Крахмальная промышленность

Получение модифицированных крахмалов

Для расширения возможностей использования крахмалов в различных отраслях промышленности необходимо производство их с особыми свойствами, отличающимися от обычного пищевого крахмала.

Природные свойства крахмала могут быть изменены в результате физического, химического, биологического или комбинированного воздействия. Крахмалы с измененными свойствами после проведенной обработки называют модифицированными.

Модифицированные крахмалы получают в результате следующих возможных превращений:

  • расщепление цепей полисахаридов с сохранением или без сохранения натуральной зернистой структуры крахмала;
  • дегидратация полисахаридов с изменением натуральной зернистой структуры;
  • образование новых соединений (эфиров) за счет взаимодействия гидроксильных групп крахмала с различными химическими соединениями;
  • полимеризация структур полисахарида и других высокомолекулярных соединений с образованием сополимеров.

По характеру изменений в процессе модификации структуры полисахаридов крахмалы подразделяются на две группы: расщепленные, образовавшиеся в результате расщепления полисахаридных цепей, и замещенные как результат присоединения других радикалов или путем совместной полимеризации с другими ВМС.

Расщепленные крахмалы

Такие модифицированные крахмалы получают путем термического и механического воздействия с использованием при этом различных кислот, окислителей, ферментов, некоторых солей и других добавок, при электронном облучении, обработке ультразвуком, что вызывает деструкцию полисахаридных цепей.

Клейстеры, полученные из расщепленных крахмалов, имеют пониженную вязкость, высокую прозрачность и повышенную стабильность при хранении.

Наиболее простым, часто применяемым способом модификации крахмала, является обработка его соляной или серной кислотой при нагревании ниже температуры клейстеризации (45 — 50 оС). Расход кислоты 1 — 3 % к массе крахмала. При обработке происходит деполимеризация полисахаридных цепей, что сопровождается повышением растворимости крахмала, снижением вязкости клейстера и повышением его прозрачности. Молекулярная масса полисахарида снижается до 45000 — 50000, а редуцирующая способность возрастает в 5 — 12 раз.

Полученные модифицированные крахмалы используются в текстильной промышленности для улучшения качества и повышения прочности тканей, в производстве бумаги с повышенной устойчивостью к износу, в кондитерском производстве для выработки особых сортов сладостей.

К группе расщепленных относятся окисленные модифицированные крахмалы, полученные воздействием на исходный продукт различных окислителей. Для этого используются гипохлориты, перманганаты, перекиси, йодную кислоту и др. Происходит расщепление глюкозидных связей с образованием карбонильных групп, окисление гидроксильных групп в карбонильные и далее в карбоксильные. Степень окисления зависит от расхода реагента и условий проведения процесса. Используется и комбинированное действие минеральной кислоты (HCl, расход 1 — 3 %) и окислителя (перманганат калия, расход 0,15 — 0,20%) на крахмальную суспензию при температуре 40 — 43 оС в течение 40 мин. При такой обработке крахмала получают модифицированный крахмал, который используют в качестве желирующего компонента в производстве кондитерских изделий, а также в качестве стабилизатора мороженого и молочных продуктов.

Желирующая способность окисленного крахмала оценивается по качеству студня из клейстера после охлаждения при температуре 17 — 20 °С в течение 60 мин. Студень должен выниматься из стакана с сохранением формы и иметь плотную и упругую консистенцию.

По своим свойствам окисленные крахмалы родственны крахмалам модифицированным кислотой, но отличаются более низкой вязкостью их клейстеров и стабильностью при хранении.

Подбором условий модифицирования получают крахмалы с заданными свойствами, которые используют в хлебопекарном и кондитерском производствах, выработке высококачественной бумаги и различных тканей с повышенной износостойкостью.

Модифицированные крахмалы, полученные в результате влаготермической обработки, называются набухающими. Они способны набухать в холодной воде и полностью или частично переходить в растворимое состояние. После влаготермической обработки происходит частичное или полное необратимое разрушение структуры крахмальных зерен. Направленное изменение природных свойств крахмалов осуществляется предварительной обработкой продукта химическими реагентами или влаготермической обработкой в присутствии химических соединений (различные кислоты и их соли, щелочи, антисептики и др.).

При производстве набухающего крахмала для бурения в качестве химической добавки используют алюминиево-калиевые квасцы при температуре 40 — 45оС в течение 15 мин с последующей клейстеризацией. Эти крахмалы применяют в качестве стабилизаторов суспензий глины при бурении скважин добычи нефти и газа.

Набухающие крахмалы для пищевых целей получают при добавлении соответствующей соли фосфорной кислоты, набухающие крахмалы для прачечных – соли борной кислоты.

Замещенные крахмалы

В структуре полисахаридных цепей имеются реакционноактивные гидроксильные и редуцирующие группы, способные при определенных условиях вступать в реакции замещения с органическими и неорганическими соединениями. При этом значительно изменяются природные свойства крахмала и клейстеров из них – повышаются вязкость и стабилизирующее действие, усиливается пленкообразующая способность и др.

При взаимодействии крахмала с фосфатными соединениями (триметафосфат натрия, хлорокись фосфора, тиохлорид фосфора) образуются эфиры, в которых одна или две гидроксильные группы полисахарида этерифицированы кислотными группами фосфорсодержащих соединений.

Для производства монокрахмалфосфатов в суспензию сырого крахмала вводятся реагенты (фосфорнокислый натрий и карбамид в количестве 0,6 — 2,7 % к массе крахмала), тщательно перемешиваются и смесь высушивается в пневматической сушилке.

Образующийся продукт при последующей термической обработке (130 оС в течение 60 мин) превращается в фосфатный крахмал с заданными свойствами. Клейстеры из таких крахмалов устойчивы к замораживанию. Фосфатные крахмалы используются в пищевых отраслях для выработки мучных кондитерских изделий, получения соусов, майонезов, продуктов детского и диетического питания.

В технических целях фосфатные крахмалы применяют при изготовлении форм в литейном производстве, при флотационном обогащении различных руд, для повышения прочности бумаги.

Ацетилированные крахмалы получают путем обработки крахмала ледяной уксусной кислотой, уксусным ангидридом и др.

Образуются ацетаты крахмала, способные стабилизировать клейстеры, получать прочные пленки. Взаимодействие крахмала с реагентом в соотношении 1,0 : (0,25 — 1,0) при температуре 100 оС в течение 5 — 13 ч приводит к образованию ацетата крахмала, содержащего от 3 до 6 % ацетильных групп. Такие крахмалы сохраняют зернистую структуру, растворяются в воде при температуре 95 — 100 оС.

Ацетаты крахмала применяются в пищевых изделиях в качестве загустителей, устойчивых при хранении, замораживании и оттаивании, в производстве консервированных сухих продуктов, смесей и начинок.

В текстильной промышленности эти крахмалы используются для обработки тканей, в производстве бумаги – для повышения ее прочности и улучшения качества печати.

В этих же областях используются оксиалкированные крахмалы, получаемые при взаимодействии сырого крахмала и окиси этилена (пропилена) в щелочной среде при температуре не выше 50 оС в течение 3 — 6 ч.

Производство и применение модифицированных крахмалов в пищевой промышленности открывает новые возможности в расширении ассортимента пищевых продуктов. В других отраслях промышленности модифицированные крахмалы также открывают перспективы получения новых химических соединений и изделий.