Technologie škrobu ské a biochemické technologie

Transkript

1 Technologie škrobu v předmp edmětu Potravinářsk ské a biochemické technologie doc. Ing. Evžen Šárka, CSc. evzen.sarka@vscht vscht.czcz 1

2 Struktura škrobu Amylosa redukující zbytek 2

3 po jednotkách Struktura škrobu 3

4 amylosa; (ne)přeru erušovaná šroubovice 1 závit z je 6 molekul glukosy; inkorporace jódu j modrý barevný chromofor Struktura škrobu 4

5 Tvorba vodíkových můstků 5

6 Struktura škrobu amylo- pektin 6

7 Amylopektin dvojité šroubovice 7

8 Vlastnosti Vlastnost Amylosa Amylopektin Počet glukosových jednotek obilné škroby ; bramorový až Molární hmotnost Glykosidické vazby převážně (1,4)- -D- (1,4)- -D-, (1,6)- -D- Reakce s jódem barva modrá barva červenofialová Náchylnost k retrogradaci velká malá Produkty působení -amylasy maltosa maltosa, - hraniční dextrin Produkty působení D-glukosa D-glukosa glukoamylasy Tvar molekuly v podstatě lineární rozvětvený Obsah P (%) 0,03 0,2 8

9 Vnější tvar škrobových zrn rýžový škrob hrachový škrob pšeničný škrob 3 μm 10 μm kukuřičný škrob 20 μm bramborový škrob tapiokový škrob 20 μm 20 μm 9

10 Využit ití měření velikosti částic škrobu k identifikaci jeho původu Šárka E., Bubník Z. (2009): Using image analysis to identify acetylated distarch adipate in a mixture. Starch/Stärke 61:

11 Bobtnání zrn adsorpce vody do zrn, s tím t spojené malé zvětšen ení objemu zrn Mazovatění po dosažen ení teploty cca 60 C C rozrušov ování mezimolekulárn rních vodíkových můstkm stků prudké zvětšov ování objemu zrn amylosa difunduje do roztoku se zvyšuj ující teplotou pokračuje hydratace, zrna ztrácej cejí integritu (praskání), mizí polarizační kříž rozmezí teplot C nad teplotou mazovatění hydratace pokračuje natolik, že e vodíkov kové můstky jsou zpřetrh etrhány a dochází k desintegraci zrna 11

12 Ochlazování vzniká škrobový gel: spojitá,, pevná trojrozměrn rná síť, obsahující velké množstv ství vody, viskozita roste (viskózn zní pasty) Retrogradace škrobový gel po čase měním strukturu a reologické vlastnosti, vznik dvoufázov zového systému pevná látka- kapalina další tvorba intermolekulárn rních vodíkových vazeb (přednostn ednostně u amylopektinu) 12

13 Krystalinita škrobu semikrystalický Rentgenový difraktogram pšeničného škrobu ( A, B, B tepelně modifikovaný škrob) Šárka E., Koláček J., Sikora A., Hrušková K., Prokopová D., Hrabal R., Maixner J., Bubník Z.: Effect of reaction time on the acetylation of wheat B-starch and characterization of the product. Proceedings of the 6th International Conference on Polysaccharides- Glycoscience. Praha

14 Škrobárny rny v ČR bramborové škrobárny: rny: AMYLEX Radeší šínská Svratka s.r.o. (Žď( Žďár r nad Sázavou) Novidon s.r.o. Hodíš íškov (2012) pšeničné škrobárnyrny Amylon a.s. Havlíčkův Brod Krnovská škrobárna rna s.r.o. Škrobárny rny Pelhřimov a.s. provoz Batelov Škrobárny rny Pelhřimov a.s t Lyckeby Amylex a.s. Horažď žďovice t 14

15 Statistika výroby bramborového a pšeničného škrobu za kalendářní rok 2013 Firma Škrobárny Pelhřimov, a.s. Osázené plochy v ha Kontrahován o brambor v tunách Průměrný výnos brambor z1 ha v tunách Množství zpracovaný ch brambor vtunách Množství nakoupenéh o* škrobu vtunách Průměrná škrobnatost v % , ,5 LYCKEBY AMYLEX, a.s NATURA, a.s. Hamry Amylex Radešínská Svratka s.r.o , CELKEM , ,4 * nakoupený = vyrobený škrob podle pravidel EU Firma Množství zpracované pšenice v tunách Množství vyrobeného pšeničného škrobu v tunách Amylon, a.s. Havlíčkův Brod Škrobárny Pelhřimov, a.s Krnovská škrobárna s.r.o. Krnov CELKEM

16 Výroba škrobu - Martin vypírání škrobu z hustého těsta 16

17 Schéma technologie výroby bramborového škrobu 17

18 Výrobky ze škrobu: produkty frakcionace škrobu (amylosa, amylopektin) termicky modifikované (extrudované) škroby dextriny oxidované a degradované škroby substituované škroby hydrolyzáty škrobu 18

19 Použit ití výrobků ze škrobu: mlékárenský průmysl pekárenský průmysl výroba cukrovinek masný a konzervárenský renský průmysl ostatní potravinářsk ské použit ití 50 % potravinářstv ství 30 % papírenstv renství 10 % chemický průmysl 10 % ostatní 19

20 Oxidace škrobu Oxidační činidla I COOH COOH COOH OH COOH II III IV COOH COOH spojena vždy s určitou depolymerací 20

21 Dopad na viskozitu Oxidované škroby jsou při i vysoké koncentraci charakteristické velmi nízkou viskozitou při p vařen ení a naopak vysokou viskozitou při p ochlazování (vznikne gel) depolymerizace COOH nižší teplota mazovatění 21

22 Použit ití oxidovaného škrobu E 1404 oxidace oxidace roztokem NaClO Moramyl OXB = bramborový v papírenstv renství (klížen ení,, vytvrzování, úprava povrchu pro tisk, natírání papíru ) % aplikací Moramyl OXP = pšenip eničnýný - při i výrobě sádrokartonových desek Další použit ití: zahušťovadlo, stabilizátor, tor, kuchyňsk ské kořen ení, želé v cukrovinkách, ch, mražen ené krémy, zlepšuje vaznost těsta, t obalování ryb a masa, pomocná látka ve farmacii, textilní průmysl (šlichtov( lichtování vlákno předtp edtím, než jde na tkaní se obalí,, apretury, tisk), škrobení prádla 22

23 Substituované škroby ethery estery zesítěné škroby Lze upravit následující vlastnosti škrobů: -hydratační vlastnosti (rozpustnost) - retrogradaci - disperzní stabilitu (reologické vlastnosti) - chemické vlastnosti 23

24 Substituované škroby stupeň substituce DS: počet substituovaných skupin na jednu glukosovou jednotku v molekule škrobu, v praxi nejvíce používány 0,01-0,5; maximáln lní hodnoty okolo 1 24

25 Estery škrobu 25

26 E 1410 Fosforečnanový monoester škrobu (monoškrobfosfát) rozpustný za studena (i při p i relativně nízkém m stupni substituce 0,02-0,1) 0,1) při p vzniku viskózn zních roztoků s dobrou disperzní stabilitou, které mají anionaktivní charakter Moramyl E = pšenip eničnýný - vysoká vaznost vody, konzervárenstv renství,, kečupy, pomazánky atd. Moramyl EB = bramborový - při i výrobě zmrzlin, kečup upů,, majonéz, dressingů

27 Estery škrobu E 1420 Acetylovaný škrob (acetát škrobu): vzniká esterifikací škrobu anhydridem kyseliny octové v koncentraci ne vyšší než 10 %, případnp padně vinylacetátem tem v koncentraci ne vyšší než 7,5 % 27

28 E 1420 Acetylovaný škrob Použit ití: papírensk renské pojivo; biodegradovatelné plasty, lepidla; v potravinářstv ství je cílem c zvýšit disperzní stabilitu roztoků v oblasti nízkých n teplot (např. zahušťovadla pro mražen ená jídla) dále se používá při i výrobě grilovaných kuřat, uzených mas, drůbe bežích a masných specialit 28

29 Možnosti využití acetylovaného škrobu pro výrobu biodegradabilních plastů, významné faktory: forma použití (termoplastický škrob nebo ve formě plniva) mechanické vlastnosti (vhodný plastifikátor) odolnost vůči vodě (hydrofóbní) x rychlost biodegradability Šárka E., Koláček J., Sikora A., Hrušková K., Prokopová D., Hrabal R., Maixner J., Bubník Z.: Effect of reaction time on the acetylation of wheat B-starch and characterization of the product. Proceedings of the 6th International Conference on Polysaccharides- Glycoscience. Praha Šárka E., Synytsya A., Kruliš Z., Kotek J., Růžek L., Bubník Z., Růžková M.: Structure, mechanical properties and biodegradability of PCL/starch blends, in: Fiedorowicz M., Bertroft E. (edit.): Starch. Recent Advances in Biopolymer Science and Technology. Polish Society of Food Technologists, Krakow, Polsko, Šárka E., Kruliš Z., Kotek J., Růžek L., Korbářová A., Bubník Z., Růžková M.: Application of wheat B-starch in biodegradable plastic materials. Czech J. Food Sci. 29, (2011) Šárka E., Koláček J., Hrušková K.: Acetylated A and B wheat starches with higher degree of substitution for biodegradable composites. 62. Starch Convention, Detmold, Kotek J., Kruliš Z., Šárka E.: Wheat B-starch based polymeric materials. Proceedings of the 7th International Conference on Polysaccharides-Glycoscience, str Prague, Czech Republic,

30 Škrobové ethery 30

31 E 1440 Hydroxypropylškrob (hydroxypropylether škrobu) - zahušťovadlo, stabilizátor tor O (škrob)-oh + HC 3 CH propylenoxid CH 2 (škrob)-o-ch-ch 2 -OH CH 3 31

32 Zesítěné škroby vznikají esterifikační nebo etherifikační reakcí,, přičemp emž vznikají příčné vazby (intermolekulárn rní nebo intramolekulárn rní vazby intramolekulárn rní vazby spojují škrob do zesítěných struktur krob)-o-r-o-(škrob) 32

33 E 1412 Fosforečnanový diester škrobu (di( diškrobfosfát) - zahušťovadlo, stabilizátor tor Moramyl ZB = bramborový modifikovaný škrob rozpustný za studena mas. konzervy, paštiky, masové směsi, si, majonézy, náplnn plně Moramyl ZBH = bramborový modifikovaný škrob rozpustný za tepla - marmelády, dresingy,, masná výroba 33

34 E 1412 Fosforečnanový diester škrobu (diškrobfosfát) 2 škrob OH + + Na 2 H 2 P 2 O C, několik hodin, ph 10

35 E 1422 Acetylovaný škrobový adipát (adipan) - rozpustný za tepla - zahušťovadlo, stabilizátor tor Moramyl AD-BH = bramborový - odolný vůčv ůči retrogradaci,, marmelády, kečupy Moramyl AD-PH = pšenip eničnýný - stabilizátor, tor, zahušťovadlo, dressingy,, marmelády, kečupy 35

36 Hydrolyzáty škrobu: sirupy sirupy v práš ášku krystalická glukosa nebo maltosa 36

37 D-glukosa Vyhláš áška, kterou se stanoví požadavky pro přírodnp rodní sladidla[1] [1] Vyhláš áška Ministerstva zemědělstv lství č.. 76/2003, kterou se stanoví požadavky pro přírodnp rodní sladidla, med, cukrovinky, kakaový práš ášek a směsi si kakaa s cukrem, čokoládu a čokoládové bonbony, ve znění vyhláš ášky č.. 43/

38 Glukózov zové a glukózofrukt zofruktózové sirupy Glukózov zové sirupy jsou v podstatě vyčištěné koncentrované vodné roztoky glukózy, získanz skané kyselou nebo enzymatickou hydrolýzou škrobu. Stupeň zcukřen ení je přiblip ibližně vyjádřen hodnotou dextrózov zového ekvivalentu (DE). Při P úplné hydrolýze je stupeň zcukřen ení DE = 100. Obvyklý stupeň zcukřen ení sirupu odpovídá DE 38 aža 48 %. 38

39 Glukózofrukt zofruktózové sirupy se vyrábějí z glukózov zového sirupu, přičemp emž se za katalýzy glukosoisomerasou část glukosy isomerizuje na fruktosu. Výsledný sirup se nazývá isoglukóza nebo HFCS (High( Fructose Corn Sirob) nebo HFS. Označen ení glukózofrukt zofruktózovýchzových sirupů HFS se často doplňuje číselným údajem, který informuje o obsahu fruktosy v sušin ině,, např.. HFS 42, HFS 55 ap. výroba isoglukózy je v Evropské unii kvótov tována 39

40 Maltózov zové sirupy výroba enzymatickou cestou převažující složkou v sušin ině je maltosa 40

41 sorbitol Zákonné označen ení[1] jako přídatnp datné látky je E 420 (i) (pevná látka), a E 420 (ii( ii) ) (sirup). [1] Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 235/2010 Sb., kterou se stanoví zdravotní požadavky na identitu a čistotu přídatných látek 41

42 Výroba sorbitolu C kolony demineralizační stanice, F filtry, H zásobníky, P- čerpadla, A001 míchací předloha, R001 reaktor, U001 expansní nádoba, E001 chladič, G001 - odparka 42

43 Výroba sorbitolu E výměníky tepla, H zásobníky, L- dmychadla, P020- čerpadlo, U020 cyklon, S020 sušárna, F020 filtr, N020 dávkovač, N021 váha (pytlování) 43

44 Sorbitolové sirupy Sorbitolové sirupy, obsahující 91 aža 99 % v suš. sorbitolu a neobsahující žádné hydrogenované oligosacharidy,, se nazývají též krystalizující sorbitolové sirupy,, protože e při p i teplotě nižší než 18 o C jeví sklon během b delší šího skladování vylučovat D-sorbitolD sorbitol.. Pokud obsahují 70 aža 90 % v suš. sorbitolu a zbytek sacharidické složky tvoří maltitol a hydrogenované oligosacharidy v poměru asi 1:1, se nazývají nekrystalizující sorbitolové sirupy.. K vylučov ování sorbitolu u nich dochází při i teplotě nižší než 0 o C. 44