Umwandlung von Kohlenhydraten in der Lebensmittelproduktion. Holzalkohol (hydrolysierter Alkohol)
Hydrolyse von Kohlenhydraten... In vielen Lebensmittelproduktion Hydrolyse von Nahrungsglykosiden, Oligosacchariden und Polysacchariden findet statt. Die Hydrolyse hängt von vielen Faktoren ab: pH, Temperatur, anomere Konfiguration, Enzymkomplex. Es ist nicht nur für die Prozesse der Lebensmittelgewinnung wichtig, sondern auch für die Prozesse ihrer Lagerung. Im letzteren Fall können Hydrolysereaktionen zu unerwünschten Farbveränderungen oder bei Polysacchariden zur Unfähigkeit zur Gelbildung führen.
Viel Aufmerksamkeit wird nun darauf gelegt, verschiedene Getreidezuckersirupe aus billigen stärkehaltigen Rohstoffen und Stärke (Roggen, Mais, Sorghum etc.) zu gewinnen. Ihre Produktion ist auf die Verwendung verschiedener Kombinationen von amylolytischen Enzympräparaten (a-Amylase, Glucoamylase, b-Amylase) reduziert. Die Gewinnung von Glucose (unter Verwendung von Glucoamylase) und dann die Wirkung der Glucoseisomerase ermöglicht die Gewinnung von Glucose-Fructose- und High-Fructosesirupen, deren Verwendung es ermöglicht, Saccharose in vielen Industrien zu ersetzen.
Beim Erhalt von Zuckersirupen aus Stärke wird der Umwandlungsgrad von Stärke in D-Glucose in Einheiten gemessen Glukoseäquivalent(GE) ist der Gehalt (in %) der gebildeten reduzierenden Zucker, ausgedrückt in Glucose pro Trockenmasse (TS) des Sirups.
Tabelle 10: Zusammensetzung und Süße typischer Sirupe mit hohem Fructosegehalt
Stärkehydrolyse.
1. Bei der Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Säuren kommt es zunächst zu einer Schwächung und Aufhebung assoziativer Bindungen zwischen den Makromolekülen von Amylose und Amylopektin. Dies geht einher mit einer Verletzung der Struktur von Stärkekörnern und der Bildung einer homogenen Masse. Als nächstes folgt das Aufbrechen von a-D- (l, 4) - und a-D- (1,6) -Bindungen unter Zugabe eines Wassermoleküls an der Bruchstelle. Bei der Hydrolyse nimmt die Zahl der freien Aldehydgruppen zu und der Polymerisationsgrad ab. Als Hydrolyse und Wachstum reduzierend(reduzierende) Substanzen, der Gehalt an Dextrinen nimmt ab, Glukose steigt, die Konzentration von Maltose, Tri- und Tetrazucker steigt zuerst an, dann nimmt ihre Menge ab (Abb. 11). Das Endprodukt der Hydrolyse ist Glucose. In Zwischenstufen werden Dextrine, Tri- und Tetrazucker, Maltose gebildet. Ein bestimmter Wert des Glucoseäquivalents entspricht einem bestimmten Verhältnis dieser Produkte, und durch Variieren der Hydrolysedauer und der Bedingungen seiner Durchführung ist es möglich, verschiedene Verhältnisse der einzelnen Hydrolyseprodukte bei dem einen oder anderen Wert der Glucose zu erhalten gleichwertig.
Reis. 11. Änderung des Zuckergehalts während der sauren Hydrolyse von Stärke
Die saure Hydrolyse ist seit langem von zentraler Bedeutung für die Herstellung von Glucose aus Stärke. Dieses Verfahren hat eine Reihe von erheblichen Nachteilen, die mit der Verwendung von hohen Säurekonzentrationen verbunden sind und hohe Temperatur, die zur Bildung von Produkten des thermischen Abbaus und der Dehydratisierung von Kohlenhydraten und der Reaktion der Transglykosylierung führt.
2. Stärke wird auch durch die Wirkung amylolytischer Enzyme hydrolysiert. Die Gruppe der amylolytischen Enzyme umfasst a- und b-Amylase, Glucoamylase und einige andere Enzyme. Es gibt zwei Arten von Amylasen: Endo- und Exoamylase.
Klar ausgedrückt Endoamylase ist ein a-Amylase in der Lage, intramolekulare Bindungen in Hochpolymerketten des Substrats zu brechen. Glucoamylase und B- Amylase sind Exoamylasen, d.h. Enzyme, die das Substrat vom nicht-reduzierenden Ende angreifen.
a-Amylase wirkt auf das gesamte Stärkekorn ein, greift es an, lockert die Oberfläche und bildet Kanäle und Rillen, dh als würde das Korn in Stücke gespalten (Abb. 12). Die verkleisterte Stärke wird dadurch hydrolysiert, um Produkte zu bilden, die nicht mit Jod angefärbt werden, hauptsächlich Dextrine mit niedrigem Molekulargewicht. Der Prozess der Stärkehydrolyse ist mehrstufig. Durch die Wirkung der a-Amylase in den ersten Prozessstufen reichern sich Dextrine im Hydrolysat an, dann erscheinen Tetra- und Trimaltose, die nicht mit Jod gefärbt sind, die sehr langsam von der a-Amylase zu Di- und hydrolysiert werden Monosaccharide.
Reis. 12. Hydrolyse von Stärke durch a-Amylase
Das Schema der Stärke-(Glykogen-)Hydrolyse durch a-Amylase kann wie folgt dargestellt werden:
b-Amylase ist eine Exoamylase mit Affinität für die vorletzte a-(1,4)-Verbindung vom nicht-reduzierenden Ende der linearen Region von Amylose oder Amylopektin (Fig. 13). Anders als a-Amylase hydrolysiert b-Amylase praktisch keine native Stärke; gelatinierte Stärke wird in der b-Konfiguration zu Maltose hydrolysiert. Die Schaltung kann wie folgt geschrieben werden:
Die enzymatische Hydrolyse von Stärke ist in vielen Lebensmitteltechnologien als einer der notwendigen Prozesse vorhanden, um die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten - beim Backen (der Prozess der Teigherstellung und Brotbacken), der Bierherstellung (Herstellung von Bierwürze, Trocknen von Malz), Kwas (Herstellung von Kwasbroten), Alkohol (Zubereitung von Rohstoffen für die Fermentation), verschiedene zuckerhaltige Stärkeprodukte (Glukose, Melasse, Zuckersirup).
3. Das säureenzymatische Hydrolyseverfahren umfasst die Vorbehandlung mit Säure und dann die Wirkung der Enzyme a-, b- und (oder) Glucoamylase. Die Verwendung eines solchen kombinierten Stärkehydrolyseverfahrens eröffnet weitreichende Möglichkeiten, Sirupe einer bestimmten Zusammensetzung zu erhalten.
Hydrolyse von Saccharose. Da Saccharose in vielen Industrien als Rohstoff verwendet wird, muss ihre außergewöhnliche Hydrolysefähigkeit berücksichtigt werden. Dies kann beim Erhitzen in Gegenwart kleiner Mengen von Speisesäuren auftreten. Die dabei entstehenden reduzierenden Zucker (Glukose, Fruktose) können an den Reaktionen der Austrocknung, Karamellisierung und Melanoidinbildung unter Bildung von Farb- und Aromastoffen teilnehmen. In einigen Fällen kann dies nicht wünschenswert sein.
Die enzymatische Hydrolyse von Saccharose unter Einwirkung von b-Fructofuranosidase (Saccharase, Invertase) spielt in einer Reihe von Lebensmitteltechnologien eine positive Rolle. Wenn b-Fructofuranosidase auf Saccharose einwirkt, werden Glucose und Fructose gebildet. Aus diesem Grund verhindert die Zugabe von b-Fructofuranosidase in Süßwaren (insbesondere in Fondant-Bonbons) das Altbackenwerden von Bonbons, in Backwaren hilft sie, das Aroma zu verbessern. Die Inversion von Saccharose unter der Wirkung von b-Fructofuranosidase findet in der Anfangsphase der Herstellung von Traubenweinen statt. Invertsirupe, die durch die Wirkung von β-Fructofuranosidase auf Saccharose gewonnen werden, werden bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken verwendet.
Enzymatische Hydrolyse von nicht-stärkehaltigen Polysacchariden. Diese Hydrolyse findet unter Einwirkung von Enzymen des cellulolytischen, Hemicellulase- und pektolytischen Komplexes statt. Es wird in der Lebensmitteltechnologie für eine vollständigere Verarbeitung von Rohstoffen und zur Verbesserung der Produktqualität verwendet. Zum Beispiel ist die Hydrolyse von nicht stärkehaltigen Polysacchariden (Pentosane usw.) während des Mälzens wichtig für die spätere Bildung von farbigen und aromatischen Produkten (beim Trocknen von Malz und Erzielen bestimmter organoleptischer Eigenschaften von Bier). Bei der Herstellung von Säften und in der Weinbereitung - zur Klärung, Erhöhung der Saftausbeute, Verbesserung der Filtrationsbedingungen.
Die Cellulosehydrolyse erfolgt unter der Wirkung eines Komplexes cellulolytischer Enzyme. Nach modernen Konzepten kann die Hydrolyse von Cellulose unter Einwirkung von Enzymen des cellulolytischen Komplexes wie folgt dargestellt werden:
Reaktionen der Austrocknung und des thermischen Abbaus von Kohlenhydraten... Bei der Verarbeitung von Lebensmittelrohstoffen zu Lebensmittelprodukten nehmen diese Reaktionen einen wichtigen Platz ein. Sie werden durch Säuren und Laugen katalysiert, und viele von ihnen folgen dem Weg der b-Eliminierung. Pentosen, als Hauptprodukt der Dehydration, geben furfural, Hexosen - Oxymethylfurfural und andere Produkte wie 2-Hydroxyacetylfuran, Isomaltol und maltol... Die Fragmentierung der Kohlenstoffketten dieser Dehydratisierungsprodukte führt zur Bildung Ameisen-, Milch-, Essigsäure und eine Reihe anderer Verbindungen. Einige der resultierenden Produkte weisen einen bestimmten Geruch auf und können daher dem Lebensmittelprodukt ein erwünschtes oder umgekehrt ein unerwünschtes Aroma verleihen. Diese Reaktionen erfordern hohe Temperaturen.
Die Reaktionen, die bei der Wärmebehandlung von Zuckern stattfinden, können in solche unterteilt werden, die ohne Aufbrechen der C-C-Bindungen verlaufen, und solche, die mit deren Aufbrechen einhergehen. Die ersten umfassen Anomerisierungsreaktionen:
und interne Aldose-Ketose-Umwandlung, zum Beispiel:
Bei komplexen Kohlenhydraten wie Stärke spielen unter starken Erhitzungsbedingungen – Pyrolyse bei hohen Temperaturen (200 °C) – Transglykosylierungsreaktionen eine wichtige Rolle. Unter diesen Bedingungen nimmt die Zahl der (1,4) -a-b-Bindungen mit der Zeit ab, es entstehen a (1, 6) -a-D- und sogar (1,2) -b-D-Bindungen.
Wenn Glucose durch saure Hydrolyse von Stärke gewonnen wird, die normalerweise in einem stark sauren Medium bei hoher Temperatur durchgeführt wird, Isomaltose und Gentiobiasis... Das Auftreten solcher Reaktionen ist ein negatives Merkmal des sauren Verfahrens zur Herstellung von Glucose.
Die Wärmebehandlung einiger Lebensmittel kann erhebliche Mengen an wasserfreiem Zucker produzieren, insbesondere wenn trocken verarbeitete Lebensmittel D-Glucose oder D-Glucose-Polymere enthalten.
Reaktionen mit Spaltung von C-C-Bindungen führen zur Bildung flüchtige Säuren, Ketone, Diketone, Furane, Alkohole, Aromastoffe, Kohlenmonoxid und -dioxid.
Reaktionen der Bildung von braunen Produkten... Eine Bräunung von Lebensmitteln kann als Folge von oxidativen oder nicht-oxidativen Reaktionen auftreten. Oxidative oder enzymatische Bräunung ist eine Reaktion zwischen einem phenolischen Substrat und Sauerstoff, katalysiert durch das Enzym Polyphenoloxidase. Diese Bräunung, die bei Apfel-, Bananen- und Birnenstücken auftritt, ist nicht mit Kohlenhydraten verbunden.
Nicht-oxidative oder nicht-enzymatische Bräunung in Lebensmitteln sehr stark vertreten. Es ist mit Reaktionen von Kohlenhydraten verbunden und umfasst das Phänomen Karamellisieren und Wechselwirkung von Kohlenhydraten mit Proteinen oder Aminen... Letztere ist als Maillard-Reaktion bekannt.
Karamellisieren. Das direkte Erhitzen von Kohlenhydraten, insbesondere von Zuckern und Zuckersirupen, fördert einen Reaktionskomplex namens Karamellisieren... Reaktionen werden durch niedrige Konzentrationen von Säuren, Laugen und einigen Salzen katalysiert. Dadurch entstehen braune Produkte mit typischem Karamellgeschmack. Durch Anpassung der Bedingungen ist es möglich, die Reaktionen hauptsächlich auf die Gewinnung von Aroma oder auf die Bildung von farbigen Produkten zu lenken. Mäßiges (anfängliches) Erhitzen von Zuckerlösungen führt zu anomeren Veränderungen, zum Aufbrechen glykosidischer Bindungen und zur Bildung neuer glykosidischer Bindungen. Die wichtigsten sind jedoch die Dehydratisierungsreaktion unter Bildung wasserfreier Ringe. Als Ergebnis, Dihydrofuranone, Cyclopentanolone, Cyclohexanolone, Pyrone ua Konjugierte Doppelbindungen absorbieren Licht bestimmter Wellenlängen, wodurch die Produkte eine braune Farbe erhalten. In ungesättigten Ringsystemen kann es häufig zu einer Kondensation zu Polymerringsystemen kommen. Typischerweise wird Saccharose verwendet, um Karamellfarbe und -geschmack zu erzeugen. Durch Erhitzen einer Saccharoselösung in Gegenwart von Schwefelsäure oder sauren Ammoniumsalzen erhält man intensiv gefärbte Polymere. Zuckerfarbe»Zur Verwendung in verschiedenen Lebensmitteln - bei der Herstellung von Getränken, Karamell usw. Die Stabilität und Löslichkeit dieser Polymere erhöht sich in Gegenwart von НSO 3 -Ionen:
Karamellpigmente enthalten verschiedene Gruppen - Hydroxyl, Säure, Carbonyl, Enol, Phenol ua Die Reaktionsgeschwindigkeit der Bildung von Karamellpigmenten nimmt mit steigender Temperatur und steigendem pH-Wert zu. In Abwesenheit von Puffersalzen, Polymerverbindung Humin mit bitterem Geschmack ( Durchschnittsformel C 125 H 188 O 90); in der Lebensmittelproduktion muss dies berücksichtigt werden und darf sich nicht bilden.
Der Komplex von Reaktionen, die während der Karamellisierung ablaufen, führt zur Bildung einer Vielzahl von Ringsystemen mit einem einzigartigen Geschmack und Aroma. Maltol und Isomaltol haben also den Geruch von gebackenem Brot, 2-Н-4-Hydroxy-5-methylfuranon-3 - der Geruch von gebratenem Fleisch. Darüber hinaus haben diese Lebensmittel einen süßen Geschmack, der auch ihre positive Rolle in Lebensmitteln bestimmt.
Maillard-Reaktion (Melanoidbildung). Die Maillard-Reaktion ist der erste Schritt bei der nicht-enzymatischen Bräunungsreaktion von Lebensmitteln. Die Reaktion erfordert einen reduzierenden Zucker, eine Aminverbindung (Aminosäuren, Proteine) und etwas Wasser.
Reis. 13.Schematische Darstellung der Umwandlungen beim Bräunen von Lebensmitteln
Alle Vorgänge beim Verdunkeln von Lebensmitteln (Abb. 13) sind noch nicht genau definiert, aber die Anfangsstadien sind sehr genau untersucht. Es wurde festgestellt, dass neben der Maillard-Reaktion eine Dehydratation unter Bildung von Oxymethylfurfural, Kettenbruch, Bildung von Dicarbonylverbindungen, Bildung von Melanoidin-Pigmenten auftritt, die im Endstadium gebildet werden und eine Farbe von rotbraun haben bis dunkelbraun. Ist in der ersten Stufe eine gewisse Entfärbung durch Zugabe von Reduktionsmitteln (zB Sulfit) möglich, so ist dies in der letzten Stufe nicht mehr möglich.
Wenn die Bildung von Braunpigmenten bei Lebensmitteln unerwünscht ist, können die laufenden Reaktionen gehemmt werden, z Produkte). Einer der Bestandteile des Substrats (normalerweise Zucker) kann entfernt werden. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Eipulver vor dem Trocknen Glucoseoxidase zugesetzt, um Geruchsbildung zu verhindern, die zur Zerstörung von D-Glucose und zur Bildung von D-Gluconsäure führt:
Neben der Entzuckerung führt das dabei entstehende Wasserstoffperoxid und eine Temperaturerhöhung zu einer Verringerung der bakteriellen Belastung (siehe Tabelle 3.8). Um eine Bräunung von Fischen mit erheblichen Ribose-Mengen zu verhindern, werden Bakterien mit D-Ribose-Oxidase-Aktivität zugesetzt.
Schwefeloxid (SO 2) und seine Derivate unterdrücken die Bräunungsreaktion in Lebensmitteln, ihre Verwendung wird jedoch durch die Möglichkeit der Bildung leicht toxischer Komponenten in sulfitierten Lebensmitteln eingeschränkt. Die Suche nach anderen Inhibitoren geht weiter, bisher gefundene Ersatzstoffe ( Cyanide, Dimedon, Hydroxylamin, Hydrazin, Mercaptane, Brom) sind aufgrund der Toxizität nicht akzeptabel. Dieser Schutzweg gegen Bräunung verhindert jedoch nicht, dass das Produkt Aminosäuren (zB Lysin) verliert, da die Reaktion mit Sulfitionen in den letzten Stadien der Melanoidinbildung stattfindet.
Oxidation zu Aldon-, Dicarbonsäure- und Uronsäuren... Die Oxidationsfähigkeit der Aldose ist auch für Lebensmittel wichtig. Unter bestimmten Bedingungen ist eine Oxidation zu Aldonsäuren möglich, und die b-Form wird schneller oxidiert als die a-Form. Das Oxidationsprodukt ist b-Lacton, das mit g-Lacton und der freien Form der Aldonsäure im Gleichgewicht steht (Abb. 14). Letztere Form überwiegt bei pH 3.
Abb. 14. D-Glucose-Oxidation
Glucono-b-lacton kann in Lebensmitteln in leicht sauren Umgebungen enthalten sein, in denen eine langsame Reaktion stattfindet, z. B. bei der Zubereitung bestimmter Milchprodukte. Unter Einwirkung stärkerer Oxidationsmittel (zB Salpetersäure) entstehen Dicarbonsäuren.
Eine Oxidation zu Uronsäuren ist nur möglich, wenn die Carbonylgruppe geschützt ist (Abb. 15).
Reis. 15. Oxidation von D-Galactose zu D-Galacturonsäure
Eine der industriellen Methoden zur Gewinnung von Glucuronsäure - die Oxidation während der Hydrolyse von Stärke - ist in Abb. 16.
Reis. 16. Eine der industriellen Methoden zur Gewinnung von Glucuronsäure
Uronsäuren sind in der Natur weit verbreitet. Einige von ihnen sind strukturelle Bestandteile von Polysacchariden, die für Lebensmittelprozesse wie Gelierung und Verdickung wichtig sind. Pektin(D-Galakturonsäure), Alginsäure aus Algen (D-Mannuronsäure, a-Guluronsäure).
Enzymkatalysierte Oxidation. Hier ist zunächst die Oxidation von Glucose unter dem Einfluss von Glucoseoxidase zu erwähnen.
Aus Sicht der Anwendung in der Lebensmitteltechnologie ist das System Glucoseoxidase - Katalase von Interesse.
Glucoseoxidase hat eine außergewöhnliche Spezifität für Glucose. Seine Wirkung ist im Diagramm in Abb. 17.
Reis. 17. Wirkung von Glucoseoxidase
Diese Reaktion ist effektive Methode Entfernung von Sauerstoff aus Getränken (Säfte, Bier), da Sauerstoff an der Bildung von Peroxiden und Substanzen beteiligt ist, die zu einer Veränderung der Farbe und des Geruchs von Produkten führen. Die Verwendung von Glucoseoxidase ermöglicht es, den Verlauf der Maillard-Reaktion zu hemmen.
Fermentationsprozesse. Fermentation- ein Verfahren (an dem Kohlenhydrate beteiligt sind), das in einer Reihe von Lebensmitteltechnologien verwendet wird: bei der Teigherstellung bei der Herstellung von Brot, bei der Herstellung von Bier, Kwas, Alkohol, Wein und anderen Produkten.
Die alkoholische Gärung wird aufgrund der lebenswichtigen Aktivität einer Reihe von Mikroorganismen durchgeführt. Die typischsten Organismen der alkoholischen Gärung sind die Hefen der Gattung Saccharomyces. Die gesamte alkoholische Gärung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Diese zusammenfassende Gleichung spiegelt nicht die Tatsache wider, dass in der Regel neben den Hauptfermentationsprodukten - Ethylalkohol und Kohlendioxid - immer noch einige andere Substanzen in unbedeutenden Mengen gebildet werden, zum Beispiel Bernstein, Zitronensäure, sowie eine Mischung aus Amyl-, Isoamyl-, Butyl- und anderen Alkoholen, Essigsäure, Diketonen, Acetaldehyd, Glycerin und einer Reihe anderer Verbindungen, deren Vorhandensein in Spuren das spezifische Aroma von Wein, Bier und anderen alkoholischen Getränken bestimmt .
Verschiedene Zucker werden von Hefe zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten fermentiert. Die am leichtesten fermentierte Glucose und Fructose, desto langsamer - Mannose, noch langsamer - Galaktose; Pentosen werden nicht durch Hefe vergoren. Von Disacchariden ist ein gutes Substrat für die alkoholische Gärung Saccharose und Maltose... Beide Zucker werden jedoch erst nach vorheriger Hydrolyse in ihre konstituierenden Monosaccharide durch a-Glycosidase-Enzyme fermentiert.
Bei Anwesenheit von Sauerstoff stoppt die alkoholische Gärung und die Hefe erhält durch die Sauerstoffatmung die für ihre Entwicklung und ihr Leben notwendige Energie. Gleichzeitig verbraucht Hefe Zucker viel sparsamer als unter anaeroben Bedingungen. Die Beendigung der Gärung unter Sauerstoffeinfluss heißt „ Pasteur-Effekt».
Eine weitere für die Lebensmitteltechnologie wichtige Fermentationsart ist die Milchsäuregärung, bei der aus einem Hexosemolekül zwei Moleküle gebildet werden Milchsäure:
C 6 H 12 O 6 = 2CH 3 -CHOH-COOH
Die Milchsäuregärung spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Herstellung von Milchsäureprodukten ( Joghurt, Acidophilus, Kefir, Koumiss), bei der Herstellung von Kwas, Sauerteig und " flüssige Hefe»Zum Backen, zum Einlegen von Kohl, Gurken, zum Silieren von Futtermitteln.
Alle Mikroorganismen, die Milchsäuregärung verursachen, werden in zwei unterteilt große Gruppen... Die erste Gruppe umfasst Mikroorganismen, die wahr sind anaerob und Fermentieren von Hexosen in strikter Übereinstimmung mit der oben zusammengefassten Milchsäurefermentationsgleichung. Sie heißen homofermentative Milchsäurebakterien... Die zweite Gruppe wird gebildet von heteroenzymatische Milchsäurebakterien, die neben Milchsäure erhebliche Mengen anderer Produkte bilden, insbesondere Essigsäure und Ethylalkohol.
Stärkeprodukte mit süßem Geschmack werden durch die Fähigkeit der Stärke erhalten, unter Einwirkung von Säuren und Enzymen zu verzuckern. Bei der sauren Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Wasserstoffionen werden a-1,4- und a-1,6-glykosidische Bindungen aufgebrochen. An der Bruchstelle bildet das Wasserstoffatom des Wassers mit dem Sauerstoff der glycosidischen Brücke am ersten Kohlenstoffatom des Glucoserestes eine Aldehydgruppe in Halbacetalform. Mit zunehmender Anzahl von Brüchen steigt die Reduktionsfähigkeit von Hydrolysaten. Das Endprodukt der sauren Hydrolyse von Stärke ist Glucose. Die Umwandlung von Stärke in Glukose wird ausgedrückt allgemeine Gleichung: Abhängig von den Bedingungen und der Dauer der Säurehydrolyse werden Stärkehydrolysate erhalten, die sich in der Kohlenhydratzusammensetzung unterscheiden: der Gehalt an Dextrinen, Tetra- und Trisacchariden, Maltose, Glucose.
Stärkehydrolysate mit hohem GE sind süßer, hygroskopisch, erhöhen den osmotischen Druck und wirken konservierend. Hydrolysate mit niedrigem GE zeichnen sich durch hohe Viskosität, Antikristallisationswirkung aus und können Schäume und Emulsionen stabilisieren.
Gegenwärtig gewinnt die Hydrolyse von Stärke unter Einsatz von Enzymen zunehmend an Bedeutung. Sie handeln in einer bestimmten Weise. Daher werden Hydrolysate mit einer gegebenen Kohlenhydratzusammensetzung erhalten. Stärkehydrolysate werden auch durch ein kombiniertes säure-enzymatisches Verfahren gewonnen.
Die allgemeinen Schritte bei der Herstellung von Stärkehydrolysaten sind: Vorbereitung der Stärke für die Verarbeitung - Waschen, Reinigung von Verunreinigungen; Hydrolyse von Stärke - Verkleisterung, Verflüssigung und Verzuckerung bis zum gewünschten Stadium (überprüft durch Jodtest); Säureneutralisation oder Enzyminaktivierung; Reinigung von Hydrolysaten von unlöslichen und löslichen Verunreinigungen, einschließlich Farbstoffen; Konzentration - Verdampfung von in flüssiger Form erhaltenen Produkten, Verdampfung und Trocknung oder Kristallisation von pulverförmigen Produkten.
Stärkesirup
Stärkesirup wird aus Getreide- und Kartoffelstärke hergestellt.
Melasse ist ein Produkt unvollständiger Hydrolyse von Stärke; ist eine süße, dicke, sehr viskose Flüssigkeit, farblos oder gelblich gefärbt. Melasse gehört zu den wichtigsten Rohstoffen für die Süßwarenherstellung, wird zur Herstellung von kommerziellen Sirupen in Bäckereien verwendet. Die Hauptbestandteile der Melasse: Dextrine, Glukose, Maltose. Die Reduktionsfähigkeit von Melasse beruht auf Glucose und Maltose. Die Süße von Melasse und ihre Hygroskopizität hängen vom Glukosegehalt ab. Melasse, bei der die reduzierenden Substanzen hauptsächlich durch Maltose repräsentiert werden, ist weniger hygroskopisch. Je mehr Dextrine in Melasse enthalten sind, desto höher ist ihre Viskosität und die Fähigkeit, die Kristallisation von Zuckern zu verzögern.
Je nach Verwendungszweck wird Melasse zuckerarm hergestellt, mit einem durchschnittlichen Verzuckerungsgrad von Stärke - karamellisiert und zuckerreich - Glukose. Massenanteil an reduzierenden Substanzen (bezogen auf Trockenmasse,%) in Melasse: zuckerarm - 30-34, Karamell - 34-44 und zuckerreiche Glukose - 44-60.
In der Süßwarenindustrie wird Melasse mit niedrigem Glukosegehalt zur Herstellung von Produkten verwendet, die leicht Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen können - Karamell, Halva und mit erhöhter - für Produkte, die während der Lagerung schnell trocknen - Lippenstift, geschlagene Bonbons, Kekse, etc. und die Qualität der Melasse wird maßgeblich durch die Art der Stärkehydrolyse beeinflusst.
Saure Hydrolyse Melasse. Bei der Gewinnung von Melasse wird die Stärkehydrolyse unter Einwirkung von Salzsäure bei einem Überdruck und einer Temperatur von etwa 140 ° C durchgeführt.
Neben Glucose enthält der zuckerarme Säurehydrolysesirup hochmolekulare Dextrine unterschiedlichen Polymerisationsgrades, einschließlich solcher mit stärkeähnlichen Eigenschaften. Solche Dextrine sind zu einer schnellen Retrogradation fähig. Melasse verliert leicht ihre Transparenz und wird milchig. Seine hohe Viskosität und Klebrigkeit erschweren die Karamellherstellung.
Bei einer tieferen sauren Hydrolyse von Stärke treten zusammen mit ihrer Verzuckerung Nebenreaktionen der Reversion und des Abbaus von Glucose auf. Die Umkehrung von Glucose ist ein reversibler Prozess ihrer Polymerisation unter Bildung von hauptsächlich Disacchariden - Gentiobiose, Isomaltose und anderen sowie Trisacchariden und komplexeren Oligosacchariden: 
In Stärkehydrolysaten können Glucoseumkehrprodukte 5 % oder mehr betragen. Sie verzögern die Kristallisation von Saccharose in Zuckersirupen durch eine Erhöhung der Löslichkeit der Zuckermischung.
Die Zersetzung von Glucose während der Hydrolyse von Stärke ist auf die saure Reaktion der mittleren und hohen Temperatur zurückzuführen. Unter diesen Bedingungen ist eine Glucosedehydratation möglich. Wenn drei Wassermoleküle von Glucose getrennt werden, entsteht Oxymethylfurfural - ein instabiles 
eine Verbindung, die in Lävulin- und Ameisensäure zerfallen kann. Bei der Polymerisation von Oxymethylfurfural entstehen gelbbraune Farbstoffe.
Die Abbauprodukte von Glucose, die sich in Melasse ansammeln, verschlechtern deren Zusammensetzung, Farbe und erhöhen die Hygroskopizität. Die Melasse enthält 0,002-0,008% Oxymethylfurfural. In Stärke vorhandene Verunreinigungen tragen zu Hochtemperatur- und anderen Nebenreaktionen unter Bildung dunkel gefärbter Verbindungen bei. Melasse, in einer Vakuumapparatur auf 78% Trockenmasse gekocht, wird schnell auf 40-45 ° C abgekühlt. Saure Methode produziert hauptsächlich Karamellsirup - mittlerer Verzuckerungsgrad.
Durch Säurehydrolyse erhaltener Glukosesirup mit hohem Zuckergehalt ist während der Lagerung aufgrund der Glukosekristallisation instabil. Es hat einen bitteren Nachgeschmack aufgrund des Gehalts an Reversionsprodukten, erhöhte Farbe.
Standardisiert (in Bezug auf Trockenmasse), zusätzlich zu reduzierenden Substanzen, Aschegehalt - nicht mehr als 0,4-0,55%, Säuregehalt, je nach Art und Art der Stärke - von 12 bis E7 ml 1 N. NaOH-Lösung, Melasse pH - nicht niedriger als 4,6. Beim Kochen einer Karamellprobe aus Melasse sollte ein transparentes Bonbon ohne dunkle Flecken und Schlieren entstehen.
Enzymatische Melasse Hydrolyse. Der Hydrolyseprozess erfolgt bei niedriger Temperatur (ca. 60 °C). Verwendet werden Enzyme gekeimter Getreidekörner, Schimmelpilze und Bakterien. Amylolytische Enzyme bauen Stärke ab, verflüssigen sie und verschwenden sie. Sie wirken spezifisch, daher erhalten sie Hydrolysate mit einer bestimmten Kohlenhydratzusammensetzung.
Das Enzym a-Amylase spaltet a-1,4-glykosidische Bindungen hauptsächlich in der Mitte von Amylose- und Amylopektin-Makromolekülen, wobei niedermolekulare Dextrine und etwas Maltose gebildet werden. P-Amylase hydrolysiert auch a-1,4-glycosidische Bindungen von Stärke, spaltet jedoch nacheinander zwei Glucosereste - Maltose - von den nicht-reduzierenden Enden der Ketten ab. Dieses Enzym hydrolysiert Amylose fast vollständig, Amylopektin zu 50-55%, da es aufhört, an den Verzweigungen von Molekülen mit einer 1,6-Bindung zu wirken, und hochmolekulare Dextrine ungespalten lassen. Glucoamylase hydrolysiert Stärke vollständig.
/ Zuckerarmer Stärkesirup zur enzymatischen Hydrolyse erhalten Sie mit dem Enzym a-Amylase. Melasse zeichnet sich durch einen geringen Gehalt an reduzierenden Substanzen, insbesondere Glukose, aus. Es besteht hauptsächlich aus Dextrinen mit niedrigem Molekulargewicht. pH-Wert bei 5,6. Diese Melasse bleibt während der Lagerung klar und flüssig. Es wird bei der Herstellung von niedrig hygroskopischem Karamell und anderen Süßwaren verwendet, für die eine Verringerung der Hygroskopizität wichtig ist.
Melasse mit hohem Zuckergehalt durch säureenzymatische Hydrolyse hergestellt. Zunächst wird Stärke mit Säure auf einen Gehalt von 42-50% an reduzierenden Substanzen hydrolysiert, dann wird dem auf 55°C gekühlten neutralisierten Hydrolysat eine Enzympräparation der a-Amylase zugesetzt und der Glucosegehalt auf 41-43% eingestellt. Dieses Verfahren verringert die Bildung von Reversions- und Abbauprodukten von Glucose. Melasse hat einen rein süßen Geschmack. Es kann verwendet werden, um Zucker bei der Herstellung von Marshmallows, Fondantbonbons und anderen Produkten teilweise zu ersetzen.
Mit dem Enzym Gluco-Amylase kann ein hochzuckerhaltiger Sirup mit einem höheren Glucosegehalt (47%) und einem Gesamtgehalt an reduzierenden Substanzen (68-75%) gewonnen werden. Diese Melasse wird in Bäckereien und Brauereien verwendet.
U Malzsirup besser bekannt als ein Produkt, das aus Stärke und stärkehaltigen Rohstoffen gewonnen wird - Mais, Hirse, hochwertiges Mehl. Zur Verzuckerung von Stärke wird Malz mit dem malzbildenden Enzym p-Amylase zugegeben. Die Farbe dieser Melasse ist braun, der Geruch ist leicht malzig, der Geschmack ist süß, mit einem malzigen Nachgeschmack. Reducttrugotdtgh matter "enthält nicht weniger als 65%, Asche - nicht mehr als 1,3% in Bezug auf die Trockenmasse. Maltosesirup wird zum Backen oder als süßer Sirup verwendet. Eine neue Technologie zur Herstellung von Maltosesirup wurde entwickelt. Sie werden aus Stärke unter Verwendung von Enzympräparaten hergestellt. Der so gewonnene Maltosesirup ist aufgrund des geringen Glucosegehalts (bis zu 10 %) wenig hygroskopisch, dünnflüssig und für die Herstellung von Karamellbonbons geeignet.
Hochmaltosesirup wird verwendet, um neue Produkte zu erhalten - gehärtete Stärkesirupe. Je nach Kohlenhydratzusammensetzung der Melasse enthalten diese Sirupe Maltit, Sorbit und mehrwertige Alkohole. Sie sind süßer als die ursprüngliche Melasse. In der Süße entspricht Maltit in etwa der Saccharose, wird vom Körper nicht aufgenommen und kann daher zur Herstellung kalorienreicher Lebensmittel verwendet werden. Dextrino-Maltose-Sirup hauptsächlich aus Kartoffelstärke unter Einwirkung von Malzextrakt-Enzymen gewonnen. Es ist eine viskose, dicke Flüssigkeit von bernsteingelber Farbe mit einem Malzgeruch und -geschmack, enthält ungefähr gleiche Mengen an Maltose und Dextrinen, etwas Glukose (nicht mehr / dh 10 Gew.-% der Trockenmasse Melasse).
Maltose-Dextrin-Sirup wird mit einem Trockensubstanzgehalt von 79 bzw. 93% (trocken) hergestellt. Diese Melasse wird verwendet, um Produkte für die Ernährung von Kleinkindern herzustellen - Milchnahrung und andere.
Maltz- Extrakt - ein diätetisches Lebensmittelprodukt, bei dem es sich um einen Extrakt aus gekochtem Wasser des Malzes selbst handelt.
Lagerung und Transport von Stärkesirup. Sirup wird in Tanks mit einer Kapazität von bis zu 2000 Tonnen gelagert, deren Innenfläche mit Lebensmittellack beschichtet ist. Es wird in Eisenbahntanks, Holz- und Metallfässer mit einer inneren Lackschicht ^ li mit Zink. Sirup ist in Gläsern verpackt.
Während der Lagerung ist es nicht akzeptabel, dass Feuchtigkeit in die Melasse eindringt, da sie an Stellen der Verflüssigung leicht absorbiert wird. Hohe Lagertemperaturen verdunkeln die Melasse und fördern die Gärung. Sirup sollte bei einer Temperatur von ca. 10 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von bis zu 70 % gelagert werden. Maltodextrine. Zu den Produkten der enzymatischen Hydrolyse von Stärke zählen auch Maltodextrine – Polymere, deren Molekül aus fünf bis zehn Glucoseresten besteht. Der Anteil reduzierender Substanzen in Maltodextrinen beträgt etwa 5-20%. Maltodextrine sind geschmacklos, geruchlos; bei einer Konzentration von mehr als 30% / bilden sie viskose Lösungen, die die Kristallisation verlangsamen können. Maltodextrine werden als Füllstoffe in der Lebensmittelherstellung verwendet. Das gelierende Maltodextrin Maltin ist in der Lage, wie Fette zu schmelzen. Sein Gel bildet stabile Emulsionen. Maltin wird als Zusatzstoff bei der Herstellung von Speiseeis und Cremes verwendet.
Enzymatische Hydrolyse von Stärke
Der Hauptprozess bei der Verarbeitung stärkehaltiger Rohstoffe in Fermentationsanlagen ist die Hydrolyse von Stärke durch amylolytische Enzyme von Malz und Enzympräparaten. Der Kohlenhydratanteil der Stärke besteht aus zwei Polysacchariden: Amylose und Amylopektin.
Amylose und Amylopektin werden aus den Glucoseresten C 6 H 10 O 5 aufgebaut. Amylose hat ein Molekulargewicht von 3 · 10 5 - 1 · 10 6, das Molekulargewicht von Amylopektin erreicht Hunderte von Millionen. Das Diagramm der Struktur des Amylosemoleküls ist in Form einer langen Kette von Glucoseresten dargestellt, die durch glucosidische α-1,4-Bindungen verbunden sind. Im Amylosemolekül sind mehrere solcher Parallelketten verbunden. In jedem von ihnen sind Glucosereste spiralförmig angeordnet. Das Strukturdiagramm des Amylopektinmoleküls ist in Form einer verzweigten Kette dargestellt, die aus einer großen Anzahl von Glucoseresten (ca. 2500) besteht. Die Hauptkette, an die die Seitenäste angehängt sind, besteht aus 25 bis 30 Glucoseresten. Jeder einzelne Seitenzweig besteht aus 15 - 18 Resten und die inneren Kettensegmente (zwischen den Zweigen) - aus 8 - 9 solcher Reste. Seitenketten wiederum sind mit benachbarten Ketten verbunden. In Amylopektin sind Glucosereste innerhalb derselben Kette wie in Amylose durch eine α-1,4-Bindung miteinander verbunden. Aber die Verbindung zwischen einzelnen Ketten im Amylopektin erfolgt durch α-1,6-glucosidische Bindungen.
Die enzymatische Hydrolyse von Stärke wird durch amylolytische Enzyme durchgeführt. Der amylolytische Komplex des Malzes (gekeimtes Getreide) besteht aus α- und β-Amylase und Dextrinase (Oligo-α-1,6-Glucosidase). Enzympräparate enthalten α-Amylase, Oligo-α-1,6-Glucosidase und Glucoamylase. Jedes Enzym hat seine eigenen spezifischen Eigenschaften, die bestimmte qualitative Eigenschaften der erhaltenen Produkte bestimmen.
α-Amylase ist ein Endozym, das α-1,4-Bindungen innerhalb des Amylose- und Amylopektinmoleküls hydrolysiert. Der Wirkmechanismus des Enzyms ist mehrkettig, ungeordnet; Als Ergebnis werden Produkte der unvollständigen Hydrolyse von Stärke gebildet - α-Dextrine, daher wird α-Amylase als dextrinierendes Enzym bezeichnet. Bei längerer Wirkung von α-Amylase auf Amylose wandelt das Enzym diese fast vollständig in Maltose und eine geringe Menge Glucose um.
Die Wirkung von α-Milase auf Amylopektin führt zur Bildung von Maltose und niedermolekularen Dextrinen mit 5 bis 8 Glucoseresten. Dieses Verhalten der α-Amylase ist darauf zurückzuführen, dass das Enzym nicht auf α-1,6-glucosidische Bindungen in den Zweigen von Amylopektin-Makromolekülen einwirkt.
β-Amylase ist ein Exoenzym, das α-1,4-Bindungen von den nicht-reduzierenden Enden von Amylose- und Amylopektinmolekülen zu Maltose hydrolysiert. Es ist ein zuckerbildendes Enzym, das α-1,6-Bindungen nicht spaltet.
Durch die kombinierte Wirkung von α- und β-Amylasen auf Stärke werden 95 % in Maltose und 5 % in nieDextrine mit α-1,6-glucosidischen Bindungen umgewandelt.
Hirse- und Hafermalz enthalten das Enzym Dextrinase, das die α-1,6-glucosidische Bindung in Amylopektin bricht und Dextrine limitiert.
Glucoamylase ist ein Exoenzym, das sowohl α-1,4- als auch α-1,6-glucosidische Bindungen spaltet. Glucoamylase spaltet an den irreduziblen Enden von Amylose- und Amylopektinmolekülen ein Glucosemolekül in der β-Form ab.
Die Hauptfaktoren, die die Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen beeinflussen, sind Temperatur, pH-Wert, die Konzentration der Substanzen im Substrat und Enzyme. Mit steigender Temperatur wird die enzymatische Hydrolyse der Stärke beschleunigt, bei Erreichen einer bestimmten Temperatur werden die Enzyme jedoch inaktiviert.
β-Amylase von Gerstenmalz hat eine geringe thermische Stabilität, wenn sie auf 70 ° C erhitzt wird, sie wird zerstört; Die thermische Inaktivierung dieses Enzyms bei 70 °C ist in wenigen Minuten fast vollständig abgeschlossen.
α-Amylase aus Gerstenmalz hat eine höhere thermische Stabilität und wird bei einer Temperatur von ca. 80 °C abgebaut.
Die optimale Temperatur für β-Amylase in der Maische beträgt 63 °C und für α-Amylase 70 °C. V optimale Bedingungen ein β-Amylase-Molekül kann 237.000 Bindungen pro Minute hydrolysieren.
Die optimale Temperatur für die Wirkung von Glucoamylase mikroskopischer Pilze und Bakterien beträgt 55 - 60 ° C. α-Amylase von Enzympräparaten bakteriellen Ursprungs weist eine hohe thermische Stabilität auf. Seine optimale Betriebstemperatur beträgt 85 - 95 ° C.
Jedes Enzym hat ein pH-Optimum, bei dem es am aktivsten ist; bei höheren oder niedrigeren pH-Werten nimmt die Aktivität des Enzyms ab. Die maximale Aktivität von α-Amylase erscheint bei pH 5,7 und β-Amylase – bei einem pH von etwa 4,8. bei pH 2,3 und 9,7 werden Amylasen vollständig inaktiviert.
Der optimale pH-Wert für α-Amylase mikroskopischer Pilze beträgt 4,5 - 5,0, für Glucoamylase - 4,5 - 4,6, für bakterielle α-Amylase - 5,0 - 6,0.
Die Geschwindigkeit der enzymatischen Reaktion nimmt mit zunehmender Konzentration des Enzyms zu, jedoch bis zu einer bestimmten Grenze. Vor der Bildung von 75 - 80 % der theoretischen Maltosemenge (79,1 - 84,4 g aus 100 g Stärke) läuft die Verzuckerungsreaktion schnell ab und verlangsamt sich dann stark: sie läuft 1000-mal langsamer ab als zu Beginn der Spaltung .
Mit zunehmender Konzentration der Extraktstoffe im Substrat verlangsamt sich die enzymatische Hydrolyse von Stärke. Dies liegt daran, dass mit steigender Stoffkonzentration die Viskosität der Maische zunimmt, wodurch der Diffusionsprozess zwischen Substrat und Enzym erschwert wird.
Die Stärkehydrolyse wird normalerweise durch die Farbe überwacht, die von den Zwischenprodukten der Hydrolyse mit Jod geliefert wird. Die Färbung entsteht durch die Anordnung von Jodmolekülen innerhalb der spiralförmigen Windungen der Glucosereste. Die Farbe der resultierenden Verbindungen ist auf die Länge der Kette der Glucosereste zurückzuführen.
Stärke mit Jod ergibt eine blaue Färbung. Am nächsten an Stärke sind die größten Dextrine - Amylodextrine (Molekulargewicht 10.000 - 12.000) mit Jod in einer violett-blauen Farbe gefärbt; kleinere Dextrine - Erythrodextrine (Molekulargewicht 4000 - 7000) - rotbraun; die kleinsten - Achrodextrine und Maltodextrine (Molekulargewicht 2900 - 3700) färben überhaupt nicht.
Rohe nicht verkleisterte Stärke wird von Amylasen abgebaut, jedoch sehr langsam. Der Angriff durch amylolytische Enzyme nimmt zu, wenn sie auf verkleisterte Stärke einwirken. Um den Prozess der Verkleisterung und Auflösung der Stärke von Getreideprodukten zu beschleunigen, ist es ratsam, diese einer vorläufigen Wärmebehandlung durch Dämpfen unter Druck zu unterziehen. Beim Erhitzen mit Wasser geht Stärke von einem festen Zustand in einen gelatinösen Zustand über - sie geliert. In diesem Fall kommt es zur Quellung der Stärkekörner (Granulat), gefolgt von deren Aufbrechen und Dispergieren.
Mit steigender Temperatur beginnt sich die Paste zu verflüssigen und wird dann flüssig.
Bei der Stärkehydrolyse sind also drei Stufen zu unterscheiden: Verkleisterung, Verflüssigung und Verzuckerung.
Die Anforderungen an die enzymatische Hydrolyse von Stärke in Fermentationsanlagen sind unterschiedlich. Bei der Alkoholherstellung streben sie daher nach der größtmöglichen Menge an vergärbaren Zuckern, da Dextrine nicht direkt von Hefe vergoren werden. Unter den Bedingungen der Alkoholproduktion erfolgt die Verzuckerung von Dextrinen im Stadium der Gärung, wenn bereits Großer Teil Maltose wird fermentiert. Dieses Verfahren ist von großer Bedeutung, um aus Stärke die höchste Alkoholausbeute zu erhalten. Daher ist es sehr wichtig, dass verzuckernde Enzyme ihre Aktivität bis zum Ende der Fermentation behalten.
In der Brauindustrie muss die Stärkehydrolyse durchgeführt werden, damit in der Würze neben Maltose ein gewisser Anteil an Acro- und Maltodextrinen vorhanden ist, die die Geschmacksfülle und Viskosität des Bieres bestimmen. Bei leichten Biersorten wird die Stärkehydrolyse durchgeführt, bis 80-85% der vergärbaren Zucker und 15-20% der Dextrine, die nicht mit Jod gefärbt sind, gebildet werden.
ETHANOL-HERSTELLUNG
Der Weltmarkt für Ethanol beträgt etwa 4 Milliarden Dekaliter (Dekaliter absoluter Alkohol) pro Jahr. Führend in der Ethanolproduktion sind die USA, Brasilien und China. In den USA gibt es 97 Anlagen zur Herstellung von Ethanol aus Mais (35 weitere Anlagen sind im Bau) mit einer Gesamtkapazität von 1,5 Milliarden Dekaliter pro Jahr.
Die Hauptrichtungen der Verwendung von Ethanol in der weltweiten Praxis:
- 60 % - Additiv zum Kraftstoff;
− 25% − chemische Industrie;
- 15% - Nahrungsmittelindustrie (der Anteil nimmt ab).
Autokraftstoffe auf Ethanolbasis enthalten 10 % Ethanol (E-10-Kraftstoff) bzw. 85 % Ethanol (E 85). Bei einem Ölpreis von 60-70 Dollar pro Barrel wird Bioethanol zu einem wettbewerbsfähigen Kraftstoff. Die Einführung von Ethanol in Benzin macht die Zugabe von Tetraethylblei zum Kraftstoff überflüssig, wodurch die Toxizität von Abgasen und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden.
In den USA wird großflächig an der Herstellung von Bioethanol aus nachwachsenden Pflanzenmaterialien (aus Mais-, Zuckerrohr- etc.) geforscht.
Unter industriellen Bedingungen wird Ethanol durch Hydratation von Ethylen in Gegenwart eines Katalysators (H 3 PO 4 auf Kieselgel), aus Hydrolysaten pflanzlicher Rohstoffe (Holz, Maisstängel, Zuckerrohr) sowie aus stärkehaltigen Rohstoffen gewonnen Materialien (Weizen, Roggen, Triticale, Kartoffeln), Melasse, Milchserum, Topinambur. Durchschnittliche Ausbeute von 95,5% Ethylalkohol aus 1 Tonne verschiedene Typen Rohstoffe sind in Tabelle 2.1 dargestellt.
Tabelle 2.1
Ethanolausbeute aus verschiedenen Rohstoffen
Ende der Tabelle 2.1
In den Brennereien der Republik Belarus (es gibt etwa 70 Brennereien mit einer Gesamtkapazität von mehr als 9 Millionen Dekalitern pro Jahr) werden stärkehaltige Rohstoffe, hauptsächlich Getreidekörner, zur Herstellung von Ethanol verwendet. Der Stärkegehalt in verschiedenen Getreidearten beträgt (in %): Weizen - 48–57; Roggen - 46-53; Gerste - 43–55; Hafer - 34–40; Hirse - 42-60; Mais - 61-70. Das Getreide enthält auch (im Durchschnitt) Zucker ~ 3%; Ballaststoffe ~ 6%; Pentosane und Pektinsubstanzen ~ 9%; stickstoffhaltige (Protein) Substanzen ~ 11%, Fett ~ 3%.
Ethanolhersteller
In der mikrobiologischen Synthese sind die klassischen Produzenten von Ethanol Hefe - Saccharomycetes und Schizosaccharomycetes. Hefe wird am häufigsten verwendet Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces vini,Schizosaccharomyces pombe.
Saccharomyceten haben Zellen runde Form 10-15 Mikrometer groß, vermehren sich durch Knospung. Schizosaccharomyceten haben große stäbchenförmige Zellen mit einem Durchmesser von 4-5 µm und einer Länge von 18-20 µm, die sich durch Teilung vermehren. Beide Hefen vergären Glukose, Mannose, Fruktose, Saccharose, Maltose gut, vergären Galaktose schwerer und vergären keine Pentosezucker (Xylose, Arabinose).
Die theoretische Ethanolausbeute aus 100 kg fermentierter Glucose beträgt 51,14 kg bzw. 64,80 l (dadurch entstehen 48,86 kg CO 2 ). In der Praxis liegt die Alkoholausbeute aufgrund des Verbrauchs eines Teils des Substrats für die Vermehrung und das Wachstum der Hefe und die Bildung von Nebenprodukten bei 82-92% der Theorie.
Die Synthese von Ethanol in einer Hefezelle erfolgt nach folgendem Schema:
Nebenprodukte der alkoholischen Gärung sind Glycerin, höhere (Fusel-)Alkohole, organische Säuren (Essig-, Brenztrauben-, Milch-, Bernsteinsäure), Aldehyde. Bei der alkoholischen Gärung wird Zucker (Glukose) zur Bildung verschiedener Stoffe in folgender Menge verbraucht: Ethanol - 46-47%, Kohlendioxid - 44-46%, Hefebiomasse - 1,8-4,0%, Glycerin - 3-4% , höhere Alkohole - 0,3-0,7%, organische Säuren - 0,2-1,0%, Aldehyde - 0,1-0,2%. Durch die wiederholte Rückführung der Hefe in die Gärung wird der Zuckerverbrauch zur Bildung von Biomasse reduziert und die Gärintensität sogar leicht erhöht.
Die Bildung von Glycerin während der alkoholischen Gärung wird dadurch erklärt, dass während der Induktionsphase (vor der Bildung von Acetaldehyd) eine Dismutationsreaktion zwischen zwei Molekülen Phosphoglycerinaldehyd unter Einwirkung des Enzyms Aldehydmutase unter Beteiligung eines Wassermoleküls stattfindet . Dabei wird ein Molekül Phosphoglycerinaldehyd zu Phosphoglycerin reduziert, während das andere zu 3-Phosphoglycerinsäure oxidiert wird. Phosphoglycerin nimmt auch nach der Spaltung nicht an weiteren Reaktionen teil Phosphorsäure ist ein Nebenprodukt der alkoholischen Gärung. 3-Phosphoglycerinsäure wird über den EMF-Weg unter Bildung von Acetaldehyd umgewandelt. Nach dem Auftreten von Acetaldehyd beginnt eine stationäre Fermentationsphase, in der die Oxidation von Phosphoglycerinaldehyd zu Phosphoglycerinsäure unter Zugabe von anorganischem Phosphat (EMF-Pfad) auf komplexere Weise abläuft. Dabei wird bei der Fermentation neben Ethanol immer auch eine gewisse Menge Glycerin gebildet.
Bei der Bindung von Acetaldehyd mit Bisulfit ist der Fermentationsprozess auf die Bildung von Glycerin ausgerichtet:
C 6 H 12 O 6 ® CH 3 CHO + CO 2 + CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH.
In alkalischer Umgebung geht das Acetaldehydmolekül mit dem zweiten Molekül eine Redoxreaktion ein, wobei Ethanol und Essigsäure gebildet werden. Gleichzeitig reichert sich Glycerin an. Insgesamt wird der Prozess durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
2C 6 H 12 O 6 + H 2 O ® ® 2CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH + C 2 H 5 OH + CH 3 COOH + 2CO 2.
Diese Techniken werden für die industrielle Herstellung von Glycerin verwendet.
Höhere Alkohole werden aus im Fermentationsmedium enthaltenen Aminosäuren (in geringerem Maße aus Ketosäuren) als Folge von aufeinander folgenden Reaktionen der Aminosäuredesaminierung, Decarboxylierung der gebildeten Ketosäuren und Reduktion von Aldehyden gebildet.
Von den höheren Alkoholen in der Maische gibt es: Propyl (aus Threonin), Isobutyl (aus Valin), Amyl (aus Isoleucin) und Isoamyl (aus Leucin).
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Derzeit wird intensiv nach nicht-traditionellen ethanolproduzierenden Mikroorganismen gesucht, die in der Lage sind, eine breite Palette von Substraten mit hoher Ethanolproduktivität und erhöhter Beständigkeit gegenüber Ethanol und hohen Temperaturen zu fermentieren. Von Interesse sind Ethanol synthetisierende Bakterien. Zum Beispiel Bakterien Zymomonas mobilis unterscheiden sich von Hefen im intensiven Stoffwechsel: Sie weisen eine hohe spezifische Umwandlungsrate von Glucose in Ethanol auf, liefern eine höhere Ethanolausbeute (bis zu 95 % des theoretisch möglichen) und sind toleranter gegenüber Alkohol. Diese Bakterien reagieren jedoch empfindlich auf die Anwesenheit von Inhibitoren (Furfural, Phenole) in Nährmedien und erfordern eine aseptische Fermentation.
Thermophile Bakterien Clostridium thermocellum(optimale Wachstumstemperatur 68 °C) sind in der Lage, die Zellulose pflanzlicher Rohstoffe direkt in Ethanol umzuwandeln, allerdings muss der Rohstoff von Lignin befreit werden. Eine hohe Alkoholausbeute mit direkter Umsetzung pflanzlicher Rohstoffe konnte bisher nicht erreicht werden.
Hefestämme, die Pentosezucker fermentieren können ( Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis, Candida shehata). Die Ethanolausbeute bei der Fermentation von 100 kg Xylose erreicht 35-47 Liter.
In der heimischen Praxis der Ethanolherstellung aus stärkehaltigen Rohstoffen wird Hefe verwendet Saccharomyces cerevisiae mit einer optimalen Gärtemperatur von 29-30 °C.
Enzymatische Verzuckerung von Stärke
Herkömmliche Hersteller von Ethanol sind nicht in der Lage, Polysaccharide zu spalten, daher unterliegen stärkehaltige Rohstoffe bei der Gewinnung von Würze einer Verdauung und Verzuckerung. Die meisten Pflanzenstärken enthalten 20-25% Amylose und 80-75% Amylopektin. In Pflanzenzellen liegt Stärke in Form von Körnern (Granulat) vor, deren Größe zwischen 1 und 120 Mikrometer liegt (Kartoffelstärke hat Körnchen von 40-50 Mikrometer, Körnerstärkekörner - 10-15 Mikrometer). Stärke, Amylose und Amylopektin sind unlöslich in kaltes Wasser, Alkohol, Äther. Amylose löst sich leicht in warmes Wasser, Amylopektin - beim Erhitzen unter Druck. Die Netzwerkstruktur der Amylopektin-Moleküle bewirkt ein Quellen der Stärkekörner ohne deren Auflösung (Sekundärbindungen werden durch Hydratation geschwächt). Bei einer bestimmten Temperatur lockert sich das Granulat, die Bindungen zwischen den einzelnen Strukturelementen werden aufgebrochen, die Integrität des Granulats wird gestört. Gleichzeitig steigt die Viskosität der Lösung stark an - die Verkleisterung der Stärke tritt ein. Für Paste ist eine ungeordnete Anordnung von Molekülen charakteristisch, ein Verlust der Kristallstruktur. Bei einer Temperatur von 120–130 ° C wird die Paste leicht mobil. Die vollständigste Auflösung von Amylopektin erfolgt in Weizenstärke bei 136-141 ° C, in Kartoffelstärke - bei 132 ° C.
Die beim Kochen von Getreide oder Kartoffeln gelöste Stärke wird mit amylolytischen Enzymen von Getreidemalz oder Kulturen von Mikroorganismen, hauptsächlich Fadenpilzen und Bakterien, hydrolysiert (verzuckert). Von den Pflanzenmaterialien sind die am häufigsten vorkommenden amylolytischen Enzyme gekeimte Getreidekörner, die Malz genannt werden. Derzeit werden in der Alkoholindustrie Enzympräparate auf der Grundlage von Kulturen von Fadenpilzen (oder Bakterien der Gattung Bazillus), die gegenüber Malz eine Reihe von Vorteilen haben. Filamentöse Pilzkulturen werden auf Weizenkleie oder Maismehl gezüchtet, während zur Herstellung von Malz bedingtes Getreide benötigt wird. Beim Malz werden in großen Mengen fremde Mikroorganismen in die Würze eingebracht, was sich negativ auf die Ethanolausbeute auswirkt. Tiefkulturen von Pilzen werden unter sterilen Bedingungen gezüchtet, sie verunreinigen die Würze nicht mit fremden Mikroorganismen. Die Kultivierung einer Oberflächenkultur von Pilzen erfolgt viel schneller (1,5-2,0 Tage) als die Keimung von Getreide (9-10 Tage). Pilze bilden einen Komplex von Enzymen, die Stärke tiefer hydrolysieren und auch Hemicellulosen zu Monosacchariden abbauen, was die Ethanolausbeute aus Rohstoffen erhöht.
An der Verzuckerung stärkehaltiger Rohstoffe sind verschiedene Enzyme beteiligt. Der größte Produktionswert haben Amylasen. α- und β-Amylasen katalysieren nur die Spaltung von α-1,4-glucosidischen Bindungen. Unter der Einwirkung von α-Amylasen werden Bindungen willkürlich, aber hauptsächlich innerhalb der Ketten aufgebrochen. Das Ergebnis sind hauptsächlich Dextrine, geringe Mengen Maltose und Oligosaccharide. Aufgrund der Art der Wirkung wird α-Amylase als endogene oder dextrinogene Amylase bezeichnet.
Die Wirkung der β-Amylase richtet sich auf die endständigen (externen) Bindungen der Stärke, während nacheinander, ausgehend von den nichtreduzierenden Kettenenden, zwei Glucosereste (Maltose) abgespalten werden. β-Amylase kann die Verzweigungsstellen im Stärkemakromolekül nicht umgehen, daher stoppt die Hydrolyse an der vorletzten α-1,4-glucosidischen Bindung und Dextrine mit hohem Molekulargewicht verbleiben während der Hydrolyse von Amylopektin. Amylose wird durch β-Amylase fast vollständig in Maltose, Amylopektin, umgewandelt – nur zu 50–55%.
Durch die kombinierte Wirkung von α- und β-Amylasen entsteht ein Gemisch von Sacchariden, bestehend aus Maltose, einer geringen Menge Glucose und niedermolekularen Dextrinen, in dem alle α-1,6-glucosidischen Bindungen der Stärke konzentriert sind.
Bakterien und mikroskopisch kleinen Pilzen fehlt β-Amylase, aber sie enthalten eine aktive α-Amylase, die sich in der Zusammensetzung der Aminosäuren im Protein und der Spezifität der Wirkung unterscheidet. Insbesondere wenn mikroskopische Pilze durch α-Amylase katalysiert werden, werden große Mengen an Glucose und Maltose gebildet. Unter den bakteriellen Amylasen gibt es sowohl Zucker- als auch dextrinogene Amylasen. Erstere hydrolysieren Stärke zu 60 % oder mehr, letztere zu 30–40 %. Mikrobielle α-Amylasen, wie Malz-α- und β-Amylasen, greifen α-1,6-glucosidische Bindungen nicht an.
Mikroskopische Pilze enthalten Glucoamylase, die das Aufbrechen von α-1,4- und α-1,6-glucosidischen Bindungen in Stärke katalysiert. Bei der Katalyse durch dieses Enzym werden Glucosereste sequentiell von den nicht-reduzierenden Enden von Amylose und Amylopektin abgespalten. An der Stelle des Bindungsbruchs schließt sich ein Wassermolekül an, daher beträgt die theoretische Ausbeute an Glucose bei der Hydrolyse 111,11 Gew.-% Stärke.
Dort sind drei wahrscheinliche Wege die Wechselwirkung des Enzyms mit dem Substrat (mit einer großen Anzahl von Ketten): mehrkettig, einkettig und kombiniert.
Bei einem Mehrkettenverfahren greift das Enzymmolekül zufällig eine der Polysaccharidketten an, spaltet von ihr ein Glied ab und greift dann auch zufällig die nächsten Ketten an, möglicherweise auch die zuvor angegriffene. Somit findet während der Existenz des Enzym-Substrat-Komplexes nur ein katalytischer Akt statt.
Bei der Einzelkettenmethode spaltet das Enzymmolekül, das in zufälliger Reihenfolge eine der Polysaccharidketten angreift, der Reihe nach die Glieder davon ab, bis die Kette vollständig gespalten ist. Während des Bestehens des Enzym-Substrat-Komplexes werden alle für das Enzym verfügbaren Bindungen hydrolysiert.
Das kombinierte Verfahren oder Mehrfachangriffsverfahren besteht darin, dass während des Bestehens des Enzym-Substrat-Komplexes mehrere Bindungen hydrolysiert werden. In diesem Fall wird das Enzym nach der Spaltung eines Glieds nicht abgestoßen, sondern verzögert. Der Angriff erfolgt mit abwechselnden Single- und Multi-Chain-Methoden.
Studien haben gezeigt, dass α- und β-Amylasen nach der Mehrfachangriffsmethode hydrolysieren (die Mehrkettenmethode ist typisch für bakterielle α-Amylase).
In heimischen Brennereien werden zur Verzuckerung von Rohstärke rohes (ungetrocknetes) Malz in Form von Malzmilch, Enzympräparate (Glucavamorin, Amilorizin, Amylossubtilin) verschiedener Aktivitätsgrade oder eine Mischung aus Malzmilch und einem Enzympräparat verwendet.
Die Technologie zur Herstellung von Malz umfasst folgende Hauptprozesse: Einweichen von Rohstoffen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 38–40%; Keimung von Getreide für 10 Tage in einer pneumatischen Mälzerei in einer Schicht von 0,5 bis 0,8 m Dicke; Mahlen von Malz in Scheiben- oder Hammerbrechern; Desinfektion von Malz mit Formalin oder Bleichlösung und Zubereitung von Malzmilch. Malzmilch wird durch Mischen von zerkleinertem Malz mit Wasser (4–5 Liter Wasser pro 1 kg Malz) gewonnen.
Malz aus verschiedenen Getreidesorten enthält unterschiedliche Mengen jedes der amylolytischen Enzyme. Gerstenmalz hat beispielsweise eine hohe α- und β-amylolytische Aktivität, während Hirsemalz eine starke dextrinolytische Aktivität aufweist. Am häufigsten wird eine Mischung aus drei Malzsorten hergestellt: Gerste (50%), Hirse (25%) und Hafer (25%). Verwenden Sie kein Malz aus derselben Kultur, wenn Sie Alkohol aus derselben Kultur herstellen.
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Stärke ist das wichtigste Reservepolysaccharid in Pflanzen und der wichtigste Kohlenhydratbestandteil der Nahrung. Stärke wird in Getreidesamen, Knollen, Rhizomen in Form von Stärkekörnern gespeichert, die je nach Pflanzenart eine unterschiedliche Form (kugelförmig, eiförmig, linsenförmig oder unregelmäßig) und Größe (1 bis 150 Mikrometer, durchschnittlich 30 -50 Mikrometer).
Stärkekörner verschiedener Pflanzenarten:
A - Kartoffeln; B - Weizen; B - Hafer; G - Reis; D - Mais; E - Buchweizen.
1 - einfaches Stärkekorn, 2 - komplex, 3 - halbkomplex.
Stärke hat eine komplexe Struktur und besteht aus zwei Homopolysacchariden: wasserlöslicher Amylose und unlöslichem Amylopektin. Ihr Anteil an Stärke kann je nach Pflanze und Gewebeart, aus der sie isoliert wurde, unterschiedlich sein (Amylose 13-30%; Amylopektin 70-85%).
Amylose besteht aus unverzweigten (linearen) Ketten mit 200-300 Glucoseresten, die durch eine glykosidische α (1 → 4)-Bindung verbunden sind. Aufgrund der α-Konfiguration an C-1 bilden die Ketten eine Helix mit einem Durchmesser von 13 nm, in der sich pro Windung 6-8 Glucosereste befinden. Das Molekulargewicht beträgt 50.000 Da.
Amylopektin hat eine verzweigte Struktur, in der im Durchschnitt einer von 20-25 Glucoseresten eine Seitenkette enthält, die durch eine glykosidische α (1 → 6)-Bindung gebunden ist. In diesem Fall wird eine baumartige Struktur gebildet. Das Molekulargewicht beträgt bis zu 1-6 Mio. Ja.
Die Stärkehydrolyse ist in vielen Lebensmitteltechnologien als einer der notwendigen Prozesse vorhanden, um die Qualität des Endprodukts sicherzustellen. Zum Beispiel:
In der Bäckerei - der Prozess der Teigherstellung und des Brotbackens;
Bei der Bierherstellung - Gewinnung von Bierwürze und Trocknung von Malz;
Bei der Herstellung von Kwas;
Bei der Herstellung von Alkohol - Vorbereitung von Rohstoffen für die Gärung;
Bei der Gewinnung verschiedener zuckerhaltiger Stärkeprodukte - Glukose, Melasse, Zuckersirupe.
Es gibt zwei Methoden zur Hydrolyse von Stärke:
sauer - unter dem Einfluss von Mineralsäuren;
Enzymatisch - unter dem Einfluss von Enzympräparaten.
Bei der Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Säuren kommt es zunächst zu einer Schwächung und Aufspaltung assoziativer Bindungen zwischen Amylose- und Amylopektin-Makromolekülen. Dies geht einher mit einer Verletzung der Struktur von Stärkekörnern und der Bildung einer homogenen Masse. Als nächstes kommt der Bruch von α (1 → 4) und α (1 → 6) -glycosidischen Bindungen mit Addition an der Stelle des Bruchs des Wassermoleküls. Bei der Hydrolyse nimmt die Zahl der freien Aldehydgruppen zu und der Polymerisationsgrad ab. In Zwischenstufen werden Dextrine, Tri- und Tetrazucker, Maltose gebildet. Das Endprodukt der Hydrolyse ist Glucose. Die saure Hydrolyse hat eine Reihe von erheblichen Nachteilen, die durch die Verwendung hoher Säurekonzentrationen und hoher Temperaturen (über 100 ° C) verursacht werden, die zur Bildung von Produkten des thermischen Abbaus und der Dehydratisierung von Kohlenhydraten, Transglykosylierung und Umkehrreaktionen führen.
Im Vergleich zur sauren Hydrolyse ist die enzymatische Hydrolyse erfolgversprechender und hat folgende Vorteile:
1) Hohe Qualität hergestelltes Produkt, weil es werden weniger Nebenprodukte gebildet;
2) Die Spezifität der Wirkung von Enzymen ermöglicht es, ein Produkt mit bestimmten physikalischen Eigenschaften (z. B. Süße) zu erhalten;
3) Erzielte hohe Produktausbeute bei geringeren wirtschaftlichen Kosten.
Die enzymatische Hydrolyse von Stärke wird mit amylolytischen Enzymen durchgeführt. Diese Gruppe umfasst α-Amylase, β-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase und einige andere Enzyme. Jeder von ihnen hat seine eigenen spezifischen Eigenschaften.
α-Amylase- ein Endoenzym, das α (1-4) -glykosidische Bindungen innerhalb des Amylose- oder Amylopektin-Moleküls hydrolysiert, was zur Bildung von Dextrinen führt - Produkte der unvollständigen Hydrolyse von Stärke und einer kleinen Menge Glucose und Maltose:
α-Amylase kommt in Tieren (Speichel und Bauchspeicheldrüse), in höheren Pflanzen (gekeimte Samen von Gerste, Weizen, Roggen, Hirse) und in Mikroorganismen (Pilze der Gattung Aspergillus, Rhizopus, Bakterien der Gattung Bacillus subtilis) vor.
β-Amylase- Exoenzym, hydrolysiert α (1-4) -glykosidische Bindungen von den nicht-reduzierenden Enden des Amylosemoleküls, Amylopektin unter Bildung von Maltose (54-58%), d.h. weist eine ausgeprägte verzuckernde Wirkung auf. Ein weiteres Reaktionsprodukt ist β-Dextrin (42-46%). Dieses Enzym ist im Gewebe höherer Pflanzen verteilt.
Glucoamylase ist ein Exoenzym, das von den nicht-reduzierenden Enden der Amylose- und Amylopektinmoleküle aus wirkt und Glucosemoleküle durch Hydrolyse von α (1-4) - und α (1-6) -glycosidischen Bindungen abspaltet. Dieses Enzym wird am häufigsten in Mikromyceten der Gattung Aspergillus, Rhizopus, gefunden.
Wirkmechanismus verschiedene Typen Amylase zu Stärke:
Technologie zur Herstellung von Stärke.
Die Rohstoffe für die industrielle Stärkeproduktion sind Kartoffeln, Mais, Weizen, Reis, Sorghum. Betrachten Sie die Technologie zur Herstellung von Kartoffelstärke. Es umfasst die folgenden Phasen:
Waschen von Kartoffeln von Schmutz und Verunreinigungen auf einer Kartoffelwaschmaschine;
Wiegen;
Feinmahlen von Kartoffeln auf Hochgeschwindigkeits-Kartoffelmaschinen, um Kartoffelbrei zu erhalten (je mehr er zerkleinert wird, desto vollständiger wird die Stärke aus den Zellen freigesetzt, aber es ist wichtig, die Stärkekörner selbst nicht zu beschädigen);
Behandlung von Kartoffelbrei mit Schwefeldioxid oder schweflige Säure (um die Qualität der Stärke, ihren Weißgrad zu verbessern und die Entwicklung von Mikroorganismen zu verhindern);
Abtrennung von Brei mit Zentrifugen oder Hydrozyklonsystemen;
Raffination von Stärkemilch - Reinigung von Stärke aus Maische auf einem Raffinationssieb;
Waschen von Stärke in einem Hydrozyklon.
Das Ergebnis ist eine Rohstärke mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 40-52%. Es unterliegt keiner Langzeitlagerung, im Gegensatz zu der Trockenannahme, die aus folgenden Arbeitsgängen besteht: mechanisches Entfernen von überschüssiger Feuchtigkeit, Trocknen, Pressen und Verpacken.
Bei der Herstellung einer Reihe von Produkten ist die Verwendung von modifizierten Stärken wirksam:
- Schwellung (vorverkleisterte) Stärke wird durch Trocknen der Paste auf speziellen Trocknern gewonnen, gefolgt von Zerkleinern der Folie zu Pulver, dessen Partikel bei Benetzung mit Wasser aufquellen und an Volumen zunehmen. Die Quellstärke wird verwendet in Nahrungsmittelindustrie(Produkte Fastfood, Stabilisatoren und Verdickungsmittel in Lebensmitteln ohne Erhitzen).
- Oxidiert Stärke wird durch Oxidation von Stärke mit verschiedenen Oxidationsmitteln (KMnO 4, KBrO 3 usw.) gewonnen. Je nach Oxidationsverfahren weisen die Produkte unterschiedliche Viskositäten und Geliereigenschaften auf. Sie werden verwendet in Papierindustrie zur Erhöhung der Festigkeit von Papier als Tannin und bei niedriger Oxidationsstufe (bis zu 2%) in der Lebensmittelindustrie. So wird eine der Arten von oxidierter Stärke - Gelierung als Geliermittel anstelle von Agar und Agaroid bei der Herstellung von Marmeladenprodukten verwendet.
- Substituierte Stärken:
Monocarchphosphate (Monophosphatester der Stärke) werden durch Umsetzung einer trockenen Mischung von Stärke und sauren Salzen von Ortho-, Pyro- oder Tripolyphosphat bei erhöhten Temperaturen erhalten. Im Vergleich zu herkömmlicher Stärke bilden sie stabile Pasten, die sich durch erhöhte Transparenz, Frost- und Auftaubeständigkeit auszeichnen.
Dichlorphosphate (vernetzte Stärken) können durch die Reaktion von Stärke mit Natriumtrimetaphosphat, Phosphoroxychlorid usw. gewonnen werden. Sie bilden Pasten, die gegen Hitze und mechanische Beanspruchung beständig sind. Sie werden bei der Herstellung von Mayonnaise, Süßwaren, Salatdressings, Fleischprodukten usw. verwendet.
Acetylierte Stärke (Stärkeacetat) kann durch Behandeln von Stärke mit Essigsäure oder Essigsäureanhydrid erhalten werden. Sie haben die Fähigkeit, stabile transparente Pasten zu bilden, die nach dem Trocknen starke Filme bilden. In der Lebensmittelindustrie werden sie als Verdickungsmittel sowie bei der Herstellung von Tiefkühlkost, Instantpulvern etc.
