Amidonul este un polizaharid ce face parte din grupa hidratilor de carbon, datorita compozitiei chimie pe care o are. Polizahaidele au o structura… [309998]

ISTORIC.

[anonimizat] o are. Polizahaidele au o [anonimizat], mai ales in plante.

[anonimizat]. [anonimizat].

[anonimizat], unele servesc ca rezerve de hidrati de carbon pentru embrion sau chiar pentru planta. Unele polizaharide au rol de mentinere a plantei, [anonimizat]-[anonimizat].

[anonimizat], fructe si seminte. Prin procesul de hidroliza enzimatica plantele reusesc sa transforme amidon insolubil in apa in glucoza sau derivati ai acesteia.

[http://www.referat.ro/referate/Amidonul_560f0.html]

In urma primelor cercetari a fost determinata prin analiza elementara forma bruta a amidonului (C6H10O5)n, fiind identica cu cea a celulozei. S-a observat, prin hdroanaliza ca amidonul se descompune in prezenta unor acizi in D-glucoza, avand un randament cantitativ mai mic decat prin hidroliza cu enzimele.

Obtinerea din amidon a dizaharidelor, in principal a maltozei, [anonimizat], de pana la 80%. [anonimizat], [anonimizat]-[anonimizat].

[anonimizat] -OH, la fel ca la celuloza. Prin hidroliza cu acizi a unei molecule de amidon perfect metilate se obtine in principal 2,3,6-trimetilglucoza. [anonimizat] a fost ca moleculele de amidon sunt alcatuite din resturi de D-glucopiranoza, care sunt legate in pozitiile 1,4, [anonimizat].

O legatura α-[anonimizat], cel putin jumatate din legaturile care unesc resturile de glucoza sunt legaturi α-glicozidice.

[http://www.referat.ro/referate/download/Structura_amidonului_1191.html]

[anonimizat], specific organismelor vegetale. Extragerea acestuia se face din partile plantelor ce contin o cantitate mare de amidon:

seminte: amidonurile cerealiere (porumb, orez, secara, grau etc), amidonurile leguminoase (mazare)

radacini si tuberculi: [anonimizat]: amidonul de sago

fructe: [anonimizat] (porumb, grau, orez, secara etc) si radacinile de manioc (amidonul din tapioca) sunt principalele materii prime pentru extragerea amidonului.

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].

Plantele isi sintetizeaza amidonul sub forma de granule ca substrat pentru enzime, fiind cel mai convenabil mod de a-l utiliza. Granulele se caracterizeaza prin forma si dimensiuni diferite, in functie de originea botanica si conditiile pedoclimatice de cultura.

Granulele de amidon trebuie analizate pe trei niveluri de structura:

molecular sau structura chimica

microstructura

nivel cristalin[carte 2]

Generalitati

Materii prime din care se poate extrage amidonul

Amidonul formează cea mai mare parte a bobului. Endospermul este format din celule mari poliedrice, cu pereți subțiri, pline de granule de amidon înconjurate de substanțe proteice.

Granulele de amidon pot avea diferite mărimi iar ca formă pot fi sferice sau lenticulare. Aspectul făinos al boabelor în secțiune se datorează prezenței granulelor mici de amidon în spațiile dintre granulele mari de amidon iar aspectul sticlos este datorat unui schelet de substanțe proteice în care se găsesc fixate granulele mari de amidon. [alta referinta 1]

Porumbul

Una dintre cele mai raspandite plante bogate in amidon din tara noastra este porumbul, aceasta avand o serie de avantaje cum ar fi: utilizarea la scara larga in industrie si alimentatie, productivitate mare, desi este o planta anuala, rezistenta la intemperii.

Structura anatomica si compozitia chimica

Structura anatomica

Invelisul 1 este alcatuit in general din celuloza compus pericarp (extern si intern) si dintr-o membrana semipermeabila.

Endospermul 2 cuprinde cea mai mare parte a bobului, la periferie fiind alcatuit de celule de forma cubica continuandu-se cu un strat de celule de amidon (endospermul amidonos 3). Acestea contin granule de amidon inchise intr-o retea de proteina.

Embrionul 4 are o lungime variabila si este separat printr-o pielita subtire numita scutelum de partea amidonoasa.

Fig…….. Structura morfologica a bobului de porumb

Compozitia chimica a bobului de porumb

Umiditatea bobului de porumb difera in functie de soi si ajunge la 12-15% din masa boabelor ajunse la maturitate, fiind repartizata in mod diferit (endosperm 10-12%; embrion 7,2%; invelis 9,8%).

Compusii cu azot sunt substante proteice in cea mai mare parte (~95%). Partea cea mai bogata in proteine este embrionul, dupa care urmeaza endospermul si zona cornoasa.

Hidratii de carbon (glucidele) formeaza 80% din substanta uscata a bobului de porumb, iar amidonul constituie aproximativ 80% din totalul glucidelor. In rest se mai gasesc zaharuri, celuloza, dextrine si pentozani.

Amidonul se regaseste in cea mai mare parte in endosperm (98%) si reprezinta aproximativ 85% din substanta uscata a acestuia; in celule amidonul apare sub forma de granule inchise.

Zaharurile solubile se regasesc in cea mai mare parte in embrion.

Lipidele sunt in general reprezentate de trigliceride, impreuna cu alti componenti grasi formand astfel grasimea bruta, care creste o data cu perioada de coacere si ajungand la un maxim de 4-5% din substanta uscata a bobului. In embrion este acumulata cea mai mare parte din grasimea bruta formand circa 40% din substanta uscata.

Din substanta uscata un procent de 1,7% il reprezinta cenusa din substanta uscata, gasindu-se in cantitate mare la inceputul formarii bobului.

Graul

La fel ca si porumbul, graul este principala planta de cultura prin prisma productivitatii cat si a suprafetelor de cultivare.

Graul fiind tot o planta anuala, avand toamna perioada de raspandire.

Structura morfologica.

Bobul de grau se caracterizeaza prin trei parti principale:

Invelisul sau pericarpul alcatuit dintr-o substanta tare, reprezentand stratul de protectie al bobului de grau este compus din lignoceluloza, reprezentand circa !5% din greutatea totala a bobului. Invelisul exterior este format din sase straturi, primele trei fiind mai subtiri. Cel mai bogat in proteine este al sase-lea strat, in zona aleuronica.

Endospermul are masa formata din celule poliedrice, avand pereti subtiri si plini cu amidon, din substante albuminoide si pereti celulozici care despart celulele. Acesta reprezinta circa 83% din greutatea bobului de grau. Celulele mai bogate in amidon sunt dispuse spre interior, iar cele mai bogate in gluten sunt dispuse spre exterior.

Embrionul fiind dispus in partea laterale si inferioara a bobului de grau, reprezentand aproximativ 2-2,5% din greutatea bobului. Embrionul contine cea mai mare parte de grasimi din bob.

Fig……Structura morfologica a bobului de grau

1-epiderma; 2-epicarp; 3-endocarp; (1,2,3-invelis); 4-episperm; 5-perisperm (4,5-endosperm); 6-embrion

Compozitia chimica

Principalele componente din care este alcatuit bobul de grau sunt: hidrati de carbon (amidon si zaharuri solubile), substante proteice (gluten), grasimi, celuloza, substante minerale si vitamine.

Pentru a fi folosit in industrie, graul nu se foloseste ca materie prima ca atare, ci se transforma in faina.

Hidratii de carbon sunt reprezentati cu preponderenta de amidon, fiind componenta principala in proportie de 84%, urmat de pentozani 10% si zaharuri reducatoare, cu preponderenta zaharoza 6%, acestea regasindu-se in mare parte in embrion care contine 24,5% din total.

Substantele proteice regasindu-se in cea mai mare parte in invelisul celulozic, fiind in general formate din gluten care este alcatuit din doi componenti de baza: gliaddina si glutenina, raportul dintre cei doi fiind de 3:1, dar existand si cantitati mici de albuline si globuline. Usor solubile in alcalii, dar insolubile in apa, datorita caracterului puternic acid. Datorita celor doua proteine faina poate forma un aluat consistent, care poate fi transformat in paine.

Substantele celulozice aflate in stratul exterior, in invelis, sunt formate in general din lignoceluloza.

In embrion se gasesc concentrate substantele grase, acestea reprezentand 14,25% din greutatea embrionului.

Substantele de baza din cenusa sunt: oxid de potasiu, acid fosforic, oxid de magneziu.

Orezul

O alta materie prima folosita la fabricarea amidonului este orezul, aceasta este o planta ce are nevoie de multa umezeala si caldura pentru a se dezvolta. Orezul se gaseste cu preponderenta in Asia Centrala si de Vest, fiind tari cu resurse mari de orez.

Compozitia chimica a orezului este formata din amidon si zaharuri in proportie de 77-79%, proteine 7-8%, substante grase 0,2-0,5%, celuloza 0,1-0,5%, cenusa 0,4-0,6%, iar continutul de apa variaza intre 12-14%.

O caracteristica care deosebeste orezul de porumb si grau este ca in invelisul bobului si germene se gaseste o cantitate mare de vitamina B6, ceea ce confera orezului, din punct de vedere alimentar, o valoare mai mare fata de celelalte plante.

In zonele subtropicale si tropicale se mai gasesc si alte plante care pot reprezenta surse importante de amidon, cum ar fi: maniocul, casava, palmierul de sago si maranta.

Fig…..Structura morfologica a bobului de orez

1-rudimentar; 2-acrospira rudimentara; 3-radicele; 4-scutelum; 5-strat epitelial; 6-endosperm; 7-celule goale; 8-strat aleuronic; 9-tesla; 10-pericarp; 11-coaja

[http://documents.tips/documents/bilantul-de-materiale-si-caloric-pentru-operatia-de-plamadire-zaharificare-dintr-o-sectie-de-brasaj-a-unei-fabrici-de-bere.html]

Formarea amidonului in natura

Amidonul este un produs natural, facand parte din clasa hidratiilor de carbon, alcatuit din doi componenti: amiloza si amilopectina.

Formarea amidonului in natura este datorata unor procese complexe direct influentate de factori externi, ce catalizeaza si determina vitezele de reactie in sensul sintetizarii hidratilor de carbon si asimilarii substantelor simple.

Sinteza amidonului din C si H2O, reprezentand elementele de baza, are loc din cauza transformarilor enzimatice, prin fenomenul de asimilaree clorofiana, care se desfasoare dupa urmatoarea reactie chimica:

CO2 + H2O → 1/6 C6H12O6 + O2 – 112 cal

Structura fizica a granulelor de amidon

Conditiile fiziologice de formare in procesul de fotosinteza nfluenteaza granulele de amidon, acestea avand diferite forme si stari, specifice plantei de provenienta.

Dupa natura lui, dimensiunile granulelor de amidon difera variind de la una la alta.

Amidonul din porumb: Granulele sunt in general uniforme ca dimensiune avand marimi cuprinse intre 10 si 30µ, fiind colturoase.

Amidonul din grau: In general, granulele de amidon din grau sunt rotunde cu valori in diametru cuprinse intre 5-50µ, aproape sferice. Particula are straturi rare in jurul hilului, care nu sunt usor perceptibile, uneori granula avand si forma poliedrica.

Amidonul din orez: Granulele au dimensiuni mai mici decat cele din porumb sau din grau, cu valori cuprinse intre 2-10µ, fiind asemanatoare celor de porumb, avand forme poliedrice, hexagonale sau pentagonale.[crte 1]

Compozitia chimica a amidonului

Amidonul este un homopolimer al D-glucozei, in conformatia scaun cea mai stabila, cu gruparile OH din pozitiile C2, C3, C4 si C6 in pozitie ecuatoriala. Unitatile de D-glucoza sunt legate intre ele prin legaturi α-(1,4) glucozidice (95-96%) si prin legaturi α-(1,6) glucozidice in proportie de 4-5%.[carte 2]

Din punct de vedere chimic, amidonul are aceeasi compozitie ca a celulozei (C6H10O5)n, de care se deosebeste prin proprietatile fizice si prin aspectul exterior. [carte 1]

Amidonul purificat, in stare de granule, contine si o serie de elemente minore (proteine, lipide, substante minerale), acestea fiind in proportie mica, dar putand influenta comportarea granulelor de amidon de-a lungul proceselor de transformare la care sunt supuse, dar si calitatea produselor finite.[carte 2]

Amidonul in prezenta iodului, da o reactie specifica de colorare in albastru, care prin incalzire dispare.

Amidonul este o substanta neomogena in comparatie cu celuloza, aceasta avand un caracter unitar, prezentadu-se sub forma de fibra.

Structura chimica a amidonului

Amiloza si amilopectina sunt cele doua substante de baza care alcatuiesc macromolecula de amidon, astfel s-a putut demostra teoria neomogenitatii acestuia.

In functie de soiul plantei de provenienta, de gradul de maturizare si de conditiile pedoclimatice in care se desfasoara maturizarea, continutul de amiloza si amilopectina din molecula de amidon dintr-o specie determinata variaza, neexistand un raport clar intre acestea.

In industria amidonului proportia acestuia variaza in functie de materiile prime, respectiv cartoful, porumbul si graul.

Structura chimica a amidonului este compusa din molecule de α-gluco-piranoza:

Fig……..Structura chimica α-gluco-piranoza

Explicarea formarii lanturilor macromoleculare de α-gluco-piranoza, din care se compune amidonul, porneste de la conceptia unirii moleculelor de α-hidro-piranoza. In 1895 A. Meyer a propus ca lanturile macromoleculare sa se numeasca α-amiloza si β-amiloza, tinand cont ca acestea pot fi liniare sau ramificate. Maquenne in 1905 propune denumirile de amiloza si amilopectina, fiind pastrate pana in ziua de azi. Componentul cu structura lineara este amiloza formata din unirea in lant a meloculelor de α-gluco-piranoza si eliminarea unei molecule de apa.

Fig…..Structura chimica amiloza[CARTE 2]

Componentul ramificat al amidonului este amilopectina, fiind formata din lanturi de amiloza, legata la carbonii 1 si 6. Smith, dupa comunicarile sale, pe cale experimentala a scos in evidenta legaturile intre moleculele de anhidro-piranoza la carbonul 3.

Fig…… Structura chimica amilopectina[CARTE 2]

Proprietatile amilozei si amilopectinei

In functie de proprietatile si comportarea celor doi componenti ai amidonului acestia se pot utiliza in diferite domenii.

Amilopectina are caracterul unui coloid polar compus din macro-anioni si ioni de hidrogen, datorita unui continut redus de acid fosforic, iar asemanatoare celulozei este amiloza, avand macromolecule ce contine numai legaturi covalente.

Una dinte metodele de diferentiere a amilozei de amilopectina este solubilitatea in apa. Din cauza faptului ca amiloza este un polihexozan, aceasta prezinta o solubilitatea mai mare in apa decat amilopectina.

Caracteristicile coloidale ale celor doi compusi reprezinta o alta diferenta intre acestia, vascozitatea solului de amiloza se pierde intr-un timp scurt, se tulbura si depune o mare parte de substanta, iar amilopectina formeaza soli stabili.

In gelurile de amidon, amilopectina este adaugata datorita actiunii de stabilitate asupra modificarii vascozitatii in timp. Gelurile in suprafete poroase au o putere de penetrare accelerata si dezvoltata datorita adaugarii amilopectinei.

In solutie, amiloza precipita mai usor decat amilopectina in prezenta de alcooli sau tanin.

Amiloza in reactia cu iodul formeaza o combinatie complexa, rezultand iod liber in solutie abia dupa ce amiloza este complet saturata. In prezenta iodului, amiloza se coloreaza in albastru inchis, aceasta culoare a complexului se poate schimba prin reactia cu bromul, capatand astfel o culoare de rosu inchis cu nuante violete. Adaugand din nou iod se obtine un complex ce are culoarea albastra. Amilopectina in reactia cu iodul formeaza un complex ce are nuante slab violacee-purpurii.

Prin procedeul de hidroliza enzimatica in care care se foloseste amilaza, amiloza se transforma integral in glucoza, spre deosebire de amilopectina care se hidrolizeaza doar in procent de 60%, iar restul de substanta nehidrolizata ramanand sub forma de dextrina.

Ulterior s-au dezvoltat si alte metode de identificare a celor doi compusi ai amidonului, una dintre ele fiind analiza capilara cromatografica pe hartie care reuseste sa faca distinctia in solutie a amilozei, amilopectinei si a celorlalti compusi rezultati in urma degradarii amidonului.

Amiloza este capabila sa formeze compusi de tipul acetatilor de celuloza, confirmand astfel structura neramificata a acesteia, permitand confectionarea de fibre si filme rezistente.

Pentru a forma o materie prima optima realizarii fibrelor si filmelor s-au dezvoltat operatii de izolare a amilozei prin esterificare cu acizi grasi (caprilic, caprinic, palmitic, stearic si oleic) si alcooli grasi (1-butanol, 1-hexanol, 1-octanol si 1-decanol) din porumburi hibride ce au un continut de amiloza de pana la 75%.

Ultimele teorii cu privire la structura amidonului arata ca amiloza se grefeaza pe scheletul format de amilopectina. In intreaga masa de amidon este raspandita structura scheletica a amilopectinei, aceasta punand in evidenta forma finala a amidonului, confirmand faptul ca molecula de amidon nu este formata din straturi izolate sau stratificari discontinue.

Solubilizarea amidonului.

Granulele de amidon sunt insolubile la temperatura camerei si la un pH cuprins intre 3 si 10. Aceasta proprietate este reprezentata de organizarea interna a granulelor de amidon, in detrimentul faptului ca amidonul este o molecula puternic hidroxilata, astefel devenind hidrofila.

Granulele de amidon sunt insolubile in apa rece, se umfla usor devenind partial hidratate.

Solubilizarea amidonului este necesara pentru a mari accesibilitatea enzimelor, in vederea realizarii atacului enzimatic. Astfel se aplica un tratament hidrotermic asupra granulelor de amidon.

In exces de apa si prin incalzire la temperaturi de peste 60°C granulele de amidon se distrug ireversibil, procesul de transformare fiind numit gelatinizare. In urma unui astfel de tratament hidrotermic, granula de amidon trece prin trei stadii:

granula umflata;

granula gelatinizata;

granula solubilizata.

Granulele de amidon se comporta diferit la gelatinizare, in functie de tipul de cristalizare pe care il prezinta. Din acest motiv, amidonurile cerealiere (polimorf A) prezinta doua etape diferite de umflare si solubilizare, iar in cazul celorlaltor amidonurilor, umflarea si solubilizarea au loc concomitent.

De obicei, temperatura la care au loc aceste transformari este cuprinsa intre 60 si 80°C, aceasta fiind temperatura critica numita temperatura de gelatinizare. Cand se atinge temperatura de gelatinizare granula de amidon se umfla pierzandu-si astfel cristalinitatea si birefrigenta, din cauza ruperii legaturilor de hidrogen. Crescand temperatura peste temperatura critica, legaturile de hidrogen se rup in continuare, astfel moleculele de apa se ataseaza de gruparile OH eliberate si granula continua sa se umfle. Cresterea solubilitatii, transparentei pastei si vascozitatii amidonului, sunt rezultate directe ale cresterii temperaturii peste limita critica. Astfel, fractiunile amidonului se separa din reteaua micelara si difuzeaza in mediul apos, acestea devenind complet hidratate.

Prin procesul de gelatinizare a granulelor de amidon rezulta o pasta sau un clei de amidon, ce reprezinta un amestec care este alcatuit din granule umflate, fragmente de granule, microgeluri si o fractie macromoleculara solubila formata, de obicei, din molecule de amiloza scurte.

Prin racirea pastelor de amidon au loc: reorganizari ale amilozei si amilopectinei; o serie de tranzitii de faza ce conduc, in final, la formarea unor structuri cristaline rezistente la atacul enzimatic. Aceasta transformare poarta numele de retrogradare a amidonului si incepe la temperaturi mai mici de 60°C, viteza de retrogradare fiind mult mai mare in cazul amilozei decat al amilopectinei.[carte 2]

Proprietatile fizico-chimice ale amidonului

Proprietati fizice

Aspectul esterior

Amidonul este format din granule cu conformatie specifica materiei prime de provenienta, fiind un praf moale, alb stralucitor.

Se pot diferentia doua tipuri de amidonuri in functie de structura cristalografica: tipul A fiind reprezentat de amidonurile din cereal si tipul B fiind alcatuit din amidonurile din tubercule.

Greutate specifica

In functie de calitatea si provenienta amidonului greutatea specifica a acestuia in stare perfect uscata variaza: amidonul din cartofi 1.65; amidonul din grau 1.63; amidonul din porumb si orez 1.62. Greutatea specifica influenteaza viteza de depunere a amidonului.

Caldura de ardere

Pentru 1 kg de amidon caldura de ardere este 4118 kcal, iar caldura specifica este 0.2697. In functie de materia prima de provenienta aceasta proprietate poate varia.

Amidonul constituie un puternic exploziv, in stare pulverulenta si in amestec cu aerul in anumite proportii luand contact cu o sursa de caldura deschisa.

Higroscopicitatea

Este proprietatea ce arata puterea de retinere a apei din mediul inconjurator in structura macromoleculara. Pentru amidonul obtinut din porumb limita de echilibru este de 15%.

Caldura de absorbtie

Pentru amidonul din porumb valoarea acestei proprietati este de 24.7 cal/g, caldura de absorbtie variaza in functie de sortul de amidon absolut uscat. Amidonul mai poate absorbi calciu si magneziu, echilibrul mai rapid la calciu decat la magneziu, rezultand astfel o valoare limita de echilibru mai redusa.

Reactia cu iodul

Se manifesta dupa ce amiloza a fost complet saturate printr-o coloratie a solutiei in albastru intens, reactia fiind extrem de sensibila se realizeaza numai la temperature scazute, culoareqa disparand la cald.

Comportarea la actiunea temperaturii

Sub forma de suspensie in apa sau in stare pulverulenta, comportarea la cald a amidonului este diferita, in fuctie de limitele si de modul in care se aplica.

Proprietati chimice

Comportarea sub actiunea acizilor

In urma actiunii acizilor minerali asupra amidonului se constata o degradare hidrolitica, transformandu-se in diferiti compusi, pana la componentul de baza al amidonului, glucoza.

Fabricarea dextrinei are la baza procesului tehnologic tratarea cu acizi a amidonului si incalzirea acestuia.

Reactia chimica fundamental de fabricarea a glucozei o constituie acidularea cu acizi minerali la temperature inalte a unei suspensii de amidon in apa, in autoclave sub presiune. De-a lungul proceselor chimice de transformare a amidonului in cadrul hidrolizei acide, amidonul parcurge toate stadiile de degradare de la macromolecula de amidon la glucoza.

Corodarea prin actiunea acizilor a granulelor de amidon, arata ca fiecare strat concentric al moleculei poate fi atacat de acid, aceasta actiune fiind mai rapida doar in anumite parti ale fiecarui strat.

Comportarea la actiunea alcaliilor si a sarurilor

Prin reactive la rece a amidonului cu hidroxidul de sodiu se obtine un gel ce are proprietati adezive mai mari decat cel preparat cu apa.

In urma adaugarii unei solutii de Na2CO3 moleculele de amidon se umfla rezultand un gel transparent, dar daca se reduce concentratia de Na2CO3 granulele de amidon in maresc volumul pana la 70 ori, fara ca molecula sa se sparga. Cu cat amidonul tratat are un contiut mai mic de umiditate, cu atat puterea de absorbtie osmotica fata alcalii este mai mare.

Amidonul se mai poate adduce in stare de gel si prin reactive cu silicatul de sodiu sau de potasiu.

Un gel transparent si tare il realizeaza amidonul cu o solutie concentrate de iodura de potasiu.

Daca amidonul se trateaza in etuva sau pe baie de apa cu o solutie acetonica de formol se poate anihila actiunea alcaliilor asupra macromoleculei de amidon.

Actiunea enzimelor

Principalele enzime ce hidrolizeaza amidonul sunt α- si β-amilaza. Amidonul fiind un complex macromolecular sufera transformari datorita actiunii enzimelor, in urma carora se obtin trei tipuri de dextrin (amilodextrina, eritrodextrina, acrodextrina) si doua tipuri de zahar (maltoza si izomaltoza).

In urma procesului enzimatic de degradare a macromoleculelor de amidon, primul compus obtinut este amilodextrina care se transforma in eritrodextrina, iar acesta la randul lui se dedubleaza in acrodextrina. Din dedublarea ultimului compus se obtine izomaltoza care se transforma la randul ei in maltoza.

Asupra amidonului, cele doua enzime actioneaza diferit.

α-amilaza actioneaza complet diferit fata de β-amilaza, aceasta actioneaza la nivelul retelei de ramificatii al macromoleculelor de amiloza si amilopectina, rezultand fragmente cu greutate moleculara mult mai mica, alcatuind dextrine.

β-amilaza hidrolizeaza complet amiloza la maltoza, in concentratii mari, dar reusind sa transforme amilopectina doar in proportie de 60%. Din cauza ca aceasta enzima actioneaza la nivelul ramurilor laterale ale amilopectinei, pana la punctele de legatura a ramificatiei, restul ramane sub forma de macromolecula ca dextrina.

Eterificarea

Produsii de eterificare sunt rezultati in urma reactiei grupei hidroxil a amidonului cu un alcool.

Esterificarea

Reactia de esterificare se realizeaza prin combinaea gruparii hidroxil din macromolecula de amidon cu un acid, cel mai frecvent fiind acidul acetic.

Oxidarea

Amidonul adus sub forma de pasta este tratat cu carbonat de calciu si fosfor, rezultand astfel un indice de conductibilitate si vascozitate mai mare. Cei mai importanti factori in procesul de oxidare sunt: pH-ul, temperatura, timpul de reactie si natura catalizatorului.

[CARTE MARE]

FABRICAREA AMIDONULUI DIN PORUMB

In Romania cereala de baza in economia tarii o reprezinta porumbul, aceasta fiind folosita in alimentatie, in industrie, cat si ca furaj.

[GH. VOICU P 175]

Porumbul este una din materiile prime ce pot fi folosite pentru obitnerea de amidon. Cei doi componenti de baza ai amidonului sunt amiloza si amilopectina. Alte materii prime din care se mai poate extrage amidonul sunt: graul, orezul, cartoful, maniocul, sago.

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I649.php]

O proprietate a amidonului extras din porumb este ca se poate lega foarte bine cu apa, reprezentand un agent de ingrosare natural eficient, neavand gluten.

[https://prodieta.ro/ce-este-amidonul-de-porumb-calorii-proprietati-daca-ingrasa/]

Pentru obtinerea amidonului din porumb sunt necesare o serie de operatii specifice materiei prime, avand caracteristici diferite fata de cartof care reprezinta o alta sursa de amidon. Pentru extractia amidonului din boabele de porumb se efectueaza operatii specifice , folosind utilaje de constructie.

[carte mare]

[http://agrointel.ro/tag/porumb/]

In cele ce urmeaza vor fi prezentate utilaje si operatii aplicate porumbului in vederea obtinerii de amidon.

Fig………Tehnologia de obtinere a amidonului din porumb

[http://www.creeaza.com/referate/chimie/Biotehnologii-in-industria-ami879.php]

Pregatirea materiei prime

Separarea de impuritati si cantarirea porumbului

Descarcat din vagoanele de tren si receptionat la fabrica, porumbul boabe este supus procesului de curatire pentru a putea fi prelucrat. In cele mai multe cazuri operatia de purificare a porumbului se realizeaza in doua etape: la descarcarea din vagoane, deci inainte de depozitare si inainte intrarii boabelor de porumb pe fluxul tehnologic.

Eliberat de impuritatile de baza (coceni, pleava, pietre, pamant, etc), conditiile de pastrare ale porumbului sunt mult ameliorate, astfel operatia de curatire are o mare importanta.[carte mate]

Tararul este un utilaj destinat curatirii porumbului si a produselor cerealiere de impuritati. Acesta are in componenta sa site plane oscilante, ce au panouri cu orificii, dimensiunea orificiilor fiind variabila, cu rolul de a selecta amestecul dintre impuritati si materie prima.

In decursul operatiei de curatare a porumbului, pleava ce se desprinde de pe boabe este aspirata de exhaustoarele montate pe tarar si colectate in cicloane. Impuritatile metalice sunt retinute cu ajutorul unor magneti. Panourile de site sunt despartite de jgheaburi care conduc materialele separate catre exterior unde sunt colectate in buncare sau saci.

Inainte de intrarea in fluxul tehnologic, porumbul este supus unei operatii de purificare, datorita prafului aderent de pe suprafata boabelor din timpul depozitarii sau a impuritatilor ce au trecut de prima operatie de curatare. Pentru a se realiza operatia de purificare se pot folosi tot tarare cu site plane oscilante simple.

[carte mare]

Fig……Tararul aspirator

1,2,3-site; 4-rama de sustinere a sitelor; 5-sistem de actionare cu excentric; 6-fante prin care patrunde aerul; 7-racord de alimentare; 8-racord de evacuare a amestecului aer-pleava; 9-camera de expensiune; 10-racord de evacuare refuz

[http://www.industriealimentara.ro/utilaje-industria-alimentara/94-separarea-materialelor-solide/separarea-pneumatic%C4%83/28-tararul-aspirator.html]

Transportul pneumatic

Pentru a fi prelucrate boabele de porumb sunt transportate din buncarele de depozitare pe linia de tehnologica cu ajutorul transportoarelor pneumatice.

Transportoarele pneumatice sunt mijloace de transport complexe utilizate in cazul materialelor granulare sau pulverulente sau a materialelor fibroase tocate.

O caracteristica a transportoarelor pneumatice este constructia simpla, fara piese in miscare, prezentand pierderi minime de material transportat dar un consum de energie ridicat.

Elementele componente ce alcatuiesc un transportor pneumatic sunt: cos de alimentare, ventilator, conducte de transport, si un filtru cu rolul de a sedimenta materialul transportat de curentul de aer (ciclon).

Datorita modului de functionare a transportoarelor pneumatice, putem deosebi trei tipuri:

aspirante

refulante

mixte (aspiro-refulante)

[http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/MASINI-SI-SISTEME-DE-TRANSPORT462.php]

a) aspirant b) refulant c) mixt

[carte de la transporturi]

Inmuierea

Principalul scop al operatiei de inmuiere consta in extragerea maxima a substantei valoroase, amidonul, si obtinerea celorlalte componente ale bobului de porumb si valorificarea subproduselor.

Bioxidul de sulf este substanta folosita la operatia de inmuiere a boabelor de porumb realizand urmatoarele obiective:

Eliberarea moleculelor de amidon din bob, datorita dezagregarii legaturilor dintre membranele celulozice, endosperm si germeni;

Dizolvarea si umflarea elementelor proteice care retin moleculele de amidon in endosperm

Migrarea partiala sau totala in solutie a zaharurilor, proteinelor si sarurilor minerale. Datorita bioxidului de sulf, prin membrana semipermeabila care inveleste bobul de porumb, pot trece in exterior, prin fenomenul de difuzie substantele in mediul de difuzie;

Inhibarea proceselor care apar neconditionat (fermentatie butirica), fiind admisa doar fermentatia lactica;

Fig………Structura chimica a bioxidului de sulf

[https://ro.wikipedia.org/wiki/Dioxid_de_sulf]

Concentratia solutiei de bioxid de sulf pentru realizarea optima a procesului de difuzie este de 0,15-0,25%. Din cauza faptului ca gradul de inmuiere creste direct proportional cu concentratia solutiei de bioxid de sulf, o concentratie mai mica de 0,15% nu ar influenta pozitiv procesul de difuzie. Daca concentratia solutiei creste pana 0,18% va rezulta o cantitate mai mare de substante uscate si proteine in extract. Daca se depaseste aceasta valoare a SO2 procesul de solubilizare este accelerat, dar difuzia substantelor din interior in exterior este ingreunata.

Fig……..Modificarea compozitiei chimice a bobului in timpul innmuierii

[carte mare]

In cele mai multe cazuri, procedeele de prelucrare ale porumbului se bazeaza pe o temperatura cuprinsa intre 48-52°C. Aceasta temperatura este optima deoarece reduce timpul de inmuiere, asigura o umflare corespunzatoare a bobului si amelioreaza procesul de difuzie. Daca se foloseste o temperatura mai mare decat limita superioara, are loc procesul de degradare al proteinelor, acestea devin insolubille si impurifica moleculele de amidon, fixandu-se pe acestea, totodata fermentatia lactia este anihilata.

La o temperatura mai redusa decat limita inferioara scade intensitatea fenomenului de difuzie si este oprit fenomenul de degradare al proteinelor,

Durata ciclului de inmuiere este influenta de doi factori:

Soiul de porumb suspus procesului tehnologic;

Gradul de umiditate al boabelor de porumb

Fig……Cazi pentru preincalzirea apelor de inmuiere

a-cada cu preaplin; b-cada cu compartimente; c-vedere de sus a cazii cu compartimente

1-corp; 2-conducta alimentare apa de inmuiere; 3-preaplin; 4-stut de golire; 5-conducta de abur; 6-serpentina incalzire; 7-termometru; 8-pereti despartitori; 9a,b-orificii pentru dirijarea apei recirculate

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I649.php]

O data cu boabele de porumb, in bazinul de inmuiere, se introduc si lactobacili, astefel se dezvolta si microflora lactica. Activitatea microorganismelor este inhibata partial datorita temperaturii ridicate si a prezentei acidului sulfuros din solutie, dar in conditii optime se creeaza un mediu benefic fermentatiei lactice.

In limite normle, acidul lactic exercita influente favorabile asupra umflarii boabelor si degradarii proteinelor in procesul tehnologic. Concentratia acidului lactic in apele de inmuiere poate atinge o valoare de pana la 0,6-1%, fiind determinata de concentratia de SO2, care acesta impiedica formarea acidului lactic prin procese microbiologice.

Accelerarea formarii unei microflore lactice abundente este datorata inocularii apelor de inmuiere cu lactobacili. O solubilizare excesiva a proteinelor este provocata de concentratie mare de acid lactic, aceasta nefiind indicata, deoarece ionii sarurilor de acid lactic incetinesc procesul de separare a amidonului si glutenului din boabele de porumb.

Bobul de porumb in timpul procesului de inmuiere is mareste volumul, ca urmare al fenomenului de absorbtie energetica a apei. Exista o dependenta intre umiditatea porumbului si soiul de porumb, aceasta variind intre 40-46%.

Temperatura apei, calitatea si starea boabelor, prezenta electrolitilor in apa de inmuiere sunt factori ce influenteaza nivelul si viteza de umflare.

O valoare a pH-ului cuprinsa intre 1-7,5 a apei de inmuiere nu prezinta nici o influenta, electrolitii avand in acest caz o influenta negativa asupra procesului. O exceptie se va face in cazul acidului sulfuros, care mareste gradul de imbibare.

Dupa primele 18-36 de ore, absorbtia apei este maxima, dupaa care o parte din umiditate care a fost absorbita este eliminata in mediul exterior, aceasta fiind o urmare a fenomenului de solubilizare a proteinelor.

Cantitatea de apa absorbita, in timpul inmuierii, este diferita in fiecare parte a bobului de porumb, astfel se regaseste in germene cea mai mare parte din umiditate, aproximativ 60%, urmand endospermul cu 38 – 48%. Procesul de inmuiere se finalizeaza dupa 4 ore in cazul germenilor, iar in cazul endospermului dupa aproximativ 8 ore.

In urma procesului de difuzie, are loc in apele de inmuiere o modificare a compozitiei chimice a boabelor de porumb, aceasta schimbare fiind determinata de transferul de substante, astfel 16% din substantele azotoase, 42% din hidratii de carbon si 70% din substantele minerale trec in solutia de SO2.

Fig…..Schema tehnologica de inmuiere a porumbului

1-5 – cazi de inmuiere; 1a-5a – cazi de recirculare a apei de inmuiere; 6-7 – jgheab pentru dirijarea apelor recirculate; 8 – bazin colectare ape concentrate; 9 – cada pentru acid sulfuros; 10 – cada pentru apa calda.

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I649.php]

Macinarea porumbului

Urmatoarea operatie aplicata porumbului dupa inmuiere este macinarea. Aceasta operatie se poate desfasura in doua moduri: umeda sau uscata. In principal, se aplica o macinare umeda boabelor de porumb. Macinarea umeda se desfasoare in trei trepte: grosiera, medie si fina, avand rolul de indepartare a germenilor, mergand apoi spre producerea de ulei de porumb.

[carte prof]

Datorita procesului de inmuiere a avut loc o slabire a legaturilor dintre elementele componente din bobul de porumb, facand mai usoara operatia de macinare.

Operatia de macinare a porumbului se desfasoara, de regula, in cel putin trei faze: doua macinari grosiere intercalate in operatiile de degerminare, si una fina, ce are drept obiectiv eliberarea cantitatii maxime a amidonului legat, din materia prima.

[carte mare]

Pentru a transporta materia prima din bazinele de inmuiere la operatia de macinare se pot folosi mai multe utilaje: transportoare elicoidale, hidraulice, elevatoare, etc.

Pentru a preveni o defectiune a utilajelor din cauza impuritatilor de dimensiuni mai mari decat bobul de porumb, trecute de operatiile anterioare, inate de operatia de macinare se poate monta o sita, dar si magneti pentru indepartare fragmentelor metalice.

[carte mare]

Fig……Schema de macinare si degerminare a porumbului

1-bazin de inmuiere a porumbului; 2-transportor elicoidal; 3-elevator; 4-moara pentru macinarea grosiera; 5a-degerminator treapta I; 5b-degerminator treapta II; 6-site plane oscilante; 7-moara pentru macinare fina; 8-sita plana pentru spalarea germenilor.

[carte mare]

Macinarea grosiera

Operatia de macinare grosiera sau de spargere a boabelor de porumb si pregatirea lor pentru extragerea germenilor, se poate realiza, pentru ambele trepte, cu un sistem de mori,cu discuri din otel sau din fonta.

In palnia de alimentare a morii ajung boabele de porumb care patrund intre cele doua discuri construite din otel, avand o suprafata prevazuta cu proeminente specifice tipului de moara. Cele doua discuri sunt diferite, unul dintre ele este static, iar celalalt are o turatie cuprinsa intre 700-800 rot/min.

Pentru stabilirea gradului de maruntire se regleaza distanta dintre cele doua discuri, iar in partea inferioara este evacuat materialul sfarmat supus operatiei de macinare.

Germenii, dupa opratia de inmuiere devin mai elastici, acestia nu se sfarama in timpul macinarii, de aceea rolul macinarii grosiere este sa sparga boabele de porumb in mai multe bucati, pentru eliminarea germenilor.

Circa 20-25% din continutul de amidon existent in boabele de porumb este separat in prima treapta de macinare.

Dupa prima macinare, urmeaza operatia de degerminare a porumbului, iar materialul rezultat in urma degerminarii este supus celei de-a doua operatie de macinare, denumita si macinare medie. La trecerea materialului de la moara la instalatia de degerminare este montata o sita, pentru a separa materialul si ai conferi o consistenta optima unei bune maruntiri, eliminand lichidele care impiedica macinarea.

Cantitatea de amidon eliberata din material dupa cea de-a doua macinare este de 10-15%, scopul fiind acelasi ca la prima macinare, de a favoriza a doua degerminare, indepartandu-se germenii aderenti de endosperm.

In timpul celor doua operatii de macinare se urmaresc o serie de obiective: inmuierea suficienta a boabelor de porumb, deoarece boabele racite sau cele care nu sunt inmuiate suficient, fac ca operatia de degerminare sa se desfasoare cu dificultate, germenii ne mai avand elasticitatea specifica si sunt mai greu de inlaturat; dozarea corespunzatoare a materialului ce ajunge in utilaje. In macinisul rezultat in fiecare treapta nu trebuie sa se gaseasca boabe intregi sau nesfarmate. Macinisul nu trebuie sa contina mai mult de 0,3% germeni legati, astfel se limiteaza gradul de maruntire al endospermului. [carte mare]

Fig…….Moara cu discuri metalice si cuie

1-carcasa; 2-capac; 3,4-discuri; 5-sistem de actionare; 6-cuie; 7-gura de alimentare; 8-sita;

[http://www.industriealimentara.ro/utilaje-industria-alimentara/81-maruntirea-in-industria-alimentara/ma%C8%99ini-de-m%C4%83run%C8%9Bire-prin-dezintegrare/19-moara-cu-discuri-verticale-si-cuie.html]

Macinarea fina

Dupa cea de-a doua operatie de degerminare, materialul rezultat reprezinta macinisul brut, eliberat de germeni. Acesta este supus ultimei operatii de macinare. Prin macinarea fina a macinusului brut se favorizeaza eliberarea de granule de amidon legat.

In operatia de macinare fina, elementele componente ale bobului de porumb se comporta diferit. Celuloza reprezinta baza stratului exterior al invelisului, acesta maruntindu-se mai greu, formand asa numita tarata mare. Mai putin dur este stratul inferior, acesta se marunteste mai usor, formand tarata mica.

Tinand cont ca finetea macinusului nu trebuie sa depaseasca anumite valori, fiind ca energia consumata pentru spargerea substantelor celulozice, care nu contin amidon, este inutila, iar procesul de extractie poate fi ingreunat, astfel tarata mica nu mai este higroscopica.

Utilajele folosite pentru realizarea operatiei de macinare fina sunt: mori cu pietre, mori cu discuri verticale metalice si nemetalice, mori cu discuri orizontale, mori cu ciocane.

Degerminarea

Degerminarea este procesul ce urmareste eliminarea germenilor din boabele de porumb. Ponderea germenilor este de 6-8%, reprezentand centrul de acumulare al materiilor grase si a substantelor proteice solubile.

Datorita compozitiei chimice a germenilor, acestia sunt recuperati si folositi ca materie prima pentru obtinerea de ulei. Astfel macinisul rezultat are o calitate superioara si favorizeaza obtinerea de amidon.

Procesul de degerminare se poate realiza pe cale uscata si pe cale umeda.

Pe cale uscata, procesul de degerminare are ca principiu separarea germenilor prin cernerea pe site. Boabele de porumb ajung in procesul de degerminare dupa o macinare prealabila, unde germenii sunt indepartati datorita aplatizarii acestora de catre valturi, fiind retinuti pe suprafata sitei.

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I689.php]

Pentru industria amidonului cea mai indicata varianta de extractie a germenilor este pe cale umeda, avand cea mai mare aplicabilitate si cele mai bune rezultate.

Eliminarea germenilor din masa de porumb, inmuiat si spart, are la baza principiul separarii prin diferentiere de greutatea specifica. Din cauza faptului ca germenii au o concentratie mai mare de substante grase, in proportie de 40-50%, acestia pot fi separati la suprafata unei suspensii ce are o concentratie adevacata.

Pentru efectuarea operatiei de degerminare pe cale umeda, sunt folosite cu preponderenta cazi de degerminare sau hidrocicloanele.

Degerminarea in cazi

Porumbul, supus unei macinari grosiere, ajunge in cazile de inmuiere continuu si uniform, cu ajutorul unor pompe sau prin cadere libera. In functie de treapta de lucru, pentru ridicarea la suprafata a germenilor este necesar ca materialul sa aiba o concentratie corespunzatoare de zaharoza. Astfel, endospermul, avand in componenta sa amidon si sparturile care sunt alcatuite din substante celulozice, ajung pe fundul cazii, fiind antrenate de un transportor elicoidal catre capatul opus spre evacuare, astfel se trece in urmatoarea faza a procesului tehnologic.

Fig……Cada de degerminare

a) verdere laterala b) vedere din fata

1-cuva; 2-ax; 3-palete dispuse elicoidal; 4-palete pentru antrenrea germenilor; 5-preaplin; 6-gura de evacuare a terciului de amidon; 7-grup de actionare a motorului electric-reductor

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I689.php]

Datorita masei lor, germenii se ridica la suprafata apei si sunt purati spre evacuare de niste palete. Stratul de germeni de la suprafata apei trebuie sa aibe o grosime cuprinsa intre 10-12 mm, aceasta grosime reglandu-se prin cantitatea de terci ce intra la degerminat si prin evacuarea acesteia. In cazul in care nu se realizeaza toate conditiile procesului, germenii vor fi atrasi spre orificiul de evacuare de curentul de material.

La temperaturi scazute vascozitatea materialului creste, asadar in cada de degerminare temperatura materialului trebuie sa fie cuprinsa intre 37-40°C, pentru a se favoriza procesul de separare.

Dupa macinarea medie, trec in procesul de macinare fina si germenii aderenti pe particulele de endosperm, acestia fiind ajunsi pe fundul cazii.

In aceste conditii se obtine o cantitate de germeni de circa 5-8% din greutatea boabelor de porumb, continutul de amidon al acestora fiind de pana la 7%, iar substantele celulozice ramase au in componenta o cantitate de amidon cuprinsa intre 5-10%.

Fig……Schema de degerminare a porumbului in cazi

1-bazin de inmuiere porumb; 2-snec; 3-elevator; 4-moara pentru prima macinare; 5,8-degerminator treapta I; 6,9,12-sita plana oscilanta; 7-moara grosiera treapta II; 10-moara macinare finala; 11-bazin colector germeni

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I689.php]

Degerminarea cu hidrocicloane

Pentru operatia de degerminare in industria amidonului, in ultimul timp se folosesc instalatii cu hidrocicloane.

Procesul de separare al germenilor de terciul de porumb se desfasoara in doua sau trei trepte, hidrocicloanele fiind grupate intr-o baterie, dotate cu manometre, conducte si ventile de reglare, fiecare doua hidrocicloane in serie alcatuind o treapta de degerminare.

Germeni din porumb au o greutate specifica de 1,03, fata de celelalte componente care au o greutate specifica de 1,3, acesta fiind si principiul de separare al germenilor.

Prima treapta aplicata, reuseste sa inlature aproximativ 96% din germenii care se gasesc in terciul de porumb, continutul in substanta uscata fiind de 17-21%, iar densitatea suspensiei de alimentare este 1,06-1,07.

Avantajele utilizarii hidrocicloanelor in procesul de degerminare sunt: cresterea randamentului de recuperare, eficienta de separare fiind mai mare; realizarea operatiei in utilaje inchise, cu conditii igienice superioare; reducerea suprafetelor de productie necesare acestei operatii; crearea de posibilitati mai accesibile pentru aplicarea automatizarilor in aceasta faza; utilajul are constructie simpla, fara piese in miscare, usor de intretinut si curatit.

Dezavantajul utilajului il reprezinta necesitatea pomparii materialului sub presiune.

Fig…….Schema de degerminare cu ajutorul hidrocicloanelor

1- sita curbata pentru separarea apei de la transportul hidraulic al porumbului; 2a-2b-mori pentru macinare grosiera; 3-hidrocicloane pentru degerminare, treapta I; 4-site curbate pentru separarea suspensiei de macinis; 5-hidrocicloanepentru degerminare treapta II; 6-moara pentru macinare fina; 7-site curbate pentru spalarea germenilor.

[carte mare]

In macinis pot exista cantitati mai mari de germeni, aceasta poate fi o urmare a urmatorilor factori: inmuierea insuficienta a porumbului; utilizarea unor utilaje necorespunzatoare la macinare; consistenta prea mare a terciului care impiedica ridicarea la suprafata a germenilor sau separarea in hidrociclon; evacuarea terciului din instalatie cu un debit mult prea mare.

Colectarea germenilor se face in recipiente ce pot fi trimise direct catre extractia de ulei, dar mai pot aparea si particule de macinis, acest lucru poate fi cauzat de: o macinare insuficienta; o concentratie prea mare a amestecului; un continut redus de SO2; un debit prea mic la evacuarea materialului din instalatie.

Extractia amidonului

Operatia de extractie a amidonului din macinis se realizeaza cu ajutorul sitelor plane, rotative sau curbate.

Site plane oscilante

De obicei extractia amidonului se face in mai multe trepte de lucru, operatie care se bazeaza pe separarea macinisului in doua faze: faza mare reprezinta separarea tegumentului si partilor celulozice care au un grad mai mic de finete, fiind retinute de sitele cu ochiurile mai mari, si faza marunta, alcatuita din materialul ce trece prin ochiurile sitei din faza precedenta.

Fluxul de fabricatie urmareste epuizarea maxima a amidonului din fazele separate in acest fel, asadar sunt supuse unui proces independent de extractie.

Fig…..Schema principala de extragere a amidonului din macinis cu ajutorul sitelor plane vibratoare

[carte mare]

Asadar, dupa cum indica si schema, cele doua faze rezultate din procesul de cernere, merg pe drumuri in sensuri inverse: la treapta I, substantele care raman pe sita trec succesiv catre ultima treapta, unde sunt evacuate din circuit, iar suspensia de amidon obtinuta este folosita pentru spalarea fazelor precedente, ajungand la prima treapta, fiind apoi trecuta catre faza de purificare. Doar la ultima treapta se adauga apa proaspata in proces.

Amestecul de apa cu material se recomanda sa se faca inainte de cernere, in bazine de contact cu palete de amestecare, astfel procesul de spalare este mult mai eficient. Se poate folosi apa proaspata la fiecare treapta, doar daca nu se produce o diluare prea mare, inutila, a celor doua faze.

Dupa ultima treapta de macinare, materialul rezultat este trecut pe o sita care separa macinisul in doua faze: tarata mare, care nu reuseste sa treaca prin ochiurile sitei, constituind refuzul acesteia, si tarata mica, care trece prin ochiurile sitei.

In circuitul de spalare tripla in contracurent pe site cu aceleasi dimensiuni este trecuta tarata mare, suspensia de amidon rezultata din prima treapta a acestei spalari este trecuta in circuitul principal si se amesteca cu macinisul.

In faza de rafinare, ce se executa succesiv in doua trepte, prin site de matase, este dirijata tarata fina, rezultand o suspensie de amidon din care s-au indepartat substantele celulozice.

Intr-un circuit paralel de spalare in contracurent, in patru trepte se trece refuzul de pe site. Se introduce ca agent de diluare, solutia de amidon obtinuta in prima treapta, in special dupa operatia de macinare.

Mai multe faze de spalare sunt prevazute pentru faza mica, dat fiind faptul ca particulele sunt mai fine si au o hidrofilie mai mare. Pentru spalare, nu se adaugata decat in ultima treapta, apa proaspata.

In schema se poate observa ca din ciclul de separare si spalare se scoate numai suspensia de amidon obtinuta din statia centrala, de rafinare, restul proceselor de spalare in contracurent a taratelor mari si mici reprezentand operatii de epuizare maxima a amidonului din material, inainte de evacuare.

Centrifugarea

Amestecul rezultat in urma etapei de extractie a amidonului din macinis, contine aproximativ 11-14% substanta uscata, resturi celulozice si alte componente ce trebuiesc indepartate in urmatoarele procese ale fluxului tehnologic.

Componenta suspensiei de amidon rezultata, raportata la substanta uscata este urmatoarea: amidon 88-92%, proteine 6-10%, substante grase 0.5-1%, zaharuri solubile 0.2-0.4%.

Amestecul astfel format este unul eterogen, compus din trei elemente de baza: amidon, fractia proteica (glutenul) si apa.

Granulelor de amidon din boabele de porumb au o dimensiune ce variaza intre 10-30 µ, impreuna cu particulele de glutenul, ce au o dimensiune intre 1-2 µ, trec prin ochiurile sitelor si impreuna cu apa formeaza o suspensie care trebuie supusa tratamentelor de separare si purificare. Obtinerea unei suspensii cat mai pure si indepartarea substantelor proteice reprezinta scopul final al operatiei.

Pentru realizarea operatiei tehnologice de separare a amidonului din suspensia rezultata in urma extractiei, se poate folosi separatorul centrifugal. Separatoarele centrifugale cu ax vertical se folosesc de obicei in extractia amidonului din cartofi, dar marind numarul de talere, schimband duzele si modificand alimentarea cu apa a utilajului, acesta se poate folosi si in extractia amidonului din porumb.

Separatoarele utilizate in industrie pot functiona cu alimentare sub presiune, prin pomparea suspensiei. In industria amidonului aceste separatoare functioneaza cu ajutorul unor aparate cu alimentare simpla, prin cadere libera.

Fig……Separator centrifugal cu ax vertical

a)-sectiune prin tambur b)-fluxul procesului de separare c)-sectiune printr-o duza de evacuare

1-corp tambur; 2-ax motor; 3-suport talere; 4-talere; 5-spatiu central de alimentare; 6-duze; 7-tevi alimentare cu apa a duzelor; 8-corp conic

[http://www.creeaza.com/afaceri/agricultura/MASINI-APARATE-SI-INSTALATII-I649.php]

Din cauza faptului ca acest tip de utilaje au hiba in ceea ce priveste infundarea duzelor, datorita variatiei de concentratie a amestecului intrat, separatoarele cintrifugale au fost imbunatatie de-a lungul timpului, utilizandu-se un sistem de spalare continua a duzelor prin recirculare, readucandu-se in circuit o parte a suspensiei de amidon.

Fluidul supus recircularii este pompat printr-o teava centrala intr-un distribuitor conic, care trece materialul in zona produsului concentrat. Aceasta operatie de recirculare constituie un progres, deoarece asigura obtinerea unei concentratii mai mari pentru produsul evacuat in aceleasi conditii de alimentare si intr-un timp mai scurt, iar produsul finit avand o puritate mai avansata.

In urma operatiei de centrifugare cu acest tip de utilaj, se pot obtine ape de evacuare cu un continut mai mare de proteina de pana la 70-75%, iar suspensia de amidon obtinuta va avea un continut de 1.8-2.5% proteina.

Pentru cresterea puritatii suspensiei de amidon, ce este evacuata din separatorul centrifugal, se mareste continutul in substanta uscata a apelor de evacuare din separator.

Astfel, apele trebuiesc supuse unor operatii de recuperare a amidonului si concentrarea glutenului.

Recuperare amidon

Fluxul de purificare si concentrare a amidonului, prezentat in urmatoarea schema, este alcatuit din trei trepte principale pentru suspensia de amidon si doua faze anexe: recuperarea amidonului din apele de evacuare si concentrarea glutenului.

Variantele de flux care folosesc ca mijloc de separare, separatoare centrifugale, au la baza urmatoarele observatii:

Diferenta fazelor se face prin schimbarea concentratiei si debitului de fluid de alimentare si a suspensiei purificate, variatia cantitatii de apa de spalare fiind la un nivel specific fiecarei trepte, folosind acelasi tip de separator pentru purificare;

Procedeul aplicat de recirculare in faza precedenta a unei parti din suspensia de amidon purificat si evacuarea refuzului la concentratii mari la treapta II-III. Materialul de alimentare este diluat cu refuzurile din aceste trepte, cat si apele de spalare ce se introduc direct in separatoare la fazele precedente;

Recuperarea amidonului din apele de evacuare de la trepata II prin folosirea unui separatorde tip special, care preia intregul debit si separa urmele de amidon din material, reducandu-le in circuit si indepartand apele clarificate;

Intr-un separator special, se face concentrarea apelor de evacuare de la prima treapta, din care rezulta gluten cu un continut mare de substanta uscata si ape clarificate care se elimina din circuit,

Fig…..Schema de purificare si concentrare a amidonului

Concentrarea

Concentratorul de gluten

Acest utilaj realizeaza concentrarea glutenului rezultat in prima treapta de separare a suspensiei de amidon, neparticipand efectiv la procesul de purificare, dar este strans legat de faza tehnologica.

Principiul de lucru al unui concentrator este acelasi ca al unui separator centrifugal, avand aceeasi constructie la baza, diferenta intre cele doua facand-o urmatoarea serie de caracteristici:

Fiecare taler fiind prevazut cu cate opt orificii pe suprafata laterala, astfel garnitura de talere pentru separare si purificare este formata dintr-un numar mai mare de talere (72 de bucati);

Talerele prezinta nervuri pe partea interioara, la fel ca la separatoarele obisnuite, ce determina interspatiile dintre talere in cadrul pachetului;

La montare talerele se aseaza in asa fel, incat orificiile corespund, formand un canal pentru distribuirea materialului introdus in utilaj;

Turatia tamnurului este mai mare decat la separatoarele obinuite;

O parte din lichidul concentrat este readus in utilaj de o pompa de recirculare, marindu-i in acest fel continutul de substanta uscata;

Fig…..Concentrator de gluten

1-conducta de intrare a glutenului diluat; 2-conducta de evacuare a apelor limpezite; 3-conducta de evacuare a glutenului concentrat; 4-conducta pentru recirculare partiala; 5-recipient de colectare a glutenului; 6-electropompa pentru recirculare.

Sub presiune se introduce in aparat suspensia de gluten, prin conducta de alimentare cu gluten diluat, ce ajunge in interiorul tamburului, fiind supusa operatiei de concentrare, identica cu operatia de concentrare a suspensiei de amidon. In urma acestui proces rezulta glutenul concentrat ce este evacuat printr-o conducta in recipientul de colectare, de unde este preluat de o pompa are il refuleaza intr-o conducta, de unde o cantitate este scoasa din circuit iar restul este readus in separator prin conducta de recirculare. Suspensia limpezita rezultata din aceasta separare si concentrare este evacuata in exterior prin conducta de evacuare a apelor limpezite.

Filtrarea

Substantele azotoase, solubile sau insolubile au o compozitie chimica ce variaza in limite destul de largi, fiind constituite din aminoacizi 16-36%, globulina 6-17%, zeina 6-10%, glutenina 15-30%, akbumina denaturata 40-55%.

In procesul de filttrare se folosesc filtre cu tambur rotativ cu vid pentru idepartarea substantelor azotoase solubile si a globulinei.

Fig…. Filtru rotativ cu vid

1-tambur rotativ; 2-canale de colectare a filtratului; 3-tabla perforata; 4-cuva; 5-amestecator; 6-cap de distributie; 7-roata de actionare; 8-motor electric; 9-reductor; 10-variator de turatie.

Suspensia de amidon rezultata din ultima treapta a procesului de centrifugare este pompata in cuva filtrului, in care se roteste tamburul rotativ. Pe suprafata exterioara a tamburului, tabla perforata se acopera cu o panza textila, consolidata de obicei cu sarma infasurata pe toata latimea, la intervale de 5-10cm.

In patru sectoare distincte este compartimentat tamburul, acestea fiind legate prin canalele de colectare cu un cap de distributie, divizat si acesta, la randul lui, in patru zone: doua puse in legatura cu reteaua de vid si doua cu cea de aer comprimat.

In timpul unei rotatii ciclul de purificare se desfasoara in patru faze distincte, pe care la parcurge fiecare compartiment.

Fig…..Schema de functionare a filtrului rotativ cu vid

Faza I este reprezentata de timpul in care unul din sectoare se gaseste in cuva in contact cu suspensia de amidon. Legatura cu sursa de vid fiind facuta cu ajutorul racordului 3 de la capul de distributie. Un strat de amidon se formeaza pe suprafata panzei, din cauza vidului, lichidul fiind absorbit si separat in recipiente speciale reprezentand filtratul.

In Faza II apa se colecteaza in acelasi recipient, din cauza faptului ca se continua absorbtia cu sursa de vid, cuva fiind inca in legatura cu zona.

Faza III are drept scop spalarea stratului de amidon cu un jet de apa pe suprafata tamburului. Fiind inca in legatura cu sursa de vid, apa se colecteaza in recipiente separate.

A IV-a Faza suspensia ajunge in zona in care se insufla aer comprimat in doua reprize:

In prima repriza se introduce aer comprimat pentru a disloca amidonul depus pe panza inainte de a ajunge la cutitul reglabil care desprinde stratul format;

A doua repriza are rolul de a desfunda porii panzei imediat dupa ce amidonul a fost desprins si inainte ca aceasta zona a tamburului sa intre in suspensia de amidon si sa-si reia ciclul de lucru.

La fiecare rotire a tamburului, ciclul de faze se repeta, formandu-se suspensia de amidon din diluarea amidonului razuit, care se pompeaza apoi la statia de deshidratare si uscare.

Procesul de purificare cu filtre cu vid, se realizeaza in trei trepte in contracurent, in ultima treapta folosindu-se apa proaspata, iar in celelalte faze fiind recirculata suspensia de amidon de la urmatoarea treapata de purificare.

Fig….Schema purificarii amidonului cu ajutorul filtrelor rotative cu vid

1-filtru rotativ cu vid (treapta I-III); 2-recipient pentru retinerea filtratului; 3-recipient pentru retinerea apelor de spalare; 4-cada pentru suspensia de amidon; 5-cada pentru recircularea apelor de spalare.

O eficienta maxima este determinata de o serie de factori, printre care se citeaza cei mai importanti:

Respectarea concentratiei corespunzatoare;

Utilizarea apei calde in ultima treapta de spalare, astfel se asigura un regim optim suspensiei de amidon;

Reglarea corespunzatoare a distantei intre lama cutitului si suprafata tamburului, pentru a desprinde stratul deshidratat, urmarind in acest scop si asigurarea funtionarii sursei de aer;

Spalarea si schimbarea la timp a panzei filtrante, care trebuie montata si fixata cu grija pe suprafata tamburului.

Dupa cele trei trepte de spalare amidonul rezultat are urmatoarea compozitie: amidon 98.38-98.72%; proteine 0.35-0.5%; substante solubile 0.08-0.15%; substante grase 0.1-0.15%; cenusa 0.15-0.17%; alte substante 0.05-0.1%.

Valorificarea deseurilor

In industria alimentara, in urma procesarii boabelor de porumb, rezulta doua subproduse, borhotul de porumb si glutenul furajer de porumb, ce pot fi valorificate. Cele doua subproduse sunt o sursa excelenta de furaje pentru animale, in special pentru rumegatoare. Datorita faptului ca borhotul de porumb si glutenul furajer se obtin in urma procesarii boabelor de porumb, fiind relativ asemanatoare, intre ele exista totusi deosebiri, din cauza eficientei hranirii animalelor. Pe piata cele doua nutreturi se pot gasi sub forma umeda, dar si sub forma uscata, cu valoarea nutritiva asemanatoare, existand o conditie ca nutretul uscat sa nu fie supraincalzit, iar nutretul umed sa nu fie alterat.

Din prelucrarea uscata a boabelor de porumb rezulta borhotul de porumb. Acesta este obtinut prin macinarea boabelor e porumb, supuse fermentatiei. Dupa finalizarea procesului ramanand doua fratii, una solida care constituie borhotul efectiv si una lichida care contine substante solubile. Pentru a marii valoarea nutritiva a borhotului, cele doua fratii sunt amestecate in diferite proportii, astfel se gasesc pe piata nutreturi cu diferite valori nutritive. Asadar in borhotul de porumb se gasesc toti constituentii initiali ai boabelor de porumb, exceptie facand amidonul, avand concentratii de pana la trei ori mai mari decat cele initiale.

Pentru obtinerea glutenului furajer, porumbul trece prin mai multe operatii tehnologice, unele dintre ele fiind: inmuierea boabelor de porumb si macinarea acestora. Pe langa gluten, in urma acestor operatii se mai obtin tarate, amidon, germeni si substante solubile. In general in compozitia glutenului intra taratele, la care se adauga cantitati variabile de substante solubile. Ca si in cazul borhotului, valoarea nutritiva a glutenului furajer din porumb depinde de cantitatea de substante solubile ce sunt adaugate peste tarate.

[https://www.ibna.ro/activitate/proiecte/pliant_diseminare.pdf]

BILANT DE MATERIALE

O relatie matematica reprezinta bilantul de materiale, relatie a transformarilor cantitativ- calitative ale materialelor care intra si ies dintr-o operatie din flux sau din intreg fluxul tehnologic, dar si pierderile aferente operatiilor. Cunoscand cantitatile de intrare sau debitele de materiale intrate in flux, a transformarilor pe care utilajele le aplica materialelor, acestia fiind parametri ce influenteaza proiectarea lor, dar si analiza tehnico-economica si conducerea procesului tehnologic.

Legea conservarii materiei sta la baza bilantului de materiale, avand relatia:

Σ Mi = Σ Mie + ΣP

Unde:

Mi – reprezintă cantitatea de materiale intrate în procesul tehnologic, [kg];

Mie – reprezintă cantitatea de materiale ieșite la sfarșitul procesului tehnologic, [kg];

P – reprezintă cantitatea de materiale pierdute, [kg].

Fig……Etapa de separare a impuritatilor din porumb

Cp :cantitate de porumb cu impuritati [kg]

I : cantitatea de impuritati [kg]

Cp1 :cantitatea de porumb ramasa in urma separarii [kg]

Intrari:=Cp; Int= 78 kg;

Iesiri =Cp1 + I; Ies= 75.73 + 2.27 = 78 kg;

Cp = Cp1 + I ;

P = 2.27 ;

I = 3 % · Cp;

Fig…..Bilanțul partial efectuat pentru obținerea amidonului din porumb în funcție de schema tehnologică

Fig…..Bilanțul global efectuat pentru obținerea amidonului din porumb în funcție de schema tehnologică:

Unde:

P1 : reprezinta pierderea din urmatoarele etape: deshidratare, uscare, concentrare [kg/sarja];

P2 : reprezinta pierderea din etapa de extractie amidon [kg/sarja];

Consumuri specifice

Raportul dinte cantitatile de materii prime si auxiliare folosite si cantitatea de produs finit obtinut reprezinta consumul specific.

Consumul specific realizat pentru obtinerea amidonului din porumb in functie de fluxul tehnologic este prezentat in urmatorul tabel:

Tab. Consumul specific pentru fluxul tehnologic de obtinere a amidonului din porumb

Randamentul de fabricatie

Raportul dintre cantitatea de produs finit obtinut dintr-o cantitate de materie prima si auxiliara si cantitatea de produs care ar fi trebuit sa se obtina teoretic din materia care s-a consumat reprezinta randamentul.

Pe parcursul procesului de obtinere a amidonului, datorita pierderilor care apar, ranadamentul este intotdeauna subunitar.

Randament = Cpf ˑ 100 /Cmp (…..)

Unde :

Cpf : reprezinta cantitatea de produs finit, [kg/sarja];

Cmp – reprezinta cantitatea de materie primă, [kg/sarja];

Cpf = 28 kg/sarja

Cmp = 78 kg/sarja

Randament productie : Cpf ·100/ Cmp = 28 · 100 / 78 = 35.89%

In cazul prezentat randamentul obtinut este egal cu 35.89 %

BILANT TERMIC

Legea conservarii materiei sta la baza bilanturilor de materiale si a celui termic.Bilantul termic are ca obiective stabilirea ranadamentelor energetice, dimensionarea utilajelor, dar si urmarirea fluxurilor energetice printr-o instalatie.

Ecuatia genereala de bilant energetic are forma:

Σ Ei + Σ Ea = Σ Er + Σ Ee (………)

Unde :

Ei : caldurile existente in sistem , [J/kg ·grd.] ;

Ea : caldurile intrate sau generate in sistem, [J/kg · grd];

Er : caldurile ramase in sistem, [J/kg · grd]???

Ee : caldurile iesite sau consumate in sistem, [J/kg · grd];

a. Inmuiere

In operatia de inmuiere ca materie prima intra porumbul la temperatura de 20°C si apa la temperatura de 50°C.

Mporumb ·Cpporumb· tporumb + Mam ·Cpam·tam = Mprodus · Cpprodus · tprodus

Unde:

Mam : cantitatea de apa utilizata si masa acidului sulfuric in acest proces , [kg/sarja];

Mporumb : cantitatea de porumb utilizat pentru acest proces, [kg/sarja];

Mprodus : cantitatea de porumb inmuiat, [kg/sarja];

Cpporumb : caldura specifica a porumbului, [J/kg · grd];

Cpprodus : caldura specifica a porumbului inmuiat, [J/kg · grd];

Cpam : caldura specifica a amestecului format din apa si acid sulfuric, [J/kg · grd];

tam : temperatura de intrare a amestecului , [°C];

tporumb : temperatura de intrare a porumbului, [°C];

tprodus : temperatura de iesire a produsului, [°C];

ties,am = 30.5°C;

Cpam = 4078.41 J/kg·grd.;

Cpprodus = 4065.3 J/kg·grd.;

Mporumb ·Cpporumb ·tporumb + Mam·Cpam·tam = 75.73 · 1815.5 · 20 + 83.28 · 4078.41 · 50

Mprodus ·Cpprodus· tprodus = 158.96 · 4065.3 · 30.5

b. Deshidratare

Procesul de deshidratare dureaza 30 de minute.

Mamidon ·Cpamidon·tamidon + Maer ·Cpaer·taer = Mamidon uscat · Cp amidon uscat· tamidon uscat + Maer ·Cpaer1

Unde:

Mamidon : cantitatea de amidon ce intra in acest proces , [kg/sarja];

Mamidon uscat : cantitatea de amidon uscat iesit din proces, [kg/sarja];

Maer : cantitatea de aer care intra/iese din proces, [kg/sarja];

Cpamidon : caldura specifica a amidonului, [J/kg · grd];

Cpamidon uscat : caldura specifica a amidonului uscat , [J/kg · grd];

Cpaer 1 : caldura specifica a aerului, [J/kg · grd];

tamidon : temperatura de intrare a amidonului , [°C];

taer : temperatura de intrare a aerului, [°C];

tamidon uscat : temperatura de iesire a amidonului uscat, [°C];

Mamidon · Cpamidon·tamidon + Maer ·Cpaer·taer = 29.76 ·1823.1046·20 + 974.03·1006.733 · 60

Mamidon uscat · Cp amidon uscat· tamidon uscat + Maer ·Cpaer1 = 28.57 ·1725.12 ·30 + 974.03 ·60000

Din diagrama Ramziu rezulta Cpaer uscat = 60 kJ/kg aer uscat

Maer =974.03 kg

Debitul necesar de aer pentru o durata a procesului de 30 minute este:

Gv aer = 974.03 / 30·60 = 0.54 kg/s

Realizarea studiului HACCP in industria amidonului

Hazard Analysis & Critical Control Points, pe scurt HACCP, este recunoscut pe plan international ca o metoda de operare structurata, ce favorizeaza identificarea riscurilor de siguranta alimentara. Uniunea Europeana, precum si Statele Unite ale Americi, au impus un statut obligatoriu analizei HACCP. Codex Alimentarius Commission a adoptat obiectivele si domeniile de aplicare ale acestui standard. Intregul sistem HACCP are o baza stiintifica, reusind sa identifice riscurile ce apar de-a lungul unui proces, dar a elaborat si masuri de control a materiilor folosite si a produselor obtinute, pentru a asigura siguranta alimentara.

[http://www.lrqa.ro/standarde-si-scheme/haccp/?gclid=CjwKEAjwsqjKBRDtwOSjs6GTgmASJACRbI3f3sa6Tncqvub8yvx3W4Kzwp9eUEvzVXDq4HC0mUyXQRoCtQXw_wcB]

Scurt istoric al HACCP

Un sistem ingineresc de observatii, denumit „Failure Mode and Effect Analysis”, a reprezentat inceputul sistemului HACCP, acesta avea drept scop monitorizarea produselor alimentare si a tuturor materiilor folosite pentru obtinerea de produse finite, dar si a operatiilor tehnologice. Sistemul putea prevede, dar si inlatura, aparitia unor inconveniente, ce puteau denatura produsele sau chiar neconformitatea acestora.

In anul 1960 a fost aplicat pentru prima data sistemul HACCP de catre compania Pillsbury, asigurand produsele alimentare pentru programele spatiale ale Statelor Unite.

[Newcomb, Wiiliam O. "ASQ Certification: A Brief History". Quality Progress. January 2010. p. 43].

Obiectivele HACCP

Obiectivele analizei HACCP sunt reprezentate de:

Intocmirea unui plan a analizelor, a pericolelor potentiale, pentru care trebuiesc evaluate cele trei tipuri de contaminari (biologice, chimice, fizice). Identificarea potentialilor contaminanti; evaluarea importantei fiecarui pericol; stabilirea masurilor de control necesare prevenirii, eliminarii sau reducerii unui pericol semnificativ, la un nivel acceptabil.

Determinarea Punctelor Critice de Control (PCC)

Stabilirea limitelor critice

Stabilirea unui sistem de monitorizare pentru fiecare PCC

Intocmirea unor metode corective care trebuie aplicate atunci cand observarea indica faptul ca un anumit PCC nu este sub control

Stabilirea procedurilor de verificare pentru a confirma faptul ca sistemul HACCP functioneaza efectiv si este eficace

Stabilirea documentatiei, corespunzatoare principiilor anterioare si aplicarea lor in practica

Tabel…Analiza si evaluarea pericolelor

Tab……………..Determinarea punctelor critice de control