فرآوری نشاسته ذرت و محصولات جانبی آن

نشاسته یک منبع مواد مغذی در بسیاری از گیاهان می باشد . در طول فصل رشد گیاه ، برگ های سبز از خورشید انرژی دریافت کرده و سپس این انرژی به صورت محلول قند به سلول های ذخیره منتقل می شود و قند به شکل گرانول های های ریز به نشاسته تبدیل می شود که بیشتر قسمت داخلی سلول را اشغال می کند. تبدیل قند به نشاسته توسط آنزیم ها صورت می گیرد. سپس آنزیم ها باعث تبدیل مجدد نشاسته به قند می شوند .این آنزیم ها جهت تامین انرژی برای گیاه در حال رشد ، از دانه آزاد می شوند. ذرت در اکثر کشورهای جهان کشت می شود. با این حال، ذرت به آب و هوای گرمتر از مناطق معتدل نیاز دارد تا به بلوغ برسد.

انواع مختلف ذرت

DENT CORN :

که نام علمی آن Zea Mays Indentata است، ذرت مزرعه ای نیز نامیده می شود. این یک واریته ذرت با دانه های حاوی نشاسته سخت و نرم است و در زمان بلوغ فرورفته می شود . این محصول عمده ای است که برای تهیه غذا، خوراک دام و محصولات صنعتی استفاده می شود. این واریته برای تولید نشاسته ذرت در نظر گرفته شود.

CORN FLINT :

که با نام علمی Zea Mays indurata شناخته می‌شود، نوعی ذرت است که دارای دانه‌های سخت، شاخی، گرد یا کوتاه و مسطح است و آندوسپرم نرم و نشاسته‌ای آن کاملاً توسط یک لایه بیرونی سخت محصور شده است. این نوع ذرت هم شبیه به ذرت دندانی ، برای اهداف مشابه با آن استفاده می شود و بیشتر در آمریکای جنوبی رشد می کند.

WAXY CORN :

این نوع ذرت را به صورت تازه، کنسرو شده یا منجمد مصرف می کنند. این نوع ذرت در انواع باغبانی کشت می شود. گاهی اوقات به عنوان یک گونه متمایز (Zea saccharata) یا Zea rugosa) ) یا یک جهش خاص از ذرت دندانی در نظر گرفته می شود. زمانی که حاوی درصد بالایی از قند در مرحله شیری است ، برای استفاده مناسب می باشد.

ذرت شیرین یا “سبز” SWEET OR GREEN CORN :

نوعی ذرت به نام Zea Mays everta است که دارای گوش‌های کوچک و هسته‌های نوک تیز یا گرد با آندوسپرم قرنیه‌ای و بسیار سخت است که در اثر گرمای خشک و دفع رطوبت ، توده نشاسته ای آن چند برابر اندازه هسته اصلی موجود بیرون زده و به رنگ سفید در می‌آید.

پاپ کورن POPCORN :

این ذرت دارای دانه های سفید، قرمز، بنفش، قهوه ای یا چند رنگ است. این ذرت اصلی توسط هندی ها کشت می شود و با نام علمی Zea Mays شناخته می شودوهمیشه در زمان برداشت و تزئینات هالووین دیده می شود.

ذرت هندی INDIAN corn :

که ذرت نرم یا ذرت اسکاو نیز نامیده می شود، دارای دانه هایی شبیه به ذرت flint است و تقریباً به طور کامل از نشاسته نرم تشکیل شده است و با نام علمی Zea Mays amylacea شناخته می شود. ایالات متحده مقادیر کمی ذرت آردی را برای تهیه تورتیلا، چیپس و محصولات پخته شده تولید می کند. در آمریکای جنوبی این ذرت را در رنگ های مختلف برای تهیه غذا و آبجو کشت می کنند.

ترکیبات ذرت دندانی با ۱۵% رطوبت
Range	Average	Item
۵٫۷-۹٫۷	۷٫۷ (%)	Protein
۲٫۶-۴٫۹	۳٫۳ (%)	Oil
۵۹٫۹-۶۴٫۸	۶۱٫۷ (%)	Starch

ساختار دانه ذرت

فرآوری نشاسته ذرت

فرآوری نشاسته ذرت جهت جداسازی اجزا ذرت و تولید مواد با ارزش افزوده بالا توسعه یافته است و فرایند آسیاب مرطوب یکی از روش های متداول فراوری ذرت می باشد که شامل مراحل زیر است :

تمیز کردن و بوجاری

ذرت پوسته دار که به صورت فله دریافت می شود به عنوان ماده خام برای آسیاب مرطوب استفاده می شود .تمیز کردن ذرت و بوجاری قبل ازآسیاب مرطوب انجام می شود و خرده های ذرت ، آرد ، گرد و غبار، کاه و مواد خارجی از دانه های ذرت سالم جدا می شود .

خیساندن

خیساندن مناسب برای افزایش بازده و کیفیت بالای نشاسته ضروری است. خیساندن در یک فرآیند مداوم انجام می شود. ذرت تمیز شده در مخازن بزرگ خیسانده می‌شود و مدت ۳۰ تا ۴۸ ساعت در آب با دما ۴۸ درجه سانتی گراد خیس می‌شود تا پیوندهای نشاسته و پروتئین شکسته شده وپیوندهای گلوتن در ذرت شروع به شل شدن و آزاد شدن نشاسته گردد. خیساندن در واقع یک تخمیر کنترل شده است. دی اکسید گوگرد با افزایش رشد میکروارگانیسم های مطلوب، ترجیحاً لاکتوباسیلوس، تخمیر را بهبود می بخشد، در عین حال رشد باکتری های مضر، کپک ها، قارچ ها و مخمرها را سرکوب می کند و مواد محلول استخراج شده و دانه ذرت نرم می شود دراین شرایط اندازه دانه بیش از دو برابر متورم می شود و میزان رطوبت آن از حدود ۱۲ درصد به ۴۵ درصد افزایش می یابد .

تغلیظ خیساب ذرت

آب حاصل از خیساندن یا آب استیپ که حاوی مواد حاصل از خارج شدن ترکیباتی نظیر پروتئین های محلول از دانه ذرت می باشد ، توسط اواپراتور چند مرحله ای تغلیظ می گردد. اکثر اسیدهای آلی تشکیل شده در طی تخمیر فرار هستند و با آب تبخیر می شوند. بنابراین، میعانات از مرحله اول اواپراتور پس از بازیابی گرما با پیش گرم کردن آب استیپ ورودی ، تخلیه می شود. آب استیپ تا حدود ۵۰-۴۵ درصد ماده خشک تغلیظ می شود و با توجه به دارا بودن مواد مغذی به یک محصول با ارزش در صنعت تخمیر تبدیل می گردد و یا به فیبر اضافه می شود .

دی اکسید گوگرد ممکن است با سوزاندن گوگرد تهیه شود و اگر منبع گاز محلی در دسترس نباشد ، گاز دی اکسید گوگرد تحت فشار یا سدیم هیدروژن بی سولفیت جایگزین می شود.

جداسازی جرم

هسته های نرم شده وارد آسیاب می شوند تا پوسته آن شل شود و پیوندهای بین جرم و آندوسپرم شکسته شود و برای کمک به آسیاب مرطوب آب اضافه می شود. خیساندن خوب باعث می شود با انجام آسیاب ملایم و بدون آزاد شدن روغن ، جرم به طور آزادانه و دست نخورده از دانه جدا شود . در این مرحله روغن تقریبا نیمی از وزن جرم را تشکیل می دهد و جرم به راحتی با نیروی گریز از مرکز جدا می شود. جرم های سبک توسط هیدروسیکلون ها در یک جداسازی دو مرحله ای از دوغاب جدا می شوند. جرم ها به طور مکرر بر روی یک صفحه سه مرحله ای برای حذف نشاسته شسته می شوند. آب شستشوی فرآیند در آخرین مرحله اضافه می شود.

خشک کردن جرم

آب سطحی توسط یک پرس اسکرو از جرم خارج می شود. جرم ها ی آبگیری و تمیزشده به خشک کن باندلی وارد می شوند و خشک می گردند. کاهش رطوبت ماندگاری محصول را افزایش می دهد و جرم ها پس از خنک شدن ، کیسه گیری می شوند . پرس های مکانیکی و یا استخراج با حلال برای استخراج روغن از جرم استفاده می شود . میزان استحصال معمولی روغن ، ۲۷ کیلوگرم روغن در هر تن ذرت است. در طی تصفیه، اسیدهای چرب آزاد و فسفولیپیدها حذف می شوند. روغن ذرت به عنوان غذا و روغن پخت و پز یا به عنوان ماده خام مارگارین استفاده می شود. روغن ذرت تصفیه شده طعم مطبوعی دارد و در پخت و پز و سرخ کردن طعم بدی ایجاد نمی کند. محتوای بالای چربی های اشباع نشده در روغن ذرت یک مزیت تغذیه ای به شمار می آید . کنجاله جرم ذرت که پس از استخراج روغن باقی می ماند برای خوراک دام یا ترکیب با خوراک گلوتن استفاده می شود.

آسیاب نهایی و جداسازی

پس از جداسازی جرم ، باقیمانده اجزا دانه در آسیاب های ضربه ای یا سایشی به خوبی آسیاب می شود تا نشاسته و گلوتن از دیواره های سلولی آندوسپرم آزاد شود. نشاسته که از آسیاب نهایی خارج می شود به مرحله اول سیستم شستشو پمپ می شود، تا نشاسته و گلوتن از هم جدا شوند . پوسته ، فیبرهای درشت ، نشاسته و گلوتن چسبیده (پروتئین نامحلول) روی صفحه‌ها با جریان مخالف شسته می‌شوند و در آخرین مرحله آب شستشوی فرآیند اضافه می‌شود.

جداسازی و خشک کردن فیبر

فیبر های جدا شده و آبگیری شده از پرس آبگیری را می توان با آب استیپ تغلیظ شده یا csl مخلوط کرده وتا حدود ۱۲ % رطوبت خشک نمود . می توان برای کاهش حجم ، فیبر خشک شده را به شکل پلت در آورد فیبر سپس به صورت پنوماتیکی به سیلوی آماده برای حمل و نقل منتقل می شود. فیبر دارای اجزای ارزشمند برای خوراک دام است.

جداسازی اولیه نشاسته و گلوتن

فناوری جدید هیدروسیکلون با فشار بالا (HPHC) به طور موثر در جداسازی اولیه استفاده می شود. شیر نشاسته خام حاوی نشاسته، گلوتن و مواد محلول است. یک جداکننده با نیروی گریز از مرکز جریان آسیاب را به دو بخش تقسیم می‌کند: گلوتن جریان رویی (over flow) و نشاسته جریان زیرین under flow ))

بازیابی گلوتن

گلوتن از جداکننده اولیه بر روی یک جداکننده گریز از مرکز پیوسته متمرکز می شود . یک غلیظ کننده گلوتن، گلوتن را به دو جریان تقسیم می‌کند: جریان رویی : آب پروسس و جریان زیرین : گلوتن

جریان زیرین که عمدتاً پروتئین و مقدار کمی نشاسته است به بخش آبگیری گلوتن تخلیه می شود.

آبگیری و خشک کردن گلوتن

دوغاب گلوتن توسط یک فیلترخلاء یا دکانتر آبگیری می شود. دکانتر آب بیشتری را حذف می کند، اما نیاز به تنظیم دقیق pH در نقطه ایزوالکتریک گلوتن دارد. آبگیری جریان گلوتن را به دو قسمت تقسیم می کند: آب پروسس و گلوتن مرطوب . سپس گلوتن آبگیری شده در خشک کن تا حدود ۱۰درصد خشک می شود و گلوتن با ۶۰ درصد پروتئین حاصل می شود که منبع باارزشی از میتیونین می باشد و محتوای بالای زانتوفیل (معمولاً ۵۰۰ ppm ) آن را به یک رنگدانه کارآمد در خوراک طیور تبدیل می کند.

تصفیه نشاسته

شستشو با آب تمیز، شیر نشاسته خام را تصفیه می کند. با استفاده از هیدروسیکلون ها می توان فیبر و مواد محلول ، از جمله پروتئین محلول را با حداقل آب تازه جدا کرد . برای صرفه جویی در آب، آب تازه ورودی در آخرین مرحله استفاده می شود و سرریز مجددا برای رقیق سازی در مرحله قبل و غیره استفاده می شود. با استفاده از هیدروسیکلون های چند مرحله ای، تمام مواد محلول و بقایای سلول های ریز حذف می شوند. شیر نشاسته تصفیه شده حاوی تقریبا ۱۰۰% نشاسته خالص در آب تمیز می باشد . با یک جداکننده ، سرریز هیدروسیکلون های تصفیه نشاسته را می توان به صورت زیر تصفیه کرد: آب پروسس : جریان رویی و نشاسته : جریان زیرین

در میدان های گرانشی قوی یک هیدروسیکلون و یک سانتریفیوژ، نشاسته به سرعت ته نشین می شود. پالایش بر اساس تفاوت در دانسیته وزنی بین آب، فیبر و نشاسته می باشد . اگرچه ممکن است برخی ناخالصی‌ها با نشاسته وارد جریان زیرین شوند که با استفاده ازالک امکان حذف ذرات وجود دارد.

سانتریفیوژها و هیدروسیکلون ها

سانتریفیوژ نیروی گرانشی خود را با چرخاندن کاسه به دست می آورد. هیدروسیکلون هیچ قسمت متحرکی ندارد و جداسازی آن کاملاً به اختلاف فشار روی سیکلون بستگی دارد. توسعه تکنولوژیکی و تقاضای ارتقا ی کیفیت، سانتریفیوژها را مجبور کرده است که جای خود را به هیدروسیکلون ها در تصفیه نشاسته ذرت بدهند، اما در تغلیظ گلوتن سانتریفیوژها همچنان موقعیت قابل دفاعی دارند. نشاسته یکی از خالص ترین محصولات کشاورزی است. در واقع میزان خلوص مهمترین پارامتر برای رقابت به شمار می رود .

آبگیری نشاسته

شیر نشاسته خالص شده برای آبگیری به سانتریفیوژ لایه بردار یا پیلر تخلیه می شود. نشاسته آبگیری شده به صورت دسته ای جدا می شود و با نیروی گرانش به قیف نشاسته مرطوب تخلیه می شود.

خشک کردن نشاسته

از قیف مرطوب نشاسته، نشاسته توسط یک نوار نقاله به یک خشک کن فلش وارد شده و در هوای گرم خشک می شود. نشاسته خشک شده به صورت پنوماتیکی به سیلو نشاسته ای که آماده الک کردن و بسته بندی است منتقل می شود. رطوبت نشاسته ذرت پس از خشک شدن به طور معمول ۱۲-۱۳ % است .

نشاسته اصلاح شده

اصلاح نشاسته برای مقاصد گوناگون انجام می شود . نشاسته به گونه ای اصلاح می شود که نیازهای مصرف کننده نهایی را برآورده می کند و باعث تولید طیف وسیعی از محصولات تخصصی می شود . این اصلاح باعث بهبود کیفیت نشاسته در هنگام پخت می شود و در خمیرحاصل از این نشاسته ، شفافیت، ویسکوزیته، توانایی تشکیل فیلم وغیره بهبود می یابد.

کاربرد نشاسته

نشاسته ذرت در ساخت شیرین کننده ها، ساخت کاغذ ، کارتن سازی و منسوجات مورد استفاده قرار می گیرد و به عنوان قوام دهنده و تثبیت کننده مواد غذایی عمل می کند. در حین فراوری نشاسته ذرت محصولات جانبی با ارزش تغذیه ای بالا بدست می آید. نشاسته به عنوان یک پلیمر طبیعی تجدید پذیر خالص، کاربردهای زیادی دارد. نشاسته در فست فودها، شیرینی ها و داروها استفاده می شود و نقش برجسته ای در زندگی روزمره ما دارد. سرانه مصرف شیرین کننده در حال حاضر به طور مساوی بین ساکارز و HFS تقسیم شده است.

محصولات جانبی آسیاب مرطوب ذرت:

خوراک گلوتن : ذرت مخلوطی از پوسته و بخش فیبر با خیسابه ذرت ، کنجاله جوانه ذرت و سایر باقیمانده های فرآیند است.
کنجاله گلوتن : که شامل کلوتن جدا سازی شده و مقدار کمی نشاسته و فیبر می باشد .
خیساب ذرت تغلیظ شده : که به اسم csl یا گلوتن مایع نیز شناخته می شود، یک ماده با محتوای پروتئینی بالا است. می تواند برای صنایع تخمیری ، خوراک دام و پلت بایندر استفاده شود .
کنجاله جرم ذرت : محصول جانبی حاصل از استخراج روغن است.
جرم ذرت : دارای بیش از ۴۰ درصد روغن می باشد و جهت روغن کشی استفاده می شود .
فیبر ذرت : ذرت که عمدتاً از پریکارپ بدست می آید ، محصول جانبی دیگری است که حین فراوری نشاسته ذرت به دست می آید. فیبر ذرت یک ماده لیگنوسلولزی حاوی پلیمرهای کربوهیدرات پیچیده مانند سلولز و همی سلولز می باشد .

لینک دانلود :