výrobků
• viskozita – lepidla, barvy
• zpomalení vysychání – beton
• prodloužení životnosti řezaných květin
• fermentační výroby
43
• sorbitol
• Zákonné označení[1] jako přídatné látky je E 420 (i)
(pevná látka), a E 420 (ii) (sirup).
•
[1] Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 54/2002 Sb.,
kterou se stanoví zdravotní požadavky na identitu
a čistotu přídatných látek
44
Výroba sorbitolu
C – kolony demineralizační stanice, F – filtry, H – zásobníky, P- čerpadla,
A001 – míchací předloha, R001 – reaktor, U001 – expansní nádoba, E001 – chladič,
G001 - odparka
45
Výroba sorbitolu
E – výměníky tepla, H – zásobníky, L- dmychadla, P020- čerpadlo, U020 –cyklon,
S020 – sušárna, F020 – filtr, N020 – dávkovač, N021 – váha (pytlování)
46
Sorbitolové sirupy
• Sorbitolové sirupy, obsahující 91 až 99 % v suš.
sorbitolu a neobsahující žádné hydrogenované
oligosacharidy, se nazývají též krystalizující
sorbitolové sirupy, protože při teplotě nižší než
18 oC jeví sklon během delšího skladování
vylučovat D-sorbitol. Pokud obsahují 70 až 90 %
v suš. sorbitolu a zbytek sacharidické složky
tvoří maltitol a hydrogenované oligosacharidy v
poměru asi 1:1, se nazývají nekrystalizující
sorbitolové sirupy. K vylučování sorbitolu u
nich dochází při teplotě nižší než 0 oC.
47
Aplikační možnosti, vlastnosti
• velice málo kariogenní (zubní pasty, žvýkačky)
• sladidlo pro diabetiky (včetně výrobků)
• lze velice snadno komprimovat (tablety,
bonbóny)
• stabilizátor vlhkosti (krémy, papír, textil, kůže)
• výroba tenzidů
• výchozí surovina pro výrobu vitaminu C
48